CN116070330A - 一种基于bim的地下室管线优化方法、系统及存储介质 - Google Patents

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CN116070330A CN202310189715.5A CN202310189715A CN116070330A CN 116070330 A CN116070330 A CN 116070330A CN 202310189715 A CN202310189715 A CN 202310189715A CN 116070330 A CN116070330 A CN 116070330A
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Abstract

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于BIM的地下室管线优化方法、系统及存储介质，所述方法包括以下步骤：读取地下室BIM模型，获得待布设管线的全部连接任务信息；建立直管模型和弯管模型；生成管线方案，管线方案包括直管实例列表和弯管实例列表；建立管线方案的评分模型，将管线方案输入评分模型，获得管线方案的评分；不断重新生成管线方案达预设次数N，获得每个管线方案的评分；将评分最高的管线方案作为地下室管线的优化结果。本发明的有益技术效果包括：结合地下室BIM模型生成管线方案，并设置评分模型对管线方案进行评分，获得管线方案的优劣，提高了管线的合理度，能够满足绝大部分地下室管线的优化任务。

Description

一种基于BIM的地下室管线优化方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于BIM的地下室管线优化方法、系统及存储介质。
背景技术
在城市建设中，大部分楼房的排水管道都布局在地下室，排污管道也是大都在地下室中。同样的，在部分大楼中，电缆管道以及新风系统的管道也均会部分布置在地下室的空间中。地下室通常作为停车场使用，因此这些管道不能影响车辆和行人的通行。一般来说地下室管线的施工顺序是测量、放线、根据图纸开挖沟槽以及建设污水管道的基础。在基础做好之后既可以开始管道的安装。地下室管道不仅需要方便施工，还需要考虑到方便检修和管道的安全。管道的施工已有成熟的施工步骤，但管道的设计缺乏明确的标准和方案。导致不合理的管道设计常常存在于建筑之中。为此，需要研究能够优化管道排布的技术。
现有技术公开了一种基于BIM模型的管线深化方法。包括以下步骤：1）基于施工图快速建模；2）Navisworks碰撞检查；3）标高优化；4）局部管线重排列；5）净空不足部位的管线调整；6）深化成果检查；7）管线深化出图。其技术方案虽然可以帮助施工管理人员合理的布置各类机电管线，但大部分的管线走向仍然需要设计人员参与确定。管线设计合理度受设计人员知识水平和经验丰富度的影响较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：目前缺乏地下室管线优化方案的技术问题。提出了一种基于BIM的地下室管线优化方法、系统及存储介质，能够对地下室管线进行优化。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于BIM的地下室管线优化方法，
包括以下步骤：
读取地下室BIM模型，获得待布设管线的全部连接任务信息，所述连接任务信息包括物料类型、进口位置、出口位置和外径；
建立直管模型和弯管模型，所述直管模型包括物料类型、外径、直管起始位置和直管终止位置，所述弯管模型包括物料类型、外径、弯曲角度、弯管起始位置和弯管终止位置；
生成管线方案，所述管线方案包括直管实例列表和弯管实例列表，所述直管实例列表和所述弯管实例列表记录的直管及弯管构成管线集合，所述管线集合中的管线分别满足一个连接任务信息；
建立管线方案的评分模型，将所述管线方案输入所述评分模型，获得管线方案的评分；
不断重新生成管线方案达预设次数N，获得每个管线方案的评分；
将评分最高的管线方案作为地下室管线的优化结果。
作为优选，根据所述物料类型和外径，设置连接任务信息的排序；
生成管线方案时，依照排序依次生成满足对应连接任务信息的管线；
生成与连接任务信息对应的管线包括以下步骤：
读取所述连接任务信息的物料类型、进口位置、出口位置和外径；
生成若干个直管模型和若干个弯管模型，所述直管模型的外径与所述弯管模型的外径均与所述外径匹配，所述直管模型的物料类型及弯管模型的物料类型均与所述连接任务信息匹配；
将若干个所述直管模型和弯管模型相互连接构成管线；
调整若干个所述直管模型和若干个所述弯管模型，使得所述管线的两端分别对应所述进口位置和所述出口位置，且所述管线上任一点与已生成的管线的任一点距离均大于预设间预留值；
继续调整若干个所述直管模型和若干个所述弯管模型，使得所述管线的单管评分最优，所述单管评分=单管初始评分-k11*(管线总长度/进出口直线距离)-k12*弯管模型数量，所述管线总长度为构成管线的全部直管模型和弯管模型中心线的总长度，所述进出口直线距离为所述进口位置和所述出口位置的距离，所述单管初始评分、k1和k2均为预设常数值。
作为优选，所述评分模型包括：
根据所述管线方案，将全部直管实例和弯管实例拼接为若干个管线；
计算每个管线的材料消耗量，所述材料消耗量等于管线长度与管线横截面面积的乘积，所述管线横截面由外径和管线厚度计算，所述管线厚度根据物料类型从预设的厚度及类型对应表中选取；
计算评分=初始评分-k21*材料消耗量-k22*弯管数量，所述弯管数量为所述管线方案包括的弯管模型数量。
作为优选，所述评分模型还包括若干个考察项目，所述考察项目考察两个管线的关系是否满足预设条件，所述考察项目关联有调整分；
计算获得所述管线方案的评分后，根据若干个所述考察项目调整管线方案的评分，调整管线方案评分的方法包括：
遍历所述管线方案中每两个管线的组合，将所述组合依次与每个考察项目比对；
若所述组合满足所述预设条件，则将所述评分增加所述调整分，反之，则不做调整；
遍历全部组合后，完成调整管线方案评分。
作为优选，所述考察项目还关联有负调整分，所述调整分及所述负调整分为正值，若所述组合不满足所述预设条件，则将所述评分减少所述负调整分。
作为优选，所述考察项目还关联有项目权重，调整管线方案评分时，若所述组合满足所述预设条件，则计算所述调整分与所述项目权重的乘积，将所述评分增加所述乘积，反之，若所述组合不满足所述预设条件，则计算所述负调整分与所述项目权重的乘积，将所述评分减少所述乘积。
作为优选，所述项目权重包括正权重和负权重，调整管线方案评分时，若所述组合满足所述预设条件，则计算所述调整分与所述正权重的乘积，将所述评分增加所述乘积，反之，若所述组合不满足所述预设条件，则计算所述负调整分与所述负权重的乘积，将所述评分减少所述乘积。
作为优选，所述评分模型的若干个考察项目分为若干个组，每组包括一个主考察项目和若干个关联考察项目，调整管线方案评分时，若所述组合满足所述主考察项目对应的预设条件，则计算所述调整分与所述正权重的乘积，将所述评分增加所述乘积，同时，减小同组的若干个所述关联考察项目的负权重，反之，则不做操作。
一种计算机系统，所述计算机系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如前述的一种基于BIM的地下室管线优化方法。
一种计算机可读存储介质，所述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实现如前述的一种基于BIM的地下室管线优化方法。
本发明的有益技术效果包括：结合地下室BIM模型生成管线方案，并设置评分模型对管线方案进行评分，获得管线方案的优劣，结合优化过程，找到评分最高的管线方案，作为管线优化结果，提高了管线的合理度，在次数N足够的情况下，能够满足绝大部分地下室管线的优化任务；通过结合物料类型及外径，建立的管线方案足够指导施工，且评分能够反映施工成本和管线排布合理度；通过考察项目，能够将丰富的以及自定义的设计规则，作为考察项目加入到评分模型中，实现优化后的管线方案满足加入的设计规则，提高地下室管线优化的适用范围。
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明实施例地下室管线优化方法流程示意图。
图2为本发明实施例生成与连接任务信息对应的管线方法流程示意图。
图3为本发明实施例评分模型评分方法流程示意图。
图4为本发明实施例调整管线方案评分方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种基于BIM的地下室管线优化方法， 请参阅附图1，包括以下步骤：
步骤A01）读取地下室BIM模型，获得待布设管线的全部连接任务信息，连接任务信息包括物料类型、进口位置、出口位置和外径；
步骤A02）建立直管模型和弯管模型，直管模型包括物料类型、外径、直管起始位置和直管终止位置，弯管模型包括物料类型、外径、弯曲角度、弯管起始位置和弯管终止位置；
步骤A03）生成管线方案，管线方案包括直管实例列表和弯管实例列表，直管实例列表和弯管实例列表记录的直管及弯管构成管线集合，管线集合中的管线分别满足一个连接任务信息；
步骤A04）建立管线方案的评分模型，将管线方案输入评分模型，获得管线方案的评分；
步骤A05）不断重新生成管线方案达预设次数N，获得每个管线方案的评分；
步骤A06）将评分最高的管线方案作为地下室管线的优化结果。
作为最为推荐的实施方案，本实施例中，弯管模型的弯曲角度为90度，弯管模型的两条边的长度为固定值。直管模型和弯管模型的物料类型与对应的连接任务相同。直管模型和弯管模型的外径也与对应的连接任务信息相同。物料类型包括常温气体、高温气体、常温液体、高温液体及电缆。本实施例结合地下室BIM模型生成管线方案，并设置评分模型对管线方案进行评分，获得管线方案的优劣，结合优化过程，找到评分最高的管线方案，作为管线优化结果，提高了管线的合理度，在次数N足够的情况下，能够满足绝大部分地下室管线的优化任务。
根据物料类型和外径，设置连接任务信息的排序。根据物料类型的排序规则为：高温液体、高温气体、常温液体、常温气体、电缆、带压液体及带压气体。其中，常温气体及电缆处于同一排序优先度。在高温液体、高温气体及常温液体的范围内，相同物料类型中有多个连接任务信息的，按照外径由大到小的顺序排列连接任务信息。在常温气体及电缆两种物料类型中，按照外径由大到小的顺序排列连接任务信息。在带压液体及带压气体的范围内，相同物料类型中有多个连接任务信息的，按照外径由大到小的顺序排列连接任务信息。
生成管线方案时，依照排序依次生成满足对应连接任务信息的管线，请参阅附图2，生成与连接任务信息对应的管线包括以下步骤：
步骤B01）读取连接任务信息的物料类型、进口位置、出口位置和外径；
步骤B02）生成若干个直管模型和若干个弯管模型，直管模型的外径与弯管模型的外径均与外径匹配，直管模型的物料类型及弯管模型的物料类型均与连接任务信息匹配；
步骤B03）将若干个直管模型和弯管模型相互连接构成管线；
步骤B04）调整若干个直管模型和若干个弯管模型，使得管线的两端分别对应进口位置和出口位置，且管线上任一点与已生成的管线的任一点距离均大于预设间预留值；
步骤B05）继续调整若干个直管模型和若干个弯管模型，使得管线的单管评分最优，单管评分=单管初始评分-k11*(管线总长度/进出口直线距离)-k12*弯管模型数量，管线总长度为构成管线的全部直管模型和弯管模型中心线的总长度，进出口直线距离为进口位置和出口位置的距离，单管初始评分、k1和k2均为预设常数值。通过单管评分实现对生成的管线的长度和使用到的弯管进行考察，找到单管管线长度最小，使用弯管数量最少的单管方案。
另一方面，本实施例还提供了评分模型的具体评分步骤，请参阅附图3，评分模型进行评分的步骤包括：
步骤C01）根据管线方案，将全部直管实例和弯管实例拼接为若干个管线；
步骤C02）计算每个管线的材料消耗量，材料消耗量等于管线长度与管线横截面面积的乘积，管线横截面由外径和管线厚度计算，管线厚度根据物料类型从预设的厚度及类型对应表中选取；
步骤C03）计算评分=初始评分-k21*材料消耗量-k22*弯管数量，弯管数量为管线方案包括的弯管模型数量。通过将材料消耗量和弯管数量纳入整体的管线方案的评分，实现生成的管线方案消耗最少的材料，且使用最少的弯管。弯管会增加施工难度，且会增加管道内流体的阻力。通过结合物料类型及外径，建立的管线方案足够指导施工，且评分能够反映施工成本和管线排布合理度。
另一方面，本实施例中，评分模型还包括若干个考察项目，考察项目考察两个管线的关系是否满足预设条件，考察项目关联有调整分。
考察项目包括但不限于：有压管道让无压管道、常温水管让高温水管、气体管道让液体管道及气体管道在上液体管道在下。
计算获得管线方案的评分后，根据若干个考察项目调整管线方案的评分，请参阅附图4，调整管线方案评分的方法包括：
步骤D01）遍历管线方案中每两个管线的组合，将组合依次与每个考察项目比对；
步骤D02）若组合满足预设条件，则将评分增加调整分，反之，则不做调整；
步骤D03）遍历全部组合后，完成调整管线方案评分。
考察项目还关联有负调整分，调整分及负调整分为正值，若组合不满足预设条件，则将评分减少负调整分。
考察项目包括但不限于：有压管道让无压管道、常温水管让高温水管、气体管道让液体管道、外径小管道让外径大管道、气体管道在上液体管道在下。
有压管道让无压管道的考察方法为：组合中两个管线，将两个管线中的全部弯管模型替换为直管模型，记为替换直管。替换方法为直管模型的两端分别连接原弯管模型的两端即可。若替换后，两个管线存在干涉，则干涉一定发生在替换直管上，判断替换直管所替换的弯管模型所在的管线，该管线为让管线，另一管线为被让管线。若有压管道为让管线，无压管道为被让管线，则该组合不满足预设条件，反之，则该组合满足预设条件。常温水管让高温水管、气体管道让液体管道及外径小管道让外径大管道的考察方法与有压管道让无压管道类似，在此不做赘述。
气体管道在上液体管道在下的考察方法为：生成组合中两个管线在水平面的投影，获得水平面投影上两条管线的重合部。重合部中，将有一个管线在上，一个管线在下，每个重合部均满足气体管道在上液体管道在下，则判定该组合满足预设条件，反之，则该组合不满足预设条件。通过考察项目，能够将丰富的以及自定义的设计规则，作为考察项目加入到评分模型中，实现优化后的管线方案满足加入的设计规则，提高地下室管线优化的适用范围。
另一方面，本发明的实施例的考察项目还关联有项目权重，调整管线方案评分时，若组合满足预设条件，则计算调整分与项目权重的乘积，将评分增加乘积，反之，若组合不满足预设条件，则计算负调整分与项目权重的乘积，将评分减少乘积。
另一方面，本发明的实施例的考察项目的项目权重包括正权重和负权重，调整管线方案评分时，若组合满足预设条件，则计算调整分与正权重的乘积，将评分增加乘积，反之，若组合不满足预设条件，则计算负调整分与负权重的乘积，将评分减少乘积。
评分模型的若干个考察项目分为若干个组，每组包括一个主考察项目和若干个关联考察项目，调整管线方案评分时，若组合满足主考察项目对应的预设条件，则计算调整分与正权重的乘积，将评分增加乘积，同时，减小同组的若干个关联考察项目的负权重，反之，则不做操作。如组{外径小管道让外径大管道，气体管道让液体管道，气体管道在上液体管道在下}，其中主考察项目为外径小管道让外径大管道，关联考察项目为气体管道让液体管道和气体管道在上液体管道在下。当两个管线的组合，满足了外径小管道让外径大管道，则会降低组合不满足气体管道让液体管道及气体管道在上液体管道在下时的负权重，使不满足气体管道让液体管道及气体管道在上液体管道在下时，给管线方案带来的评分下降减弱。
另一方面，本申请实施例提供了一种计算机系统，计算机系统包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述的方法。
计算机系统可以是一个通用计算机系统或一个专用计算机系统。在具体实现中，计算机系统可以是包括有多个服务器的服务器集群，如可以是包括有多个节点的区块链系统。本领域技术人员可以理解，仅仅是计算机系统的举例，并不构成对计算机系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，比如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
处理器可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现成可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者也可以是任何常规的处理器。
存储器在一些实施例中可以是计算机系统的内部存储单元，比如计算机系统的硬盘或内存。存储器在另一些实施例中也可以是计算机系统的外部存储设备，比如计算机系统上配备的插接式硬盘、智能存储卡（Smart Media Card，SMC）、安全数字（SecureDigital，SD）卡、闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器还可以既包括计算机系统的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序（Boot Loader）、数据以及其他程序等。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
另一方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述的方法。
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，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种基于BIM的地下室管线优化方法，其特征在于，
包括以下步骤：
读取地下室BIM模型，获得待布设管线的全部连接任务信息，所述连接任务信息包括物料类型、进口位置、出口位置和外径；
建立直管模型和弯管模型，所述直管模型包括物料类型、外径、直管起始位置和直管终止位置，所述弯管模型包括物料类型、外径、弯曲角度、弯管起始位置和弯管终止位置；
生成管线方案，所述管线方案包括直管实例列表和弯管实例列表，所述直管实例列表和所述弯管实例列表记录的直管及弯管构成管线集合，所述管线集合中的管线分别满足一个连接任务信息；
建立管线方案的评分模型，将所述管线方案输入所述评分模型，获得管线方案的评分；
不断重新生成管线方案达预设次数N，获得每个管线方案的评分；
将评分最高的管线方案作为地下室管线的优化结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法，其特征在于，
根据所述物料类型和外径，设置连接任务信息的排序；
生成管线方案时，依照排序依次生成满足对应连接任务信息的管线；
生成与连接任务信息对应的管线包括以下步骤：
读取所述连接任务信息的物料类型、进口位置、出口位置和外径；
生成若干个直管模型和若干个弯管模型，所述直管模型的外径与所述弯管模型的外径均与所述外径匹配，所述直管模型的物料类型及弯管模型的物料类型均与所述连接任务信息匹配；
将若干个所述直管模型和弯管模型相互连接构成管线；
调整若干个所述直管模型和若干个所述弯管模型，使得所述管线的两端分别对应所述进口位置和所述出口位置，且所述管线上任一点与已生成的管线的任一点距离均大于预设间预留值；
继续调整若干个所述直管模型和若干个所述弯管模型，使得所述管线的单管评分最优，所述单管评分=单管初始评分-k11*(管线总长度/进出口直线距离)-k12*弯管模型数量，所述管线总长度为构成管线的全部直管模型和弯管模型中心线的总长度，所述进出口直线距离为所述进口位置和所述出口位置的距离，所述单管初始评分、k1和k2均为预设常数值。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法，其特征在于，
所述评分模型包括：
根据所述管线方案，将全部直管实例和弯管实例拼接为若干个管线；
计算每个管线的材料消耗量，所述材料消耗量等于管线长度与管线横截面面积的乘积，所述管线横截面由外径和管线厚度计算，所述管线厚度根据物料类型从预设的厚度及类型对应表中选取；
计算评分=初始评分-k21*材料消耗量-k22*弯管数量，所述弯管数量为所述管线方案包括的弯管模型数量。
4.根据权利要求3所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法，其特征在于，
所述评分模型还包括若干个考察项目，所述考察项目考察两个管线的关系是否满足预设条件，所述考察项目关联有调整分；
计算获得所述管线方案的评分后，根据若干个所述考察项目调整管线方案的评分，调整管线方案评分的方法包括：
遍历所述管线方案中每两个管线的组合，将所述组合依次与每个考察项目比对；
若所述组合满足所述预设条件，则将所述评分增加所述调整分，反之，则不做调整；
遍历全部组合后，完成调整管线方案评分。
5.根据权利要求4所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法，其特征在于，
所述考察项目还关联有负调整分，所述调整分及所述负调整分为正值，若所述组合不满足所述预设条件，则将所述评分减少所述负调整分。
6.根据权利要求5所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法，其特征在于，
所述考察项目还关联有项目权重，调整管线方案评分时，若所述组合满足所述预设条件，则计算所述调整分与所述项目权重的乘积，将所述评分增加所述乘积，反之，若所述组合不满足所述预设条件，则计算所述负调整分与所述项目权重的乘积，将所述评分减少所述乘积。
7.根据权利要求6所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法，其特征在于，
所述项目权重包括正权重和负权重，调整管线方案评分时，若所述组合满足所述预设条件，则计算所述调整分与所述正权重的乘积，将所述评分增加所述乘积，反之，若所述组合不满足所述预设条件，则计算所述负调整分与所述负权重的乘积，将所述评分减少所述乘积。
8.根据权利要求7所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法，其特征在于，
所述评分模型的若干个考察项目分为若干个组，每组包括一个主考察项目和若干个关联考察项目，调整管线方案评分时，若所述组合满足所述主考察项目对应的预设条件，则计算所述调整分与所述正权重的乘积，将所述评分增加所述乘积，同时，减小同组的若干个所述关联考察项目的负权重，反之，则不做操作。
9.一种计算机系统，其特征在于，所述计算机系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述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实现如权利要求1至8任一项所述的一种基于BIM的地下室管线优化方法。
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