CN113656879A - 基于bim的幕墙工程精细化施工方法、系统、终端、介质 - Google Patents

基于bim的幕墙工程精细化施工方法、系统、终端、介质 Download PDF

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CN113656879A CN202110986004.1A CN202110986004A CN113656879A CN 113656879 A CN113656879 A CN 113656879A CN 202110986004 A CN202110986004 A CN 202110986004A CN 113656879 A CN113656879 A CN 113656879A
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Abstract

本发明属于幕墙施工领域，公开了一种基于BIM的幕墙工程精细化施工方法、系统、终端、介质，利用BIM技术和软件建立建筑物的三维模型；对建筑外表面进行预设置；使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族；利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图；建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改。使用BIM软件对对幕墙施工工期进行进度。模拟幕墙施工成本进行预测。并生成相应预算报告。本发明可以实现对施工资源的优化，以及科学合理的场地布置，还可以优化整个工程的施工进度安排，优化资源管理和质量控制。

Description

基于BIM的幕墙工程精细化施工方法、系统、终端、介质
技术领域
本发明属于幕墙施工领域，公开了一种基于BIM的幕墙工程精细化施工方法、系统、终端、介质。
背景技术
幕墙是建筑的外墙围护，不承重，像幕布一样挂上去，故又称为“帷幕墙”，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。由面板和支承结构体系组成的，可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所作用的建筑外围护结构或装饰性结构。幕墙具有以下优点：1、质量轻2、设计灵活艺术效果好，建筑师可以根据自己的需求设计各种造型，可呈现不同颜色，与周围环境协调，配合光照等使建筑物与自然融为一体，让高楼建筑减少压迫感。3、抗震能力强，采用柔性设计，抗风抗震能力强，是高建筑的最优选择。4、系统化施工更容易控制好工期，且耗时较短。5、可提高建筑新颖化、科技化。6、更新维修方便由于是在建筑外围结构搭建，方便对其进行维修或者更新。
BIM技术是在建筑施工前,通过电脑软件来模拟整个施工的过程,直至建造完成,在动态化的操作中更为直接地判断可能会出现的一些问题,继而采用相应的处理办法，BIM模型中的构件信息可以进行可视化表达，将图纸上的信息直观的展现出来，不仅克服传统二维状态下的不足，而且还能通过碰撞检查有效的降低幕墙施工偏差，从而降低成本，给工程建设带来效益。在精细化施工中BIM软件起到了至关重要的作用，同时，BIM软件的4D(3D+Time)模型可以实现对施工资源的优化，以及科学合理的场地布置，还可以优化整个工程的施工进度安排，优化资源管理和质量控制，同时完成幕墙施工成本的优化。通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工的目的。
BIM在精细化施工中起到重要作用，可以进行三维碰撞检测。
BIM中内置三维缩放功能，能够对建筑细部进行设计，并编制施工模拟动画指导现场施工。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术BIM软件可以将整个施工过程三维可视化程度低，对在施工前期、中期可以进行碰撞检查准确性差，不能减少幕墙建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，对施工进度不能提供合理的建议，不能为业主减低建造成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于BIM的幕墙工程精细化施工方法、系统、终端、介质。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，所述基于BIM的幕墙工程精细化施工方法包括以下步骤；
步骤一：获取需求的阅建筑设计图纸以及幕墙结构设计图纸信息；
步骤二：利用BIM技术和软件建立建筑物的三维模型；对建筑外表面进行预设置；
步骤三：使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族；
步骤四：利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图；建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改；所述利用BIM模型进行碰撞检查包括：
确定优化目标、优化变量及约束条件；并采用所构建的BIM模型进行数值仿真，得到各优化目标的仿真结果；拟合代理模型，对代理模型进行优化，获取BIM模型数集；
运用改进的最优最劣方法，确定合理的优化目标权重矢量；
对BIM模型数集方案进行评估，确定最优解；
所述获取BIM模型数集包括以下步骤：
1)设置算法参数，包括种群大小，最大迭代次数，交叉率参数及各自变量取值区间；
2)根据决策变量的约束条件，初始化种群Pt，设t＝0；
3)计算种群中每个个体的适应度值，计算过程通过所建立的优化数学模型进行计算；通过选择机制进行快速非支配排序，生成父代；
4)通过对父代的交叉、变异产生子代种群Qt，并计算子代种群中每个个体的适应度值；
5)将父代种群与子代种群进行合并形成新的种群Rt；
6)对合并种群进行快速非支配排序，获得非支配层rank1，rank2，...，并计算每个个体的拥挤距离；
7)选出比较好的N个个体，进入下一代；
8)判断是否达到预定的迭代次数，若是则算法终止；否则，迭代次数增加1，即t＝t+1，重复第4)步至第7)步；
所述采用的改进的最优最劣方法计算各优化目标的权重包括以下步骤：
a)利用优化目标建立准则集，选取最优准则B和最劣准则W；
b)结合云模型理论，建立改进的1-9比较标度，设P1,P2,...,P9表示九朵云模型，结构为Pi＝(Exi,Eni,Hei),i＝1,2,...,9；Exi表示九朵云的期望值，用1-9的整数表示，Eni和Hei分别表示九朵云的熵和超熵；使用黄金比例法计算上述参数：
Figure BDA0003230670170000031
其中，ζ＝0.858；
c)利用比较标度打分，确定最优准则B相比于除最优准则B外的其他准则偏好程度，构建第一比较向量；确定其他准则相比于最劣准则W的偏好程度，构建第二比较向量；
d)根据数学规划问题式，求得各优化目标权重，其中，数学规划问题式如下：
Figure BDA0003230670170000041
所述对BIM模型数集方案进行评估包括以下步骤：
i)设定n个Pareto前沿非劣解和m个目标值，基于多目标优化得出的非劣解集构建初始矩阵X＝(xij)n×m；
ii)对初始矩阵进行规范化，对规范化矩阵进行加权，如下：
Figure BDA0003230670170000042
Z＝WTY＝(wjyij)n×m；
式中，i表示非劣解，i＝1,2,…,n，j表示目标，j＝1,2,…,m；
iii)确定理想方案和负理想方案，如下：
Figure BDA0003230670170000043
Figure BDA0003230670170000044
式中，J+表示正向指标，J-表示负向指标；
iv)计算方案到理想解和负理想解的欧氏距离，如下：
Figure BDA0003230670170000045
Figure BDA0003230670170000046
v)计算各方案的相对贴近度，并根据贴近度的大小进行排序，确定最优解，如下：
Figure BDA0003230670170000047
步骤五：使用BIM软件对对幕墙施工工期进行进度进行估计；
步骤六：使用BIM软件，模拟幕墙施工成本进行预测；并生成相应预算报告；
步骤七：通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工。
进一步，所述的步骤一中设计图纸包括建筑、结构、幕墙专业施工图纸，所述的幕墙工程设计图纸包括混凝土结构施工图、钢结构施工图以及幕墙施工图；
所述的步骤二中应用BIM软件建立三维模型，依据设计图纸和施工图纸创建全专业三维模型，包括建筑、结构专业施工图。
所述的步骤三中基于建筑物三维模型建立外墙与幕墙构造模型及配套工艺族，依据幕墙设计和施工图纸，创建外墙与幕墙的连接施工图。
所述的步骤四中对于幕墙结构进行精细化处理，需处理的位置包括钢结构连接点施工图、螺栓连接件应力应变分析图以及幕墙结构图。螺栓连接形式采用钢销式连接。
所述的步骤五中对于施工进度的估计采用可视的4D(3D+Time)模型。
所述的步骤六中对于施工成本的测算，BIM软件通过进度计划与模型的关联，以及造价数据与进度关联，实现造价管理与分析并生成预算报告。
进一步，所述4D(3D+Time)模型包括：
(1)调整4D(3D+Time)模型隐含层与输出层之间的权值wkj；
调整wkj的目的是希望输出节点j的新输出
Figure BDA0003230670170000051
比当前输出opj更接近目标值tpj，定义：
Figure BDA0003230670170000052
其中α代表接近度，在每个训练周期保持不变，并随隐含层节点数H的调整而变小，不考虑阈值，则有：
Figure BDA0003230670170000053
其中wkj和
Figure BDA0003230670170000061
分别为更新前后的权值，ypk为隐含层输出，△wkj为wkj的改变量；
根据公式
Figure BDA0003230670170000062
得到△wkj的求解方程：
Figure BDA0003230670170000063
其中，
Figure BDA0003230670170000064
根据最小平方和误差原则求解方程
Figure BDA0003230670170000065
得到△wkj的近似解：
Figure BDA0003230670170000066
对每一个连接到输出节点j的隐含层节点k，计算k与j之间的权值变化△wkj，更新权值并计算平方和误差E，然后在k∈[1，H]区间选择一个最优的k，使得E最小；
(2)调整4D(3D+Time)模型输入层与隐含层之间的权值vik；
调整vik的目的是一旦神经网络算法陷入局部极小点，修改权值能够跳出该极小点，判断神经网络算法陷入局部极小点的条件是误差E的变化率△E＝0，且E>0；
不考虑阈值，隐含层节点k的权值的改变通过以下方程求解：
Figure BDA0003230670170000067
其中δpj＝f-1(ypk+Δypk)-f-1(ypk)，M为自然数，则隐含层输出ypk求解公式为：
Figure BDA0003230670170000068
其中△ypk为ypk的改变量，则有：
Figure BDA0003230670170000071
根据最小平方和误差原则求解公式
Figure BDA0003230670170000072
构建的矩阵方程，可以算出：
Figure BDA0003230670170000073
综合公式
Figure BDA0003230670170000074
和
Figure BDA0003230670170000075
计算隐含层与输出层之间权值的动态平均改变量
Figure BDA0003230670170000076
Figure BDA0003230670170000077
计算输入层与隐含层之间权值的动态平均改变量
Figure BDA0003230670170000078
Figure BDA0003230670170000079
公式中M取10～20之间的自然数，获得4D(3D+Time)模型的动态平均权值，根据4D(3D+Time)模型的动态平均权值获得完工进度的数据信息。
本发明的另一目的在于提供一种基于BIM的幕墙工程精细化施工系统，包括：
图纸信息获取模块，获取需求的阅建筑设计图纸以及幕墙结构设计图纸信息，包括采集设备和读取设备，采集设备采集所需要的图纸数据，由采集器采集到的图纸数据为电信号，经由A/D转换器转换为数字信号，经过传输线传输至下一模块，读取设备用于查看实时采集的图纸内容；
建筑外表面预设模块，用于利用BIM技术和软件建立建筑物的三维模型；对建筑外表面进行预设置，首先将获取到的图纸信息经过D/A转换器转换为电信号，利用BIM软件相应的硬件设备采集图纸电信号，将图纸的内容显示至BIM软件Revit上，工作人员根据图纸内容和BIM技术对图纸建立三维模型，并根据图纸采集到的参数以及建筑比例对建筑外表面进行预设置；
三维模型创建模块，用于使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族，使用Revit对建筑外表面进行预设置后，使用软件内的3D渲染技术对幕墙进行三维模型创建，创建模型后，设计幕墙构造模型以及配套工艺族；
碰撞检查模块，用于利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图；建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改，三维模型创建后，根据图纸信息获取到幕墙的一些特殊节点，并在软件上标记，然后一处一处的进行精细化处理，首先利用缩放技术放大标记节点，然后利用3D渲染技术对标记节点进行细节渲染，细节渲染完毕后，利用软件内部的模拟碰撞对建立好的模型进行碰撞检查，观察是否有冲突的位置，若有，则对冲突位置进行优化改良，重新建立BIM模型后，再次进行碰撞检查，直至无冲突位置；
进度估计模块，用于使用BIM软件对对幕墙施工工期进行进度进行估计，建立好BIM模型之后，首先将BIM模型与图纸进行比例检查，检查是否每一处建筑比例均正确，检查完毕后利用BIM软件Revit的估计工期功能对BIM模型进行工期估计，填入工人数量以及每天工作的时间等信息，由软件内的评估程序计算结果并展示在界面上；
预算报告生成模块，用于使用BIM软件，模拟幕墙施工成本进行预测；并生成相应预算报告，由BIM软件内的评估程序对工期进行估计后，点击软件的预算估计功能，输入建筑材料以及目前市场的材料售价，根据估计工期的数据对BIM模型进行预算估计；
精细化施工获取模块，用于通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工，BIM模型在进行一系列的优化和预估算法后，利用软件内的模拟仿真技术对BIM模型进行检查，查找任一处不合理的地方，对其进行改良，达到对幕墙的精细化施工。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行基于BIM的幕墙工程精细化施工方法。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于BIM的幕墙工程精细化施工方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明提供的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，包括阅读建筑设计图纸以及幕墙结构设计图纸，理解用户需求；利用BIM技术和软件建立建筑物的三维模型；对建筑外表面进行预设置；使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族；利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图。建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改。使用BIM软件对对幕墙施工工期进行进度。使用BIM软件，模拟幕墙施工成本进行预测。并生成相应预算报告；通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工的目的。本发明构建的模型为数据的准确获取提供技术保障。
BIM技术是在建筑施工前,通过电脑软件来模拟整个施工的过程,直至建造完成,在动态化的操作中更为直接地判断可能会出现的一些问题,继而采用相应的处理办法，BIM模型中的构件信息可以进行可视化表达，将图纸上的信息直观的展现出来，不仅克服传统二维状态下的不足，而且还能通过碰撞检查有效的降低幕墙施工偏差，从而降低成本，给工程建设带来效益。在精细化施工中BIM软件起到了至关重要的作用，同时，BIM软件的4D(3D+Time)模型可以实现对施工资源的优化，以及科学合理的场地布置，还可以优化整个工程的施工进度安排，优化资源管理和质量控制，同时完成幕墙施工成本的优化。通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工的目的
对于BIM软件而言，BIM最强大的能力在于三维可视化，BIM软件可以将整个施工过程，包括材料采买、物料进场、大型机械设备的使用、混凝土结构施工、施工工期的安排、成本的测算等等施工工序，事无巨细的通过4D模型进行展示，同时利用BIM技术可以在施工前期、中期可以进行碰撞检查，这样既可以优化项目设计，可以减少幕墙建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，又加快了施工进度，为业主减低建造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法原理图。
图3是本发明实施例提供的钢结构连接细部图。
图4是本发明实施例提供的幕墙安装流程图。
图5是本发明实施例提供的基于BIM的幕墙工程精细化施工系统示意图。
图中：1、图纸信息获取模块；2、建筑外表面预设模块；3、三维模型创建模块；4、碰撞检查模块；5、进度估计模块；6、预算报告生成模块；7、精细化施工获取模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于BIM的幕墙工程精细化施工方法、系统、终端、介质，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，包括以下步骤；
S101：阅读建筑设计图纸以及幕墙结构设计图纸，与用户大量沟通协调，详细了解用户需求；建筑施工进行前，首先要做好使用BIM软件的建模操作,故须对所需的数据进行全面的采集，工程师通过参与实地考察和对图纸的阅读，以及对市场上与施工成有关的信息进行调查，并对多种数据进行详细且完整的记录，以方便后续建模时的整体操作。
S102：利用BIM技术和软件建立建筑物的三维模型；首先技术人员对建筑外表面进行预设置；通过Revit设计软件将从现场收集到的数据与施工图纸进行充分结合，使用软件进行整合，并且构建出一个数据平台。BIM信息模型的构建，可以有效模拟建筑工程施工，并进行有效编程，构建建筑项目结构三维模型，确保工程施工的有序进行。
S103：使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族；BIM软件中可以通过已有的现场数据在三维空间中建立起单一的数字化的建筑信息模型，建筑的所有信息来源于模型，并将信息以数字化的形式保存在数据库中；在Revit模型中，所有的图纸，包括二维、三维视图、明细表都是一个基本建筑模型数据的表现形式。Revit的参数化修改引擎可自动协调在任何位置进行修改。
S104：利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图。建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改。通过软件的可视化功能，观察各构件间的空间分布情况，使其连接更加合理空间利用率更高，之后再根据施工的需要、业主的要求以及设计的方案等对构件图和实际的施工设计等进行调整，经过调整的方案满足科学合理的要求和施工的便利性，通过BIM软件的这种功能，对工程设计进行科学的优化，巧妙地改进施工环节进而提升施工的效率，减少返工的情况。钢构件安装前，在BIM模型下对其起重量、可用的操作及安装空间给出定位，使处于特殊环境或复杂情况下的施工也能顺利完成。工作人员通过钢结构BIM模式，Navisworks软件能将不同的多种形式的模型组合，通过漫游的走动方式来审核已绘制出的立体模型，继而轻松地找到哪些位置的钢结构构件产生碰撞。同时可以采用碰撞监测软件对每一个的钢结构构件的节点进行模拟，通过空间立体的形式校核碰撞的情况，对可能发生碰撞的节点立即进行优化。
S105：使用BIM软件对对幕墙施工工期进行模拟。BIM软件可以实现与施工进度计划相链接，并且可以将幕墙工程的空间信息与时间信息整合在一个4D(3D+Time)模型中，此模型是一个可视化的3D模型，在软件中可以随意旋转、缩放，有助于看到施工过程中的每一个细节，并且由于Time维度的增加，从业人员可以任意调节时间轴，对每个时间节点都可以查看其施工进度，从而实现直观、精确地反映整个建筑的施工过程和虚拟进度，借助4D模型可以实现对施工资源的优化，以及科学合理的场地布置，还可以优化整个工程的施工进度安排，优化资源管理和质量控制。
S106：使用BIM软件，模拟幕墙施工成本进行预测。并生成相应预算报告；在步骤五的基础上，建立4D模型后，对施工进程进行科学合理的优化后，即可进行施工成本的预算，BIM软件通过进度计划与模型的关联，以及造价数据与进度关联，可以实现幕墙施工时间和流水段的造价管理与分析，即把每个时间点上的施工成本都计算出来，精确到天。可以按照流水段自动关联快速计算出人工、材料、机械设备和资金等的资源需用量计划。使用者可以在软件中直观的知道每个时间点的施工花费，并通过这些信息优化资金使用，合理安排资金流动。通过合理的调动资金使幕墙施工效益最大化。
S107：通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工的目的。
图2是本发明实施例提供的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法原理图。
在本发明一实施例中，所述的步骤S101中设计图纸包括建筑、结构、幕墙全专业施工图纸，所述的幕墙工程设计图纸包括混凝土结构施工图、钢结构施工图以及幕墙施工图。以及构件连接图，具体涉及到焊接图、螺栓连接图和铆钉连接图，其中图3展示了一种螺栓连接示意图。
所述的步骤S102中应用BIM软件建立三维模型，依据设计图纸和施工图纸创建全专业三维模型，包括建筑、结构专业施工图。
所述的步骤S103中基于建筑物三维模型建立外墙与幕墙构造模型及配套工艺族，依据幕墙设计和施工图纸，创建外墙与幕墙的连接施工图。建筑工程内部的单位结构比较多，各个单体结构较为复杂，种类繁多，若仍然采用常规的二维图纸，施工人员无法全面了解工程设计意图。为了有效解决此问题，运用BIM技术构建结构三维模型，可以确保工程内部的各项信息实现快速传递，避免专业或工序之间出现协调错误。
所述的步骤S104中对于幕墙结构进行精细化处理，需处理的位置包括钢结构连接点施工图、螺栓连接件应力应变分析图以及幕墙结构图。螺栓连接形式采用钢销式连接。
所述的步骤S106中对于施工成本的测算，BIM软件通过进度计划与模型的关联，以及造价数据与进度关联，可以实现造价管理与分析并生成预算报告。
对于BIM软件而言，BIM最强大的能力在于三维可视化，BIM软件可以将整个施工过程，包括材料采买、物料进场、大型机械设备的使用、混凝土结构施工、施工工期的安排、成本的测算等等施工工序，事无巨细的通过4D模型进行展示，同时利用BIM技术可以在施工前期、中期可以进行碰撞检查，这样既可以优化项目设计，可以减少幕墙建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，又加快了施工进度，为业主减低建造成本。
在本发明一实施例中，S104利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图；建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改；所述利用BIM模型进行碰撞检查包括：
确定优化目标、优化变量及约束条件；并采用所构建的BIM模型进行数值仿真，得到各优化目标的仿真结果；拟合代理模型，对代理模型进行优化，获取BIM模型数集；
运用改进的最优最劣方法，确定合理的优化目标权重矢量；
对BIM模型数集方案进行评估，确定最优解；
所述获取BIM模型数集包括以下步骤：
1)设置算法参数，包括种群大小，最大迭代次数，交叉率参数及各自变量取值区间；
2)根据决策变量的约束条件，初始化种群Pt，设t＝0；
3)计算种群中每个个体的适应度值，计算过程通过所建立的优化数学模型进行计算；通过选择机制进行快速非支配排序，生成父代；
4)通过对父代的交叉、变异产生子代种群Qt，并计算子代种群中每个个体的适应度值；
5)将父代种群与子代种群进行合并形成新的种群Rt；
6)对合并种群进行快速非支配排序，获得非支配层rank1，rank2，...，并计算每个个体的拥挤距离；
7)选出比较好的N个个体，进入下一代；
8)判断是否达到预定的迭代次数，若是则算法终止；否则，迭代次数增加1，即t＝t+1，重复第4)步至第7)步；
所述采用的改进的最优最劣方法计算各优化目标的权重包括以下步骤：
a)利用优化目标建立准则集，选取最优准则B和最劣准则W；
b)结合云模型理论，建立改进的1-9比较标度，设P1,P2,...,P9表示九朵云模型，结构为Pi＝(Exi,Eni,Hei),i＝1,2,...,9；Exi表示九朵云的期望值，用1-9的整数表示，Eni和Hei分别表示九朵云的熵和超熵；使用黄金比例法计算上述参数：
Figure BDA0003230670170000141
其中，ζ＝0.858；
c)利用比较标度打分，确定最优准则B相比于除最优准则B外的其他准则偏好程度，构建第一比较向量；确定其他准则相比于最劣准则W的偏好程度，构建第二比较向量；
d)根据数学规划问题式，求得各优化目标权重，其中，数学规划问题式如下：
Figure BDA0003230670170000151
所述对BIM模型数集方案进行评估包括以下步骤：
i)设定n个Pareto前沿非劣解和m个目标值，基于多目标优化得出的非劣解集构建初始矩阵X＝(xij)n×m；
ii)对初始矩阵进行规范化，对规范化矩阵进行加权，如下：
Figure BDA0003230670170000152
Z＝WTY＝(wjyij)n×m；
式中，i表示非劣解，i＝1,2,…,n，j表示目标，j＝1,2,…,m；
iii)确定理想方案和负理想方案，如下：
Figure BDA0003230670170000153
Figure BDA0003230670170000154
式中，J+表示正向指标，J-表示负向指标；
iv)计算方案到理想解和负理想解的欧氏距离，如下：
Figure BDA0003230670170000155
Figure BDA0003230670170000156
v)计算各方案的相对贴近度，并根据贴近度的大小进行排序，确定最优解，如下：
Figure BDA0003230670170000161
在本发明一实施例中，所述4D(3D+Time)模型包括：
(1)调整4D(3D+Time)模型隐含层与输出层之间的权值wkj；
调整wkj的目的是希望输出节点j的新输出
Figure BDA0003230670170000162
比当前输出opj更接近目标值tpj，定义：
Figure BDA0003230670170000163
其中α代表接近度，在每个训练周期保持不变，并随隐含层节点数H的调整而变小，不考虑阈值，则有：
Figure BDA0003230670170000164
其中wkj和
Figure BDA0003230670170000165
分别为更新前后的权值，ypk为隐含层输出，△wkj为wkj的改变量；
根据公式
Figure BDA0003230670170000166
得到△wkj的求解方程：
Figure BDA0003230670170000167
其中，
Figure BDA0003230670170000168
根据最小平方和误差原则求解方程
Figure BDA0003230670170000169
得到△wkj的近似解：
Figure BDA00032306701700001610
对每一个连接到输出节点j的隐含层节点k，计算k与j之间的权值变化△wkj，更新权值并计算平方和误差E，然后在k∈[1，H]区间选择一个最优的k，使得E最小；
(2)调整4D(3D+Time)模型输入层与隐含层之间的权值vik；
调整vik的目的是一旦神经网络算法陷入局部极小点，修改权值能够跳出该极小点，判断神经网络算法陷入局部极小点的条件是误差E的变化率△E＝0，且E>0；
不考虑阈值，隐含层节点k的权值的改变通过以下方程求解：
Figure BDA0003230670170000171
其中δpj＝f-1(ypk+Δypk)-f-1(ypk)，M为自然数，则隐含层输出ypk求解公式为：
Figure BDA0003230670170000172
其中△ypk为ypk的改变量，则有：
Figure BDA0003230670170000173
根据最小平方和误差原则求解公式
Figure BDA0003230670170000174
构建的矩阵方程，可以算出：
Figure BDA0003230670170000175
综合公式
Figure BDA0003230670170000176
和
Figure BDA0003230670170000177
计算隐含层与输出层之间权值的动态平均改变量
Figure BDA0003230670170000178
Figure BDA0003230670170000179
计算输入层与隐含层之间权值的动态平均改变量
Figure BDA00032306701700001710
Figure BDA00032306701700001711
公式中M取10～20之间的自然数，获得4D(3D+Time)模型的动态平均权值，根据4D(3D+Time)模型的动态平均权值获得完工进度的数据信息。
图4是本发明实施例提供的幕墙安装流程图。
如图5所示，本发明提供一种基于BIM的幕墙工程精细化施工系统，包括：
图纸信息获取模块1，获取需求的阅建筑设计图纸以及幕墙结构设计图纸信息，包括采集设备和读取设备，采集设备采集所需要的图纸数据，由采集器采集到的图纸数据为电信号，经由A/D转换器转换为数字信号，经过传输线传输至下一模块，读取设备用于查看实时采集的图纸内容；
建筑外表面预设模块2，用于利用BIM技术和软件建立建筑物的三维模型；对建筑外表面进行预设置，首先将获取到的图纸信息经过D/A转换器转换为电信号，利用BIM软件相应的硬件设备采集图纸电信号，将图纸的内容显示至BIM软件Revit上，工作人员根据图纸内容和BIM技术对图纸建立三维模型，并根据图纸采集到的参数以及建筑比例对建筑外表面进行预设置；
三维模型创建模块3，用于使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族，使用Revit对建筑外表面进行预设置后，使用软件内的3D渲染技术对幕墙进行三维模型创建，创建模型后，设计幕墙构造模型以及配套工艺族；
碰撞检查模块4，用于利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图；建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改，三维模型创建后，根据图纸信息获取到幕墙的一些特殊节点，并在软件上标记，然后一处一处的进行精细化处理，首先利用缩放技术放大标记节点，然后利用3D渲染技术对标记节点进行细节渲染，细节渲染完毕后，利用软件内部的模拟碰撞对建立好的模型进行碰撞检查，观察是否有冲突的位置，若有，则对冲突位置进行优化改良，重新建立BIM模型后，再次进行碰撞检查，直至无冲突位置；
进度估计模块5，用于使用BIM软件对对幕墙施工工期进行进度进行估计，建立好BIM模型之后，首先将BIM模型与图纸进行比例检查，检查是否每一处建筑比例均正确，检查完毕后利用BIM软件Revit的估计工期功能对BIM模型进行工期估计，填入工人数量以及每天工作的时间等信息，由软件内的评估程序计算结果并展示在界面上；
预算报告生成模块6，用于使用BIM软件，模拟幕墙施工成本进行预测；并生成相应预算报告，由BIM软件内的评估程序对工期进行估计后，点击软件的预算估计功能，输入建筑材料以及目前市场的材料售价，根据估计工期的数据对BIM模型进行预算估计；
精细化施工获取模块7，用于通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工，BIM模型在进行一系列的优化和预估算法后，利用软件内的模拟仿真技术对BIM模型进行检查，查找任一处不合理的地方，对其进行改良，达到对幕墙的精细化施工。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，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，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，包括：获取需求的阅建筑设计图纸以及幕墙结构设计图纸信息；利用BIM技术和软件建立建筑物的三维模型；对建筑外表面进行预设置；使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族；其特征在于，所述使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族后还需进行：
第一步：利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图；建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改；
所述利用BIM模型进行碰撞检查包括：确定优化目标、优化变量及约束条件；并采用所构建的BIM模型进行数值仿真，得到各优化目标的仿真结果；拟合代理模型，对代理模型进行优化，获取BIM模型数集；运用改进的最优最劣方法，确定合理的优化目标权重矢量；对BIM模型数集方案进行评估，确定最优解；
所述采用的改进的最优最劣方法计算各优化目标的权重包括以下步骤：
a)利用优化目标建立准则集，选取最优准则B和最劣准则W；
b)结合云模型理论，建立改进的1-9比较标度，设P1,P2,...,P9表示九朵云模型，结构为Pi＝(Exi,Eni,Hei),i＝1,2,...,9；Exi表示九朵云的期望值，用1-9的整数表示，Eni和Hei分别表示九朵云的熵和超熵；使用黄金比例法计算上述参数：
Figure FDA0003230670160000011
其中，ζ＝0.858；
c)利用比较标度打分，确定最优准则B相比于除最优准则B外的其他准则偏好程度，构建第一比较向量；确定其他准则相比于最劣准则W的偏好程度，构建第二比较向量；
d)根据数学规划问题式，求得各优化目标权重，其中，数学规划问题式如下：
Figure FDA0003230670160000021
所述对BIM模型数集方案进行评估包括以下步骤：
i)设定n个Pareto前沿非劣解和m个目标值，基于多目标优化得出的非劣解集构建初始矩阵X＝(xij)n×m；
ii)对初始矩阵进行规范化，对规范化矩阵进行加权，如下：
Figure FDA0003230670160000022
Z＝WTY＝(wjyij)n×m；
式中，i表示非劣解，i＝1,2,…,n，j表示目标，j＝1,2,…,m；
iii)确定理想方案和负理想方案，如下：
Figure FDA0003230670160000023
Figure FDA0003230670160000024
式中，J+表示正向指标，J-表示负向指标；
iv)计算方案到理想解和负理想解的欧氏距离，如下：
Figure FDA0003230670160000025
Figure FDA0003230670160000026
v)计算各方案的相对贴近度，并根据贴近度的大小进行排序，确定最优解，如下：
Figure FDA0003230670160000027
第二步，使用BIM软件对对幕墙施工工期进行进度进行估计；
第三步，使用BIM软件，模拟幕墙施工成本进行预测；并生成相应预算报告；
并通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工。
2.如权利要求1所述的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，其特征在于，所述的设计图纸包括建筑、结构、幕墙专业施工图纸，所述的幕墙工程设计图纸包括混凝土结构施工图、钢结构施工图以及幕墙施工图。
3.如权利要求1所述的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，其特征在于，所述的应用BIM软件建立三维模型，依据设计图纸和施工图纸创建全专业三维模型，包括建筑、结构专业施工图。
4.如权利要求1所述的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，其特征在于：所述的基于建筑物三维模型建立外墙与幕墙构造模型及配套工艺族，依据幕墙设计和施工图纸，创建外墙与幕墙的连接施工图。
5.如权利要求1所述的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，其特征在于，所述第一步中对于幕墙结构进行精细化处理，需处理的位置包括钢结构连接点施工图、螺栓连接件应力应变分析图以及幕墙结构图。螺栓连接形式采用钢销式连接；所述获取BIM模型数集包括以下步骤：
1)设置算法参数，包括种群大小，最大迭代次数，交叉率参数及各自变量取值区间；
2)根据决策变量的约束条件，初始化种群Pt，设t＝0；
3)计算种群中每个个体的适应度值，计算过程通过所建立的优化数学模型进行计算；通过选择机制进行快速非支配排序，生成父代；
4)通过对父代的交叉、变异产生子代种群Qt，并计算子代种群中每个个体的适应度值；
5)将父代种群与子代种群进行合并形成新的种群Rt；
6)对合并种群进行快速非支配排序，获得非支配层rank1，rank2，...，并计算每个个体的拥挤距离；
7)选出比较好的N个个体，进入下一代；
8)判断是否达到预定的迭代次数，若是则算法终止；否则，迭代次数增加1，即t＝t+1，重复第4)步至第7)步。
6.如权利要求1所述的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，其特征在于，所述第二步中对于施工进度的估计采用可视的4D(3D+Time)模型。
所述第三步中对于施工成本的测算，BIM软件通过进度计划与模型的关联，以及造价数据与进度关联，实现造价管理与分析并生成预算报告。
7.如权利要求6所述的基于BIM的幕墙工程精细化施工方法，其特征在于，所述4D(3D+Time)模型包括：
(1)调整4D(3D+Time)模型隐含层与输出层之间的权值wkj；
调整wkj的目的是希望输出节点j的新输出o* pj比当前输出opj更接近目标值tpj，定义：
Figure FDA0003230670160000041
其中α代表接近度，在每个训练周期保持不变，并随隐含层节点数H的调整而变小，不考虑阈值，则有：
Figure FDA0003230670160000042
其中wkj和w* kj分别为更新前后的权值，ypk为隐含层输出，△wkj为wkj的改变量；
根据公式
Figure FDA0003230670160000043
得到△wkj的求解方程：
Figure FDA0003230670160000044
其中，
Figure FDA0003230670160000045
根据最小平方和误差原则求解方程
Figure FDA0003230670160000051
得到△wkj的近似解：
Figure FDA0003230670160000052
对每一个连接到输出节点j的隐含层节点k，计算k与j之间的权值变化△wkj，更新权值并计算平方和误差E，然后在k∈[1，H]区间选择一个最优的k，使得E最小；
(2)调整4D(3D+Time)模型输入层与隐含层之间的权值vik；
调整vik的目的是一旦神经网络算法陷入局部极小点，修改权值能够跳出该极小点，判断神经网络算法陷入局部极小点的条件是误差E的变化率△E＝0，且E>0；
不考虑阈值，隐含层节点k的权值的改变通过以下方程求解：
Figure FDA0003230670160000053
其中δpj＝f-1(ypk+Δypk)-f-1(ypk)，M为自然数，则隐含层输出ypk求解公式为：
Figure FDA0003230670160000054
其中△ypk为ypk的改变量，则有：
Figure FDA0003230670160000055
根据最小平方和误差原则求解公式
Figure FDA0003230670160000056
构建的矩阵方程，可以算出：
Figure FDA0003230670160000057
综合公式
Figure FDA0003230670160000058
和
Figure FDA0003230670160000059
计算隐含层与输出层之间权值的动态平均改变量
Figure FDA0003230670160000061
Figure FDA0003230670160000062
计算输入层与隐含层之间权值的动态平均改变量
Figure FDA0003230670160000063
Figure FDA0003230670160000064
公式中M取10～20之间的自然数，获得4D(3D+Time)模型的动态平均权值，根据4D(3D+Time)模型的动态平均权值获得完工进度的数据信息。
8.一种基于BIM的幕墙工程精细化施工系统，其特征在于，所述基于BIM的幕墙工程精细化施工系统包括：
图纸信息获取模块，获取需求的阅建筑设计图纸以及幕墙结构设计图纸信息，包括采集设备和读取设备，采集设备采集所需要的图纸数据，由采集器采集到的图纸数据为电信号，经由A/D转换器转换为数字信号，经过传输线传输至下一模块，读取设备用于查看实时采集的图纸内容；
建筑外表面预设模块，用于利用BIM技术和软件建立建筑物的三维模型；对建筑外表面进行预设置，首先将获取到的图纸信息经过D/A转换器转换为电信号，利用BIM软件相应的硬件设备采集图纸电信号，将图纸的内容显示至BIM软件Revit上，工作人员根据图纸内容和BIM技术对图纸建立三维模型，并根据图纸采集到的参数以及建筑比例对建筑外表面进行预设置；
三维模型创建模块，用于使用BIM软件对幕墙进行三维模型创建与幕墙构造模型及配套工艺族，使用Revit对建筑外表面进行预设置后，使用软件内的3D渲染技术对幕墙进行三维模型创建，创建模型后，设计幕墙构造模型以及配套工艺族；
碰撞检查模块，用于利用BIM软件的缩放技术，对于幕墙结构进行精细化处理，对特殊节点进行详细绘制施工图；建立BIM模型并进行碰撞检查，对冲突部位进行优化和修改，三维模型创建后，根据图纸信息获取到幕墙的一些特殊节点，并在软件上标记，然后一处一处的进行精细化处理，首先利用缩放技术放大标记节点，然后利用3D渲染技术对标记节点进行细节渲染，细节渲染完毕后，利用软件内部的模拟碰撞对建立好的模型进行碰撞检查，观察是否有冲突的位置，若有，则对冲突位置进行优化改良，重新建立BIM模型后，再次进行碰撞检查，直至无冲突位置；
进度估计模块，用于使用BIM软件对对幕墙施工工期进行进度进行估计，建立好BIM模型之后，首先将BIM模型与图纸进行比例检查，检查是否每一处建筑比例均正确，检查完毕后利用BIM软件Revit的估计工期功能对BIM模型进行工期估计，填入工人数量以及每天工作的时间等信息，由软件内的评估程序计算结果并展示在界面上；
预算报告生成模块，用于使用BIM软件，模拟幕墙施工成本进行预测；并生成相应预算报告，由BIM软件内的评估程序对工期进行估计后，点击软件的预算估计功能，输入建筑材料以及目前市场的材料售价，根据估计工期的数据对BIM模型进行预算估计；
精细化施工获取模块，用于通过碰撞检查、成本预测和工期模拟技术达到幕墙精细化施工，BIM模型在进行一系列的优化和预估算法后，利用软件内的模拟仿真技术对BIM模型进行检查，查找任一处不合理的地方，对其进行改良，达到对幕墙的精细化施工。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～7任意一项所述基于BIM的幕墙工程精细化施工方法。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～7任意一项所述基于BIM的幕墙工程精细化施工方法。
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