CN112685816B - 基于模型及数据的设计成果在线交付系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统及方法。系统包括客户端、服务器端、处理模块和交付模块，方法包括：S1，制定交付内容和交付标准；S2，制定数据存储的标准；S3，采用所述系统进行工程设计，输出的设计数据成果包括了属性信息和识别信息；S4，建立工程结构树的结构层次关系；S5，构建工程结构树；S6，将属性信息关联到工程结构树中；S7，根据设计数据成果创建几何模型；S8，将几何模型重构为统一格式的几何模型；S9，将统一格式的几何模型关联到工程结构树中；S10，对工程结构树及相关几何模型、属性信息进行发布，本发明将全部设计信息按照工程结构树进行了关联，实现无纸化的二维或三维交付，交付内容安全可靠。

Description

基于模型及数据的设计成果在线交付系统及方法

技术领域

本发明涉及工程设计和建筑信息模型领域，具体涉及一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统及方法。

背景技术

当前，传统的工程设计以二维设计为主要设计手段，设计成果均以纸质图纸作为最终的设计成果交付，造成的问题一是没有实现三维设计成果交付，二是施工人员根据纸质图纸进行施工而没有实现无纸化，三是设计成果变动无法与交付的纸质成果同步变动；BIM技术则以二维设计图纸为依据，创建三维BIM模型，由于图纸信息量大，存在BIM模型生产工作量大，交付成果质量低，例如翻模时出现错误导致BIM模型与交付成果的二维设计图纸不一致、交付BIM模型无法与数据源(设计成果)同步变动等问题。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服上述二维设计交付图纸信息量大，三维交付中BIM模型生产工作量大，交付成果质量低、BIM模型无法与数据源(设计成果)同步等问题，在设计过程中同步存储设计数据，并使用该数据作为数据源直接创建BIM模型，确保BIM模型信息和二维图纸表达信息一致性，并通过BIM模型在线发布，改变工程设计行业传统的以纸质图纸作为交付成果的交付手段，提出了一种基于模型及数据的设计成果在线交付方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统，包括客户端、服务器端、处理模块和交付模块，

客户端用于进行工程设计，并生成设计数据成果，设计数据成果符合预设的交付内容和交付标准；

服务器端与客户端链接，用于按照预设的数据存储标准保存客户端生成的设计数据成果，设计数据成果包括了属性信息和识别信息，识别信息包括分类编码和空间位置编码；

处理模块用于根据设计数据成果中的分类编码和空间位置编码，以及工程结构树的结构层次关系，构建工程结构树，工程结构树的结构层次关系根据工程的结构层次关系确定；处理模块还用于根据识别信息将设计数据成果中的属性信息关联到工程结构树中；处理模块还用于根据设计数据成果创建几何模型、提取几何模型的几何数据、将几何数据转换为统一格式的几何模型；处理模块还用于将统一格式的几何模型关联到工程结构树中；

交付模块用于将建立关联的设计数据成果、工程结构树以及几何模型数据作为设计成果进行存储和交付。

作为本发明的优选方案，还包括判断模块，判断模块集成于客户端中，用于判断客户端中的设计数据成果是否满足预设的交付内容和交付标准，预设的交付内容和交付标准确定了设计数据成果中的每条数据包括构件、构件属性、构件属性的名称、构件属性的名称对应的数值、构件属性的单位。

作为本发明的优选方案，当用户在客户端对图形或图形中涉及的参数进行调整后，客户端的数据与服务器中所存储的数据同步更新，实现设计数据成果和存储数据一致。

作为本发明的优选方案，交付内容包括数字化的设计说明、计算书、设计图纸、工程量中的一种或几种。

作为本发明的优选方案，系统还包括成果展示模块，成果展示模块包括网页端和移动端，用于展示交付模块中的设计成果，其中，通过选择成果展示模块中的三维模型构件查询对应设计数据，或者通过工程结构树的节点查询设计数据。

基于相同的构思，本发明还提出了一种基于模型及数据的设计成果在线交付方法，包括以下步骤：

S1，制定工程设计数据的交付内容和交付标准；

S2，制定工程设计数据存储的标准；

S3，采用如上述任一的一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统进行工程设计，根据步骤S1中的交付内容和交付标准，在客户端得到设计数据成果，并将设计数据成果按照步骤S2中的标准存储在服务器端，设计数据成果包括了属性信息和识别信息，识别信息包括分类编码和空间位置编码；

S4，根据工程类型确定工程划分体系，并且根据工程划分体系确定工程结构树的结构层次关系；

S5，根据步骤S3得到的设计数据成果中的分类编码和空间位置编码以及步骤S4中工程结构树的结构层次关系，构建工程结构树；

S6，根据步骤S3中的识别信息将设计数据成果中的属性信息关联到步骤S5的工程结构树中；

S7，根据步骤S3中的设计数据成果创建几何模型；

S8，提取步骤S7中几何模型的几何数据，对几何数据进行重构，将步骤S7中的几何信息转换为统一格式的几何模型；

S9、将步骤S8中的统一格式的几何模型关联到步骤S5中的工程结构树中；

S10、将建立关联的步骤S3中的设计数据成果、步骤S5中的工程结构树以及步骤S8中的统一格式的几何模型作为设计成果进行存储和交付。

作为本发明的优选方案，步骤S2中的工程设计数据存储的标准为按照构件ID、构件名称、构件类型、空间位置编码、构件属性的格式存储数据。

作为本发明的优选方案，当创建的几何模型为隧道的三维几何模型时，步骤S7具体包括以下步骤：

S71，从隧道设计数据成果中的属性信息中提取出与隧道结构相关的二维隧道结构数据；

S72，基于预设的节段长度对隧道进行节段划分，得到多个子节段隧道及其对应的衬砌类型；

S73，根据二维隧道设计数据判断每个子节段隧道是否属于隧道交叉口路段，若是，则赋予该子节段隧道一个交叉口标记，若否，则该子节段隧道交叉口标记为空；交叉口标记包括：交叉口编号；

S74，根据每个子节段隧道对应的衬砌类型构建该子节段隧道对应的隧道三维几何体；

以及，对具有交叉口标记的子节段隧道额外创建该子节段隧道对应的交叉口布尔剪切体，并根据交叉口编号对所得交叉口布尔剪切体进行标记；

利用具有相同交叉口编号的交叉口布尔剪切体对与之对应的交叉口三维几何体进行布尔减运算，得到多个隧道交叉口三维几何体；

S75，加载隧道三维几何体以及隧道交叉口三维几何体，对隧道三维构件几何体以及隧道交叉口三维几何体进行封装，得到包含隧道交叉口的隧道三维零件；

S76，根据所得隧道三维零件在BIM平台中建立隧道的三维几何模型。

作为本发明的优选方案，衬砌类型包括：子节段隧道对应的隧道结构形状、隧道结构尺寸，以及与所在路线的相对位置关系。

作为本发明的优选方案，步骤S8具体包括以下步骤：

S81，获取步骤S7中几何模型的三角面的单位坐标转换矩阵及对应的组成几何表面的点的X、Y、Z坐标值，并分别存储到transformation和集合vertices中；

S82，在vertices中每3个数为一组，组成一个点，组成的点包括X、Y、Z三个方向的值；

S83，将vertices中构成点的数字的组号存储到集合vertex中，并将所有vertex存储到集合triangle中，生成几何模型数据。

S84，基于S83中的几何模型数据，重新构建统一格式的几何模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的方法中，将设计信息按照预先设计的内容和标准进行存储，并按照工程的结构层次关系进行了关联，因此，在进行工程信息交付时，直接将设计信息进行交付，没有中间的打印二维图纸的过程，实现无纸化的二维或三维交付成果，交付内容安全可靠。

2、基于本发明的方案，已经形成交付成果后，若设计信息还有改动，无须再重新设计，交付成果能够与数据源(设计成果)同步变动；提高了修改交付成果的效率。

3、本发明的方法按照工程的结构层次关系，建立了工程结构树，并根据标识信息，将工程设计数据中将每个构件的数据添加到工程结构树中，使得工程数据具有唯一确定的组织架构，便于查询和交付；

4、另外，还把构件的几何模型或BIM模型添加到工程结构树中每个构件的工程数据中，便于BIM软件调用该数据生成工程三维模型。

附图说明

图1为本发明实施例1中的一种基于模型及数据的设计成果在线交付方法流程图；

图2为本发明实施例1中的一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统的示意图；

图3为本发明实施例1中梁式桥桥梁工程结构树示例图；

图4为本发明实施例1中某大桥工程结构树示例图；

图5为本发明实施例1中唯一识别信息与工程结构树节点的对应关系示意图；

图6为本发明实施例1中创建隧道几何模型方法的流程图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种基于模型及数据的设计成果在线交付方法，交付方法的流程图如图1所示，具体步骤包括：

S1，制定工程设计数据的交付内容和交付标准；

S2，制定工程设计数据存储的标准；

S3，采用一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统进行工程设计，根据步骤S1中的交付内容和交付标准，在客户端得到设计数据成果，并将设计数据成果按照步骤S2中的标准存储在服务器端，设计数据成果包括了属性信息、识别信息和图形图像信息，识别信息包括分类编码和空间位置编码；

S4，根据工程类型确定工程划分体系，并且根据工程划分体系确定工程的结构层次关系和工程结构树的结构层次关系；

S5，根据步骤S3得到的设计数据成果中的分类编码和空间位置编码以及步骤S4中工程结构树的结构层次关系，构建工程结构树；

S6，根据步骤S3中的识别信息将设计数据成果中的属性信息关联到步骤S5的工程结构树中；

S7，根据步骤S3中的设计数据成果创建几何模型；

S8，提取步骤S7中几何模型的几何数据，对几何数据进行重构，将步骤S7中的几何信息转换为统一格式的几何模型；

S9、将步骤S8中的统一格式的几何模型关联到步骤S5中的工程结构树中；

S10、将建立关联的步骤S3中的设计数据成果、步骤S5中的工程结构树以及步骤S8中的几何模型数据作为设计成果进行存储和交付。

基于相同的构思，还提出了一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统，一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统的示意图如图2所示。

包括客户端、服务器端、处理模块和交付模块，

客户端用于进行工程设计，并生成设计数据成果，设计数据成果符合预设的交付内容和交付标准；

服务器端与客户端链接，用于按照预设的数据存储标准保存客户端生成的设计数据成果，设计数据成果包括了属性信息和识别信息，识别信息包括分类编码和空间位置编码；

处理模块用于根据设计数据成果中的分类编码和空间位置编码，以及工程结构树的结构层次关系，构建工程结构树，工程结构树的结构层次关系根据工程的结构层次关系确定；处理模块还用于根据识别信息将设计数据成果中的属性信息关联到工程结构树中；处理模块还用于根据设计数据成果创建几何模型、提取几何模型的几何数据、将几何数据转换为几何模型数据，将几何数据转换为统一格式的几何模型；处理模块还用于将统一格式的几何模型关联到工程结构树中；

交付模块用于将建立关联的设计数据成果、工程结构树以及统一格式的几何模型作为设计成果进行存储和交付。

本实施例以在线交付方法为例对方案进行详细说明：

步骤1，以传统设计交付成果为基础，明确设计成果数字化交付内容及交付标准；

步骤1说明：本步骤以传统设计交付成果为基础，明确设计成果数字化交付内容和交付标准。

其中，传统设计交付成果是指二维交付成果，包括纸质化的二维交付成果和数字化的交付成果，由于本发明实现了无纸化交付，因此，交付内容和交付标准以数字化交付内容作为交付成果，内容上数字化交付内容和纸质化的交付成果一致。数字化交付内容通常包括数字化的设计说明、计算书、设计图纸、工程量等(施工单位通常用纸质成果作为施工依据)，交付内容与传统交付内容一致。

交付标准是本发明实施需满足的特定的数据要求。交付标准中对交付哪些构件、交付构件包含哪些属性以及属性的名称、值、单位等进行约定。

特别的，交付标准中除了构件的属性信息，交付标准中至少包含构件的分类编码和空间位置编码，分类编码表明构件是什么构件，空间位置编码表明这个构件在什么位置。通过分类编码和空间位置编码即可唯一确定一个构件。

步骤2，建立设计成果数字化存储的数据格式标准；

步骤2说明：步骤1明确了交付内容和交付标准，步骤2需要明确步骤1提供的数据如何存储，以便步骤3访问，因此需要建立设计成果数字化存储的数据格式，即数据按何种标准存储。存储标准并不唯一，要根据实际需求确定，通常存储标准按照数据库的格式进行存储，数据库中包括数据集合，数据集合中某一节点按构件ID、构件名称、构件类型、空间位置编码、构件属性(包含名称、值、单元等)的格式存储数据。

步骤3，开发参数化设计系统，该系统以插件形式或类似手段接入各类二维或三维设计软件。所述参数化设计系统，包括客户端和服务器端。通过所述参数化设计系统实现客户端设计过程参数化和设计数据结构化，参数化是指，从设计的二维信息中提取出相应属性信息和，这些属性信息以数据的形式存储，而不是以图像的形式存储，属性信息与二维设计信息呈一一对应关系。设计数据结构化是指，按照步骤2中的存储格式进行设计数据的存储，便于后续对数据进行处理，而不是将设计数据随意散乱的放在数据库中，在服务器端根据步骤1和步骤2所规定的数据内容和数据格式存储设计数据成果，其中设计数据成果主要以数据库方式存储，数据库可为MySQL、SQL Server等。当用户在客户端对图形或图形中涉及的参数进行调整后，客户端的数据与服务器中所存储数据同步更新，实现设计成果和存储数据一致。

步骤3在服务器端存储的数据主要包括元素的识别信息及其属性信息（参数化的构件定义为元素）。

识别信息包含分类编码、空间位置编码、唯一标识信息。其中分类编码用于识别该信息用于哪一种类型对象，空间位置编码用于识别是哪个位置的对象 ，分类编码和空间位置编码组合可以实现对某一对象的唯一标识。唯一标识信息可单独实现对某一对象的唯一标识。

识别信息可以是属性信息的一部分，也可独立于属性信息。

步骤3说明：步骤3开发参数化设计系统，设计人员使用客户端进行设计的同时，设计相关数据按步骤1和步骤2所规定的标准同步存储到服务器。步骤3可确保客户端设计数据和服务器端存储数据一致。

示例说明

以某一桥梁墩柱为例说明，梁式桥桥梁工程结构树示例图如图3所示，其包含必要的分类编码和空间位置编码，及其他属性数据；

分类编码：用于表示构件类型，例如18-05.02.03.02这个编码表示它的类型为圆形墩柱。

空间位置编码：用于表示构件空间位置，例如L001001002001这个编码表示这个墩柱位于左幅第1个墩台左起第2根墩柱。空间位置编码、分类编码可根据行业标准设定，也可自定义。

其他属性信息：

墩高：6.9米

墩径：1.6米

混凝土强度等级：C35

步骤4，根据工程类型确定工程划分体系标准；

步骤4说明：根据工程类型确定工程划分体系，不同类型的工程其工程划分体系不同，明确工程划分体系即明确了工程的结构层次关系，即抽象的工程结构树。如工程类型为桥梁，则桥梁划分由上部结构、下部结构、附属结构组成，下部结构又由桥墩、基础组成，桥墩又由盖梁、墩柱、系梁等构件组成。图3示出了梁式桥桥梁工程结构树。又如工程类型为建筑，则划分为一楼、二楼等。

步骤5，根据步骤3得到的设计数据成果中的分类编码和空间位置编码及步骤4确定的工程划分体系标准，实例化工程结构树，即构建工程结构树，此步骤的工程结构树尚未包含构件属性信息；在工程结构树中每一个节点表达了两方面的内容，包括构件类型和构件在工程结构树中的位置。最后将工程结构树数据存储到服务器数据库中。服务器数据库工程结构关系存储数据包括三类数据：主对象、关联对象、关系类型。主对象指某构件本身，关联对象指该构件之外的其他构件，关系类型指某构件与其他构件的关系，关系类型包括很多，例如连接关系、嵌套关系、空间包含关系等各类构件关系。

示例说明

图4为某大桥工程结构树示例，以桥墩和墩柱示例，墩柱是桥墩的组成部分，墩柱和桥墩的关系为空间包含关系，工程结构关系数据如下：

主对象：1号桥墩

关联对象：1号桥墩1号墩柱

关系类型：空间包含关系

步骤5说明：根据步骤3得到的设计数据成果及步骤4确定的抽象的工程划分体系，建立具体的工程结构树，如具体到一座桥，组成这座桥包含了哪个具体的下部结构，这个下部结构包含的哪个桥墩，这个桥墩又包含哪个具体的盖梁和哪些具体的墩柱。具体的工程结构树节点应包含步骤3中的唯一识别码。

步骤6，通过步骤3得到的设计数据中的唯一识别信息和步骤5得到的工程结构树节点的唯一标识信息的对应关系，将设计数据以属性方式挂接到工程结构树并关联起来。这样构件的属性信息也关联到工程结构树上了。另外，步骤6可以与步骤5合并，也可以拆分，拆分之后便于单独调整构件的属性。

步骤6说明：步骤5建立了具体的工程结构树，但仅包含设计数据中的唯一识别信息。步骤3存储的设计数据中唯一标识信息和步骤6工程结构树中的唯一标识信息是相同的，通过对应关系，建立存储的设计数据和工程结构树节点之间的映射关系。

示例说明

以某大桥1号桥墩1号墩柱为例说明

在设计信息中，其唯一识别信息为：37b95015--4807-93a8-13980a95e1e2

在某大桥工程结构树中可通过该对象在结构树中的节点，其唯一之别信息也为37b95015--4807-93a8-13980a95e1e2

因此，可以将这个墩柱的设计数据和工程结构树关联起来。唯一识别信息与工程结构树节点的对应关系示意图如图5所示。

步骤7，根据需求，基于步骤3得到的设计数据创建几何模型或BIM模型；

步骤7说明：根据步骤3得到的设计数据，创建对应的包含几何模型元素组成的几何模型或BIM模型，步骤7可以通过手工创建模型，也可通过开发自动建模软件实现自动创建模型。由于步骤6已建立设计数据和工程结构树节点的映射关系，工程结构树节点包含唯一识别码，因此可使创建的几何模型元素也具有和工程结构树中节点相同的唯一识别码。通常在创建几何模型过程中，几何模型的格式是多种格式（不同的开发人员采用的建模软件不同或者存储的文件格式不同）但是，都是基于相同的设计数据生成的几何模型。

具体的，以隧道三维模型为例进行说明，步骤S7具体包括以下步骤：

S71，从隧道设计数据成果中的属性信息中提取出与隧道结构相关的二维隧道结构数据；

S72，基于预设的节段长度对隧道进行节段划分，得到多个子节段隧道及其对应的衬砌类型；

S73，根据所述二维隧道设计数据判断每个所述子节段隧道是否属于隧道交叉口路段，若是，则赋予该子节段隧道一个交叉口标记，若否，则该子节段隧道交叉口标记为空；所述交叉口标记包括：交叉口编号；

S74，根据每个所述子节段隧道对应的衬砌类型构建该子节段隧道对应的隧道三维几何体；

以及，对具有交叉口标记的子节段隧道额外创建该子节段隧道对应的交叉口布尔剪切体，并根据交叉口编号对所得交叉口布尔剪切体进行标记；

利用具有相同交叉口编号的交叉口布尔剪切体对与之对应的交叉口三维几何体进行布尔减运算，得到多个隧道交叉口三维几何体；

S75，加载所述隧道三维几何体以及所述隧道交叉口三维几何体，对所述隧道三维构件几何体以及所述隧道交叉口三维几何体进行封装，得到包含隧道交叉口的隧道三维零件；

S76，根据所得隧道三维零件在BIM平台中建立隧道的三维几何模型。

步骤8，通过提取几何数据和重构几何模型两步，将步骤7形成的几何模型重建为统一格式的几何模型。提取几何数据具体为提取该几何体三角面的单位坐标转换矩阵及对应的组成几何表面的点的X、Y、Z坐标值，分别存储到transformation和集合vertices中，在vertices中每3个数为一组，表达组成一个点X、Y、Z三个方向的值。重构几何模型具体为将vertices中构成点的数字的组号存储到集合vertex中，最后将所有vertex存储到集合triangle中。每个几何体重构后的数据存储到geometry中。基于以上几何数据，建立统一格式的几何模型，该步骤的目地在于，使得步骤7的模型能够兼容其他建模软件。

步骤8说明：抽象来说，一个几何体是由多个三角面组成，每个三角面由3个点组成，每个点有X、Y、Z 3个坐标值，表达三角面可以通过一个单位坐标转换矩阵和一个由9个数值形成的集合来表达。

步骤9，将步骤8形成的几何模型元素关联到步骤5得到的工程结构树；

步骤10说明：步骤5得到的工程结构树没有包含几何模型元素，步骤9将步骤7得到的几何模型元素通过唯一标识码关联起来，得到包含几何模型和设计数据的完整的工程结构树。

步骤10，建立集成系统，集成步骤3得到的设计数据、步骤5得到的工程结构树、步骤7得到的几何模型或BIM模型，并以步骤8得到的成果的形式存储于服务器；

步骤9说明：存储步骤3、步骤5、步骤8得到的数据成果。

步骤11，基于步骤9中服务器存储的数据进行开发，通过服务器发送服务方式为后续系统提供数据支撑，解决直接访问数据库带来的安全性问题；

步骤11说明：步骤10是为后续步骤提供数据获取方式。

步骤12，开发设计成果展示系统，包括网页端、移动端，用于展示步骤9中所集成的成果；

步骤12说明：开发设计成果展示系统，支持网页端和移动端展示，数据查询可通过两种方式：1、通过选择工程三维模型构件查询对应设计数据；2、通过工程结构树节点查询设计数据。

步骤13，通过用于账户登录，实现交付服务；

步骤13说明：用户通过账户登录网页端或移动端，查看与设计一致的模型和工程信息。

本发明的关键技术效果是实现设计成果同步集成、同步建模、同步数字化交付，施工方可以通过在线登录账号的形式在线浏览所有设计过程信息。改变了传统的以二维纸质的交付方式。避免手工录入容易出现错误的现象。

实施例2

图6示出了本发明示例性实施例的创建隧道几何模型方法，包括：

步骤1、在二维设计平台中开展隧道设计，得到设计成果，根据预设的数据格式将所述设计成果对应的二维隧道设计数据进行输出；步骤2、接收所述二维隧道设计数据，基于预设的节段长度对隧道进行节段划分，得到多个子节段隧道及其对应的衬砌类型；其中，本发明所提供的隧道几何模型自动建模系统是基于CAD平台开发的隧道设计系统。在本系统中可进行隧道二维设计及绘图，得到的二维隧道数据（包括设计数据以及图纸信息），在本系统中，CAD平台与BIM平台共用一个数据库，当CAD中的隧道设计系统设计完成输出隧道设计数据与图纸数据到数据库，此时，BIM平台可直接通过两个平台共用的数据库读取到这个数据，并根据用户指令自动创建与CAD得到的设计数据完全对应的BIM模型，即隧道三维模型（隧道几何模型）。

具体的，所述步骤1包括：步骤101，录入工程设计条件、基础数据，通过自动正向设计原则得到初始的设计数据及传统设计图纸：本步骤是基于二维设计平台（基于CAD二次开发得到的设计平台）实现工程设计图纸的参数化绘制，以隧道为例，录入的工程设计条件、基础数据主要包括工程所处场地参数及结构尺寸参数；场地参数主要包括地形、地质及路线等参数，结构尺寸参数主要包括隧道内轮廓尺寸、道路宽度、不同隧道结构类型对应的支护参数及其附属构件尺寸。其中，上述所述路线参数主要指纬地数据，通过解析纬地数据，重构得到结构化的纬地数据，并根据隧道专业的设计需求，重新开发适合于隧道专业的路线计算方法及功能需求（如根据与隧道横通道相交的右线（或左线）桩号及隧道横通道轴线夹角，得到对应左线（或右线）与横通道的交点桩号等信息）。上述所述地质参数主要为地质专业提供的地质成果，成果形式为**桩号～**桩号区间的围岩等级（粗狂表达方法（Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级等），精细表达方法（Ⅴ3级、Ⅴ2级、Ⅴ1级、Ⅳ3级、Ⅳ2级、Ⅳ1级、Ⅲ3级、Ⅲ2级、Ⅲ1级等））及地质概况，围岩等级作为隧道设计的主要依据，直接决定隧道的结构支护参数，本系统通过隧道设计规范和地勘围岩等级表达方法，对隧道的地质情况进行针对性的分析（如通过围岩等级表达方式比较不同围岩之间的强弱，计算适合于隧道设计的相关参数（如计算比任意桩号所处围岩强度更弱的区域至此桩号的路线距离，同时通过分析围岩强度的分部区域，可初步判断隧道围岩破碎带的分部区域（破碎带的围岩强度会出现突然大幅度降低，穿过破碎带后，围岩强度又会明显增强），以此来优化隧道结构的自动化初始设计成果，减少设计人员的修改工作量。本步骤所述自动正向设计原则主要是首先根据隧道结构尺寸参数在CAD中绘制隧道通用图，然后根据录入的工程设计条件、基础数据按照相关标准给定的设计计算方法自动进行隧道平纵设计，并在CAD中绘制隧道平纵图，并将隧道通用图数据及地质平纵设计数据缓存至结构化的文本文件或数据库中；隧道通用图数据主要包括不同结构类型对应的尺寸参数及程序自动计算得到结构类型对应的工程量，地质平纵设计数据主要包括隧道具体桩号段落采用的结构类型及按结构类型分类统计的长度。

步骤102：面向对象对初始的传统设计模型进行修改，同时更新步骤1中对应的设计数据。步骤101得到的设计数据仅仅是按照一般规定和工程经验得到的初步设计，《公路隧道设计规范》等国家标准一般仅规定设计原则和设计限值，每项工程一般都有其特殊需求。本专利所述参数化绘制系统需具备面向设计人员直接修改设计图纸的功能，如修改或添加不同结构类型的尺寸参数及具体桩号段落间采用的结构类型，隧道平纵图具有强相关性，修改纵断面图结构类型，将对应修改平面图。设计数据是与设计图纸一一对应的，设计人员通过本系统修改设计图纸后，步骤101中所述设计数据将根据最新修改的设计图纸自动更新。

步骤103：循环步骤102，直至实现设计人员的完整设计意图，得到项目数据化的设计成果(包括设计数据及传统设计模型)。设计人员可重复使用步骤102所述设计图纸修改功能，多次修改设计图纸，同时设计数据也对应更新，系统和软件可关闭后重新载入，不影响步骤102所述设计图纸修改和数据更新功能，不受时效和修改次数限制。其中，山岭隧道设计主要为工程经验法，主要方法为根据隧道地质条件（岩性、围岩等级、埋深及地下水条件等）及其内轮廓，匹配与此地质条件和内轮廓相近的既有项目设计成果，将此设计成果对应的结构支护参数等直接或近似应用于当前项目的隧道设计。通过将本设计系统得到的项目结构化设计成果存入数据库，可形成一个隧道设计经验库，随着隧道项目设计成果的增加，经验库就越丰富。设计系统通过查询匹配系统自己创建的经验库，来指导隧道设计，项目初始自动化设计阶段可优化初始化设计成果，面向对象修改调整设计成果阶段可给予设计人员推荐隧道设计支护参数，实现隧道的半智能化设计，此设计系统也是一个自我增强的设计系统，存储的项目设计成果越多，自我增强的程度就越大，经验法设计依据可靠性就越强。其中，工程经验库存储的设计参数包括工程位置、地质、轮廓大小、工程概况及对应的支护参数；工程位置包括：工程坐标（需指定坐标系，如北京54或西安80）、行政区域（精确到乡级）；地质包括：是否浅埋、围岩类型（土质或石质）、围岩岩性（如花岗岩、闪长岩、泥岩、砂岩等）、围岩等级、地质概况、围岩大变形等级（高级、中级、初级或无）、岩爆等级（高级、中级、初级或无）、瓦斯等级（低瓦斯、高瓦斯、瓦斯突出或无）；轮廓大小包括：隧道内轮廓最大跨度、隧道内轮廓最大高度；工程概况包括：隧道长度、隧道最大埋深、设计单位名称；支护参数包括：二衬厚度、二衬配筋方式、二衬砼规格、初次衬砌砼厚度、初次衬砌砼规格、钢架型号、钢架间距、锚杆型号、锚杆长度、锚杆纵向间距、锚杆环向间距、拱墙预留变形量、仰拱预留变形量）；当采用本设计系统完成隧道设计后，上述对应的工程参数将存入数据库，用户开始做隧道设计时，可选择自动匹配经验库，也可根据自己设计需求匹配经验库：自动匹配经验库，此种方式将匹配轮廓大小（误差0.1m）、是否浅埋、围岩类型、围岩等级、围岩大变形等级、岩爆等级、瓦斯等级，并返回对应支护参数均值。或者用户根据需求匹配经验库，此种方式用户可设置匹配轮廓大小的误差范围、围岩岩性、围岩大变形（取消等级）、岩爆等级（取消等级）、瓦斯等级（取消等级）、工程间距范围、工程位置、隧道最大埋深范围、隧道长度范围，其余按自动匹配规则执行。并且初始数据库没有经验数据，系统支持用户在EXCEL表格中录入既有工程设计经验数据，然后导入到数据库中形成初始经验库。

步骤3、根据所述隧道数据判断每个所述子节段隧道是否属于隧道交叉口路段，若是，则赋予该子节段隧道一个交叉口标记，若否，则该子节段隧道交叉口标记为空；所述交叉口标记包括：交叉口编号；

步骤4：根据每个所述子节段隧道对应的衬砌类型构建该子节段隧道对应的隧道三维几何体；

以及，对具有交叉口标记的子节段隧道额外创建该子节段隧道对应的交叉口布尔剪切体，并根据交叉口编号对所得交叉口布尔剪切体进行标记；

利用布尔剪切体对具有相同交叉口编号的隧道三维几何体体进行布尔减运算，得到多个隧道交叉口三维几何体；

步骤5：加载所述隧道三维几何体以及所述隧道交叉口三维几何体，对所述隧道三维构件几何体以及所述隧道交叉口三维几何体进行封装，得到包含隧道交叉口的隧道三维零件；

步骤6：根据所得隧道三维零件在BIM平台中建立隧道三维模型。

具体的，读取基于CAD平台的隧道设计系统得到的设计数据及纬地路线数据，按照设置的隧道建模节段长度及隧道结构设计成果对隧道路线进行节段划分，划分得到的多个子节段隧道，其长度小于或等于设置的隧道节段长度（一般等于隧道节段长度，当长度不足时取剩余长度），同时每个节段路线长度对应关联这个节段路线对应的衬砌类型及交叉口编号（如果属于非交叉口节段，此编号为空），依据路线坐标顺序对位于交叉口的子节段隧道进行1.2.3...的编号。（此处隧道路线在Revit中用多段线或拟合的空间曲线近似表达，多段线点越密，误差越小，可根据工程精度需求调整点的密集度，多段线各顶点坐标根据导入的纬地数据计算所得）。同时对交叉口路线的洞室属性进行标识（是主体洞室还附属洞室）进行标识。根据每个子节段隧道及其对应的衬砌类型，在路线首尾分别创建与路线垂直的局部坐标系，然后基于此局部坐标系及衬砌类型（衬砌类型已包含隧道的结构形状、尺寸和与路线的位置关系）创建隧道各结构轮廓，并基于此轮廓与节段路线，采用Revit之Dynamo模块提供的几何构建功能（计算机图形界称之为几何引擎）构建各隧道构件几何（此处完全可选用任何开源的几何引擎），每个构件几何都对应存储了其衬砌类型及交叉口编号，如果交叉口编号为非空，同时需要采用与上述隧道构建几何相同的方式创建交叉口布尔剪切体，此剪切体也要存储对应的交叉口编号。并对交叉口子节段隧道额外创建布尔剪切体（主体洞室创建外轮廓剪切体，附属洞室创建内轮廓剪切体），外轮廓剪切体为隧道结构外轮廓与交叉口路线共同得到的体，内轮廓剪切体为隧道结构内轮廓与交叉口路线共同得到的体。最后所有的交叉口结构3D几何体与同此结构类型及交叉口编号相同的布尔剪切体（主体洞室结构选择对应的附属洞室内轮廓剪切体，附属洞室选择对应的主体洞室外轮廓剪切体）进行布尔减运算，得到相应的隧道交叉口三维几何体。对于未标记交叉口标记的子节段隧道，直接将节段对应的隧道三维几何体以sat格式缓存至计算机本地磁盘；对于标记了交叉口标记的子节段隧道，则需要将布尔减运算之后得到的新的隧道三维几何体以sat格式缓存至计算机本地磁盘。进一步的，通过revit提供的族样板创建零件空间，然后将缓存在计算机本地磁盘的sat文件导入到零件空间中，并在此零件空间中创建工程需要的属性参数，并将节段对应的参数（如衬砌类型）存储在属性参数中，然后将此零件载入到Revit项目文件中，并根据节段路线坐标将零件放在对应的位置，完成节段的组装。最后根据所得隧道三维零件在BIM平台中建立隧道三维模型。

上述实施例中，本发明通过对隧道交叉口所在子节段路线进行单独划分，并对交叉口路线属性（是否是交叉口，是否是主体洞室）进行标识，通过此属性，就能够知道哪些子节段路线是交叉口路线，并对这些节段额外创建布尔剪切体（主体洞室创建外轮廓剪切体，附属洞室创建内轮廓剪切体），外轮廓剪切体为隧道结构外轮廓与交叉口路线共同得到的体，内轮廓剪切体为隧道结构内轮廓与交叉口路线共同得到的体。最后所有的交叉口结构3D体与同此结构类型及交叉口编号相同的布尔剪切体（主体洞室结构选择对应的附属洞室内轮廓剪切体，附属洞室选择对应的主体洞室外轮廓剪切体）进行布尔减运算，从而实现交叉联络隧道的自动模型创建，此方法同时适用于无交叉口的隧道和有交叉口的隧道，也适用于复杂地下联络通道相互交叉的隧道。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于模型及数据的设计成果在线交付方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，制定工程设计数据的交付内容和交付标准；

S2，制定工程设计数据存储的标准；

S3，采用一种基于模型及数据的设计成果在线交付系统进行工程设计，所述系统包括客户端、服务器端、处理模块和交付模块，

所述客户端用于进行工程设计，并生成设计数据成果，所述设计数据成果符合预设的交付内容和交付标准；

所述服务器端与所述客户端链接，用于按照预设的数据存储标准保存所述客户端生成的设计数据成果，所述设计数据成果包括了属性信息和识别信息，所述识别信息包括分类编码和空间位置编码；

所述处理模块用于根据所述设计数据成果中的分类编码和空间位置编码，以及工程结构树的结构层次关系，构建工程结构树，所述工程结构树的结构层次关系根据工程的结构层次关系确定；所述处理模块还用于根据所述识别信息将设计数据成果中的属性信息关联到所述工程结构树中；所述处理模块还用于根据所述设计数据成果创建几何模型、提取所述几何模型的几何数据、将所述几何数据转换为统一格式的几何模型；所述处理模块还用于将所述统一格式的几何模型关联到所述工程结构树中；

所述交付模块用于将建立关联的设计数据成果、工程结构树以及几何模型数据作为设计成果进行存储和交付；

根据步骤S1中的交付内容和交付标准，在客户端得到设计数据成果，并将所述设计数据成果按照步骤S2中的标准存储在服务器端，所述设计数据成果包括了属性信息和识别信息，所述识别信息包括分类编码和空间位置编码；

S4，根据工程类型确定工程划分体系，并且根据工程划分体系确定工程结构树的结构层次关系；

S5，根据步骤S3得到的设计数据成果中的分类编码和空间位置编码以及步骤S4中工程结构树的结构层次关系，构建工程结构树；

S6，根据步骤S3中的识别信息将设计数据成果中的属性信息关联到步骤S5的工程结构树中；

S7，根据步骤S3中的设计数据成果创建几何模型；

S8，提取步骤S7中几何模型的几何数据，对所述几何数据进行重构，将步骤S7中的几何信息转换为统一格式的几何模型；

S9、将步骤S8中的统一格式的几何模型关联到步骤S5中的工程结构树中；

S10、将建立关联的步骤S3中的设计数据成果、步骤S5中的工程结构树以及步骤S8中的统一格式的几何模型作为设计成果进行存储和交付；

当创建的几何模型为隧道的三维几何模型时，步骤S7具体包括以下步骤：

S71，从隧道设计数据成果中的属性信息中提取出与隧道结构相关的二维隧道结构数据；

S72，基于预设的节段长度对隧道进行节段划分，得到多个子节段隧道及其对应的衬砌类型；

S73，根据所述二维隧道设计数据判断每个所述子节段隧道是否属于隧道交叉口路段，若是，则赋予该子节段隧道一个交叉口标记，若否，则该子节段隧道交叉口标记为空；所述交叉口标记包括：交叉口编号；

S74，根据每个所述子节段隧道对应的衬砌类型构建该子节段隧道对应的隧道三维几何体；

以及，对具有交叉口标记的子节段隧道额外创建该子节段隧道对应的交叉口布尔剪切体，并根据交叉口编号对所得交叉口布尔剪切体进行标记；

利用具有相同交叉口编号的交叉口布尔剪切体对与之对应的交叉口三维几何体进行布尔减运算，得到多个隧道交叉口三维几何体；

S75，加载所述隧道三维几何体以及所述隧道交叉口三维几何体，对所述隧道三维几何体以及所述隧道交叉口三维几何体进行封装，得到包含隧道交叉口的隧道三维零件；

S76，根据所得隧道三维零件在BIM平台中建立隧道的三维几何模型。

2.如权利要求1所述的一种基于模型及数据的设计成果在线交付方法，其特征在于，步骤S2中所述的工程设计数据存储的标准为按照构件ID、构件名称、构件类型、空间位置编码、构件属性的格式存储数据。

3.如权利要求1所述的一种基于模型及数据的设计成果在线交付方法，其特征在于，所述衬砌类型包括：子节段隧道对应的隧道结构形状、隧道结构尺寸，以及与所在路线的相对位置关系。

4.如权利要求1所述的一种基于模型及数据的设计成果在线交付方法，其特征在于，步骤S8具体包括以下步骤：

S81，获取步骤S7中几何模型的三角面的单位坐标转换矩阵及对应的组成几何表面的点的X、Y、Z坐标值，并分别存储到transformation和集合vertices中；

S82，在vertices中每3个数为一组，组成一个点，组成的点包括X、Y、Z三个方向的值；

S83，将vertices中构成点的数字的组号存储到集合vertex中，并将所有vertex存储到集合triangle中，生成几何模型数据；

S84，基于S83中的几何模型数据，重新构建统一格式的几何模型。

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