CN115577438B - 一种用户透明的建筑结构模型数据交换方法、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用户透明的建筑结构模型数据交换方法、设备和介质，方法包括以下步骤：步骤1，从软件平台A获取建筑结构模型数据，并分解为基础数据；步骤2，根据用户选择的基础数据转换器，将步骤1分解得到的基础数据转换为建筑结构模型在软件平台B所需要的基础数据；其中，可供选择的每个基础数据转换器，均采用图形化编程定义并使用不同连线表示，以供用户自定义选择；步骤3，对步骤2转换得到的基础数据进行组装，得到建筑结构模型在软件平台B中的数据。本发明通过图形化定义数据映射关系以及专门的基础数据转换器，实现复杂建筑结构模型的数据交换，实现不同软件平台之间的建筑结构模型数据兼容。

Description

一种用户透明的建筑结构模型数据交换方法、设备和介质

技术领域

本发明属于建筑信息技术领域，特别涉及一种用户透明的建筑结构模型数据交换方法、设备和介质。

背景技术

建筑信息模型软件与结构分析软件之间需要进行数据交换，其一般方法是约定数据交换格式例如IFC（Industry Foundation Classes）、COBie（Construction OperationsBuilding Information Exchange）、SAF（structural analysis format），这些数据的编码方式是开源的，软件开发商根据开源数据格式编写数据导入、导出插件实现数据交换。

比如CN102609417A为基于IFC标准的建筑信息模型集成与交换引擎装置，该方法和装置依赖于对IFC标准的解析。再比如US20190311073A1、US20200057829A1描述了一种基于中心数据库的数据处理方法，并且也依赖于一种严格定义的树状数据结构，其主要区别在于定义的树状数据结构不同。

以上数据交换的方法均依赖一种中心文件或者中心服务器，优点在于一次性开发的开发工作量小，不同子系统和不同专业之间进行数据交换需要进行的开发工作量是线性增加的，缺点在于过度依赖中心文件，对于中心文件、数据标准的变更过于敏感，加大了系统的不稳定性。而且用户段在进行数据交换时依赖中心服务器、标准文件和标准数据转换套件，数据交换的过程集中在服务器或者软件开发商，使得数据转换过程缺少开放性和灵活性。

因此，现有技术存在以下技术问题需要解决：1）采用中心服务器、中心文件、中心数据格式的数据交换方法存在较大的不稳定性，中心数据格式包含过多数据，系统负担较大，需要一种弹性灵活的数据交换方法作为补充；2）中心服务器和中心数据格式需要专业人员进行维护和解读，难以推广；3）既有的数据交换程序过程封闭，不利于用户自定义数据交换过程，无法对数据交换过程中出现的问题及时处理；4）既有数据交换程序对于转换过程中的数据不匹配进行强制数据转换，导致关键信息丢失。

发明内容

为解决上述待解决的技术问题之一，本发明提供一种用户透明的建筑结构模型数据交换方法，通过图形化定义数据映射关系以及专门的基础数据转换器，实现复杂建筑结构模型的数据交换。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种用户透明的建筑结构模型数据交换方法，包括以下步骤：

步骤1，从软件平台A获取建筑结构模型数据，并分解为基础数据；

步骤2，根据用户选择的基础数据转换器，将步骤1分解得到的基础数据转换为建筑结构在软件平台B所需要的基础数据；供选择的基础数据转换器包括：几何转换器、截面转换器；

步骤3，对步骤2转换得到的基础数据进行组装，得到建筑结构在软件平台B中的数据。

进一步的，软件平台A和软件平台B的建筑结构模型数据，属于以下三种建筑结构模型中的任意两种：结构概念模型、结构分析模型、结构物理模型。

进一步的，所述几何转换器用于：对曲线与多义线之间进行相互转换，以及对曲面与网格之间进行相互转换；

若转换的高维数据和低维数据分别为曲线、多义线，则：采用曲线细分的方法将曲线进行降维处理转换为多义线，采用曲线拟合的方法将多义线进行升维处理转换为曲线；

若转换的高维数据和低维数据分别为曲面、网格，则：采用曲面细分的方法将曲面进行降维处理转换为网格，采用曲面拟合的方法将网格进行升维处理转换为曲面。

进一步的，所述截面转换器用于：对参数化截面与通用截面之间进行相互转换，以及对预定义截面与通用截面之间进行相互转换；

若转换的高维数据和低维数据分别为参数化截面、通用截面，则：采用截面特性求解器将参数化截面进行降维处理转换为通用截面，通过状态存储器将通用截面进行升维处理转换为参数化截面；

若转换的高维数据和低维数据分别为预定义截面、通用截面，则：通过截面特性数据库将预定义截面进行降维处理转换为通用截面，通过状态存储器将通用截面进行升维处理转换为预定义截面；

所述状态存储器，用于存储降维处理时所溢出的数据，以及补充升维处理时所缺少的数据。

进一步的，供选择的基础数据转换器还包括：总信息转换器、材料定义转换器、单元定义转换器、节点定义转换器、分析设置数据转换器、边界条件定义转换器、荷载定义转换器、分析选项转换器、设计选项转换器。

进一步的，采用图形化编程定义每个基础数据转换器，并使用不同连线表示不同的基础数据转换器，以供用户自定义选择。

进一步的，基础数据转换器的两端分别通过应用程序接口及标准文件，分别与两端的软件平台A和软件平台B连接，用于从软件平台A获取建筑结构模型数据以及将组装好的建筑结构模型数据发送给软件平台B。

一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现上述任一项技术方案所述的建筑结构模型数据交换方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项技术方案所述的建筑结构模型数据交换方法。

有益效果

本发明采用图形化编程定义图形化数据转换方法，数据交换过程对用户透明，可供用户自由定义不同阶段的结构模型之间的数据映射关系，从而完成复杂结构模型数据到基本数据的分解、转换与组装，实现建筑结构不同模型数据之间的转换，实现不同软件平台之间的建筑结构模型数据兼容。而且，本发明中的基础数据转换器可以根据建筑结构模型的基础数据特点，提取底层核心数据，并且通过状态存储器容纳溢出数据，从而保证数据的双向交换。

附图说明

图1是现有技术采用中心服务器的数据交换方法；

图2是本申请实施例采用基础数据交换器的数据交换方法；

图3是本申请采用基础数据转换器将高维的曲线降维为低维多义线的示意图；

图4是三种不同建筑结构软件对楼板结构数据的定义；其中（a）为结构概念模型中的几何数据 ，（b）和（c）是两种不同的结构分析模型的几何数据；

图5是本申请实施例方法将结构梁数据从A平台转换到B平台的示意图（采用grasshopper绘制）；

图6是本申请实施例方法的转换流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本发明的技术方案作进一步解释说明。

现有技术中常采用如图1所示的数据交换方法，在两个不同的数据交换子系统/软件1之间进行数据交换时，采用应用程序接口和标准文件3从数据交换子系统/软件1获取建筑结构模型数据，然后采用中心服务器2对其进行数据转换，再通过另一个数据交换子系统/软件1的应用程序接口和标准文件3接入到该另一个数据交换子系统/软件1。这种在不同子系统和不同专业之间进行数据交换需要进行的开发工作量是线性增加的，缺点在于过度依赖中心文件，对于中心文件、数据标准的变更过于敏感，加大了系统的不稳定性。

本实施例提供一种用户透明的建筑结构模型数据交换方法，采用图形连线的方式进行数据转换，使得数据转换过程完全暴露在用户端，便于用户可以根据实际专业需要进行选择数据交换类型，保证数据交换的准确性和精确性。本实施例数据交换方法如图2所示，其中1为进行数据交换的子系统或软件（本发明中统称为软件平台），3为应用程序接口和标准文件，4为图形化数据映射系统，5为数据映射连线，6 为基础数据转换器，7为状态存储器。

图形化数据映射系统4，是一种通过鼠标连线确定数据映射关系的方法，该方法参考了图形化编程语言grasshopper、dynamo采用连线的方式传递参数的方法，并且将复杂的数据转换过程拆分成基础数据的转换过程。

建筑结构在不同的阶段可以划分为结构概念模型、结构分析模型和结构物理模型，这些不同阶段的模型一般都是在不同的模型软件中呈现。

其中，结构概念模型属于原型设计，是指方案设计阶段对结构的抽象化定义，其主要特点为方案设计师仅仅通过经验对结构进行建模，结构基础、结构荷载、结构的材质等数据均没有定义，因此缺少细节描述。

结构分析模型是指专业结构工程师为了对概念模型进行验证、校核而建立的模型，该模型基本集成了概念模型中的几何信息，但是要根据结构设计规范、分析软件的要求补充材料、截面、连接、荷载等数据。其属于简化模型，专用于分析。

结构物理模型为根据结构概念模型、结构分析模型进一步深化设计得到与最终建造完成的实际模型，主要包括几何信息、材质信息等。其是最终的完成模型，与实际情况一致，用于制造和施工。

同样的建筑结构模型数据在不同的阶段有着不同的数据表示方法，从概念模型到分析模型转换属于模型的降维，从分析模型到物理模型又需要对结构进行升维。这三种模型相互关联，但是数据类型、范围又有所区别，不同的软件平台对上述三种模型的侧重点不一样。

参考图6所示，本实施提供的用户透明的建筑结构模型数据交换方法，包括以下步骤：

步骤1，从软件平台A获取建筑结构模型数据，并分解为基础数据。

具体是通过应用程序接口及标准文件从软件平台A获取建筑结构模型数据。其中获取的建筑结构模型数据可以是以下任意一种建筑结构模型，本实施例中假设软件平台A的建筑结构模型数据为结构概念模型。

将获取的结构概念模型数据分解得到的基础数据包括但不限于结构的以下数据：总信息、材料定义、截面定义、节点定义、单元定义、荷载定义、工况定义、分析选项和设计选项。

步骤2，根据用户选择的基础数据转换器，将步骤1分解得到的基础数据转换为建筑结构在软件平台B所需要的基础数据。

在该步骤2之前，预先采用图形化编程设计若干个基础数据转换器，并使用不同连线表示不同的基础数据转换器，以供用户自定义选择。且每个基础数据转换器的两端分别通过应用程序接口及标准文件，分别与两端的软件平台A和软件平台B连接，用于从软件平台A获取建筑结构模型数据以及将组装好的建筑结构模型数据发送给软件平台B。

本发明所述的各种软件平台具有一定开放性，如公开的数据格式、应用程序接口或者低代码插件，再此基础上，低代码平台才能在不同平台之间传输数据。不用软件平台上的结构模型数据可以分解为几大基础数据类，这些基础数据的转换器在低代码平台中分别对应一个组件，每个组件包含输入、输出接口，组件内定义一个转换函数对传输数据进行转换。

本实施例中设计的可供选择的基础数据转换器包括：几何转换器、截面转换器、总信息转换器、材料定义转换器、单元定义转换器、节点定义转换器、分析设置数据转换器、边界条件定义转换器、荷载定义转换器、分析选项转换器、设计选项转换器等。

几何转换器包括了常见的几何数据如点、直线、多义线、圆弧线、样条曲线，Nurbs曲线的数据转换。

截面转换器是针对结构构件截面的转换器，结构模型中构件截面定义有两种类型，一是参数化截面，参数化截面由截面类型和截面参数组成，一种是预定义截面，由截面名称和截面引用的有关规范组成。

总信息转换器、材料定义转换器、单元定义转换器、节点定义转换器、分析设置数据转换器、边界条件定义转换器、荷载定义转换器、分析选项转换器和设计选项转换器，分别用于对相应的基础数据进行转换。

总信息转换器：针对结构类型、结构所在区域一类说明信息的转换。

材料定义转换器：针对结构材料定义信息的转换。

单元定义转换器：针对单元的几何信息、材料信息的转换。

节点定义转换器：针对节点信息的转换。

分析设置数据：针对求解器分析参数设置的转换。

边界条件定义转换器：针对分析模型边界条件的转换。

荷载定义转换器：针对荷载定义、荷载布置、荷载工况的转换。

设计选项转换器：针对结构设计验算所依据的工况、规范、设计条件定义的数据转换。

转换后的基础数据仍然包括建筑结构的总信息、材料定义、截面定义、节点定义、单元定义、荷载定义、工况定义、分析选项和设计选项等内容，与转换前区别仅在于维度或表现形式不同。

表注：* 表示低维数据向高维数据转换过程中需要补充额外数据，该数据如果预先存储在状态存储器中，则可以保证数据的双向交换。

如上表所示，几何转换器用于：对曲线与多义线之间进行相互转换，以及对曲面与网格之间进行相互转换；

若转换的高维数据和低维数据分别为曲线、多义线，则：采用曲线细分的方法将曲线进行降维处理转换为多义线，采用曲线拟合的方法将多义线进行升维处理转换为曲线。例如图3所示，8为软件平台A中采用圆心、半径、起始点、终止点定义的圆弧概念模型，为原始高维数据集；9为软件平台B中采用多个点连线定义的多义线，为低维数据集；当需要将高维的曲线降维为低维的多义线时，即可对曲线进行细分即可得到多义线；当需要将低维的多义线升维为曲线时，根据多义线进行曲线拟合即可得到。再如图4所示的三种不同建筑结构软件对楼板结构数据的定义，由于在不同软件中对数据维度的要求不同，其表现形式也不同。

若转换的高维数据和低维数据分别为曲面、网格，则：采用曲面细分的方法将曲面进行降维处理转换为网格，采用曲面拟合的方法将网格进行升维处理转换为曲面。

截面转换器用于：对参数化截面与通用截面之间进行相互转换，以及对预定义截面与通用截面之间进行相互转换；

若转换的高维数据和低维数据分别为参数化截面、通用截面，则：采用截面特性求解器将参数化截面进行降维处理转换为通用截面，通过状态存储器将通用截面进行升维处理转换为参数化截面；

若转换的高维数据和低维数据分别为预定义截面、通用截面，则：通过截面特性数据库将预定义截面进行降维处理转换为通用截面，通过状态存储器将通用截面进行升维处理转换为预定义截面；

所述状态存储器，用于存储降维处理时所溢出的数据，以及补充升维处理时所缺少的数据。比如图3中状态存储器内存储圆的半径R 和分段数目C。

基于上述设计的基础转换器，在步骤2中即可根据用户选择的基础数据转换器，对分解的基础数据转换为软件平台B所需要的对应基础数据。在实际的转换过程中，若转换成功则进入下一步骤，否则调整基础数据转换器。

当数据分解（或映射）的逻辑发生变化时，用户修改连线即可，相当于修改其他基础数据转换器即可。图5示意了结构梁数据从A平台转换到B平台的案例，通过不同的基本数据转换器完成。

步骤3，对步骤2转换得到的基础数据进行组装，得到建筑结构在软件平台B中的数据。

综上，本发明采用图形化编程定义图形化数据转换方法，可供用户自由定义不同阶段的结构模型之间的数据映射关系，从而完成复杂结构模型数据到基本数据的分解、转换与组装，实现建筑结构不同模型数据之间的转换，实现不同软件平台之间的建筑结构模型数据兼容。而且，本发明中的基础数据转换器可以根据建筑结构模型的基础数据特点，提取底层核心数据，并且通过状态存储器容纳溢出数据，从而保证数据的双向交换。

本发明支持绝大多数软件平台之间的数据交换，具有很好的适用性。采用本发明可以实现方案建模软件（Rhino）和BIM平台（Revit、ArchiCAD）软件与常用结构设计软件（PKPM、YJK、Midas Gen、SAP2000、Etabs、Dlubal），常用的深化与加工软件（Tekla、机械臂控制系统）的无缝数据交换。

而且，本发明采用图形化编程定义图形化数据转换方法，数据交换过程对用户透明，用户可自定义数据交换逻辑。数据交换的过程是图形化的，用户可以自行排查和修正。支持用户一键操作，也支持掌握一定的低代码语言能力的用户进行功能修改和问题排查，不需要购买昂贵的转换插件和聘用程序员。

另外，本发明方法贴近专业底层逻辑，设置了溢出数据存储器，即状态存储器，对高维数据友好，实现了数据双向传输，不容易丢失关键数据，支持专业相关度高的数据转换。

以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种用户透明的建筑结构模型数据交换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，从软件平台A获取建筑结构模型数据，并分解为基础数据；

步骤2，根据用户选择的基础数据转换器，将步骤1分解得到的基础数据转换为建筑结构模型在软件平台B所需要的基础数据；供选择的基础数据转换器包括：几何转换器、截面转换器；

所述几何转换器用于：对曲线与多义线之间进行相互转换，以及对曲面与网格之间进行相互转换；

若转换的高维数据和低维数据分别为曲线、多义线，则：采用曲线细分的方法将曲线进行降维处理转换为多义线，采用曲线拟合的方法将多义线进行升维处理转换为曲线；

若转换的高维数据和低维数据分别为曲面、网格，则：采用曲面细分的方法将曲面进行降维处理转换为网格，采用曲面拟合的方法将网格进行升维处理转换为曲面；

步骤3，对步骤2转换得到的基础数据进行组装，得到建筑结构模型在软件平台B中的数据。

2.根据权利要求1所述的建筑结构模型数据交换方法，其特征在于，软件平台A和软件平台B的建筑结构模型数据，属于以下三种建筑结构模型中的任意两种：结构概念模型、结构分析模型、结构物理模型。

3.根据权利要求1所述的建筑结构模型数据交换方法，其特征在于，所述截面转换器用于：对参数化截面与通用截面之间进行相互转换，以及对预定义截面与通用截面之间进行相互转换；

若转换的高维数据和低维数据分别为参数化截面、通用截面，则：采用截面特性求解器将参数化截面进行降维处理转换为通用截面，通过状态存储器将通用截面进行升维处理转换为参数化截面；

若转换的高维数据和低维数据分别为预定义截面、通用截面，则：通过截面特性数据库

将预定义截面进行降维处理转换为通用截面，通过状态存储器将通用截面进行升维处理转

换为预定义截面；

所述状态存储器，用于存储降维处理时所溢出的数据，以及补充升维处理时所缺少的

数据。

4.根据权利要求1所述的建筑结构模型数据交换方法，其特征在于，供选择的基础数据

转换器还包括：总信息转换器、材料定义转换器、单元定义转换器、节点定义转换器、分析设置数据、边界条件定义转换器、荷载定义转换器分析选项转换器、设计选项转换器。

5.根据权利要求1所述的建筑结构模型数据交换方法，其特征在于，采用图形化编程定义每个基础数据转换器，并使用不同连线表示不同的基础数据转换器，以供用户自定义选择。

6.根据权利要求1所述的建筑结构模型数据交换方法，其特征在于，基础数据转换器的两端分别通过应用程序接口及标准文件，分别与两端的软件平台A和软件平台B连接，用于从软件平台A获取建筑结构模型数据以及将组装好的建筑结构模型数据发送给软件平台B。

7.一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。

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