CN115270267A - 基于混合hbim模型的智能建筑初级数字孪生系统及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统及构建方法，该系统包括：HBIM模型构建子系统、HBIM格式转换子系统和可视化数字孪生平台；该方法包括：S1.获取建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型，并根据点云数据，建立建筑遗产部分构件的不规则三角网模型；分别为不同构件设置类型及属性信息，并进一步将标准参数模型与不规则三角网模型进行融合，形成融合后的HBIM模型；S2.将融合后的HBIM模型由IFC格式向3DTiles格式的转换；S3.将3DTiles格式的HBIM模型在其相应实景三维环境中展示，并实现构件属性信息的查询。本发明实现空间数据与建筑信息模型的统一，为建筑遗产保护工作提供了依据。

Description

基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统及构建方法

技术领域

本发明涉及智能建筑技术领域，更具体的说是涉及基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统及构建方法。

背景技术

我国的古代建筑是我国乃至世界文化遗产中的瑰宝，是人类文明的结晶，具有巨大的人文价值、历史意义以及丰厚的文化内涵。然而在漫长的历史中它们受到了风吹日晒、虫蛀受潮、人为破坏、构件老化、环境变化等诸多不利因素的影响。因此对古建筑的保护工作受到了越来越多的重视。

随着地理信息科学与建筑信息模型构建技术的发展，地理信息系统(GIS)与建筑信息模型(BIM)的融合逐渐成为二者发展的共同趋势，将BIM模型引入到GIS系统中显示可以弥补单一BIM模型缺少周边环境信息的不足，同时，高精度的BIM模型是GIS的重要数据来源。BIM与GIS的融合可以实现精细化构件及大场景的一体化管理，可以减少很多工作量，因此具有深远意义。

在BIM与GIS的融合中，三维地理信息系统(3DGIS)与历史建筑信息模型(HBIM)的融合是其主要内容之一,可实现对古建筑本身的信息化管理以及对其周边环境的可视化表示其中三维地理信息系统是在传统二维地理信息系统的基础上发展而来的，在保留传统二维地理信息系统的功能特性的基础上增加了三维空间信息分析功能，具有强大的三维信息可视化效果和空间分析基础；HBIM建模技术是专门针对建筑遗产的建模技术，它在BIM技术的基础之上增加了针对历史建筑保护的特殊属性信息的录入。

近年来，随着科技的不断进步，数字孪生技术日益成熟，也成为了古建筑监测与保护的重要手段，数字孪生不仅可以对目标实体的形态进行完美细致的刻画，还可以对被刻画实体进行状态评估，寿命预测及任务完成率分析等工作，在工业、制造业、建筑行业等诸多领域都有着巨大的潜力。凭借这些特点，数字孪生与(H)BIM建模技术的结合更能充分发挥二者的优势，实现物理与数字世界的映射和融合，有效提高建筑遗产保护工作的效率。

可见，在古建筑建模时，使用三维激光点云数据能够更好地构造建筑的构件变形、构件裂缝、结构变化等情况，以真实反应建筑物的现状，更有利于建筑遗产保护工作的进行，但对设备性能要求较高；而依据古籍等资料记载建立的参数化历史建筑模型更加规整，结构更加严密，能够更好地还原建筑建造时期的原貌，但很难反映古建筑经历漫长岁月后的老化和变形等情况。因此在建立HBIM模型时需建模方式。

因此，综合考虑模型用途、设备性能等诸多因素，如何提出一种更为适合用户需要的基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统及构建方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统及构建方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统，包括：HBIM模型构建子系统、HBIM格式转换子系统和可视化数字孪生平台；

所述HBIM模型构建子系统，用于获取建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型，并根据点云数据，建立建筑遗产部分易损坏或变形的构件的不规则三角网模型；分别为不同构件设置类型及属性信息，并进一步将标准参数模型与不规则三角网模型进行融合，形成融合后的HBIM模型；

HBIM格式转换子系统，用于实现融合后的HBIM模型由IFC格式向3DTiles格式的转换；

可视化数字孪生平台，用于实现3DTiles格式的HBIM模型在其相应实景三维环境中的展示及构件属性信息的查询。

优选的，所述HBIM模型构建子系统包括标准参数模型建立模块、数据导入模块、点云处理软件、数据导出模块、模型构建软件和融合模块；

所述标准参数模型建立模块，用于根据获取到的建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型；

所述数据导入模块，用于获取.txt格式的点云数据，并将获取到的点云数据导入至所述点云处理软件中；

所述点云处理软件，用于处理所述点云数据，并对构件进行逐个封装；并对封装后的构建进行补洞处理，生成构件模型；

所述数据导出模块，用于导出所述构件模型为.obj格式至模型构建软件中显示；

所述模型构建软件，用于分别编辑建筑模型构件，设置相关信息，导出.ifc格式的HBIM模型；

所述融合模块，用于在待被替换的标准参数构建模型位置控制所述模型构建软件选取特殊点，隐藏遮挡构件，借助所述特殊点绘制辅助图形或辅助线；移动不规则三角网模型中用于替换的替换构件至目标位置附近，再选取所述替换构件上的特殊点，移动所述替换构件模型位置，通过所述模型构建软件将所述替换构件上的特殊点与辅助图形的转角或辅助线对齐，将所述替换构件安放至正确位置，得到融合后的HBIM模型；

所述源格式导出模块，用于将融合后的HBIM模型导出为IFC格式，其中将融合后的HBIM模型各个构件所对应的IFC类别导出为不同图元，并写入IFC文件中。

优选的，所述HBIM格式转换子系统包括：IFC解析模块、OBJ转换模块和3DTiles转换模块；

所述IFC解析模块，用于将整个IFC模型按构件分解为不同的分体IFC模型文件并储存；

所述OBJ转换模块，用于将所述分体IFC模型文件均转换为OBJ格式模型并储存；

所述3DTiles转换模块，用于将所述OBJ格式模型转换为3DTiles格式文件。

优选的，所述HBIM格式转换子系统还包括：转换验证模块；

所述转换验证模块，用于将转换后的3DTiles格式模型加载至所述可视化数字孪生平台中，验证模型的几何信息。

优选的，所述可视化数字孪生平台包括：地球影像数据加载模块、模型数据加载及相机设置模块、构件监测模块和构件属性查询模块；

所述地球影像数据加载，用于加载并显示地球影像数据；

所述模型数据加载及相机设置模块，用于将模型导入平台，在平台中实现模型可视化，并通过相机设置将视角定位到模型所在的经纬度；

所述构件监测模块，用于实现模型构件监测移动；

所述构件属性查询模块，用于实现模型构件属性查询。

一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统构建方法，包括以下步骤：

S1.获取建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型，并根据点云数据，建立建筑遗产部分易损坏或变形的构件的不规则三角网模型；分别为不同构件设置类型及属性信息，并进一步将标准参数模型与不规则三角网模型进行融合，形成融合后的HBIM模型；

S2.将融合后的HBIM模型由IFC格式向3DTiles格式的转换；

S3.将3DTiles格式的HBIM模型在其相应实景三维环境中展示，并实现构件属性信息的查询。

优选的，S1的具体内容包括：

S11.根据获取到的建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型；

S12.获取.txt格式的点云数据，并将获取到的点云数据导入至所述点云处理软件中；

S13.处理所述点云数据，并对构件进行逐个封装；并对封装后的构建进行补洞处理，生成构件模型；

S14.导出所述构件模型为.obj格式至模型构建软件中显示；

S15.分别编辑建筑模型构件，设置相关信息，导出.ifc格式的HBIM模型；

S16.在待被替换的标准参数构建模型位置控制所述模型构建软件选取特殊点，隐藏遮挡构件，借助所述特殊点绘制辅助图形或辅助线；移动不规则三角网模型中用于替换的替换构件至目标位置附近，再选取所述替换构件上的特殊点，移动所述替换构件模型位置，通过所述模型构建软件将所述替换构件上的特殊点与辅助图形的转角或辅助线对齐，将所述替换构件安放至正确位置，得到融合后的HBIM模型；

S17.将融合后的HBIM模型导出为IFC格式，其中将融合后的HBIM模型各个构件所对应的IFC类别导出为不同图元，并写入IFC文件中。

优选的，S2的具体内容包括：

S21.将整个IFC模型按构件分解为不同的分体IFC模型文件并储存；

S22.将所述分体IFC模型文件均转换为OBJ格式模型并储存；

S23.将所述OBJ格式模型转换为3DTiles格式文件。

优选的，S2还包括：

S24.将转换后的3DTiles格式模型加载至所述可视化数字孪生平台中，验证模型的几何信息。

优选的，S3的具体内容包括：

S31.加载并显示地球影像数据；

S32.将模型导入平台，在平台中实现模型可视化，并通过相机设置将视角定位到模型所在的经纬度；

S33.实现模型构件监测移动；

S34.实现模型构件属性查询。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统及构建方法，本发明以建筑遗产为研究对象，综合运用点云数据建模和资料数据建模两种建模方式，建立了某建筑遗产的三维模型，并为模型中的每个构件设置名称、尺寸、状态等属性，并按照构件种类分别为构件赋予不同的IFC类型，从而建立出建筑遗产的HBIM模型。将模型导出为IFC格式以便尽可能完整地保存其属性信息，再将其转换为3DTiles格式使其能够在三维BIM+GIS可视化平台三维GIS孪生系统中展示，实现空间数据与建筑信息模型的统一，为建筑遗产保护工作提供了依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生方法实施例提供的流程示意图；

图2附图为本发明一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生方法实施例提供的借助特殊点绘制辅助图形的示意图；

图3附图为本发明一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生方法实施例提供的借助特殊点绘制辅助图形完成模型融合的示意图；

图4附图为本发明一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生方法实施例提供的借助特殊点绘制辅助线的示意图；

图5附图为本发明一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生方法实施例提供的借助特殊点绘制辅助线完成模型融合的示意图；

图6附图为本发明一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生方法实施例提供的融合后的HBIM模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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做出创造性劳动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。

本发明实施例公开了一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统，包括：HBIM模型构建子系统、HBIM格式转换子系统和可视化数字孪生平台；

HBIM模型构建子系统，用于获取建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型，并根据点云数据，建立建筑遗产部分易损坏或变形的构件的不规则三角网模型；分别为不同构件设置类型及属性信息，并进一步将标准参数模型与不规则三角网模型进行融合，形成融合后的HBIM模型；

HBIM格式转换子系统，用于实现融合后的HBIM模型由IFC格式向3DTiles格式的转换；

可视化数字孪生平台，用于实现3DTiles格式的HBIM模型在其相应实景三维环境中的展示及构件属性信息的查询。

为了进一步实施上述技术方案，HBIM模型构建子系统包括标准参数模型建立模块、数据导入模块、点云处理软件、数据导出模块、模型构建软件和融合模块；

标准参数模型建立模块，用于根据获取到的建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型；

数据导入模块，用于获取.txt格式的点云数据，并将获取到的点云数据导入至点云处理软件中；

点云处理软件，用于处理点云数据，并对构件进行逐个封装；并对封装后的构建进行补洞处理，生成构件模型；

数据导出模块，用于导出构件模型为.obj格式至模型构建软件中显示；

模型构建软件，用于分别编辑建筑模型构件，设置相关信息，导出.ifc格式的HBIM模型；

融合模块，用于在待被替换的标准参数构建模型位置控制模型构建软件选取特殊点，隐藏遮挡构件，借助特殊点绘制辅助图形或辅助线；移动不规则三角网模型中用于替换的替换构件至目标位置附近，再选取替换构件上的特殊点，移动替换构件模型位置，通过模型构建软件将替换构件上的特殊点与辅助图形的转角或辅助线对齐，将替换构件安放至正确位置，得到融合后的HBIM模型；

源格式导出模块，用于将融合后的HBIM模型导出为IFC格式，其中将融合后的HBIM模型各个构件所对应的IFC类别导出为不同图元，并写入IFC文件中。

为了进一步实施上述技术方案，HBIM格式转换子系统包括：IFC解析模块、OBJ转换模块和3DTiles转换模块；

IFC解析模块，用于将整个IFC模型按构件分解为不同的分体IFC模型文件并储存；

OBJ转换模块，用于将分体IFC模型文件均转换为OBJ格式模型并储存；

3DTiles转换模块，用于将OBJ格式模型转换为3DTiles格式文件。

为了进一步实施上述技术方案，HBIM格式转换子系统还包括：转换验证模块；

转换验证模块，用于将转换后的3DTiles格式模型加载至可视化数字孪生平台中，验证模型的几何信息。

为了进一步实施上述技术方案，可视化数字孪生平台包括：地球影像数据加载模块、模型数据加载及相机设置模块、构件监测模块和构件属性查询模块；

地球影像数据加载，用于加载并显示地球影像数据；

模型数据加载及相机设置模块，用于将模型导入平台，在平台中实现模型可视化，并通过相机设置将视角定位到模型所在的经纬度；

构件监测模块，用于实现模型构件监测移动；

构件属性查询模块，用于实现模型构件属性查询。

一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统构建方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1.获取建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型，并根据点云数据，建立建筑遗产部分易损坏或变形的构件的不规则三角网模型；分别为不同构件设置类型及属性信息，并进一步将标准参数模型与不规则三角网模型进行融合，形成融合后的HBIM模型；

S2.将融合后的HBIM模型由IFC格式向3DTiles格式的转换；

S3.将3DTiles格式的HBIM模型在其相应实景三维环境中展示，并实现构件属性信息的查询。

为了进一步实施上述技术方案，S1的具体内容包括：

S11.根据获取到的建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型；

S12.获取.txt格式的点云数据，并将获取到的点云数据导入至点云处理软件中；

S13.处理点云数据，并对构件进行逐个封装；并对封装后的构建进行补洞处理，生成构件模型；

S14.导出构件模型为.obj格式至模型构建软件中显示；

S15.分别编辑建筑模型构件，设置相关信息，导出.ifc格式的HBIM模型；

S16.在待被替换的标准参数构建模型位置控制模型构建软件选取特殊点，隐藏遮挡构件，借助特殊点绘制辅助图形或辅助线；移动不规则三角网模型中用于替换的替换构件至目标位置附近，再选取替换构件上的特殊点，移动替换构件模型位置，通过模型构建软件将替换构件上的特殊点与辅助图形的转角或辅助线对齐，将替换构件安放至正确位置，得到融合后的HBIM模型；

S17.将融合后的HBIM模型导出为IFC格式，其中将融合后的HBIM模型各个构件所对应的IFC类别导出为不同图元，并写入IFC文件中。

为了进一步实施上述技术方案，S2的具体内容包括：

S21.将整个IFC模型按构件分解为不同的分体IFC模型文件并储存；

S22.将分体IFC模型文件均转换为OBJ格式模型并储存；

S23.将OBJ格式模型转换为3DTiles格式文件。

为了进一步实施上述技术方案，S2还包括：

S24.将转换后的3DTiles格式模型加载至可视化数字孪生平台中，验证模型的几何信息。

为了进一步实施上述技术方案，S3的具体内容包括：

S31.加载并显示地球影像数据；

S32.将模型导入平台，在平台中实现模型可视化，并通过相机设置将视角定位到模型所在的经纬度；

S33.实现模型构件监测移动；

S34.实现模型构件属性查询。

下面将进一步结合实例来对本发明进行说明：

在建立HBIM模型时，本实施例通过整合查阅古籍等资料确定某建筑遗产构件尺寸等参数，使用SketchUp建模软件建立木塔的标准参数模型，同时辅以三维激光点云建模方法，综合使用Geomagic点云处理软件、SketchUp建模软件建立某建筑遗产部分构件的不规则三角网模型。分别为不同构件设置类型及属性信息，并进一步将标准参数模型与不规则三角网模型进行融合，形成某建筑遗产的HBIM模型。

在格式转换方面，本发明借助BIMserver平台、IfcConvert工具、obj2gltf工具以及3D-tiles-toolSampleGenerator工具完成HBIM模型由IFC格式向3DTiles格式的转换。

在平台搭建以及平台功能实现方面，本发明选用具有强大三维地理空间数据可视化功能的三维GIS孪生系统平台，为某建筑遗产HBIM模型的可视化提供平台基础。本发明基于三维GIS孪生系统开发程序，使用三维GIS孪生系统相关方法及函数，实现某建筑遗产HBIM模型在其相应实景三维环境中的展示及构件属性信息的查询。

下面以某建筑遗产一层外侧立柱为例，具体操作步骤为：

1.HBIM建模

打开点云处理软件(GeomagicStudio)，加载点云数据(.txt格式)，将视野放大至其中一根柱子，选中并删除多余点点云去噪后，选中该组点云数据，对其进行封装操作。为避免输出模型数据过大导致的模型卡顿，可在不影响建模效果的前提下适当调整封装参数。

封装后的模型整体较为精细，由不规则三角网(TriangulatedIrregularNetwork，简称TIN)构成，但由于部分点云信息的缺失，导致模型中存在缺口，这就需要借助GeomagicStudio的补洞工具，选择“多边形”，使用补洞工具填充单个孔，填充方法为：将模型保存为指定格式文件以便下一步在建模软件中打开(这里保存为.obj格式)，打开SketchUp建模软件，导入OBJ文件编辑建筑模型构件，为其设置材质以及价格、状态、URL等属性信息依照上述方法，还可以对其他构件做同样的点云处理及模型构建，将模型导出为.ifc格式，如：斗拱的建模和梁的建模等除使用点云方法建模之外，还可以通过查阅古建筑相关资料，获取构件尺寸等相关数据，使用建模软件相关绘图工具，根据数据信息建立参数模型，并使用同样的方式在建模软件中为其设置属性，如：栌斗的建模等。

2.标准参数模型与不规则三角网模型的融合

由于点云建模方法建造出的三角网模型数据量较大，对设备有着较高的要求，因此仅使用少量点云构件模型替换模型中的参数构件，在这一方面，将构件的不规则三角网模型与标准参数模型进行融合是非常重要的。下面分别以某建筑遗产房檐处斗拱中的栌斗、泥道拱以及某建筑遗产一层立柱为例，介绍两种构件模型的融合方法：

(1)栌斗

将通过Geomagic点云处理软件建立的栌斗模型加载至SketchUp建模软件。

如图2-3所示，在木塔整体模型中找到要替换的标准参数构件模型位置，借助SketchUp建模软件自带的捕捉功能，选取其特殊点(如：拐点、边界点等)，本发明在此处选择被替换栌斗下方的两个转角顶点，隐藏遮挡构件，并借助特殊点绘制辅助四边形。

使用移动工具将不规则三角网构件模型移动至目标位置附近，再选取不规则三角网模型上的特殊点，使用移动工具，进一步移动构件位置，通过SketchUp软件的捕捉功能使构件上的特殊点与辅助四边形的转角对齐，将栌斗的不规则三角网模型安放至正确位置。

删除辅助四边形并显示隐藏构件，实现栌斗不规则三角网模型与其周围标准参数模型的融合。

(2)泥道拱

加载泥道拱的不规则三角网模型至SketchUp软件中。与栌斗不规则三角网模型的融合类似，在原有构件的标准参数模型上连接两转角的顶点作为辅助线。方法与安置栌斗模型类似，如图4-5所示，将被替换的泥道拱删除，并隐藏遮挡的构件，移动泥道拱的不规则三角网模型位置，使构件上的特殊点与辅助线两端对齐，将泥道拱的不规则三角网模型安放至正确位置。

删除辅助线，显示隐藏对象，实现泥道拱不规则三角网模型与其周围标准参数模型的融合。

(3)立柱

导入立柱的不规则三角网模型，将其移动至被替换立柱处，使二者重合，删除原标准参数模型，保留不规则三角网模型。用同样的方法替换四根立柱，综合采用以上的点云数据建建立的不规则则三角网模型和参数建模建模方法，构建出某建筑遗产的HBIM模型，如图6所示。

3.HBIM模型输出

将某建筑遗产建模结果导出为IFC格式，可以看出软件将HBIM模型按木塔中构件对应的IFC类别导出为不同图元，并写入IFC文件中。上图为IFC模型转换流程，将整个IFC模型按构件分解为不同的小IFC模型文件，对小IFC文件提取其图形信息(提取为OBJ件)，并解析其属性信息(解析为.json格式文件)，并进一步将obj文件转换为glTF文件，再将glTF文件与JSON文件合并为3DTiles文件。

4.IFC解析

该步骤主要使用java语言编写程序实现，首先手动搭建BIMserver平台，创建工程并上传木塔的IFC格式模型。程序通过读取模型对应的几何图形生成报告(Geometrygenerationreport，为JSON格式)、调用BIMServerAPI中的BIMServerClient接口，通过查询语句遍历查询上传至BIMServer项目中的模型，使用构件查询语句将它们按构件逐个分解成构件IFC文件存储至相应路径，同时使用查询语句将经过BIMserver平台解析后带有属性信息的构件JSON文件并存储至相应路径。

5.IFC转为OBJ

在将IFC文件转换为OBJ文件时，使用Java程序调用下载好的IfcOpenShell库中的集成化转换工具：IfcConvert，完成每个构件IFC文件向其对应OBJ文件的转换，并将转换后的OBJ文件和相应MTL文件(材质文件)存储至同一路径中。该步骤和上一步IFC解析统一写入同一个程序项目，节省了模型格式转换的时间。IFC转换为OBJ代码见附录A。

6.OBJ转换为glTF

使用存储HBIM模型几何信息的.obj格式作为格式转换的中间桥梁，再进一步将.obj格式的模型转换为glTF格式。该步骤使用Node.js提供的obj2gltf工具，将上一步生成的所有obj文件全部转换成glTF文件。

7.glTF转换为3DTiles

在将glTF文件转换为3DTiles文件时，本发明基于三维GIS孪生系统官方发布的“3D-tiles-toolSampleGenerator”工具合成出一个新的格式转换工具，将glTF和JSON文件分组到具有批处理表层次结构的b3dm文件中。3DTiles生成器首先为提供的每个glTF文件创建一个实例，然后将这些实例存储到批处理表层次结构中的b3dm文件的标头中，当生成器开始创建实例时，它会分析每个glTF文件，并找到其相应的JSON文件。实例将有一个类名为不含扩展名的文件名，其属性从JSON文件中提取。文件中每个组件的第一个JSON对象都包含诸如“ObjectName”、“IfcType”、“GUID”和“BATID”等信息。其余的属性通过搜索每个文件中名为“IfcPropertySingleValue”和“_eNominalValue”的IFC属性集来提取，并将其分别写入数组，形成属性名与属性信息一一对应的格式，再将实例转换为层次结构，通过读取数组将建模时为每个组件赋予的属性写入b3dm头文件中。

将单个组件封装到一个b3dm文件中的方法有很多。例如，可以将同一楼层、同一区域或同一IFC类型的组件封装在一起。还可以使用四叉树或八叉树方法，基于每个组件的空间信息生成b3dm文件的优化层次结构。构建b3dm文件的方法可能因不同的应用程序而有所不同，它在很大程度上决定了3D模型将如何在三维GIS孪生系统中呈现，并影响可视化性能。一旦创建了所有的b3dm文件，它们就会在目录集JSON文件中被引用，一个主分类集JSON文件(即tileset.json文件)是三维GIS孪生系统平台加载整个3D场景的入口点。

8.转换验证分析

(1)几何

在IFC模型查看软件BIMvision软件中查看由SketchUp建模软件导出的IFC格式的某建筑遗产HBIM模型：将转换后的3DTiles模型加载至三维GIS孪生系统平台中，验证模型的几何信息有无丢失情况，由图可见模型尺寸与实际情况吻合、构件位置及连接关系等均无丢失，但合并程序中读取模型材质的功能仍有待完善，模型出现了颜色丢失情况。

(2)参数在建模阶段为构件设置属性信息时，除构件的定义、描述、实例等信息是SketchUp建模软件中便于模型构建的信息，与HBIM模型本身无关，其余“高级属性”中的全部内容均为HBIM模型的属性，在将模型导出成IFC格式时均被写入IFC文件，在IFC查看工具BIMvision中可以通过点击构件查看格式转换前的属性信息，通过一系列格式转换工作后属性信息仍被保留，并可以在三维GIS孪生系统中通过点击构件查看。

8.影像数据加载及地形设置

首先需要使用vscode程序编译器创建HTML程序，完善页面布局设计，并在程序中引入下载得到的三维GIS孪生系统中的三维GIS孪生系统.js和widegts.css，再使用三维GIS孪生系统类创建构造函数三维GIS孪生系统.Viewer(),三维GIS孪生系统.Viewer()函数有两个参数，分别为Conatiner和options，输入程序中“<div>”的id作为第一个参数，从而将三维GIS孪生系统的三维窗口与程序绑定；options参数用于显示影像切换按钮、加载影像数据等功能，在本发明中使用默认值。此外，为地球及影像能够正常显示，需在程序中调用从三维GIS孪生系统ion中获取的秘钥。现实影像数据后可进一步显示地形，以便更加真实地反映地球表面的起伏状态，使用terrainProvider接口调用三维GIS孪生系统定义的地形数据服务。

9.模型数据加载及相机设置

将IFC模型文件转换成三维GIS孪生系统平台支持的3DTiles文件后便可将模型导入到平台中，将模型文件夹放置于HTML文件的同级目录下，编写代码，通过三维GIS孪生系统3DTilesAPI调用3DTiles数据。

加载模型数据时，需要为其设置位置和姿态参数，即模型的经度、纬度、高度、以及分别以X、Y、Z轴为中心轴的三个旋转角度。通过查询地图资料，得知某建筑遗产位于北纬113.18°、东经39.56°(单位：十进制度)附近。

为了使模型更直观地展示，需要在三维GIS孪生系统中设置相机系统，即通过设置相机的视点位置来确定系统打开时的视域范围以及通过设置视线方向来设置观察视域及视域中目标物的初始角度；除此之外，还可以使用鼠标操作在系统界面中调整相机位置及角度，全方位观察目标模型。

三维GIS孪生系统中的相机系统多用camera和viewer这两个类来实现，本发明在此处使用viewer类的zoomTo方法来实现相机设置：zoomTo方法有两个参数，第一个参数是target，用于视点定位，支持Entity、ImageryLayer、三维GIS孪生系统3DTileset等，本发明在此处将视点定位在模型所在位置，因此该参数设为“tileset”(即模型文件所在位置)；zoomTo的第二个参数是offset，它是一个HeadingPitchRange类型的对象，对应了Heading、Pitch、Range三个参数，分别用于设置相机的航偏角、俯仰角和相机距离模型的高度。

10.构件监测

使用三维GIS孪生系统的update3dtilesMaxtrix方法为模型设置平移、旋转等参数，再将这些参数赋值给模型。随后，定义一组按钮和滑块，分别对应模型所在经度、纬度、高程、绕x轴旋转角度、绕y轴旋转角度以及绕z轴旋转角度，为它们设置“点击”或“滑动”等事件并分别调用平移旋转参数，实现通过拖动滑块或点击移动按钮实现模型在经度、纬度、高程上的位置移动以及绕x、y、z轴的旋转。通过以上功能实现木塔位移以及对构件进行监测后的构件平移、旋转等变换操作

11.构件属性查询

通过点击木塔中的构件可以直接查看该构件对应的属性表，查看构件属性。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统，其特征在于，包括：HBIM模型构建子系统、HBIM格式转换子系统和可视化数字孪生平台；

所述HBIM模型构建子系统，用于获取建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型，并采用点云数据，建立建筑遗产部分易损坏或变形的构件的不规则三角网模型；分别为不同构件设置类型及属性信息，并进一步将标准参数模型与不规则三角网模型进行融合，形成融合后的HBIM模型；

HBIM格式转换子系统，用于实现融合后的HBIM模型由IFC格式向3DTiles格式的转换；

可视化数字孪生平台，用于实现3DTiles格式的HBIM模型在其相应实景三维环境中的展示及构件属性信息的查询。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统，其特征在于，所述HBIM模型构建子系统包括标准参数模型建立模块、数据导入模块、点云处理软件、数据导出模块、模型构建软件和融合模块；

所述标准参数模型建立模块，用于根据获取到的建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型；

所述数据导入模块，用于获取.txt格式的点云数据，并将获取到的点云数据导入至所述点云处理软件中；

所述点云处理软件，用于处理所述点云数据，并对构件进行逐个封装；并对封装后的构建进行补洞处理，生成构件模型；

所述数据导出模块，用于导出所述构件模型为.obj格式至模型构建软件中显示；

所述模型构建软件，用于分别编辑建筑模型构件，设置相关信息，导出.ifc格式的HBIM模型；

所述融合模块，用于在待被替换的标准参数构建模型位置控制所述模型构建软件选取特殊点，隐藏遮挡构件，借助所述特殊点绘制辅助图形或辅助线；移动不规则三角网模型中用于替换的替换构件至目标位置附近，再选取所述替换构件上的特殊点，移动所述替换构件模型位置，通过所述模型构建软件将所述替换构件上的特殊点与辅助图形的转角或辅助线对齐，将所述替换构件安放至正确位置，得到融合后的HBIM模型；

所述源格式导出模块，用于将融合后的HBIM模型导出为IFC格式，其中将融合后的HBIM模型各个构件所对应的IFC类别导出为不同图元，并写入IFC文件中。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统，其特征在于，所述HBIM格式转换子系统包括：IFC解析模块、OBJ转换模块和3DTiles转换模块；

所述IFC解析模块，用于将整个IFC模型按构件分解为不同的分体IFC模型文件并储存；

所述OBJ转换模块，用于将所述分体IFC模型文件均转换为OBJ格式模型并储存；

所述3DTiles转换模块，用于将所述OBJ格式模型转换为3DTiles格式文件。

4.根据权利要求1所述的一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统，其特征在于，所述HBIM格式转换子系统还包括：转换验证模块；

所述转换验证模块，用于将转换后的3DTiles格式模型加载至所述可视化数字孪生平台中，验证模型的几何信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统，其特征在于，所述可视化数字孪生平台包括：地球影像数据加载模块、模型数据加载及相机设置模块、构件监测模块和构件属性查询模块；

所述地球影像数据加载，用于加载并显示地球影像数据；

所述模型数据加载及相机设置模块，用于将模型导入平台，在平台中实现模型可视化，并通过相机设置将视角定位到模型所在的经纬度；

所述构件监测模块，用于实现模型构件监测移动；

所述构件属性查询模块，用于实现模型构件属性查询。

6.一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.获取建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型，并采用点云数据，建立建筑遗产部分易损坏或变形的构件的不规则三角网模型；分别为不同构件设置类型及属性信息，并进一步将标准参数模型与不规则三角网模型进行融合，形成融合后的HBIM模型；

S2.将融合后的HBIM模型由IFC格式向3DTiles格式的转换；

S3.将3DTiles格式的HBIM模型在其相应实景三维环境中展示，并实现构件属性信息的查询。

7.根据权利要求6所述的一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统构建方法，其特征在于，S1的具体内容包括：

S11.根据获取到的建筑遗产构件相关参数资料，建立建筑遗产构件的标准参数模型；

S12.获取.txt格式的点云数据，并将获取到的点云数据导入至所述点云处理软件中；

S13.处理所述点云数据，并对构件进行逐个封装；并对封装后的构建进行补洞处理，生成构件模型；

S14.导出所述构件模型为.obj格式至模型构建软件中显示；

S15.分别编辑建筑模型构件，设置相关信息，导出.ifc格式的HBIM模型；

S16.在待被替换的标准参数构建模型位置控制所述模型构建软件选取特殊点，隐藏遮挡构件，借助所述特殊点绘制辅助图形或辅助线；移动不规则三角网模型中用于替换的替换构件至目标位置附近，再选取所述替换构件上的特殊点，移动所述替换构件模型位置，通过所述模型构建软件将所述替换构件上的特殊点与辅助图形的转角或辅助线对齐，将所述替换构件安放至正确位置，得到融合后的HBIM模型；

S17.将融合后的HBIM模型导出为IFC格式，其中将融合后的HBIM模型各个构件所对应的IFC类别导出为不同图元，并写入IFC文件中。

8.根据权利要求1所述的一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统构建方法，其特征在于，S2的具体内容包括：

S21.将整个IFC模型按构件分解为不同的分体IFC模型文件并储存；

S22.将所述分体IFC模型文件均转换为OBJ格式模型并储存；

S23.将所述OBJ格式模型转换为3DTiles格式文件。

9.根据权利要求1所述的一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统构建方法，其特征在于，S2还包括：

S24.将转换后的3DTiles格式模型加载至所述可视化数字孪生平台中，验证模型的几何信息。

10.根据权利要求1所述的一种基于混合HBIM模型的智能建筑初级数字孪生系统构建方法，其特征在于，S3的具体内容包括：

S31.加载并显示地球影像数据；

S32.将模型导入平台，在平台中实现模型可视化，并通过相机设置将视角定位到模型所在的经纬度；

S33.实现模型构件监测移动；

S34.实现模型构件属性查询。

Images