CN112632678A - 基于bim模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质，先构建每个组成部分的BIM模型，再将所有组成部分的BIM模型组装起来形成输水发电系统BIM模型，基于输水发电系统BIM模型，在三维可视化场景下进行设计属性信息的自动提取以及拓扑数据结构的自动构建；通过三维可视化方式反映了输水发电系统真实建筑物之间的空间拓扑关系，可有效地解决传统水力学仿真计算软件可视化程度低的问题；数据集合中包含水力学计算分析所需参数，实现了设计建模与分析计算的数据互通，避免了信息孤岛；通过分类编码和标准化桩号标识，快速自动创建拓扑数据结构，解决了传统方式拓扑结构识别程序繁琐、效率低下等问题。
Description
技术领域
本发明属于水电站水力学计算技术领域，尤其涉及一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质，用于输水发电系统BIM模型属性数据的自动提取和建筑物空间拓扑结构的自动识别。
背景技术
输水发电系统是水电站的重要组成部分，其水力学计算主要内容包括输水发电系统沿线水头损失计算和水力机械过渡过程计算。水头损失计算分为沿程水头损失计算和局部水头损失计算，对每个部位进行精确的水头损失计算，是为整个输水发电系统结构和机电设计提供准确的依据。水力机械过渡过程是指水电站输水发电系统中的水流从一种稳定工况或状态过渡到另一种工况或状态的瞬态变动过程。对水力机械过渡过程进行分析计算的目的，主要在于确定各种控制工况条件下，相应的水轮机组的转速上升值，调压室的最高、最低水位，引水管道以及蜗壳中水锤压力上升值等参数值。这些参数值决定着水轮机组的最佳调节规律，并对确定水电站的结构设计起到了指导性作用。水力机械过渡过程能否尽量安全和平稳地进行是水电站能否达到优化运行目的的关键之一。
当前阶段，水电站水头损失和水力机械过渡过程的计算理论与方法均比较成熟，且随着计算机技术的快速发展，手工计算方式逐步被各类计算软件程序替代。输水发电系统由进水口、隧洞、蜗壳、尾水管、调压井、闸门等建筑物组成，其水力学计算和过渡过程计算都需要对建筑物的拓扑关系进行分析与识别。因此，图形化、可视化仿真成为水电站水力学计算软件的重要发展趋势之一。
目前国内水电行业内成熟的水力学仿真计算软件在图形可视化和拓扑数据结构构建方面仍存在以下不足：
1)可视化方式以二维图形为主，可视化程度较低；
2)拓扑结构识别程序繁琐、效率低下；
3)无法反映水电站真实管线拓扑关系；
4)软件相对独立，结构化的数据无法直接对外交互。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质，以解决传统水力学计算可视化程度低，拓扑结构识别程序繁琐、效率低下，以及结构化数据无法直接对外交互的问题。本发明提出的一种基于BIM模型的拓扑数据结构自动创建方法，基于三维可视化场景，自动提取输水发电系统BIM模型的属性数据，自动分析构建输水发电系统各建筑物属性数据的拓扑结构，数据结构可直接用于输水发电系统水力学计算分析。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，包括以下步骤：
步骤1：按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成所述输水发电系统的各个组成部分；
步骤2：分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型；
所述设计属性信息包括ID、分类编码、桩号以及水力学计算分析所需参数；所述ID表示设计BIM模型的编号，所述分类编码表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型，所述桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置；
步骤3：将所有组成部分的设计BIM模型进行组装，得到输水发电系统BIM模型；
步骤4：对所述输水发电系统BIM模型进行自动检索，根据分类编码自动识别出每个组成部分的建筑物类型，并提取每个组成部分的设计属性信息，由所有组成部分的设计属性信息构成数据集合；
步骤5：对数据集合中的桩号进行解译，自动识别输水发电系统各个组成部分的拓扑结构，实现拓扑数据结构的自动构建。
本发明中，先构建每个组成部分的BIM模型，再将所有组成部分的BIM模型组装起来形成输水发电系统BIM模型，基于输水发电系统BIM模型，在三维可视化场景下进行设计属性信息的自动提取以及拓扑数据结构的自动构建，构建的拓扑数据结构可直接用于输水发电系统水力学计算分析；该方法通过三维可视化方式反映了输水发电系统真实建筑物之间的空间拓扑关系，可有效地解决传统水力学仿真计算软件可视化程度低的问题；数据集合中包含水力学计算分析所需参数，实现了设计建模与分析计算的数据互通，避免了信息孤岛；通过分类编码和标准化桩号标识，快速自动创建拓扑数据结构，解决了传统方式拓扑结构识别程序繁琐、效率低下等问题。
进一步地，所述步骤1中，输水发电系统的各个组成部分包括防涡梁段、矩形扩散段、闸门段、直管段、弯管段、渐变段、分岔段、事故闸门室、球阀室、隧洞段、大井段、连接管、水轮机以及发电机。
进一步地，所述步骤2中，每个组成部分的设计BIM模型采用参数化建模软件创建，所述参数化建模软件包括：
进水口参数化模块，用于参数化创建常规电站进水口、抽水蓄能电站进/出水口防涡梁段、矩形扩散段和闸门段的设计BIM模型；
调压室参数化模块，用于参数化创建调压室隧洞段、连接管和大井段的设计BIM模型；
渐变段参数化模块，用于创建各种类型渐变段的设计BIM模型；
水工隧洞参数化模块，用于创建隧洞直管段、弯管段的设计BIM模型；
岔管参数化模块，用于创建岔管的设计BIM模型；
事故闸门室参数化模块，用于创建事故闸门室的设计BIM模型；
具体创建步骤为：在每个模块中输入对应组成部分的结构设计参数和水力学计算分析所需参数，即可创建该组成部分的设计BIM模型。
进一步地，所述步骤5的具体实现过程包括：
步骤5.1：提取所述数据集合中每条设计属性信息，提取所述设计属性信息中的桩号，对所述桩号进行解析，得到与该桩号对应的水力单元序号、引水主洞、引水支洞、尾水主洞、尾水支洞和桩号值；所述桩号包括桩号序号、桩号前缀和桩号值；
步骤5.2：根据所述步骤5.1桩号的解析结果，将每条设计属性信息按照水力单元、引水系统和尾水系统、主洞和支洞进行分组；
步骤5.3：根据分类编码检索岔管对应的设计属性信息，提取岔管的设计属性信息中的桩号，对所述桩号进行解析，得到供水方式、机组台数以及主洞桩号序号与支洞桩号序号的关联关系，从而确定水力单元的数量以及所有水力单元组合方式；
步骤5.4：将岔管按照主管段和支管段进行拆分，并添加至所述步骤5.2的分组中，得到分组数据；
步骤5.5：根据所述步骤5.3水力单元组合方式，对步骤5.4的分组数据进行组合与合并，得到水力单元数据组；
步骤5.6：创建二维数组，将所述步骤5.5的水力单元数据组存储于所述二维数组中，得到所述拓扑数据结构。
进一步地，所述步骤5.2中，分组的具体实施过程为：
步骤5.21：根据桩号前缀将每条设计属性信息分为四组；
步骤5.22：在每组内按照桩号序号进行分类；
步骤5.23：对于每一组数据按照桩号值大小进行排序。
本发明还提供一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建系统，包括：
划分单元，用于按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成所述输水发电系统的各个组成部分；
参数化建模单元，用于分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型；
所述设计属性信息包括ID、分类编码、桩号以及水力学计算分析所需参数；所述ID表示设计BIM模型的编号，所述分类编码表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型，所述桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置；
组装单元，用于将所有组成部分的设计BIM模型进行组装，得到输水发电系统BIM模型；
数据集合形成单元，用于对所述输水发电系统BIM模型进行自动检索，根据分类编码自动识别出每个组成部分的建筑物类型，并提取每个组成部分的设计属性信息，由所有组成部分的设计属性信息形成数据集合；
拓扑数据结构创建单元，用于对数据集合中的桩号进行解译，自动识别输水发电系统各个组成部分的拓扑结构，实现拓扑数据结构的自动构建。
进一步地，所述参数化建模单元包括：
进水口参数化模块，用于参数化创建常规电站进水口、抽水蓄能电站进/出水口防涡梁段、矩形扩散段和闸门段的设计BIM模型；
调压室参数化模块，用于参数化创建调压室隧洞段、连接管和大井段的设计BIM模型；
渐变段参数化模块，用于创建各种类型渐变段的设计BIM模型；
水工隧洞参数化模块，用于创建隧洞直管段、弯管段的设计BIM模型；
岔管参数化模块，用于创建岔管的设计BIM模型；
事故闸门室参数化模块，用于创建事故闸门室的设计BIM模型。
本发明还提供一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法。
本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法。
有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质产生的有益效果包括以下几个方面：
(1)基于输水发电系统BIM模型进行数据拓扑关系的建立，以三维可视化场景展示真实建筑模型，比传统二维抽象图形化模型的可视化效果更好，能够更加真实地反映输水发电系统的真实拓扑关系。
(2)传统独立仿真计算软件，在完成方案设计后，需在软件中再次输入方案相关信息与边界条件，进行计算分析，数据无法直接向外流转。本发明可将设计建模与分析计算融合，直接提取设计BIM模型相关设计属性信息，分析建立拓扑数据结构，扩展了设计BIM模型的价值。以BIM模型作为数据载体，在完成设计建模工作后，可直接利用模型进行水力学计算分析，一体化程度更高。
(3)建立分类编码自动区分建筑物类型，建立标准化的桩号数据，通过对桩号数据自动识别，快速创建拓扑数据结构，相比传统管线组合法，可以不重复、不遗漏遍历输水发电系统所有管段节点，完整地识别整个水电站输水发电系统图形化模型的拓扑关系，实现方式简单快捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中抽水蓄能电站输水发电系统建筑物类型分解图；
图2是本发明实施例中调压室BIM模型参数化创建示意图；
图3是本发明实施例中进/出水口防涡梁段设计BIM模型创建界面；
图4是本发明实施例中进/出水口矩形扩散段设计BIM模型创建界面；
图5是本发明实施例中圆形渐变段设计BIM模型创建界面；
图6是本发明实施例中尾水事故闸门室设计BIM模型创建界面，其中，图6(a)为竖井参数输入界面，图6(b)为运行区参数输入界面，图6(c)为安装检修区及附加参数输入界面，图6(d)为水力学参数输入界面；
图7是本发明实施例中抽水蓄能电站输水发电系统BIM模型展示图；
图8是本发明实施例中岔管桩号解析示例；
图9是本发明实施例中桩号解析集数据分组示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例所提供的一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，包括以下步骤：
1、按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成输水发电系统的各个组成部分。
如图1所示，根据建筑物类型不同，可将输水发电系统划分为进/出水口、输水管道、闸门、调压室以及水轮发电机组；进/出水口又被划分为防涡梁段、矩形扩散段和闸门段；输水管道又被划分为直管段、弯管段、渐变段和分岔段；闸门又被划分为事故闸门室和球阀室；调压室又被划分为隧洞段、大井段和连接管；水轮发电机组又被话费为水轮机和发电机。不同的输水发电系统模块化划分存在差异，可以根据实际输水发电系统进行调整。
2、分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型。
BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)模型的创建为现有技术，可以使用现有的三维设计软件，通过参数化建模方法或手动建模方法建立某个组成部分的BIM模型，再对该组成部分的BIM模型附加设计属性信息，形成设计BIM模型，例如球阀室、水轮机和发电机的BIM模型的创建。同理，分别创建所有组成部分的设计BIM模型。
也可以采用自主设计的参数化建模软件来实现每个组成部分的BIM模型的创建，以创建调压室BIM模型为例来说明BIM模型的创建过程。如图2所示，只要输入调压室压力隧洞、连接管、大井等结构设计参数以及相关水力学参数，可一键自动创建调压室的BIM模型，并附加相应的设计属性信息，使组成部分的BIM模型的创建更为简单、快捷。
参数化建模软件包括：进水口参数化模块，用于参数化创建常规电站进水口、抽水蓄能电站进/出水口防涡梁段、矩形扩散段和闸门段的设计BIM模型；调压室参数化模块，用于参数化创建调压室隧洞段、连接管和大井段的设计BIM模型；渐变段参数化模块，用于创建各种类型渐变段的设计BIM模型；水工隧洞参数化模块，用于创建隧洞直管段、弯管段的设计BIM模型；岔管参数化模块，用于创建岔管的设计BIM模型；事故闸门室参数化模块，用于创建事故闸门室的设计BIM模型。
如图3所示，进/出水口防涡梁段的设计BIM模型创建界面，只要输入防涡梁段的结构设计参数和水力学计算分析所需参数，即可创建防涡梁段的设计BIM模型。
如图4所示，进/出水口矩形扩散段的设计BIM模型创建界面，只要输入矩形扩散段的结构设计参数和水力学计算分析所需参数，即可创建矩形扩散段的设计BIM模型。
如图5所示，圆形渐变段的设计BIM模型创建界面，只要输入圆形渐变段的结构设计参数和水力学计算分析所需参数，即可创建圆形渐变段的设计BIM模型。
如图6所示，尾水事故闸门室的设计BIM模型创建界面，只要输入尾水事故闸门室的各项设计参数参数和水力学计算分析所需参数，即可创建尾水事故闸门室的设计BIM模型。
设计属性信息包括ID、分类编码、桩号以及水力学计算分析所需参数。ID表示设计BIM模型的唯一编号，指向对应的设计BIM模型；分类编码表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型；桩号包括起点桩号和终点桩号，起点桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置起点值，终点桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置终点值；其余为水力学计算分析所需的长度、断面尺寸、糙率、波速等信息，不同组成部分具有不同的水力学计算分析所需参数。
3、将所有组成部分的设计BIM模型进行组装，得到输水发电系统BIM模型。
通过移动、旋转等操作可以将各个组成部分的设计BIM模型进行组装，即得到输水发电系统BIM模型，如图7所示。图7所示输水发电系统BIM模型包括上水库进/出水口、闸门段、隧洞直管段、弯管段、方圆渐变段、分岔管段、上游调压室、水轮机组和下水库进/出水口等，BIM模型上均附加了ID、分类编码、桩号、糙率、结构尺寸等属性信息，输水发电系统BIM模型的对象类见表1所示。
表1输水发电系统BIM模型部分设计属性信息列表
| 序号 | 对象名称 | 对象类 | 分类编码 |
| 1 | 防涡梁段 | AntiVortexBeam | 12-90.15.10.20 |
| 2 | 矩形扩散段 | InOutModel | 12-90.15.10.25 |
| 3 | 闸门段 | ShaftTower | 12-90.15.10.30 |
| 4 | 渐变段 | LiningStructurePar | 14-92.10.28 |
| 5 | 直管/弯管段 | LiningStructure | 14-92.10.28 |
| 6 | 调压室 | SurgeChamber | 12-90.15.30 |
| 7 | 水轮机 | Hydroturbine | 12-90.20.10.05.25 |
| 8 | 引水岔管段 | DiversionBranchPipe | 12-90.15.20.11 |
| … | … | … | … |
表1中，分类编码包括分类表代码和各层级分类对象代码，各级代码应采用2位阿拉伯数字表示。例如12-90.15.10.20，12表示按功能分建筑空间分类代表码，90表示枢纽工程空间大类代码，15表示输水建筑物空间中类代码，10表示进水口空间小类代码，10表示防涡梁段细类代码；25表示防扩散段细类代码；30表示防闸门段细类代码。例如14-92.10.28，14表示元素分类表代码，92表示土建结构大类代码，10表示混凝土构件中类代码，28表示衬砌结构小类代码；例如12-90.15.30，12表示按功能分建筑空间分类表代码，90表示枢纽工程空间大类代码，15表示输水建筑物空间中类代码，30表示调压室空间小类代码。例如12-90.20.10.05.25，12表示按功能分建筑空间分类表代码，90表示枢纽工程空间大类代码，20表示发电建筑物空间中类代码，10表示主厂房空间小类代码，05表示主机间细类代码，25表示水轮机代码。例如12-90.15.20.11，12表示按功能分建筑空间分类表代码，90表示枢纽工程空间大类代码，15表示输水建筑物空间中类代码，20表示输水隧洞空间小类代码，11表示引水岔管段细类代码。
4、对输水发电系统BIM模型进行自动检索，根据分类编码自动识别出每个组成部分的建筑物类型，并提取每个组成部分的设计属性信息，由所有组成部分的设计属性信息构成数据集合。
对输水发电系统的每个组成部分对象设置参数对象基类Parameters，参数对象基类Parameters包括15个成员变量，采用参数对象基类Parameters来表示设计属性信息，即数对象基类Parameters的第一个变量为ID，用来表示设计BIM模型的唯一编号，指向对应的设计BIM模型；第二变量为分类编码，用来表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型；第三个变量为起点桩号，用来表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置起点值；第四个变量为终点桩号，用来表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置终点值；其余变量为水力学计算分析所需的长度、断面尺寸、糙率、波速等信息，如表2所示成员变量列表。
表2参数对象基类Parameters成员变量
| 序号 | 成员变量 | 变量名称 | 作用 |
| 1 | ElementID | ID | 用于唯一识别与定位 |
| 2 | Code | 分类编码 | 用于组成部分对象的建筑物类型判别 |
| 3 | StartPile | 起点桩号 | 用于拓扑关系排序 |
| 4 | EndPile | 终点桩号 | 用于拓扑关系排序 |
| … | … | … | … |
成员变量中的ID、分类编码、起点桩号和终点桩号用于输水发电系统拓扑数据结构的自动创建。岔管涉及到管路分支，其桩号标识和尺寸参数与其他组成部分的BIM模型存在差异。因此，单独创建岔管类BranchPar继承于基类Parameters。BranchPar类成员列表如表3所示。
表3BranchPar类成员变量
| 序号 | 成员变量 | 变量名称 | 作用 |
| 1 | MainPile | 主管桩号 | 用于拓扑关系排序 |
| 2 | BifutcationPile | 岔点桩号 | 用于拓扑关系排序 |
| 3 | LeftPile | 左支管桩号 | 用于拓扑关系排序 |
| 4 | RightPile | 右支管桩号 | 用于拓扑关系排序 |
| … | … | … | … |
设置一个List<Parameters>对象，用于存储所有组成部分对象的参数对象。对输水发电系统BIM模型进行循环检索，根据分类编码识别所有有效组成部分的BIM模型，提取相应的设计属性信息存储于List<Parameters>数据集合中，将非输水发电系统BIM模型排除在外。
5、对数据集合中的桩号进行解译，自动识别输水发电系统各个组成部分的拓扑结构，实现拓扑数据结构的自动构建。
该步骤的具体实现过程包括：
5.1循环提取List<Parameters>中每条数据对象(即每条设计属性信息)，提取起点桩号、终点桩号(岔管段需提取主管起点桩号、分岔点桩号、支管终点桩号)，对桩号进行解析，即对桩号的固定格式进行解析，得到该桩号对应的水力单元序号、引水主洞、引水支洞、尾水主洞、尾水支洞和桩号值。
创建排序基类CalUnit，用于存储桩号解析数据，成员变量列表如表4。
由于岔管涉及到管路分支，其桩号标识和尺寸参数与其他组成部分的BIM模型存在差异，因此，创建CalUnitB类，继承于CalUnit基类，用于存储岔管段桩号的解析结果，成员变量列表如表5所示。
循环提取List<Parameters>中每一条数据对象，提取起点桩号、终点桩号数据值，对桩号数据进行解析，将解析结果存储于List<Calunit>对象。基于List<Calunit>对象可进行拓扑关系排序。
说明：桩号的固定格式为“①YK+XXX.XXX”，圈序号“①”表示水力单元序号，范围为“①-⑩”；桩号前缀有四种，“Y”表示引水主洞，“Yz”表示引水支洞，“W”表示尾水主洞，“Wz”表示尾水支洞；“K+XXX.XXX”表示桩号值，其中，“K”单位为公里，“XXX.XXX”单位为米，表示桩号值为(K×1000+XXX.XXX)米，“K-XXX.XXX”表示桩号值为(K×1000-XXX.XXX)米。
表4CalUnit基类成员变量说明
| 序号 | 成员变量 | 变量名称 | 作用 |
| 1 | Num | 桩号序号 | 表示所属水力单元序号 |
| 2 | Prefix | 桩号前缀 | 表示所属引水或尾水的主、支管段 |
| 3 | StartP | 桩号起点值 | 表示洞段起点桩号值 |
| 4 | EndP | 桩号终点值 | 表示洞段终点桩号值 |
| 5 | ElementID | 元素ID | 用于索引List<Parameters>对于数据 |
| 6 | Code | 分类编码 | 用于对象类型判别 |
表5CalUnitB类成员变量说明
| 序号 | 成员变量 | 变量名称 | 作用 |
| 1 | NumZ | 支管桩号序号 | 表示支管桩号所属水力单元序号 |
| 2 | PrefixZ | 支管桩号前缀 | 表示支管所属引水或尾水的主、支管段 |
| 3 | BifuP | 岔点桩号值 | 表示分岔点桩号值 |
5.2根据桩号解析结果，将每条数据对象按照水力单元、引水系统和尾水系统、主洞和支洞进行分组，具体分组过程为：
首先，根据桩号前缀，将List<Parameters>中的数据对象按照引水主洞(Y)、引水支洞(Yz)、尾水支洞(Wz)和尾水主洞(W)分为四组；
其次，每组内按照桩号序号进行分类；
最后，对于每一组数据按照桩号值大小进行排序，保证桩号值首尾连续。
5.3根据分类编码检索岔管对应的数据对象，提取岔管数据对象中的桩号，对引水岔管、尾水岔管的桩号进行解析，得到供水方式、机组台数以及主洞桩号序号与支洞桩号序号的关联关系，从而确定水力单元的数量以及水力单元主、支管组合方式。
在解析分岔管桩号时，岔管可等效转换为“主管+左支管”和“主管+右支管”两条管段分别进行桩号解析，并添加至List<Calunit>，如图8所示。
通过分类编码变量从List<Calunit>找到所有岔管数据对象CalunitB；List<Calunit>中其他的数据对象按照桩号前缀进行分组，桩号前缀包括四种：引水主洞(Y)、引水支洞(Yz)、尾水支洞(Wz)和尾水主洞(W)；其次，在每组数据中再按照桩号序号进行分类，桩号序号表示水力单元序号，范围“①-⑩”；最后，对每一组数据按照起点桩号值的大小按照升序进行排序，并对每条数据的起点桩号值和上一条数据终点桩号值是否连续进行检验。List<Calunit>数据分组示意图如图9所示。
通过对岔管桩号list Calunit B进行分析，可以确定输水发电系统水力单元组合。以图4分岔管为例，根据主、直管桩号前缀可得出输水发电系统引水主洞(Y)和引水支洞(Yz)，同时根据桩号序号可知，主洞与支洞水力单元组合为：①号引水主洞(Y)与①号引水支洞(Yz)组合作为一条引水水力单元；①号引水主洞(Y)与②号引水主洞(Yz)组合作为一条引水水力单元。由此，可以梳理出所有水力单元组合方式。
5.4将岔管按照主管段和支管段进行拆分，并添加至步骤5.2的分组中，得到分组数据。
5.5根据步骤5.3水力单元组合方式，对步骤5.4的分组数据进行组合与合并，得到水力单元数据组。
List<CalUnit>[]listYreuslt表示引水系统水力单元数组，List<CalUnit>[]listWreuslt表示尾水系统水力单元数组。例如，①号引水主洞(Y)与②号引水主洞(Yz)组合的水力单元，需将listYarry[0]与listYzarry[1]数据进行合并，存放于listWreuslt。
5.6创建二维数组，将步骤5.5的水力单元数据组存储于该二维数组中，得到拓扑数据结构。
创建二维数组Pipe[][]对象，第一维表示水力单元序号，第二维表示水力单元中各管段所需的属性数据。根据步骤5.6得到的引水和尾水水力单元数组，循环遍历数组中每一条数据，通过分类编码(Code)和元素ID(ElementID)按顺序在List<Parameters>找到对应的属性数据对象，并将所需属性值按顺序添加至Pipe[][]对象，Pipe[][]按照桩号前缀和桩号值从小到大的顺序进行排序，各管段起点桩号和终点桩号首尾相连，最终得到能反映整个水电站输水发电系统属性信息拓扑关系的拓扑数据结构Pipe[][]。
利用拓扑数据结构Pipe[][]即可方便地进行水头损失和水力机械过渡过程等方面的计算。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成所述输水发电系统的各个组成部分；
步骤2：分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型；
所述设计属性信息包括ID、分类编码、桩号以及水力学计算分析所需参数；所述ID表示设计BIM模型的编号，所述分类编码表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型，所述桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置；
步骤3：将所有组成部分的设计BIM模型进行组装，得到输水发电系统BIM模型；
步骤4：对所述输水发电系统BIM模型进行自动检索，根据分类编码自动识别出每个组成部分的建筑物类型，并提取每个组成部分的设计属性信息，由所有组成部分的设计属性信息构成数据集合；
步骤5：对数据集合中的桩号进行解译，自动识别输水发电系统各个组成部分的拓扑结构，实现拓扑数据结构的自动构建。
2.如权利要求1所述的基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于：所述步骤1中，输水发电系统的各个组成部分包括防涡梁段、矩形扩散段、闸门段、直管段、弯管段、渐变段、分岔段、事故闸门室、球阀室、隧洞段、大井段、连接管、水轮机以及发电机。
3.如权利要求1所述的基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于：所述步骤2中，每个组成部分的设计BIM模型采用参数化建模软件创建，所述参数化建模软件包括：
进水口参数化模块，用于参数化创建常规电站进水口、抽水蓄能电站进/出水口防涡梁段、矩形扩散段和闸门段的设计BIM模型；
调压室参数化模块，用于参数化创建调压室隧洞段、连接管和大井段的设计BIM模型；
渐变段参数化模块，用于创建各种类型渐变段的设计BIM模型；
水工隧洞参数化模块，用于创建隧洞直管段、弯管段的设计BIM模型；
岔管参数化模块，用于创建岔管的设计BIM模型；
事故闸门室参数化模块，用于创建事故闸门室的设计BIM模型；
具体创建步骤为：在每个模块中输入对应组成部分的结构设计参数和水力学计算分析所需参数，即可创建该组成部分的设计BIM模型。
4.如权利要求1~3中任一项所述的基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于：所述步骤5的具体实现过程包括：
步骤5.1：提取所述数据集合中每条设计属性信息，提取所述设计属性信息中的桩号，对所述桩号进行解析，得到与该桩号对应的水力单元序号、引水主洞、引水支洞、尾水主洞、尾水支洞和桩号值；
所述桩号包括桩号序号、桩号前缀和桩号值；
步骤5.2：根据所述步骤5.1桩号的解析结果，将每条设计属性信息按照水力单元、引水系统和尾水系统、主洞和支洞进行分组；
步骤5.3：根据分类编码检索岔管对应的设计属性信息，提取岔管的设计属性信息中的桩号，对所述桩号进行解析，得到供水方式、机组台数以及主洞桩号序号与支洞桩号序号的关联关系，从而确定水力单元的数量以及所有水力单元组合方式；
步骤5.4：将岔管按照主管段和支管段进行拆分，并添加至所述步骤5.2的分组中，得到分组数据；
步骤5.5：根据所述步骤5.3水力单元组合方式，对步骤5.4的分组数据进行组合与合并，得到水力单元数据组；
步骤5.6：创建二维数组，将所述步骤5.5的水力单元数据组存储于所述二维数组中，得到所述拓扑数据结构。
5.如权利要求4所述的基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于：所述步骤5.2中，分组的具体实施过程为：
步骤5.21：根据桩号前缀将每条设计属性信息分为四组；
步骤5.22：在每组内按照桩号序号进行分类；
步骤5.23：对于每一组数据按照桩号值大小进行排序。
6.一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建系统，其特征在于，包括：
划分单元，用于按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成所述输水发电系统的各个组成部分；
参数化建模单元，用于分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型；
所述设计属性信息包括ID、分类编码、桩号以及水力学计算分析所需参数；所述ID表示设计BIM模型的编号，所述分类编码表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型，所述桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置；
组装单元，用于将所有组成部分的设计BIM模型进行组装，得到输水发电系统BIM模型；
数据集合形成单元，用于对所述输水发电系统BIM模型进行自动检索，根据分类编码自动识别出每个组成部分的建筑物类型，并提取每个组成部分的设计属性信息，由所有组成部分的设计属性信息构成数据集合；
拓扑数据结构创建单元，用于对数据集合中的桩号进行解译，自动识别输水发电系统各个组成部分的拓扑结构，实现拓扑数据结构的自动构建。
7.如权利要求6所述的基于BIM模型的拓扑数据结构创建系统，其特征在于：所述参数化建模单元包括：
进水口参数化模块，用于参数化创建常规电站进水口、抽水蓄能电站进/出水口防涡梁段、矩形扩散段和闸门段的设计BIM模型；
调压室参数化模块，用于参数化创建调压室隧洞段、连接管和大井段的设计BIM模型；
渐变段参数化模块，用于创建各种类型渐变段的设计BIM模型；
水工隧洞参数化模块，用于创建隧洞直管段、弯管段的设计BIM模型；
岔管参数化模块，用于创建岔管的设计BIM模型；
事故闸门室参数化模块，用于创建事故闸门室的设计BIM模型。
8.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1~5中任一项所述基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现如权利要求1~5中任一项所述基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法。
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