CN113449360A - 基于建筑信息模型的施工策划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于建筑信息模型的施工策划方法，本发明自动从BIM建筑信息模型中提取构件基础信息、系统信息、空间信息，建立分部分项映射关系库、大型机械设备工序库、WBS生成策略知识库等知识库，进行BIM建筑信息模型中信息的重构，支持用户根据项目需求选择对应的WBS生成策略，快速生成WBS；进一步的，基于生成的WBS和知识库快速建立工序紧前紧后关系，自动进行4D模拟，减少生成WBS和绑定模型、WBS关联关系的人工工作量，解决施工现场难以快速制定不同分解策略的WBS和4D模拟的问题。

Description

基于建筑信息模型的施工策划方法

技术领域

本发明涉及一种基于建筑信息模型的施工策划方法。

背景技术

建筑施工过程中，施工计划是施工组织设计的关键内容，是控制工程施工进度、成本等各项施工活动的重要手段，进度计划排布的是否合理，直接影响工程施工进度、成本和质量。施工计划的合理编制首先要根据项目情况进行项目结构分解(WBS)，然而目前大部分工程项目并不会配备专业的计划工程师，并且建筑工程涉及的专业众多、工程变化频繁，在人力资源条件有限的情况下，往往无法快速响应工程需求，在短时间内快速编制出一份合理的项目WBS。

同一个建设工程项目在不同阶段会有不同的项目结构分解策略，需要考虑实施部署、合同分解等多方面因素，不同的分解策略会生成不同的WBS。目前工程项目WBS生成一般有两种方法：一是由项目各个参建单位提供各自专业的WBS，总承包单位进行合并汇总，这种方法生成的WBS往往会缺乏各个专业工序相互之间的逻辑关系，难于用于指导现场施工；另外一种方法是基于BIM建筑信息模型和项目工程量清单生成WBS，这种方法需要对BIM建筑信息模型进行预先处理，添加大量信息，人工工作量大，并且也只能生成单一策略下的WBS，不能支持所有项目需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种基于建筑信息模型的施工策划方法。

为解决上述问题，本发明提供一种一种基于建筑信息模型的施工策划方法，包括：

步骤1：建立分部分项系统知识库、大型机械设备工序库、WBS生成策略知识库、工序搭接规则知识库、工序排布库、工序库；

步骤2：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的信息集合E_i，包括：构件基础信息、构件系统信息、构件空间信息；

步骤3：基于所述信息集合E_i，更新构件系统信息为对应的分部分项信息，并更新构件空间信息，获得新的构件信息集合E_ip和项目空间信息集合R_i，基于构件信息集合E_ip得到项目系统信息集合S_i；

步骤4：对新的构件信息集合E_ip进行处理，获取项目二元键值化的系统集合Q_i和空间集合W_i，并根据所述工序搭接规则知识库，对系统集合Q_i和空间集合W_i进行排序,获得排序后的系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip；

步骤5：基于系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip，并根据用户选择的WBS生成策略和WBS策略生成方法，自动生成WBS中的全部内容；

步骤6：根据从工序排布库和工序库中选择、编辑好的工序排布，并基于WBS空间节点添加工序紧前紧后关系，生成施工策划；

步骤7：根据BIM建筑信息模型中构件与WBS之间的映射关系、WBS与工序之间的关联关系，以及设定的项目开工时间和工序工期，自动进行4D施工模拟。

进一步的，在上述方法中，所述步骤1包括：

步骤1.1：建立分部分项映射关系库，包括建模软件内置系统与分部分项知识库之间关系、行业常规建模规则与分部分项知识库之间关系；

步骤1.2：建立大型机械设备工序库，所述大型机械设备工序库包括：设备名称和设备工序；

步骤1.3：建立WBS生成策略知识库，所述WBS生成策略知识库是指建筑工程领域不同WBS分解方式形成的不同的生成策略的集合，每一个生成策略包括：策略名称、策略排布形式M{s₁、s₂、s₃、r₁、r₂、r₃、r₄}，所述策略排布形式由4种空间属性和3种系统属性任意排序组成，s₁、s₂、s₃的为空间属性或r₁、r₂、r₃、r₄为系统属性，其中，s₁为分部、s₂为子分部、s₃为类型、r₁为单体、r₂为楼层、r₃为施工段、r₄为房间；

步骤1.4：建立工序约束规则知识库，所述工序约束规则知识库包括：空间约束规则、逻辑约束规则；其中，空间约束规则为空间位置上先后施工关系的约束规则，根据建筑工程领域的常规标注命名规范，空间信息标注中高层的自下而上、阿拉伯数字和英文字母的先后顺序进行排序；

步骤1.5：建立工序库，所属工序库包括建筑工程领域中各种施工工序，各种施工工序包：括工序名称、所属类型、工序描述；

步骤1.6：建立工序排布库，所述工序排布库包括不同的工序排布，所述工序排布是由不同的工序组合形式组合而来，组合形式包括线性施工、并行施工。

进一步的，在上述方法中，所述步骤2包括：

步骤2.1：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件基础信息，包括：构件标识信息和构件名称；

步骤2.2：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件系统信息，包括：建模软件内置系统和行业常规建模规则，其中，所述建模软件内置系统是指建模软件本身进行的系统划分；

步骤2.3：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件空间信息，包括：构件所属的单体、楼层、施工段和房间：所述单体是指工程中的单体建筑；所述施工段是组织施工流水作业时，把施工对象划分为劳动量相等或相近的若干段，这些段即施工段。

进一步的，在上述方法中，所述步骤3包括：

步骤3.1：遍历所述信息集合E_i中的所有构件，根据构件系统信息和分部分项知识库之间的映射关系，更新构件系统信息为对应的分部分项信息，如图2所示；

步骤3.2：遍历所述信息集合E_i中的所有构件，根据BIM建筑信息模型中楼层、施工段、房间的空间轮廓信息，计算每个构件与空间轮廓之间的包含关系，更新构件空间信息，获得新的构件信息集合E_ip；

步骤3.3：所述项目系统信息集合S_i是指BIM建筑信息模型中包含的所有构件系统信息，包括：分部信息、分项信息和类型信息，项目系统信息集合S_i为构件信息集合E_ip中所有构件系统信息去重后的集合；

步骤3.4：所述项目空间信息集合R_i是指BIM建筑信息模型中包含的所有构件空间信息，包括：单体、楼层、施工段和房间。

进一步的，在上述方法中，所述步骤4包括：

步骤4.1：对E_ip中每一个构件的空间向量的属性、系统向量的属性进行拆解，获得空间向量R[r1、r2、r3、r4]，系统向量S[s1、s2、s3]，其中，s₁为分部、s₂为子分部、s₃为类型、r₁为单体、r₂为楼层、r₃为施工段、r₄为房间，没有明确的空间向量或系统向量的属性值的，对应设置为空null；

步骤4.2：建立矩阵A、转置矩阵A^T，A＝[R；S],其中，R和S为矩阵A的行元素和列元素；

步骤4.3：获得矩阵A、转置矩阵A^T中所有元素集合T_i；

步骤4.4：获得E_ip中所有构件的元素集合，进行去重处理，形成二元键值对集合C_i,其中，C_i为“空间数据：系统数据”或“系统数据：空间数据”；

步骤4.5：对C_i中的元素进行归并处理，形成二元键值对系统集合Q_i{q₁、q₂、q₃…}、空间集合W_i{w₁、w₂、w₃…},其中，q₁为键值对为“系统：空间1、空间2、空间3…”、W₁为“空间：系统1、系统2、系统3…”；

步骤4.6：根据步骤1中的工序搭接规则知识库，调整集合Q_i、W_i中系统、空间元素的顺序，获得排序后的系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip。

进一步的，在上述方法中，所述步骤5包括：

步骤5.1：从WBS生成策略知识库中选择WBS策略；

步骤5.2：根据选择的WBS策略，首先生成WBS节点层级，根据选择的WBS策略中空间元素组元素组的下标，生成WBS层级；

步骤5.3:基于WBS层级，生成WBS节点内容，首个分层层的节点内容根据选择的WBS策略中首个元素的类型和下标值从S₁、S₂、S₃、R₁、R₂、R₃和R₄中选择；后续分层节点的内容根据上层节点项中的元素和分层节点元素的类型，从Q_ip、W_ip中筛选，逐级生成WBS中的全部内容。

进一步的，在上述方法中，所述步骤6包括：

步骤6.1选择生成的WBS空间属性节点或系统属性节点，从所述工序排布库中选择已有的工序排布，对选择的工序排布进行编辑，设定工序的工期和工序之间的执行顺序，建立单层横向的工序间紧前紧后关系；

步骤6.2选择生成的WBS空间或系统属性节点，设定前置工序，建立多层纵向之间工序紧前紧后关系；

步骤6.3根据单层横向的工序间紧前紧后关系、多层纵向之间工序紧前紧后关系和工序的工期，设定项目开工时间，采用关键路径法获取施工策划，包括：每个工序的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间以及项目总工期和关键路线。

进一步的，在上述方法中，所述步骤7包括：

步骤7.1将步骤3中项目系统信息集合S_i中的构件和所述系统属性及空间属性之间的映射关系，作为BIM建筑信息模型与WBS的关系；

步骤7.2将步骤6中得到WBS空间属性节点、WBS系统属性节点与工序的映射关系，作为WBS与工序的关系；

步骤7.3根据所述BIM建筑信息模型与WBS的关系和所述WBS与工序的关系，建立模型构件、WBS、工序三者之间的关系，根据步骤6.3中获得的每个工序的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间以及项目总工期，获取BIM建筑信息模型中每个构件的对应工序、工序最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间，通过赋予BIM建筑信息模型构件中不同工序不同的渲染颜色，进行4D施工模拟。

与现有技术相比，本发明技术效果主要体现在两方面：

一、本发明基于BIM建筑信息模型和知识库，能够半自动快速的生成不同策略选择下的WBS，并计算出项目总工期，每个工序的施工时间，相比传统WBS的生成方法，大大节省了项目人员制定WBS的时间；

二、本发明中自动建立了WBS、工序、BIM建筑信息模型三者之间的关联关系，从而可以进行自动4D模拟，相比当前行业内手工4D模拟的做法，大大减少了人工建立BIM建筑信息模型和WBS关联关系的工作量。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于建筑信息模型的施工策划方法的流程图；

图2是本发明一实施例的示例图；

图3是本发明一实施例的BIM建筑信息模型生成WBS的示例图；

图4是本发明一实施例的基于BIM建筑信息模型生成施工策划系统模块图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于建筑信息模型的施工策划方法，包括：

步骤1：建立分部分项系统知识库、大型机械设备工序库、WBS生成策略知识库、工序搭接规则知识库、工序排布库、工序库；

步骤2：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的信息集合E_i，包括：构件基础信息、构件系统信息、构件空间信息；

步骤3：基于所述信息集合E_i，更新构件系统信息为对应的分部分项信息，并更新构件空间信息，获得新的构件信息集合E_ip和项目空间信息集合R_i，基于构件信息集合E_ip得到项目系统信息集合S_i；

步骤4：对新的构件信息集合E_ip进行处理，获取项目二元键值化的系统集合Q_i和空间集合W_i，并根据所述工序搭接规则知识库，对系统集合Q_i和空间集合W_i进行排序,获得排序后的系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip；

步骤5：基于系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip，并根据用户选择的WBS生成策略和WBS策略生成方法，自动生成WBS中的全部内容；

步骤6：根据从工序排布库和工序库中选择、编辑好的工序排布，并基于WBS空间节点添加工序紧前紧后关系，生成施工策划；

步骤7：根据BIM建筑信息模型中构件与WBS之间的映射关系、WBS与工序之间的关联关系，以及设定的项目开工时间和工序工期，自动进行4D施工模拟。

本发明的基于建筑信息模型的施工策划方法一实施例中，所述步骤1包括：

步骤1.1：建立分部分项映射关系库，包括建模软件内置系统与分部分项知识库之间关系、行业常规建模规则与分部分项知识库之间关系。

所述分部分项知识库可以是基于GB50300《建筑工程施工质量验收统一标准》中分部工程、分项工程划分标准建立的，共分为三级：分部工程、子分部工程、类型；

所述建模软件内置系统与分部分项知识库之间关系是指建立BIM建模软件内置系统与分部分项知识库之间的一对一的关系；

所述行业常规建模规则与分部分项知识库之间关系是指建立行业常规建模规则与分部分项知识库之间的一对一的关系；

步骤1.2：建立大型机械设备工序库，所述大型机械设备工序库包括：设备名称和设备工序；

步骤1.3：建立WBS生成策略知识库，所述WBS生成策略知识库是指建筑工程领域不同WBS分解方式形成的不同的生成策略的集合，每一个生成策略包括：策略名称、策略排布形式M{s₁、s₂、s₃、r₁、r₂、r₃、r₄}，所述策略排布形式由4种空间属性和3种系统属性任意排序组成，s₁、s₂、s₃的为空间属性或r₁、r₂、r₃、r₄为系统属性，其中，s₁为分部、s₂为子分部、s₃为类型、r₁为单体、r₂为楼层、r₃为施工段、r₄为房间；

步骤1.4：建立工序约束规则知识库，所述工序约束规则知识库包括：空间约束规则、逻辑约束规则；其中，空间约束规则为空间位置上先后施工关系的约束规则，根据建筑工程领域的常规标注命名规范，空间信息标注中高层的自下而上、阿拉伯数字和英文字母的先后顺序进行排序；

步骤1.5：建立工序库，所属工序库包括建筑工程领域中各种施工工序，各种施工工序包：括工序名称、所属类型、工序描述；

步骤1.6：建立工序排布库，所述工序排布库包括不同的工序排布，所述工序排布是由不同的工序组合形式组合而来，组合形式包括线性施工、并行施工。

本发明的基于建筑信息模型的施工策划方法一实施例中，所述步骤2包括：

步骤2.1：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件基础信息，包括：构件标识信息和构件名称；

步骤2.2：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件系统信息，包括：建模软件内置系统和行业常规建模规则，其中，所述建模软件内置系统是指建模软件本身进行的系统划分，不允许更改；

步骤2.3：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件空间信息，包括：构件所属的单体、楼层、施工段和房间：所述单体是指工程中的单体建筑；所述施工段是组织施工流水作业时，把施工对象划分为劳动量相等或相近的若干段，这些段即施工段。

本发明的基于建筑信息模型的施工策划方法一实施例中，所述步骤3包括：

步骤3.1：遍历所述信息集合E_i中的所有构件，根据构件系统信息和分部分项知识库之间的映射关系，更新构件系统信息为对应的分部分项信息，如图2所示；

步骤3.2：遍历所述信息集合E_i中的所有构件，根据BIM建筑信息模型中楼层、施工段、房间的空间轮廓信息，计算每个构件与空间轮廓之间的包含关系，更新构件空间信息，获得新的构件信息集合E_ip；

步骤3.3：所述项目系统信息集合S_i是指BIM建筑信息模型中包含的所有构件系统信息，包括：分部信息、分项信息和类型信息，项目系统信息集合S_i为构件信息集合E_ip中所有构件系统信息去重后的集合；

步骤3.4：所述项目空间信息集合R_i是指BIM建筑信息模型中包含的所有构件空间信息，包括：单体、楼层、施工段和房间。

本发明的基于建筑信息模型的施工策划方法一实施例中，所述步骤4包括：

步骤4.1：对E_ip中每一个构件的空间向量的属性、系统向量的属性进行拆解，获得空间向量R[r1、r2、r3、r4]，系统向量S[s1、s2、s3]，其中，s₁为分部、s₂为子分部、s₃为类型、r₁为单体、r₂为楼层、r₃为施工段、r₄为房间，没有明确的空间向量或系统向量的属性值的，对应设置为空null；

步骤4.2：建立矩阵A、转置矩阵A^T，A＝[R；S],其中，R和S为矩阵A的行元素和列元素；

步骤4.3：获得矩阵A、转置矩阵A^T中所有元素集合T_i；

步骤4.4：获得E_ip中所有构件的元素集合，进行去重处理，形成二元键值对集合C_i,其中，C_i为“空间数据：系统数据”或“系统数据：空间数据”；

譬如，c₁为“1F：机电”。

步骤4.5：对C_i中的元素进行归并处理，形成二元键值对系统集合Q_i{q₁、q₂、q₃…}、空间集合W_i{w₁、w₂、w₃…},其中，q₁为键值对“系统：空间1、空间2、空间3…”、W₁为“空间：系统1、系统2、系统3…”；

步骤4.6：根据步骤1中的工序搭接规则知识库，调整集合Q_i、W_i中系统、空间元素的顺序，获得排序后的系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip。

本发明的基于建筑信息模型的施工策划方法一实施例中，所述步骤5包括：

步骤5.1：从WBS生成策略知识库中选择WBS策略；

步骤5.2：根据选择的WBS策略，首先生成WBS节点层级，根据选择的WBS策略中空间元素组元素组的下标，生成WBS层级；

步骤5.3:基于WBS层级，生成WBS节点内容，首个分层层的节点内容根据选择的WBS策略中首个元素的类型和下标值从S₁、S₂、S₃、R₁、R₂、R₃、R₄中选择；后续分层节点的内容根据上层节点项中的元素和分层节点元素的类型，从Q_ip、W_ip中筛选，逐级生成WBS中的全部内容。

本发明的基于建筑信息模型的施工策划方法一实施例中，所述步骤6包括：

步骤6.1选择生成的WBS空间属性节点或系统属性节点，从所述工序排布库中选择已有的工序排布，对选择的工序排布进行编辑，设定工序的工期和工序之间的执行顺序，建立单层横向的工序间紧前紧后关系；

步骤6.2选择生成的WBS空间或系统属性节点，设定前置工序，建立多层纵向之间工序紧前紧后关系；

步骤6.3根据单层横向的工序间紧前紧后关系、多层纵向之间工序紧前紧后关系和工序的工期，设定项目开工时间，采用关键路径法获取施工策划，包括：每个工序的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间以及项目总工期和关键路线。

本发明的基于建筑信息模型的施工策划方法一实施例中，所述步骤7包括：

步骤7.1将步骤3中项目系统信息集合S_i中的构件和所述系统属性及空间属性之间的映射关系，作为BIM建筑信息模型与WBS的关系；

步骤7.2将步骤6中得到WBS空间属性节点、WBS系统属性节点与工序的映射关系，作为WBS与工序的关系；

步骤7.3根据所述BIM建筑信息模型与WBS的关系和所述WBS与工序的关系，建立模型构件、WBS、工序三者之间的关系，根据步骤6.3中获得的每个工序的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间以及项目总工期，获取BIM建筑信息模型中每个构件的对应工序、工序最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间，通过赋予BIM建筑信息模型构件中不同工序不同的渲染颜色，进行4D施工模拟。

综上所述，本发明通过建立BIM建筑信息模型中构件与分部分项知识库的映射关系，实现半自动生成施工策划和4D模拟，减少大量人工工作量；当BIM建筑信息模型中构件发生变化时，支持自动更新WBS和4D模拟，提高工程项目施工策划的制定效率和4DBIM模拟的及时性和准确性，促进BIM在施工中应用。

本发明自动从BIM建筑信息模型中提取构件基础信息、系统信息、空间信息，建立分部分项映射关系库、大型机械设备工序库、WBS生成策略知识库等知识库，进行BIM建筑信息模型中信息的重构，支持用户根据项目需求选择对应的WBS生成策略，快速生成WBS；进一步的，基于生成的WBS和知识库快速建立工序紧前紧后关系，自动进行4D模拟，减少生成WBS和绑定模型、WBS关联关系的人工工作量，解决施工现场难以快速制定不同分解策略的WBS和4D模拟的问题。

具体的，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、2、3所示，本发明提供一种基于BIM建筑信息模型自动生成施工策划的建立方法，包括：

步骤1：建立分部分项系统知识库、大型机械设备工序库、WBS生成策略知识库、工序搭接规则知识库、工序排布库、工序库；

本发明的一种基于建筑信息模型的施工策划方法实施例中，所述步骤1包括：

步骤1.1：建立分部分项映射关系库，包括建模软件内置系统与分部分项知识库之间关系、行业常规建模规则与分部分项知识库之间关系。

所述分部分项知识库是基于GB50300《建筑工程施工质量验收统一标准》中分部工程、分项工程划分标准建立的，共分为三级：分部工程、子分部工程、类型；譬如，分部工程为“地基与基础”、“主体结构”，“主体结构”又包括多个子分部工程“混凝土结构”“砌体结构”，“混凝土结构”又包括多个类型“现浇结构”“装配式结构”；

所述建模软件内置系统与分部分项知识库之间关系是指建立BIM建模软件内置系统与分部分项知识库之间的一对一的关系，譬如REVIT建模软件内置系统“结构柱”映射到分部分项知识库中“主体结构分部”中的“混凝土结构子分部”；

所述行业常规建模规则与分部分项知识库之间关系是指建立行业常规建模规则与分部分项知识库之间的一对一的关系，譬如行业常规建模规则钢结构中的钢柱通常会在族类型名称中进行设置“钢柱30X30”，通过关键词提取，可以映射到分部分项知识库中“主体结构分部”中的“钢结构子分部”；

步骤1.2：建立大型机械设备工序库，所述大型机械设备工序库包括设备名称、设备工序，譬如“塔吊”、“三轴搅拌桩机”，其中“塔吊”对应的工序包括“塔吊安装和验收”，“三轴搅拌桩机”对应的工序包括“三轴搅拌桩槽壁加固”、“工程前试桩”、“桩基施工”、“三轴加固”；

步骤1.3：建立WBS生成策略知识库，所述WBS生成策略知识库是指建筑工程领域不同WBS分解方式形成的不同的生成策略的集合，每一个生成策略包括策略名称、策略排布形式M{s₁、s₂、s₃、r₁、r₂、r₃、r₄}，所述策略排布形式由4种空间元素和3种系统元素任意排序组成，每个元素包含类型和下标两种属性，如s₁为分部、s₂为子分部、s₃为类型、r₁为单体、r₂为楼层、r₃为施工段、r₄为房间；譬如，“系统优先”生成策略的策略名称为“系统优先”，策略排布形式为“单体-分部-子分部-楼层-施工段-类型-默认工序”；“空间优先”生成策略的策略名称为“空间优先”，策略排布形式为“单体-楼层-施工段-子分部-类型-默认工序”；

步骤1.4：建立工序约束规则知识库，所述工序约束规则知识库包括空间约束规则、逻辑约束规则；空间约束规则为空间位置上先后施工关系的约束规则，根据建筑工程领域的常规标注命名规范，空间信息标注中高层的自下而上、阿拉伯数字和英文字母的先后顺序进行排序，譬如1F、2F,A区、B区；逻辑约束规则为建筑工程多专业施工间的约束搭接关系，譬如必须先完成“一结构”才能做“二结构”约束关系。

步骤1.5：建立工序库，所属工序库包含建筑工程领域中各种施工工序，包括工序名称、所属类型、工序描述；譬如工序名称“混凝土养护”，所述类型为“一结构施工”，工序描述为“砼浇捣后，由于水泥水化作用需要适当温度和湿度条件，要对砼进行养护。砼在浇捣完毕12小时以内就开始养护，经常洒水使其保持湿润，养护时间长短取决于水泥品种，普通硅酸盐水泥拌制的砼，不少于7天。洒水次数以能保证砼表面湿润状态为佳。”

步骤1.6：建立工序排布库，所属工序排布库包含不同的工序排布，工序排布是由不同的工序组合形式组合而来，组合形式包括线性施工、并行施工；譬如，一结构施工-管线预埋-模板拆除—二结构砌筑—机电施工—装饰施工。

步骤2：从BIM建筑信息模型中获取所有构件信息集合E_i，包括构件基础信息、构件系统信息、构件空间信息；

本发明的一种基于建筑信息模型的施工策划方法实施例中，所述步骤2包括：

步骤2.1：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的基础信息，包括构件标识信息，构件名称；譬如，构件名称为“矩形风管”的构件标识信息为“构件ID：2610633”；

步骤2.2：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的系统信息，包括建模软件内置系统、行业常规建模规则；譬如“矩形风管”在建模软件中内置系统为“族类别：风管”，行业常规建模规则为“内建系统：EDA排风系统”；

步骤2.3：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的空间信息，包括构件所属单体、楼层、施工段、房间；譬如，构件名称为“矩形风管”的构件单体为“1#”，楼层为“1F”，房间为“机电设备房”；

步骤3：遍历所有构件，将构件系统信息映射到分部分项知识库，计算构件与楼层、施工段、房间的空间包含关系，更新所有构件信息，获得新的构件信息集合E_ip，项目系统信息集合S_i、项目空间信息集合R_i；

本发明的一种基于建筑信息模型的施工策划方法实施例中，所述步骤3包括：

步骤3.1：遍历所有构件，根据构件系统信息和分部分项知识库之间的映射关系，更新构件系统信息为对应的分部分项信息，如图2所示。

步骤3.2：遍历所有构件，根据BIM建筑信息模型中楼层、施工段、房间的空间轮廓信息，计算每个构件与空间轮廓之间的包含关系，更新构件的空间信息，获得新的构件信息集合E_ip；譬如，构件ID为2610633的结构柱包含在施工段A区中。

步骤3.3：所述项目系统信息集合S_i是指当前项目模型中包含的所有系统信息，包括分部信息、分项信息、类型信息，S_i为E_ip中所有构件系统信息去重后的集合；譬如，分部S₁{地基与基础、主体结构、通风与空调……}、子分部S₂{地基、基础、一结构、排风系统……}。

步骤3.4：所述项目空间信息集合R_i是指当前项目模型中包含的所有空间信息，包括单体、楼层、施工段、房间；譬如，单体R₁{1#、2#……}、楼层R₂{1F、2F、3F……}、施工段R₃{施工段A区、施工段B区……}、房间R₄{机电房、办公室……}

步骤4：对新的构件信息集合E_ip进行处理，获取项目二元键值化系统数据Sip和空间数据Rip，并根据工序搭接规则库，对二元键值化系统数据和空间数据进行排序,获得排序后的二元键值化系统数据Sip’、空间数据Rip’；

本发明的一种基于建筑信息模型的施工策划方法实施例中，所述步骤4包括：

步骤4.1：对E_ip中每一个构件的空间属性、系统属性进行拆解，获得空间向量R[r1、r2、r3、r4]，系统向量S[s1、s2、s3]，其中r1表示单体、r2表示楼层、r3表示施工段、r4表示房间、s1表示分部、s2表示子分部、s3表示类型，没有明确的空间、系统属性值的允许设置为null；譬如，构件矩形风管的空间向量为R[1#、1F、null、机电房]、系统向量为S[通风与空调、排风系统、风管]。

步骤4.2：建立矩阵A、转置矩阵A^T，A＝[R；S],其中R和S为矩阵A的行元素和列元素。

步骤4.3：获得矩阵A、转置矩阵A^T中所有元素集合T_i。

步骤4.4：获得E_ip中所有构件的元素集合，进行去重处理，形成二元键值对集合C_i,其中c_i为“空间：系统”或“系统：空间”；譬如，c₁为“1F：机电”。

步骤4.5：对C_i中元素进行归并处理，形成二元键值对系统集合Q_i{q₁、q₂、q₃…}、空间集合W_i{w₁、w₂、w₃…},其中q₁为键值对“系统：空间1、空间2、空间3…”、W₁为“空间：系统1、系统2、系统3…”；譬如，q₁为“水系统：2F、1F、3F……”、w₁为“1F：通风系统、水系统…”。

步骤4.6：根据步骤1中的工序约束规则知识库关系，调整集合Q_i、W_i中系统、空间元素的顺序，获得系统、空间离散信息集合Q_ip、W_ip；譬如，q₁为“水系统：2F、1F、3F……”，根据约束规则中高层自下向上的约束规则，q_1p为“水系统：1F、2F、3F……”，根据约束规则中子分部的施工先后顺序，w_1p为“1F：水系统、通风系统…”，Q_ip为“{水系统：1F、2F、3F……；排风系统：2F、3F……；……}”，W_ip为“{1F：一结构、二结构、排风系统……；1#：一结构、二结构、排风系统……；……}”。

步骤5：根据用户选择的WBS生成策略和WBS策略生成方法，自动生成WBS；

本发明的一种基于建筑信息模型的施工策划方法实施例中，所述步骤5包括：

步骤5.1：从WBS生成策略知识库中选择WBS策略；譬如，选择“系统优先”，策略排布形式为“单体-分部-子分部-楼层-施工段-类型”。

步骤5.2：根据选择的策略，首先生成WBS节点层级，根据选择的策略中空间元素组元素组的下标，生成WBS层级；譬如，根据步骤5.1中的策略排布形成，单体为第一级，分部为第二级，子分部为第三级，楼层为第四级，施工段为第五级，类型为第六级。

步骤5.3:生成WBS节点内容，首层节点内容根据选择的策略中首个元素的类型和下标值从S₁、S₂、S₃、R₁、R₂、R₃、R₄中选择；分层节点内容根据上层节点项中的元素和分层节点元素的类型，从Q_ip、W_ip中筛选，获取分层节点，逐级生成WBS中全部内容。譬如，根据步骤5.2，首层节点为单体，该层节点显示步骤3.4中单体R₁的全部内容{1#、2#……}；根据步骤5.2，第二级节点为分部，从步骤4.6中W_ip中查询单体R₁{1#、2#……}中每一个单体对应的分部，比如1#对应的分部为{地基与基础、主体工程}，则第二级中与首层1#节点对应的内容为“地基与基础、主体工程”。

步骤6：根据用户从工序排布库和工序库中选择、编辑好的工序排布，基于WBS空间节点添加工序紧前紧后关系，生成施工策划；

本发明的一种基于建筑信息模型的施工策划方法实施例中，所述步骤6包括：

步骤6.1选择生成的WBS空间或系统属性节点，从工序排布库中选择已有的工序排布，对选择的工序排布进行编辑，设定工序的工期和工序之间的执行顺序，建立单层横向的工序间紧前紧后关系；譬如，选择WBS中1F空间节点，从工序排布库中选择工序排布“一结构施工(5天)-管线预埋(0.5天)-模板拆除(1天)—二结构砌筑(2天)—机电施工(15天)—装饰施工(15天)”。

步骤6.2选择生成的WBS空间或系统属性节点，设定前置工序，建立多层纵向之间工序紧前紧后关系；譬如，二结构的前置工序为一结构完成，可以设置1F的二结构工序的前置工序为3F的一结构工序。

步骤6.3根据上述设定的工序间紧前紧后关系、工序的工期，设定项目开工时间，采用关键路径法获取每个工序的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间以及项目总工期和关键路线。

步骤7：根据BIM建筑信息模型中构件与WBS之间的映射关系、WBS与工序之间的关联关系，以及设定的项目开工时间和工序工期，系统自动进行4D模拟；

本发明的一种基于建筑信息模型的施工策划方法实施例中，所述步骤7包括：

步骤7.1所述BIM建筑信息模型与WBS的关系为步骤3中BIM建筑信息模型构件和WBS系统属性和空间属性之间的映射关系；譬如，BIM建筑信息模型构件“风管”，映射到WBS中“风管系统”系统属性和“机电房”空间属性。

步骤7.2所述WBS与工序的关系为步骤6中WBS空间属性节点、系统属性节点与工序的映射关系；譬如，空间节点“机电房”设置工序“一结构施工(5天)-管线预埋(0.5天)-模板拆除(1天)—二结构砌筑(2天)—机电施工(15天)—装饰施工(15天)”

步骤7.3根据步骤7.1、7.2所述，建立模型构件、WBS、工序三者之间的关系，根据步骤6.3中每个工序的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间以及项目开工日期，获取BIM建筑信息模型中每个构件的对应工序、工序最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间，通过赋予BIM建筑信息模型构件中不同工序不同的渲染颜色，进行4D施工模拟。

本发明通过建立BIM建筑信息模型中构件与分部分项知识库的映射关系，实现半自动生成施工策划和4D模拟，减少大量人工工作量；当BIM建筑信息模型中构件发生变化时，支持自动更新WBS和4D模拟，提高工程项目施工策划的制定效率和4DBIM模拟的及时性和准确性，促进BIM在施工中应用。

如图4所示，一种基于建筑信息模型的施工策划方法包含有以下功能模块：

模块1：知识库模块，用于存储建筑机理知识和行业标准、规范，具体包括分部分项映射关系库、大型机械设备工序库、WBS生成策略知识库、工序约束规则知识库、工序库、工序排布库，具体的，本模块从外部数据源中提取信息，构建知识库，并存储至数据库。

模块2：模型集成和处理模块，用于模型上传、删除以及集成结构、建筑、幕墙、装饰等多专业模型，集成的模型通过调用模块3用于提供项目基础的系统、空间信息。

模块3：模型构件信息提取模块，用于从模型中自动提取所有BIM实体构件的由构件标识信息和构件名称组成的基础信息、由建模软件内置系统和行业常规建模规则组成的系统信息、由单体、楼层、施工段、房间组成的空间信息，具体的，本模块是从模块2中提取信息并存储到数据库。

模块4：信息处理模块，用于建立模块1中知识库信息和模块3中提取到的信息的映射关系，对模块3中提取的模型信息进行重新组织和重构，包括构件空间信息计算模块、构件系统信息映射模块、模型构件信息重构模块、模型构件信息离散模块、离散信息排序模块，具体的，本模块用于将BIM建筑信息模型中每个构件信息转换成能匹配到WBS的信息，通过对信息的重新组织，将提取到的信息转换成能够生成WBS的信息。

模块5：WBS生成模块，用于生成WBS，通过调用模块1知识库模块和模块4信息处理模块，根据指定的WBS生成策略生成WBS各级节点内容；通过选择工序排布库中的工序排布、设定工序工期和工序前置工序，建立WBS中各级节点工序的紧前紧后关系，具体的，本模块用来生成WBS各级内容以及工序之间的紧前紧后关系。

模块6：4D模拟模块，通过调用模块1和模块5，建立模型构件、WBS、工序三者之间的映射关系，获取BIM建筑信息模型中每个构件的对应工序、工序最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间，通过赋予BIM建筑信息模型构件中不同工序不同的渲染颜色，进行4D施工模拟。

本发明技术效果主要体现在两方面：

一、本发明基于BIM建筑信息模型和知识库，能够半自动快速的生成不同策略选择下的WBS，并计算出项目总工期，每个工序的施工时间，相比传统WBS的生成方法，大大节省了项目人员制定WBS的时间；

二、本发明中自动建立了WBS、工序、BIM建筑信息模型三者之间的关联关系，从而可以进行自动4D模拟，相比当前行业内手工4D模拟的做法，大大减少了人工建立BIM建筑信息模型和WBS关联关系的工作量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于建筑信息模型的施工策划方法，其特征在于，包括：

步骤1：建立分部分项系统知识库、大型机械设备工序库、WBS生成策略知识库、工序搭接规则知识库、工序排布库、工序库；

步骤2：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的信息集合E_i，包括：构件基础信息、构件系统信息、构件空间信息；

步骤3：基于所述信息集合E_i，更新构件系统信息为对应的分部分项信息，并更新构件空间信息，获得新的构件信息集合E_ip和项目空间信息集合R_i，基于构件信息集合E_ip得到项目系统信息集合S_i；

步骤4：对新的构件信息集合E_ip进行处理，获取项目二元键值化的系统集合Q_i和空间集合W_i，并根据所述工序搭接规则知识库，对系统集合Q_i和空间集合W_i进行排序,获得排序后的系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip；

步骤5：基于系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip，并根据用户选择的WBS生成策略和WBS策略生成方法，自动生成WBS中的全部内容；

步骤6：根据从工序排布库和工序库中选择、编辑好的工序排布，并基于WBS空间节点添加工序紧前紧后关系，生成施工策划；

步骤7：根据BIM建筑信息模型中构件与WBS之间的映射关系、WBS与工序之间的关联关系，以及设定的项目开工时间和工序工期，自动进行4D施工模拟。

2.如权利要求1所述的基于建筑信息模型的施工策划方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1.1：建立分部分项映射关系库，包括建模软件内置系统与分部分项知识库之间关系、行业常规建模规则与分部分项知识库之间关系；

步骤1.2：建立大型机械设备工序库，所述大型机械设备工序库包括：设备名称和设备工序；

步骤1.3：建立WBS生成策略知识库，所述WBS生成策略知识库是指建筑工程领域不同WBS分解方式形成的不同的生成策略的集合，每一个生成策略包括：策略名称、策略排布形式M{s₁、s₂、s₃、r₁、r₂、r₃、r₄}，所述策略排布形式由4种空间属性和3种系统属性任意排序组成，s₁、s₂、s₃的为空间属性或r₁、r₂、r₃、r₄为系统属性，其中，s₁为分部、s₂为子分部、s₃为类型、r₁为单体、r₂为楼层、r₃为施工段、r₄为房间；

步骤1.4：建立工序约束规则知识库，所述工序约束规则知识库包括：空间约束规则、逻辑约束规则；其中，空间约束规则为空间位置上先后施工关系的约束规则，根据建筑工程领域的常规标注命名规范，空间信息标注中高层的自下而上、阿拉伯数字和英文字母的先后顺序进行排序；

步骤1.5：建立工序库，所属工序库包括建筑工程领域中各种施工工序，各种施工工序包：括工序名称、所属类型、工序描述；

步骤1.6：建立工序排布库，所述工序排布库包括不同的工序排布，所述工序排布是由不同的工序组合形式组合而来，组合形式包括线性施工、并行施工。

3.如权利要求2所述的基于建筑信息模型的施工策划方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件基础信息，包括：构件标识信息和构件名称；

步骤2.2：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件系统信息，包括：建模软件内置系统和行业常规建模规则，其中，所述建模软件内置系统是指建模软件本身进行的系统划分；

步骤2.3：从BIM建筑信息模型中获取所有实体构件的构件空间信息，包括：构件所属的单体、楼层、施工段和房间：所述单体是指工程中的单体建筑；所述施工段是组织施工流水作业时，把施工对象划分为劳动量相等或相近的若干段，这些段即施工段。

4.如权利要求3所述的基于建筑信息模型的施工策划方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1：遍历所述信息集合E_i中的所有构件，根据构件系统信息和分部分项知识库之间的映射关系，更新构件系统信息为对应的分部分项信息，如图2所示；

步骤3.2：遍历所述信息集合E_i中的所有构件，根据BIM建筑信息模型中楼层、施工段、房间的空间轮廓信息，计算每个构件与空间轮廓之间的包含关系，更新构件空间信息，获得新的构件信息集合E_ip；

步骤3.3：所述项目系统信息集合S_i是指BIM建筑信息模型中包含的所有构件系统信息，包括：分部信息、分项信息和类型信息，项目系统信息集合S_i为构件信息集合E_ip中所有构件系统信息去重后的集合；

步骤3.4：所述项目空间信息集合R_i是指BIM建筑信息模型中包含的所有构件空间信息，包括：单体、楼层、施工段和房间。

5.如权利要求4所述的基于建筑信息模型的施工策划方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4.1：对E_ip中每一个构件的空间向量的属性、系统向量的属性进行拆解，获得空间向量R[r1、r2、r3、r4]，系统向量S[s1、s2、s3]，其中，s₁为分部、s₂为子分部、s₃为类型、r₁为单体、r₂为楼层、r₃为施工段、r₄为房间，没有明确的空间向量或系统向量的属性值的，对应设置为空null；

步骤4.2：建立矩阵A、转置矩阵A^T，A＝[R；S],其中，R和S为矩阵A的行元素和列元素；

步骤4.3：获得矩阵A、转置矩阵A^T中所有元素集合T_i；

步骤4.4：获得E_ip中所有构件的元素集合，进行去重处理，形成二元键值对集合C_i,其中，C_i为“空间数据：系统数据”或“系统数据：空间数据”；

步骤4.5：对C_i中的元素进行归并处理，形成二元键值对系统集合Q_i{q₁、q₂、q₃…}、空间集合W_i{w₁、w₂、w₃…},其中，q₁为键值对为“系统：空间1、空间2、空间3…”、W₁为“空间：系统1、系统2、系统3…”；

步骤4.6：根据步骤1中的工序搭接规则知识库，调整集合Q_i、W_i中系统、空间元素的顺序，获得排序后的系统离散信息集合Q_ip和空间离散信息集合W_ip。

6.如权利要求5所述的基于建筑信息模型的施工策划方法，其特征在于，所述步骤5包括：

步骤5.1：从WBS生成策略知识库中选择WBS策略；

步骤5.2：根据选择的WBS策略，首先生成WBS节点层级，根据选择的WBS策略中空间元素组元素组的下标，生成WBS层级；

步骤5.3:基于WBS层级，生成WBS节点内容，首个分层层的节点内容根据选择的WBS策略中首个元素的类型和下标值从S₁、S₂、S₃、R₁、R₂、R₃和R₄中选择；后续分层节点的内容根据上层节点项中的元素和分层节点元素的类型，从Q_ip、W_ip中筛选，逐级生成WBS中的全部内容。

7.如权利要求6所述的基于建筑信息模型的施工策划方法，其特征在于，所述步骤6包括：

步骤6.1选择生成的WBS空间属性节点或系统属性节点，从所述工序排布库中选择已有的工序排布，对选择的工序排布进行编辑，设定工序的工期和工序之间的执行顺序，建立单层横向的工序间紧前紧后关系；

步骤6.2选择生成的WBS空间或系统属性节点，设定前置工序，建立多层纵向之间工序紧前紧后关系；

步骤6.3根据单层横向的工序间紧前紧后关系、多层纵向之间工序紧前紧后关系和工序的工期，设定项目开工时间，采用关键路径法获取施工策划，包括：每个工序的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间以及项目总工期和关键路线。

8.如权利要求7所述的基于建筑信息模型的施工策划方法，其特征在于，所述步骤7包括：

步骤7.1将步骤3中项目系统信息集合S_i中的构件和所述系统属性及空间属性之间的映射关系，作为BIM建筑信息模型与WBS的关系；

步骤7.2将步骤6中得到WBS空间属性节点、WBS系统属性节点与工序的映射关系，作为WBS与工序的关系；

步骤7.3根据所述BIM建筑信息模型与WBS的关系和所述WBS与工序的关系，建立模型构件、WBS、工序三者之间的关系，根据步骤6.3中获得的每个工序的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间以及项目总工期，获取BIM建筑信息模型中每个构件的对应工序、工序最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间，通过赋予BIM建筑信息模型构件中不同工序不同的渲染颜色，进行4D施工模拟。

Images