CN113779666A - 一种基于bim的动态施工工艺族库构建方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的动态施工工艺族库构建方法及系统，属于建筑施工信息模型领域，方法包括：创建目标建筑物中任一建筑体在第一施工类型下施工所需的多个施工工艺步骤的几何图元，第一施工类型为建筑建造、建筑修复或建筑拆除；筛选获取每一施工工艺步骤的施工参数化信息并添加至相应的几何图元；基于多个施工工艺步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔设置各几何图元的开始时间节点和结束时间节点，得到任一建筑体的第一施工工艺参数化模型；重复上述操作，以创建得到目标建筑物中各建筑体在各施工类型下的施工工艺参数化模型，形成动态施工工艺族库。解决传统静态族库无法提供各工艺步骤所导致的建筑施工不规范问题。

Description

一种基于BIM的动态施工工艺族库构建方法及系统

技术领域

本发明属于建筑施工信息模型领域，更具体地，涉及一种基于BIM的动态施工工艺族库构建方法及系统。

背景技术

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具。BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。目前传统的BIM族库停留在静态的构件层面，一般包括建筑柱、门、窗、幕墙、栏杆扶手、楼梯坡道、电梯等类别。同时，还存在施工族库，包含施工中使用的施工器械、施工过程中的构件、成型后的构件等静态信息。

目前现有的传统静态族库无法很好地提供包含多个工艺步骤的动态施工工艺模型，而施工工艺对于建筑施工至关重要。因此，如何搭建一种能够提供各建筑体施工工艺步骤的动态施工工艺模型，对于建筑施工领域的规范化建设至关重要。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于BIM的动态施工工艺族库构建方法及系统，其目的在于解决目前传统静态族库无法提供与各建筑体相关的、包含各工艺步骤的动态施工工艺模型所导致的建筑施工不规范的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，包括：S1，创建目标建筑物中任一建筑体在第一施工类型下施工所需的多个施工工艺步骤的几何图元，所述第一施工类型为建筑建造、建筑修复或建筑拆除；S2，筛选获取每一所述施工工艺步骤的施工参数化信息并添加至相应的所述几何图元；S3，基于所述多个施工工艺步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔设置各所述几何图元的开始时间节点和结束时间节点，得到所述任一建筑体的第一施工工艺参数化模型，以按照预设时序执行各所述施工工艺步骤；S4，重复执行所述S1-S3，以创建得到其他施工类型下所述任一建筑体的施工工艺参数化模型；S5，重复执行所述S1-S4，以创建得到所述目标建筑物中各建筑体在各施工类型下的施工工艺参数化模型，形成所述动态施工工艺族库。

更进一步地，所述施工参数化信息包括施工工艺文字信息和/或施工工艺三维动画，以及包括施工工艺验收图片。

更进一步地，所述S2包括：利用Python爬虫爬取网络中与所述施工工艺步骤相关的施工工艺文字信息和/或施工工艺三维动画；接收其他终端存储的与所述施工工艺步骤相关的施工文件和/或实际施工三维动画，所述实际施工三维动画基于实际施工工艺绘制形成；接收施工现场终端拍摄并传输的施工工艺验收图片。

更进一步地，所述S3包括：以所述多个施工工艺步骤中任一施工工艺步骤为参考步骤，基于其他各所述施工工艺步骤与所述参考步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔，设置其他各所述施工工艺步骤的几何图元的开始时间节点和结束时间节点。

更进一步地，所述S5之后还包括：对所述动态施工工艺族库进行N级分类，N≥2；其中，第一级分类将所述动态施工工艺族库分为建筑建造动态施工工艺族库、建筑修复动态施工工艺族库和建筑拆除动态施工工艺族库；第N级分类将所述动态施工工艺族库分为各所述建筑体及相应的施工工艺参数化模型。

更进一步地，N≥3，第二级分类将所述第一级分类划分为地基与基础、主体结构、建筑装饰装修、建筑屋面、建筑给排水及采暖、建筑电气、智能建筑、通风与空调、电梯、建筑节能以及其他分类。

更进一步地，所述S1包括：利用拉伸、融合、旋转、放样、放样融合中一种或多种方式创建所述几何图元，并利用移动、旋转、镜像、复制中一种或多种方式绘制并调整所述几何图元。

按照本发明的一个方面，提供了一种基于BIM的动态施工工艺族库构建系统，包括：创建模块，用于创建目标建筑物中任一建筑体在第一施工类型下施工所需的多个施工工艺步骤的几何图元，所述第一施工类型为建筑建造、建筑修复或建筑拆除；获取添加模块，用于筛选获取每一所述施工工艺步骤的施工参数化信息并添加至相应的所述几何图元；时序设置模块，用于基于所述多个施工工艺步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔设置各所述几何图元的开始时间节点和结束时间节点，得到所述任一建筑体的第一施工工艺参数化模型，以按照预设时序执行各所述施工工艺步骤；第一重复执行模块，用于重复执行所述创建模块、获取添加模块与时序设置模块，以创建得到其他施工类型下所述任一建筑体的施工工艺参数化模型；第二重复执行模块，用于重复执行所述创建模块、获取添加模块、时序设置模块与第一重复执行模块，以创建得到所述目标建筑物中各建筑体在各施工类型下的施工工艺参数化模型，形成所述动态施工工艺族库。

更进一步地，还包括：分类模块，用于对所述动态施工工艺族库进行N级分类，N≥2；其中，第一级分类将所述动态施工工艺族库分为建筑建造动态施工工艺族库、建筑修复动态施工工艺族库和建筑拆除动态施工工艺族库；第N级分类将所述动态施工工艺族库分为各所述建筑体及相应的施工工艺参数化模型。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)建立一种基于BIM的动态施工工艺族库，其每个建筑体的施工工艺参数化模型中包含该建筑体施工时各施工工艺步骤之间的逻辑关系，基于此实现动态施工工艺族库的标准化搭建，设计、施工、验收时，可以按照该动态施工工艺族库实现规范的、高效的建筑施工，并且具有良好的可扩展性和可实现性；

(2)本实施例中构建的动态施工工艺族库，具有以下优点：施工工艺可溯源、可保留，尤其对于技巧性较高的、具有保护价值的施工工艺(如建筑遗产的修复)，更需要建库保护；设计层面，可更准确、更快地选择施工工艺并出具更详细的施工工艺图纸，且可以参考同类型做法，提高施工工艺选择的科学性；施工层面，可以为施工人员提供形象化施工工艺交底，提高施工可操作性；验收层面，可实现施工过程验收及竣工验收数字化；运维层面，使得施工工艺具有一定可展示性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法的流程图；

图2为图1所示方法构建的动态施工工艺族库的组成架构图；

图3为图2中单个施工工艺参数化模型的组成架构图；

图4为本发明实施例提供的基于BIM的动态施工工艺族库构建系统的框图。

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，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

图1为本发明实施例提供的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法的流程图。参阅图1，结合图2-图3，对本实施例中基于BIM的动态施工工艺族库构建方法进行详细说明。参阅图1，方法包括操作S1-操作S5。

操作S1，创建目标建筑物中任一建筑体在第一施工类型下施工所需的多个施工工艺步骤的几何图元，第一施工类型为建筑建造、建筑修复或建筑拆除。

对于任意类型的目标建筑物而言，其包含大量的建筑体，建筑体例如为建筑物、构筑物等。每一建筑体完工需要多个施工工艺步骤，每一施工工艺步骤用一相应的几何图元表示。以采用Revit软件建立本实施例中基于BIM的动态施工工艺族库为例，施工工艺步骤的绘制实质上是Revit中族的建立。RevitAPI提供了FamilyManager、FamilyType、FamilyParameter等若干类来管理族类型和族参数。Revit族有五种常见的绘制方式，包括拉伸、融合、旋转、放样、放样融合等，本实施例中利用这五种常见的绘制方式创建各施工工艺步骤的几何图元，并利用移动、旋转、镜像、复制中一种或多种方式绘制并调整创建的几何图元。

操作S2，筛选获取每一施工工艺步骤的施工参数化信息并添加至相应的几何图元。

本实施例中，施工参数化信息包括施工工艺文字信息和/或施工工艺三维动画，以及包括施工工艺验收图片。优选地，施工参数化信息同时包括施工工艺文字信息、施工工艺三维动画、施工工艺验收图片、对应实体的二维图形以及其他参数化信息，如图3所示。其他参数化信息例如为各个相关方的名称(建筑方、施工方、分包方、监理方、政府负责单位、材料供应方等)、直接施作人员及其联系方式、工艺深化设计人员及其联系方式、施作位点结构检测信息、施作位点结构病害信息、施作位点文化价值信息等。

创建施工工艺步骤的几何图元之后，例如通过C#编程语言所开发的二次端口自动提取其三视图，标记尺寸参数，形成对应实体的二维图形，并传输至相应数据库。

对于施工工艺文字信息和/或施工工艺三维动画，线上整合方式为通过Python爬虫，爬取网络中与该施工工艺步骤相关的施工工艺文字信息和/或施工工艺三维动画；线下整合方式为直接接收其他终端存储的与该施工工艺步骤相关的施工文件和/或实际施工三维动画，其中，施工文件为目前书籍、施工工艺深化设计文件等数字化处理后存在在该其他终端中，实际施工三维动画为通过观察实际施工工艺步骤及参考已有的施工工艺深化设计图纸绘制形成的存储在该其他终端的动画。施工工艺验收图片为来自施工现场终端拍摄的阶段性验收照片。

具体地，对于施工工艺文字信息，例如采用Python图文爬虫爬取网络上所有描述该施工工艺步骤的文字信息，并根据需求设置条件自动筛选符合的施工工艺文字描述，直接接收其他终端存储的与该施工工艺步骤相关的施工文件，并将筛选后以及接收到的施工工艺文字信息传输至相应数据库。

对于施工工艺三维动画，例如采用Python视频爬虫爬取网络上所有描述该施工工艺步骤的形象动画，并根据需求设置条件自动筛选符合的施工工艺形象动画，直接接收其他终端存储的与该施工工艺步骤相关的实际施工三维动画，并将筛选后以及接收到的施工工艺三维动画传输至相应数据库。

对于施工工艺验收图片，为现场负责的相关工艺师傅通过现场终端(例如手机)拍摄现场的施工工艺阶段性验收照片后上传，本实施例中直接接收该现场终端上传的照片作为施工工艺验收图片，并将其上传至相应数据库。

对于其他参数化信息，整合标准化后上传至相应数据库。进一步地，例如通过C#调用函数的形式将所有的施工参数化信息映射至不同的施工工艺步骤对应的几何图元中。

操作S3，基于多个施工工艺步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔设置各几何图元的开始时间节点和结束时间节点，得到任一建筑体的第一施工工艺参数化模型，以按照预设时序执行各施工工艺步骤。

优选地，操作S3中，以多个施工工艺步骤中任一施工工艺步骤为参考步骤，基于其他各施工工艺步骤与参考步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔，设置其他各施工工艺步骤的几何图元的开始时间节点和结束时间节点。

具体地，例如通过C#语言编写包含时间间隔的调用函数，用于调用不同时序的施工工艺步骤。通过控制两个施工工艺步骤的开始时间节点一致，可以实现两个同时开始的施工工序。通过控制两个施工工艺步骤的开始时间节点之间的时间间隔n，可以实现两个依次开始开展的施工工序，且保证其开始时间间隔为n，n为非负数。通过控制两个施工工艺步骤的结束时间节点一致，可以实现两个同时结束的施工工序。通过控制两个施工工艺步骤的结束时间节点之间的时间间隔m，可以实现两个依次结束的施工工序，且保证其结束时间间隔为m，m为非负数。通过控制一个施工工艺步骤的开始时间节点和另一个施工工艺步骤的结束时间节点保持一致，可以实现一个施工工序结束后下一个施工工序立即开始。通过控制一个施工工艺步骤的结束时间节点和另一个施工工艺步骤的开始时间节点之间的时间间隔j，可以实现两个依次开展的施工工序，且保证间隔时间为j，当j为正数时，表示上一个工序结束后间隔时间|j|后接来下的工序开始，当j为负数时，表示上一个工序结束前间隔时间|j|后接来下的工序开始，即两工序有同时开展的部分，且同时开展的时间为|j|。不同的施工工序时序关系将同一施工工艺参数化模型中不同的施工工艺步骤参数化模型串联起来形成逻辑关系。

本实施例中，对于任一建筑体而言，最终得到的其施工工艺参数化模型如图3所示，每一种建筑施工工艺参数化三维模型不仅需要包括传统族库所包含的三维模型及基本的参数化信息，且其三维模型有更细致的工艺步骤分层，每一工艺步骤都会包含相关工时、成本、质量控制、安全控制信息，工艺步骤之间存在着逻辑关系，还需包括施工工艺的所对应实体的二维图形及文字描述、施工工艺三维形象动画及二维码、工艺验收照片等信息。

操作S4，重复执行操作S1-操作S3，以创建得到其他施工类型下任一建筑体的施工工艺参数化模型。

操作S5，重复执行操作S1-操作S4，以创建得到目标建筑物中各建筑体在各施工类型下的施工工艺参数化模型，形成动态施工工艺族库。

可以理解的是，本实施例中，也可以在操作S4中重复执行操作S1-操作S3，以创建得到目标建筑物中各建筑体在第一施工类型下的施工工艺参数化模型；在操作S5中重复执行操作S1-操作S4，以创建得到目标建筑物中各建筑体在其他施工类型下的施工工艺参数化模型。

根据本发明的实施例，在执行操作S5之后，还包括：对动态施工工艺族库进行N级分类，N≥2。其中，第一级分类将动态施工工艺族库分为建筑建造动态施工工艺族库、建筑修复动态施工工艺族库和建筑拆除动态施工工艺族库；第N级分类将动态施工工艺族库分为各建筑体及相应的施工工艺参数化模型。

优选地，N≥3，第二级分类将第一级分类划分为地基与基础、主体结构、建筑装饰装修、建筑屋面、建筑给排水及采暖、建筑电气、智能建筑、通风与空调、电梯、建筑节能以及其他分类。

参阅图2，示出了一种具有四级分类的动态施工工艺族库。动态施工工艺族库包括建筑建造施工工艺族库、建筑改扩建(修复)施工工艺族库以及建筑拆除施工工艺族库三个一级分类。按照一般工业与民用建筑工程的分部工程分类再对一级分类进行细分，可以分为十一个二级分类，包括地基与基础、主体结构、建筑装饰装修、建筑屋面、建筑给排水及采暖、建筑电气、智能建筑、通风与空调、电梯、建筑节能及其他。按照子分部工程的分类，将二级分类细分为三级分类，以建筑装饰装修为例，其基础的三级分类分为抹灰、门窗、吊顶、轻质隔墙、饰面板(砖)、幕墙、涂饰、细部，根据实际情况，可以添加其他三级分类。进一步地，还可以按照分项工程的分类，将三级分类细分为四级分类，以门窗为例，包括金属门窗、塑料门窗、特种门、门窗玻璃，根据实际情况，可以添加其他四级分类。每一种四级分类工程(分项工程)在建筑建造、改扩建、拆除三个阶段都会对应不同的建筑施工工艺，且可能不止一种，以塑料门窗为例，其建筑建造施工工艺主要体现为不同的安装工艺，其建筑改扩建(修复)施工工艺主要体现为按照不同的损伤程度以其制造工艺为基础的修复工艺，其建筑拆除施工工艺主要体现为按照不同的拆后需求采用的不同的拆除工艺。

图4为本发明实施例提供的基于BIM的动态施工工艺族库构建系统的框图。参阅图4，该基于BIM的动态施工工艺族库构建系统400包括创建模块410、获取添加模块420、时序设置模块430、第一重复执行模块440以及第二重复执行模块450。

创建模块410例如执行操作S1，用于创建目标建筑物中任一建筑体在第一施工类型下施工所需的多个施工工艺步骤的几何图元，第一施工类型为建筑建造、建筑修复或建筑拆除。

获取添加模块420例如执行操作S2，用于筛选获取每一施工工艺步骤的施工参数化信息并添加至相应的几何图元。

时序设置模块430例如执行操作S3，用于基于多个施工工艺步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔设置各几何图元的开始时间节点和结束时间节点，得到任一建筑体的第一施工工艺参数化模型，以按照预设时序执行各施工工艺步骤。

第一重复执行模块440例如执行操作S4，用于重复执行创建模块410、获取添加模块420与时序设置模块430，以创建得到其他施工类型下任一建筑体的施工工艺参数化模型。

第二重复执行模块450例如执行操作S5，用于重复执行创建模块410、获取添加模块420、时序设置模块430与第一重复执行模块440，以创建得到目标建筑物中各建筑体在各施工类型下的施工工艺参数化模型，形成动态施工工艺族库。

基于BIM的动态施工工艺族库构建系统400还包括分类模块。分类模块用于对动态施工工艺族库进行N级分类，N≥2；其中，第一级分类将动态施工工艺族库分为建筑建造动态施工工艺族库、建筑修复动态施工工艺族库和建筑拆除动态施工工艺族库；第N级分类将动态施工工艺族库分为各建筑体及相应的施工工艺参数化模型。

本实施例中，基于BIM的动态施工工艺族库构建系统400还可以包括相应的图形界面交互模块和施工工艺显示模块。为了友好地运行软件，必须有合理的图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)，图形界面更利于用户接受软件，利用采用常见的Ribbon界面模式，设计合理的图标，包含在Ribbon UI库中，使用Ribbon界面调出对话框。施工工艺显示模块主要是将外部已有的施工工艺相关的文字介绍、视频动画、步骤图例等等信息集合起来，用户通过点击该动态施工工艺族库即可查看到相关的施工工艺信息。

基于BIM的动态施工工艺族库构建系统400用于执行上述图1-图3所示实施例中的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法。本实施例未尽之细节，请参阅前述图1-图3所示实施例中的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，此处不再赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，其特征在于，包括：

S1，创建目标建筑物中任一建筑体在第一施工类型下施工所需的多个施工工艺步骤的几何图元，所述第一施工类型为建筑建造、建筑修复或建筑拆除；

S2，筛选获取每一所述施工工艺步骤的施工参数化信息并添加至相应的所述几何图元；

S3，基于所述多个施工工艺步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔设置各所述几何图元的开始时间节点和结束时间节点，得到所述任一建筑体的第一施工工艺参数化模型，以按照预设时序执行各所述施工工艺步骤；

S4，重复执行所述S1-S3，以创建得到其他施工类型下所述任一建筑体的施工工艺参数化模型；

S5，重复执行所述S1-S4，以创建得到所述目标建筑物中各建筑体在各施工类型下的施工工艺参数化模型，形成所述动态施工工艺族库。

2.如权利要求1所述的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，其特征在于，所述施工参数化信息包括施工工艺文字信息和/或施工工艺三维动画，以及包括施工工艺验收图片。

3.如权利要求2所述的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，其特征在于，所述S2包括：

利用Python爬虫爬取网络中与所述施工工艺步骤相关的施工工艺文字信息和/或施工工艺三维动画；

接收其他终端存储的与所述施工工艺步骤相关的施工文件和/或实际施工三维动画，所述实际施工三维动画基于实际施工工艺绘制形成；

接收施工现场终端拍摄并传输的施工工艺验收图片。

4.如权利要求1所述的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，其特征在于，所述S3包括：

以所述多个施工工艺步骤中任一施工工艺步骤为参考步骤，基于其他各所述施工工艺步骤与所述参考步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔，设置其他各所述施工工艺步骤的几何图元的开始时间节点和结束时间节点。

5.如权利要求1所述的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，其特征在于，所述S5之后还包括：

对所述动态施工工艺族库进行N级分类，N≥2；其中，第一级分类将所述动态施工工艺族库分为建筑建造动态施工工艺族库、建筑修复动态施工工艺族库和建筑拆除动态施工工艺族库；第N级分类将所述动态施工工艺族库分为各所述建筑体及相应的施工工艺参数化模型。

6.如权利要求5所述的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，其特征在于，N≥3，第二级分类将所述第一级分类划分为地基与基础、主体结构、建筑装饰装修、建筑屋面、建筑给排水及采暖、建筑电气、智能建筑、通风与空调、电梯、建筑节能以及其他分类。

7.如权利要求1-6所述的基于BIM的动态施工工艺族库构建方法，其特征在于，所述S1包括：利用拉伸、融合、旋转、放样、放样融合中一种或多种方式创建所述几何图元，并利用移动、旋转、镜像、复制中一种或多种方式绘制并调整所述几何图元。

8.一种基于BIM的动态施工工艺族库构建系统，其特征在于，包括：

创建模块，用于创建目标建筑物中任一建筑体在第一施工类型下施工所需的多个施工工艺步骤的几何图元，所述第一施工类型为建筑建造、建筑修复或建筑拆除；

获取添加模块，用于筛选获取每一所述施工工艺步骤的施工参数化信息并添加至相应的所述几何图元；

时序设置模块，用于基于所述多个施工工艺步骤之间的开始时间间隔和结束时间间隔设置各所述几何图元的开始时间节点和结束时间节点，得到所述任一建筑体的第一施工工艺参数化模型，以按照预设时序执行各所述施工工艺步骤；

第一重复执行模块，用于重复执行所述创建模块、获取添加模块与时序设置模块，以创建得到其他施工类型下所述任一建筑体的施工工艺参数化模型；

第二重复执行模块，用于重复执行所述创建模块、获取添加模块、时序设置模块与第一重复执行模块，以创建得到所述目标建筑物中各建筑体在各施工类型下的施工工艺参数化模型，形成所述动态施工工艺族库。

9.如权利要求8所述的基于BIM的动态施工工艺族库构建系统，其特征在于，还包括：

分类模块，用于对所述动态施工工艺族库进行N级分类，N≥2；其中，第一级分类将所述动态施工工艺族库分为建筑建造动态施工工艺族库、建筑修复动态施工工艺族库和建筑拆除动态施工工艺族库；第N级分类将所述动态施工工艺族库分为各所述建筑体及相应的施工工艺参数化模型。

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