CN116029030B - 一种基于bim的建筑施工仿真管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设计施工技术领域，具体为一种基于BIM的建筑施工仿真管理系统及方法，所述系统包括朝向校准模块，所述朝向校准模块根据施工区域气候获取模块中对历史数据中待施工区域每天的气候信息内日平均曝辐射量的分析结果，对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准，并得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系。本发明在运用BIM构建建筑模型时，结合施工区域的气候环境变化情况，准确分析出施工区域的气候对施工进度及施工效率的影响，进而精准有效地预测出相应建筑的施工工期，实现对工程项目的有效管理。

Description

一种基于BIM的建筑施工仿真管理系统及方法

技术领域

本发明涉及设计施工技术领域，具体为一种基于BIM的建筑施工仿真管理系统及方法。

背景技术

在过去的工程项目中，各阶段的信息都是离散型的，不易聚集在一起。信息之间的不对称、断层、孤岛甚至逆流现象非常严重。通过BIM技术建立协同平台，实现各环节、各专业的协同作业。同时，BIM可以简化专业间信息传递路径，减少重复劳作，高度集中数据，让大家在统一的环境下协同作业，改善传统信息之间沟通不到位对工作的影响，大大提供工作效率。

现有的基于BIM的建筑施工仿真管理系统中，只是简单的运用BIM构建建筑模型，并统计建筑相应的用料情况，无法结合施工区域的气候环境变化情况，进一步分析施工区域的气候对施工进度及施工效率的影响，进而无法精准有效地预测相应建筑的施工工期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM的建筑施工仿真管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于BIM的建筑施工仿真管理方法，所述方法包括以下步骤：

S1、通过BIM技术构建待施工的建筑模型，并统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量；

S2、获取历史数据中待施工区域每天的气候信息，分析待施工区域中气候信息的变化情况，所述气候信息包括不同时间段气温、日降水量及日平均曝辐射量；

S3、根据S2中对历史数据中待施工区域每天的气候信息内日平均曝辐射量的分析结果，对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准，并得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系；

S4、根据S2中的分析结果及S3中得到的朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系，分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，所述施工状态包括工作状态和停工状态；

S5、结合S4中的分析结果，结合S1中的统计结果，预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期。

进一步的，所述S1中统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量的方法包括以下步骤：

S11、将待施工的建筑模型中的施工类型划分为室内施工类型及室外施工类型，所述室内施工类型对应工作量的上限值受到已经完成的室外施工类型对应工作量的影响；

S12、将待施工的建筑模型划分成不同的施工阶段，获取不同施工阶段时，需要完成的室内施工类型对应最大工作量及室外施工类型对应最小工作量，并构建工作量关系数组[A1,A2,A3]，

其中，A1表示施工阶段编号，A2表示施工阶段编号为A1时需要完成的室内施工类型对应最大工作量，A3表示施工阶段编号为A1时需要完成的室外施工类型对应最小工作量。

本发明统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量的过程中，指出室内施工类型对应工作量的上限值受到已经完成的室外施工类型对应工作量的影响，是考虑到施工类型的优先级情况，同一建筑中，只有室外施工的建筑框架搭建完成后，才能进行相应室内施工类型对应的工作量，即在未完成室外框架的搭建时，不存在相应室内施工类型的工作量，同时该统计结果为后续过程中分析不同施工阶段中，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率提供了数据参照。

进一步的，所述S2中分析待施工区域中气候信息的变化情况的方法包括以下步骤：

S21、获取历史数据中待施工区域内每天的气候信息，以一年为一个时间周期，以当前时间所在周期为节点，将历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息记为第一数组[Tni,hni,Bni]，其中，

Tni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中的不同时间段气温，Tni为一个集合，将一天均分成24个时间段，每个集合中包括24个数据，一个集合中的数据对应相应天数中相应时间段内的平均温度；

hni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中的日降水量，

Bni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中不同朝向对应的日平均曝辐射量，Bni为一个集合，以正东方向为参照方向，按顺时针旋转且与参照方向夹角从小到大的顺序对Bni中元素进行排列，Bni中变化角度步长为2度，即Bni中存在360÷2=180个元素；

S22、将一年划分成52周，以o为原点、以一天中的时间段为x轴、以一个时间周期中的周数为y轴且以温度为z轴，构建空间直角坐标系，0＜x≤24,0＜y≤52；

S23、获取一个时间周期的第m1周每天中的第m个时间段对应温度的平均值m2，得到第一数据对（m，m1，m2），m2等于历史数据中每个时间周期中，第7*（m1-1）+1天至7*m1天分别对应的气温集合中第m个元素相应气温的平均值，即

。

其中，Tni_m表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应Tni中的第m个元素；

S24、将空间直角坐标系中x轴及y轴网格化，得到24*52个网格，将S23获取的m及m1分别为不同值时对应的各个第一数据对在网格化的空间直角坐标系中相应的坐标点上进行标注，在matlab中运用插值法，对网格化的空间直角坐标系中的各个标记点进行曲面拟合，得到温度变化曲面；

S25、获取历史数据中各个时间周期中第i天第j个元素分别对应的日平均曝辐射量中的平均值BPi，得到第二数据对（i，BPi），以o1为原点、以一个时间周期的天数为x1轴且以曝辐射量为y1轴，构建平面直角坐标系，并将i为不同值时对应的各个第二数据对在平面直角坐标系相应的坐标点上进行标记，并按x1轴上的坐标值从小到大的顺序将相邻的标记点相连，得到第j个曝辐射量变化折线图。

本发明S2中分析待施工区域中气候信息的变化情况的过程中，获取温度变化曲面，便于后续过程中筛选出冷时间区域及热时间区域，为后续过程中结合各个曝辐射量变化折线图，对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准提供了数据参照。

进一步的，所述S3中对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准的方法包括以下步骤：

S31、获取温度变化曲面，结合数据库中预置的冷温度区间T1及热温度区间T2，得到温度变化曲面中与T1交集不为空的网格，记为第一类型网格，得到温度变化曲面中与T2交集不为空的网格，记为第二类型网格，

将第一类型网格在一个时间周期内对应的天数记为冷时间区域，将第二类型网格在一个时间周期内对应的天数记为热时间区域，

当热时间区域且与冷时间区域交集不为空时，则将相应交集对应的天数从热时间区域内删除；

S32、获取j为不同值时对应的各个曝辐射量变化折线图，并在各个曝辐射量变化折线图中分别标记出热时间区域及冷时间区域内的曝辐射量变化折线，

得到第j个曝辐射量变化折线图对应的朝向匹配值Qj，

其中，tr1表示一个时间周期中热时间区域对应的起始时间，

tr2表示一个时间周期中热时间区域对应的终止时间，

tL1表示一个时间周期中冷时间区域对应的起始时间，

tL2表示一个时间周期中冷时间区域对应的终止时间，

Fj（t1）表示第j个曝辐射量变化折线图对应函数中x轴坐标为t1时对应的值；

S33、得到对构建的待施工建筑模型的朝向的校准结果，选取朝向匹配值最大朝向作为最终的朝向校准结果，并将最大朝向匹配值对应的j记为j1；

所述S3中得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系为第j1个曝辐射量变化折线图。

本发明对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准时，结合筛选出的冷时间区域及热时间区域，分别计算出各个曝辐射量变化折线图对应的朝向匹配值，便于准确获取建筑模型在待施工区域的最佳朝向。

进一步的，所述S4中分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率的方法包括以下步骤：

S41、获取工作量关系数组，将第g天对应的工作量关系数组记为[A1g,A2g,A3g]；

S42、将温度变化曲面中温度大于等于第一预设温度或温度小于等于第二预设温度的网格在y轴上对应的坐标区间，并将所得坐标区间转化为相应日期对应的时间区间，记为Tq1，

获取第j1个曝辐射量变化折线图中日平均曝辐射量大于等于第一预设曝辐射量的日期构成的时间区间，记为Tq2，

选取历史数据中每个时间周期内第i天分别对应的气候信息中的日降水量平均值，将日降水量平均值大于第一预设降水量的日期通过第一标记方式进行标记，将一个周期内通过第一标记方式标记的所有日期构成的时间区间，记为Tq3，

所述第一预设温度、第二预设温度、第一预设曝辐射量及第一预设降水量均为数据库中预置的常数；

S43、得到不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，

当施工阶段为A1g且A2g-A4=0时，所述A4表示施工阶段编号为A1时已经完成的室内施工类型对应工作量，

若ig属于Tq1∪Tq2∪Tq3，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为停工状态，

若ig属于一个时间周期中除Tq1∪Tq2∪Tq3之外的所有剩余日期构成的集合，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室外施工类型，相应的施工效率为F（T_ig，h_ig，B_ig），

T_ig表示历史数据的不同时间周期中第ig天分别对应不同时间段气温的最大值，h_ig表示历史数据的不同时间周期中第ig天对应的日降水量最大值，B_ig表示第j1个曝辐射量变化折线图中第ig天对应的曝辐射量；

当施工阶段为A1g且A2g-A4＞0时，

若ig属于Tq1∪Tq2∪Tq3，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室内施工类型，相应的施工效率为F1（T_ig，h_ig，B_ig），

若ig属于一个时间周期中除Tq1∪Tq2∪Tq3之外的所有剩余日期构成的集合，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室外施工类型，相应的施工效率为F（T_ig，h_ig，B_ig）。

本发明S4中分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，是为了对待施工区域的气候变化趋势下，一个时间周期中不同日期对应的气候对不同施工阶段中的施工状态、施工类型及施工效率进行量化，便于后续过程中，在确定待施工的建筑模型的工期起始时间的情况下，准确预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期。

进一步的，获取F（T_ig，h_ig，B_ig）时，

获取历史数据内第n个时间周期内第i天中的日降水量hni、各个时间段气温的最大值max{Tni}及该天在j1个曝辐射量变化折线图中对应的曝辐射量Bni_j1，构成第二数组[max{Tni}，hni，Bni_j1]，

选取历史数据中不同时间周期内各天分别对应的第二数组中，与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差最小且该天内完成的施工类型为室外施工类型的一天对应的工作量，记为F（T_ig，h_ig，B_ig）；

将[max{Tni}，hni，Bni_j1]与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差记为GM，

其中，w1为数据库中预置的第一偏差系数，w2为数据库中预置的第二偏差系数，w3为数据库中预置的第三偏差系数；

获取F1（T_ig，h_ig，B_ig）时，选取历史数据中不同时间周期内各天分别对应的第二数组中，与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差最小且该天内完成的施工类型为室内施工类型的一天对应的工作量，记为F1（T_ig，h_ig，B_ig）。

进一步的，所述S5中预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期的方法包括以下步骤：

S51、获取待施工的建筑模型的工期起始时间，记为QS，将QS在一个时间周期内对应的日期记为JQ；

S52、从第JQ天开始，获取每天对应的施工阶段及相应的工作量关系数组，获取不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率；

S53、将S52获取的各天对应的施工效率进行累加，直至室外施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，且室内施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量，获取此时对应的累加天数，所得累加天数等于待施工的建筑模型对应的最佳施工工期的预测值，

在将S52获取的各天对应的施工效率进行累加时，当室外施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，但室内施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量时，后续累加的各天中，每天对应的施工类型均为室内施工类型，

在将S52获取的各天对应的施工效率进行累加时，当从第JQ天开始至相应周期中的最后一天的情况下，室外施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，或室内施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量时，则继续从相应周期的第一天开始，将相应周期的第一天对应的施工效率作为下一个累加的施工效率，直至待施工的建筑模型分别对应的各个施工类型相应的工作量均完成。

本发明S5中预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期的过程中，由于一个时间周期内不同日期对应的气候情况是存在差异的，进而在待施工的建筑模型的工期起始时间不同时，最终预测的待施工的建筑模型对应的最佳施工工期也是存在差异的。

一种基于BIM的建筑施工仿真管理系统，所述系统包括以下模块：

建筑模型构建模块，所述建筑模型构建模块通过BIM技术构建待施工的建筑模型，并统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量；

施工区域气候获取模块，所述施工区域气候获取模块获取历史数据中待施工区域每天的气候信息，分析待施工区域中气候信息的变化情况，所述气候信息包括不同时间段气温、日降水量及日平均曝辐射量；

朝向校准模块，所述朝向校准模块根据施工区域气候获取模块中对历史数据中待施工区域每天的气候信息内日平均曝辐射量的分析结果，对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准，并得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系；

施工效率分析模块，所述施工效率分析模块根据施工区域气候获取模块中的分析结果及朝向校准模块中得到的朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系，分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，所述施工状态包括工作状态和停工状态；

最佳施工工期预测模块，所述最佳施工工期预测模块结合施工效率分析模块中的分析结果，结合建筑模型构建模块中的统计结果，预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期。

进一步的，将待施工的建筑模型中的施工类型划分为室内施工类型及室外施工类型，所述室内施工类型对应工作量的上限值受到已经完成的室外施工类型对应工作量的影响。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

（1）本发明在运用BIM构建建筑模型时，结合施工区域的气候环境变化情况，准确分析出施工区域的气候对施工进度及施工效率的影响，进而精准有效地预测出相应建筑的施工工期，实现对工程项目的有效管理；

（2）本发明针对项目气候的分析，可提前确定合理的施工日期，从而减少窝工、停工等的情况。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种基于BIM的建筑施工仿真管理系统的结构示意图；

图2是本发明一种基于BIM的建筑施工仿真管理方法的流程示意图。

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。

请参阅图1-图2，本发明提供技术方案：一种基于BIM的建筑施工仿真管理方法，所述方法包括以下步骤：

S1、通过BIM技术构建待施工的建筑模型，并统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量；

所述S1中统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量的方法包括以下步骤：

S11、将待施工的建筑模型中的施工类型划分为室内施工类型及室外施工类型，所述室内施工类型对应工作量的上限值受到已经完成的室外施工类型对应工作量的影响；

S12、将待施工的建筑模型划分成不同的施工阶段，获取不同施工阶段时，需要完成的室内施工类型对应最大工作量及室外施工类型对应最小工作量，并构建工作量关系数组[A1,A2,A3]，

其中，A1表示施工阶段编号，A2表示施工阶段编号为A1时需要完成的室内施工类型对应最大工作量，A3表示施工阶段编号为A1时需要完成的室外施工类型对应最小工作量。

本实施例中在初始施工阶段，均是室外施工类型的工作量，不存在室内施工类型的工作量，进而相应的工作量关系数组中的第二个数据为0。

S2、获取历史数据中待施工区域每天的气候信息，分析待施工区域中气候信息的变化情况，所述气候信息包括不同时间段气温、日降水量及日平均曝辐射量；

所述S2中分析待施工区域中气候信息的变化情况的方法包括以下步骤：

S21、获取历史数据中待施工区域内每天的气候信息，以一年为一个时间周期，以当前时间所在周期为节点，将历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息记为第一数组[Tni,hni,Bni]，其中，

Tni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中的不同时间段气温，Tni为一个集合，将一天均分成24个时间段，每个集合中包括24个数据，一个集合中的数据对应相应天数中相应时间段内的平均温度；

hni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中的日降水量，

Bni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中不同朝向对应的日平均曝辐射量，Bni为一个集合，以正东方向为参照方向，按顺时针旋转且与参照方向夹角从小到大的顺序对Bni中元素进行排列，Bni中变化角度步长为2度，即Bni中存在360÷2=180个元素；

S22、将一年划分成52周，以o为原点、以一天中的时间段为x轴、以一个时间周期中的周数为y轴且以温度为z轴，构建空间直角坐标系，0＜x≤24,0＜y≤52；

S23、获取一个时间周期的第m1周每天中的第m个时间段对应温度的平均值m2，得到第一数据对（m，m1，m2），m2等于历史数据中每个时间周期中，第7*（m1-1）+1天至7*m1天分别对应的气温集合中第m个元素相应气温的平均值，即

。

其中，Tni_m表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应Tni中的第m个元素；

本实施例中当m1为3时，

因为7*（m1-1）+1=7*（3-1）+1=15，

7*m1=7*3=21，

则一个时间周期中的第m1周对应的日期分别是相应时间周期内的第15天至第21天；

S24、将空间直角坐标系中x轴及y轴网格化，得到24*52个网格，将S23获取的m及m1分别为不同值时对应的各个第一数据对在网格化的空间直角坐标系中相应的坐标点上进行标注，在matlab中运用插值法，对网格化的空间直角坐标系中的各个标记点进行曲面拟合，得到温度变化曲面；

S25、获取历史数据中各个时间周期中第i天第j个元素分别对应的日平均曝辐射量中的平均值BPi，得到第二数据对（i，BPi），以o1为原点、以一个时间周期的天数为x1轴且以曝辐射量为y1轴，构建平面直角坐标系，并将i为不同值时对应的各个第二数据对在平面直角坐标系相应的坐标点上进行标记，并按x1轴上的坐标值从小到大的顺序将相邻的标记点相连，得到第j个曝辐射量变化折线图。

S3、根据S2中对历史数据中待施工区域每天的气候信息内日平均曝辐射量的分析结果，对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准，并得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系；

所述S3中对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准的方法包括以下步骤：

S31、获取温度变化曲面，结合数据库中预置的冷温度区间T1及热温度区间T2，得到温度变化曲面中与T1交集不为空的网格，记为第一类型网格，得到温度变化曲面中与T2交集不为空的网格，记为第二类型网格，

将第一类型网格在一个时间周期内对应的天数记为冷时间区域，将第二类型网格在一个时间周期内对应的天数记为热时间区域，

当热时间区域且与冷时间区域交集不为空时，则将相应交集对应的天数从热时间区域内删除；

S32、获取j为不同值时对应的各个曝辐射量变化折线图，并在各个曝辐射量变化折线图中分别标记出热时间区域及冷时间区域内的曝辐射量变化折线，

得到第j个曝辐射量变化折线图对应的朝向匹配值Qj，

其中，tr1表示一个时间周期中热时间区域对应的起始时间，

tr2表示一个时间周期中热时间区域对应的终止时间，

tL1表示一个时间周期中冷时间区域对应的起始时间，

tL2表示一个时间周期中冷时间区域对应的终止时间，

Fj（t1）表示第j个曝辐射量变化折线图对应函数中x轴坐标为t1时对应的值；

S33、得到对构建的待施工建筑模型的朝向的校准结果，选取朝向匹配值最大朝向作为最终的朝向校准结果，并将最大朝向匹配值对应的j记为j1；

所述S3中得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系为第j1个曝辐射量变化折线图。

S4、根据S2中的分析结果及S3中得到的朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系，分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，所述施工状态包括工作状态和停工状态；

所述S4中分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率的方法包括以下步骤：

S41、获取工作量关系数组，将第g天对应的工作量关系数组记为[A1g,A2g,A3g]；

S42、将温度变化曲面中温度大于等于第一预设温度或温度小于等于第二预设温度的网格在y轴上对应的坐标区间，并将所得坐标区间转化为相应日期对应的时间区间，记为Tq1，

获取第j1个曝辐射量变化折线图中日平均曝辐射量大于等于第一预设曝辐射量的日期构成的时间区间，记为Tq2，

选取历史数据中每个时间周期内第i天分别对应的气候信息中的日降水量平均值，将日降水量平均值大于第一预设降水量的日期通过第一标记方式进行标记，将一个周期内通过第一标记方式标记的所有日期构成的时间区间，记为Tq3，

所述第一预设温度、第二预设温度、第一预设曝辐射量及第一预设降水量均为数据库中预置的常数；

S43、得到不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，

当施工阶段为A1g且A2g-A4=0时，所述A4表示施工阶段编号为A1时已经完成的室内施工类型对应工作量，

若ig属于Tq1∪Tq2∪Tq3，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为停工状态，

若ig属于一个时间周期中除Tq1∪Tq2∪Tq3之外的所有剩余日期构成的集合，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室外施工类型，相应的施工效率为F（T_ig，h_ig，B_ig），

T_ig表示历史数据的不同时间周期中第ig天分别对应不同时间段气温的最大值，h_ig表示历史数据的不同时间周期中第ig天对应的日降水量最大值，B_ig表示第j1个曝辐射量变化折线图中第ig天对应的曝辐射量；

当施工阶段为A1g且A2g-A4＞0时，

若ig属于Tq1∪Tq2∪Tq3，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室内施工类型，相应的施工效率为F1（T_ig，h_ig，B_ig），

若ig属于一个时间周期中除Tq1∪Tq2∪Tq3之外的所有剩余日期构成的集合，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室外施工类型，相应的施工效率为F（T_ig，h_ig，B_ig）。

获取F（T_ig，h_ig，B_ig）时，

获取历史数据内第n个时间周期内第i天中的日降水量hni、各个时间段气温的最大值max{Tni}及该天在j1个曝辐射量变化折线图中对应的曝辐射量Bni_j1，构成第二数组[max{Tni}，hni，Bni_j1]，

选取历史数据中不同时间周期内各天分别对应的第二数组中，与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差最小且该天内完成的施工类型为室外施工类型的一天对应的工作量，记为F（T_ig，h_ig，B_ig）；

将[max{Tni}，hni，Bni_j1]与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差记为GM，

其中，w1为数据库中预置的第一偏差系数，w2为数据库中预置的第二偏差系数，w3为数据库中预置的第三偏差系数；

获取F1（T_ig，h_ig，B_ig）时，选取历史数据中不同时间周期内各天分别对应的第二数组中，与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差最小且该天内完成的施工类型为室内施工类型的一天对应的工作量，记为F1（T_ig，h_ig，B_ig）。

S5、结合S4中的分析结果，结合S1中的统计结果，预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期。

所述S5中预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期的方法包括以下步骤：

S51、获取待施工的建筑模型的工期起始时间，记为QS，将QS在一个时间周期内对应的日期记为JQ；

S52、从第JQ天开始，获取每天对应的施工阶段及相应的工作量关系数组，获取不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率；

S53、将S52获取的各天对应的施工效率进行累加，直至室外施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，且室内施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量，获取此时对应的累加天数，所得累加天数等于待施工的建筑模型对应的最佳施工工期的预测值，

在将S52获取的各天对应的施工效率进行累加时，当室外施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，但室内施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量时，后续累加的各天中，每天对应的施工类型均为室内施工类型，

在将S52获取的各天对应的施工效率进行累加时，当从第JQ天开始至相应周期中的最后一天的情况下，室外施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，或室内施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量时，则继续从相应周期的第一天开始，将相应周期的第一天对应的施工效率作为下一个累加的施工效率，直至待施工的建筑模型分别对应的各个施工类型相应的工作量均完成。

一种基于BIM的建筑施工仿真管理系统，所述系统包括以下模块：

建筑模型构建模块，所述建筑模型构建模块通过BIM技术构建待施工的建筑模型，并统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量；

施工区域气候获取模块，所述施工区域气候获取模块获取历史数据中待施工区域每天的气候信息，分析待施工区域中气候信息的变化情况，所述气候信息包括不同时间段气温、日降水量及日平均曝辐射量；

朝向校准模块，所述朝向校准模块根据施工区域气候获取模块中对历史数据中待施工区域每天的气候信息内日平均曝辐射量的分析结果，对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准，并得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系；

施工效率分析模块，所述施工效率分析模块根据施工区域气候获取模块中的分析结果及朝向校准模块中得到的朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系，分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，所述施工状态包括工作状态和停工状态；

最佳施工工期预测模块，所述最佳施工工期预测模块结合施工效率分析模块中的分析结果，结合建筑模型构建模块中的统计结果，预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期。

将待施工的建筑模型中的施工类型划分为室内施工类型及室外施工类型，所述室内施工类型对应工作量的上限值受到已经完成的室外施工类型对应工作量的影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于BIM的建筑施工仿真管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、通过BIM技术构建待施工的建筑模型，并统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量；

S2、获取历史数据中待施工区域每天的气候信息，分析待施工区域中气候信息的变化情况，所述气候信息包括不同时间段气温、日降水量及日平均曝辐射量；

S3、根据S2中对历史数据中待施工区域每天的气候信息内日平均曝辐射量的分析结果，对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准，并得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系；

S4、根据S2中的分析结果及S3中得到的朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系，分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，所述施工状态包括工作状态和停工状态；

S5、结合S4中的分析结果，结合S1中的统计结果，预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期；

所述S1中统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量的方法包括以下步骤：

S11、将待施工的建筑模型中的施工类型划分为室内施工类型及室外施工类型；

S12、将待施工的建筑模型划分成不同的施工阶段，获取不同施工阶段时，需要完成的室内施工类型对应最大工作量及室外施工类型对应最小工作量，并构建工作量关系数组[A1,A2,A3]，

其中，A1表示施工阶段编号，A2表示施工阶段编号为A1时需要完成的室内施工类型对应最大工作量，A3表示施工阶段编号为A1时需要完成的室外施工类型对应最小工作量；

所述S2中分析待施工区域中气候信息的变化情况的方法包括以下步骤：

S21、获取历史数据中待施工区域内每天的气候信息，以一年为一个时间周期，以当前时间所在周期为节点，将历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息记为第一数组[Tni,hni,Bni]，其中，

Tni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中的不同时间段气温，Tni为一个集合，将一天均分成24个时间段，每个集合中包括24个数据，一个集合中的数据对应相应天数中相应时间段内的平均温度；

hni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中的日降水量，

Bni表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应的气候信息中不同朝向对应的日平均曝辐射量，Bni为一个集合，以正东方向为参照方向，按顺时针旋转且与参照方向夹角从小到大的顺序对Bni中元素进行排列，Bni中变化角度步长为2度，即Bni中存在360÷2=180个元素；

S22、将一年划分成52周，以o为原点、以一天中的时间段为x轴、以一个时间周期中的周数为y轴且以温度为z轴，构建空间直角坐标系，0＜x≤24,0＜y≤52；

S23、获取一个时间周期的第m1周每天中的第m个时间段对应温度的平均值m2，得到第一数据对（m，m1，m2），m2等于历史数据中每个时间周期中，第7*（m1-1）+1天至7*m1天分别对应的气温集合中第m个元素相应气温的平均值，即

，

其中，Tni_m表示历史数据中第前n个时间周期中第i天对应Tni中的第m个元素；

S24、将空间直角坐标系中x轴及y轴网格化，得到24*52个网格，将S23获取的m及m1分别为不同值时对应的各个第一数据对在网格化的空间直角坐标系中相应的坐标点上进行标注，在matlab中运用插值法，对网格化的空间直角坐标系中的各个标记点进行曲面拟合，得到温度变化曲面；

S25、获取历史数据中各个时间周期中第i天第j个元素分别对应的日平均曝辐射量中的平均值BPi，得到第二数据对（i，BPi），以o1为原点、以一个时间周期的天数为x1轴且以曝辐射量为y1轴，构建平面直角坐标系，并将i为不同值时对应的各个第二数据对在平面直角坐标系相应的坐标点上进行标记，并按x1轴上的坐标值从小到大的顺序将相邻的标记点相连，得到第j个曝辐射量变化折线图；

所述S3中对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准的方法包括以下步骤：

S31、获取温度变化曲面，结合数据库中预置的冷温度区间T1及热温度区间T2，得到温度变化曲面中与T1交集不为空的网格，记为第一类型网格，得到温度变化曲面中与T2交集不为空的网格，记为第二类型网格，

将第一类型网格在一个时间周期内对应的天数记为冷时间区域，将第二类型网格在一个时间周期内对应的天数记为热时间区域，

当热时间区域且与冷时间区域交集不为空时，则将相应交集对应的天数从热时间区域内删除；

S32、获取j为不同值时对应的各个曝辐射量变化折线图，并在各个曝辐射量变化折线图中分别标记出热时间区域及冷时间区域内的曝辐射量变化折线，

得到第j个曝辐射量变化折线图对应的朝向匹配值Qj，

，

其中，tr1表示一个时间周期中热时间区域对应的起始时间，

tr2表示一个时间周期中热时间区域对应的终止时间，

tL1表示一个时间周期中冷时间区域对应的起始时间，

tL2表示一个时间周期中冷时间区域对应的终止时间，

Fj（t1）表示第j个曝辐射量变化折线图对应函数中x轴坐标为t1时对应的值；

S33、得到对构建的待施工建筑模型的朝向的校准结果，选取朝向匹配值最大朝向作为最终的朝向校准结果，并将最大朝向匹配值对应的j记为j1；

所述S3中得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系为第j1个曝辐射量变化折线图。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的建筑施工仿真管理方法，其特征在于：所述S4中分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率的方法包括以下步骤：

S41、获取工作量关系数组，将第g天对应的工作量关系数组记为[A1g,A2g,A3g]；

S42、将温度变化曲面中温度大于等于第一预设温度或温度小于等于第二预设温度的网格在y轴上对应的坐标区间，并将所得坐标区间转化为相应日期对应的时间区间，记为Tq1，

获取第j1个曝辐射量变化折线图中日平均曝辐射量大于等于第一预设曝辐射量的日期构成的时间区间，记为Tq2，

选取历史数据中每个时间周期内第i天分别对应的气候信息中的日降水量平均值，将日降水量平均值大于第一预设降水量的日期通过第一标记方式进行标记，将一个周期内通过第一标记方式标记的所有日期构成的时间区间，记为Tq3，

所述第一预设温度、第二预设温度、第一预设曝辐射量及第一预设降水量均为数据库中预置的常数；

S43、得到不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，

当施工阶段为A1g且A2g-A4=0时，所述A4表示施工阶段编号为A1时已经完成的室内施工类型对应工作量，

若ig属于Tq1∪Tq2∪Tq3，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为停工状态，

若ig属于一个时间周期中除Tq1∪Tq2∪Tq3之外的所有剩余日期构成的集合，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室外施工类型，相应的施工效率为F（T_ig，h_ig，B_ig），

T_ig表示历史数据的不同时间周期中第ig天分别对应不同时间段气温的最大值，h_ig表示历史数据的不同时间周期中第ig天对应的日降水量最大值，B_ig表示第j1个曝辐射量变化折线图中第ig天对应的曝辐射量；

当施工阶段为A1g且A2g-A4＞0时，

若ig属于Tq1∪Tq2∪Tq3，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室内施工类型，相应的施工效率为F1（T_ig，h_ig，B_ig），

若ig属于一个时间周期中除Tq1∪Tq2∪Tq3之外的所有剩余日期构成的集合，则判定一个时间周期中的第ig天对应的施工状态为工作状态，且施工类型为室外施工类型，相应的施工效率为F（T_ig，h_ig，B_ig）。

3.根据权利要求2所述的一种基于BIM的建筑施工仿真管理方法，其特征在于：获取F（T_ig，h_ig，B_ig）时，

获取历史数据内第n个时间周期内第i天中的日降水量hni、各个时间段气温的最大值max{Tni}及该天在j1个曝辐射量变化折线图中对应的曝辐射量Bni_j1，构成第二数组[max{Tni}，hni，Bni_j1]，

选取历史数据中不同时间周期内各天分别对应的第二数组中，与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差最小且该天内完成的施工类型为室外施工类型的一天对应的工作量，记为F（T_ig，h_ig，B_ig）；

将[max{Tni}，hni，Bni_j1]与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差记为GM，

，

其中，w1为数据库中预置的第一偏差系数，w2为数据库中预置的第二偏差系数，w3为数据库中预置的第三偏差系数；

获取F1（T_ig，h_ig，B_ig）时，选取历史数据中不同时间周期内各天分别对应的第二数组中，与[T_ig，h_ig，B_ig]的综合偏差最小且该天内完成的施工类型为室内施工类型的一天对应的工作量，记为F1（T_ig，h_ig，B_ig）。

4.根据权利要求2所述的一种基于BIM的建筑施工仿真管理方法，其特征在于：所述S5中预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期的方法包括以下步骤：

S51、获取待施工的建筑模型的工期起始时间，记为QS，将QS在一个时间周期内对应的日期记为JQ；

S52、从第JQ天开始，获取每天对应的施工阶段及相应的工作量关系数组，获取不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率；

S53、将S52获取的各天对应的施工效率进行累加，直至室外施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，且室内施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量，获取此时对应的累加天数，所得累加天数等于待施工的建筑模型对应的最佳施工工期的预测值，

在将S52获取的各天对应的施工效率进行累加时，当室外施工类型相应的施工效率累加结果等于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，但室内施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量时，后续累加的各天中，每天对应的施工类型均为室内施工类型，

在将S52获取的各天对应的施工效率进行累加时，当从第JQ天开始至相应周期中的最后一天的情况下，室外施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室外施工类型相应的所有工作量，或室内施工类型相应的施工效率累加结果小于待施工的建筑模型中室内施工类型相应的所有工作量时，则继续从相应周期的第一天开始，将相应周期的第一天对应的施工效率作为下一个累加的施工效率，直至待施工的建筑模型分别对应的各个施工类型相应的工作量均完成。

5.应用权利要求1-4中任意一项所述的一种基于 BIM 的建筑施工仿真管理方法的管理系统，其特征在于，所述系统包括以下模块：

建筑模型构建模块，所述建筑模型构建模块通过BIM技术构建待施工的建筑模型，并统计待施工的建筑模型中不同施工阶段对应的各个施工类型相应的工作量；

施工区域气候获取模块，所述施工区域气候获取模块获取历史数据中待施工区域每天的气候信息，分析待施工区域中气候信息的变化情况，所述气候信息包括不同时间段气温、日降水量及日平均曝辐射量；

朝向校准模块，所述朝向校准模块根据施工区域气候获取模块中对历史数据中待施工区域每天的气候信息内日平均曝辐射量的分析结果，对构建的待施工建筑模型的朝向进行校准，并得到朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系；

施工效率分析模块，所述施工效率分析模块根据施工区域气候获取模块中的分析结果及朝向校准模块中得到的朝向校准后的待施工建筑模型中日平均曝辐射量随时间变化关系，分析不同施工阶段时，不同气候信息状态下的施工状态、施工类型及相应的施工效率，所述施工状态包括工作状态和停工状态；

最佳施工工期预测模块，所述最佳施工工期预测模块结合施工效率分析模块中的分析结果，结合建筑模型构建模块中的统计结果，预测待施工的建筑模型对应的最佳施工工期。

6.根据权利要求5所述的一种管理系统，其特征在于：将待施工的建筑模型中的施工类型划分为室内施工类型及室外施工类型。

Images