CN117235876A - 一种基于Rhinoceros统计工程量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑三维建模技术领域，特别是一种基于Rhinoceros统计工程量的方法和系统。方法包括以下步骤：通过为材质名称添加前缀和/或后缀的方式确定不同材质对应的工程量计算方法和单位，得到材质信息；将所述材质信息与模型对象建立关联；根据所述材质信息，计算模型对象的工程量。本发明通过材质名称判定模型对象的工程量统计计算规则，操作简单，使复杂的工程量计算与设计流融合，减轻设计师的工作量，该方法弥补了Rhinoceros无法快捷高效统计工程量的问题，通过三维模型直接输出工程量及工程量清单，当三维模型发生变更时自动更新工程量及工程量清单，极大的简化了园路景观工程的工程量统计流程。

Description

一种基于Rhinoceros统计工程量的方法和系统

技术领域

本发明涉及建筑三维建模技术领域，特别是一种基于Rhinoceros统计工程量的方法和系统。

背景技术

Rhinoceros是一款强大且多功能的三维建模软件，软件使用Nurbs（Non-UniformRational B-Spline）曲线来实现各种复杂形体的高精度建模，在园林景观设计领域应用广泛。软件不具备统计和输出园林景观工程量的功能，只能通过“分析”工具，简单计算指定模型构件的体积、面积、长度等信息，无法根据分部分项划分规则输出完整的工程量清单。目前，主要通过以下两种方式统计园林景观工程量并输出工程量清单。

方式一：通过手算统计工程量并编写工程量清单，主要流程包括

1、将Rhinoceros中创建的三维模型转化为二维图纸

2、造价人员根据二维图纸手工计算各分部分项工程的工程量

3、造价人员根据工程量和工程量计算规范编写园林景观工程量清单

方式二：通过电算统计工程量并输出工程量清单，主要流程包括

1、通过Rhinoinside.Revit将Rhinoceros中创建的三维模型导出Revit

2、通过Revit的“视图”>“明细表”功能，创建工程量明细表

3、通过Revit的“文件”>“导出”>“报告”>“明细表”的方式导出工程量清单（.Txt）

4、通过Excel将Txt文本文件转化为Excel表格文件。

上述两种方式存在以下缺陷：

（1）工程量统计流程复杂、难度高，且无法根据模型变更自动更新工程量清单：

现有两种技术方案都无法在Rhinoceros中直接统计工程量并输出工程清单。方式一需要先将三维模型转化为二维图纸，再由造价人员根据二维图纸和工程量计算规范计算和编写工程量清单，这种方式工程量大、耗时长，一旦模型发生变更，需重复上述流程，无法根据模型变更自动更新工程量清单。方式二需将Rhinoceros中创建的模型按Revit对模型“族”类型的划分规则依次导入，导入过程复杂，设计人员掌握难度较高，不利于技术推广和应用。

（2）工程量统计数据存在误差：

现有两种技术方案均无法避免工程量统计数据误差的问题，使工程量统计的准确性和可靠性降低。方式一中，先由施工图设计师将三维模型转为二维图纸，该过程依赖施工图设计师对三维模型的理解，无法绝对保证“图模一致”。然后造价人员根据二维图纸手动计算工程量，该过程依赖造价人员对图纸的理解和计价水平，不同造价人员算出的结果往往不一致，由此可见，方式一统计的工程量统计数据存在无法避免的误差。方式二采用电算的方法，虽然提高了计算效率和精度，但不同格式模型转换容易造成模型几何构件丢失，最终导致工程量统计数据出现误差。

（3）工程量数据难以利用：

现有技术方案二中，Revit虽然可以通过“明细表”的方式对工程量进行统计并输出工程量清单，但明细表只能以模型构件或材质类别为独立单元分项列出，无法根据分部分项划分规则对工程量进行合并，与我国现行工程量计价规范要求的工程量清单格式不符，增加后期通过工程量套取定额进行计价的难度和时间。

发明内容

针对上述不足之处，本发明创建了工程量计算数据结构，并建立了数据字典，从而建立系统分类和材质信息与模型对象关联，进而可以在Rhinoceros中导出准确的工程量清单，因此提出了一种基于Rhinoceros统计工程量的方法和系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，包括以下步骤：

通过为材质名称添加前缀和/或后缀的方式确定不同材质对应的工程量计算方法和单位，得到材质信息；

将所述材质信息与模型对象建立关联；

根据所述材质信息，计算模型对象的工程量；

所述计算模型对象的工程量包括通过触发回调函数来获取材质名称的前缀和/或后缀，得出工程量计算方法和单位。

作为优选方案，所述通过触发回调函数来获取材质名称的前缀和/或后缀，得出工程量计算方法和单位包括：在Rhinoceros软件中，通过HookAPI截获Windows API函数CreateFileA 的调用。

作为优选方案，所述工程量计算方法包括体积计算、面积计算、长度计算和数量计算。

作为优选方案，所述材质信息与模型对象建立关联是通过数据字典实现的，所述数据字典定义了数据结构体，所述数据结构体中包括了标识符以及与标识符相关联的数据。

作为优选方案，将所述数据字典转换成二进制数据进行保存，并且，将二进制数据转换为数据字典进行读取。

作为优选方案，还包括建立用于编辑工程量计算方法的UI组件，具体包括以下步骤：创建一个继承至‘Rhino.PlugIns’类的自定义类，通过重写‘OnLoadPlugIn’的方法，实例化用户UI组件并添加至Rhinoceros操作界面。

作为优选方案，还包括工程量数据管理，具体步骤为：创建多层级关系的系统结构，使用Windows文件管理的方式，为每个层级创建不同特征的‘Userdata’类，一类用于表示系统的层级关系，一类用于表示系统名称，通过对所述‘Userdata’类在标准层级库中的关系进行组合来表示不同层级的系统之间的从属关系。

作为优选方案，模型对象的工程量计算包括面积计算、体积计算、长度计算和数量计算。

作为优选方案，所述长度计算具体包括以下步骤：

提取几何体U方向上和V方向上的等参数线；

计算U方向上等参数线起点和终点之间的起止点距离，并计算V方向上等参数线起点和终点的起止点距离，当起止点距离小于或等于判定阈值时，判定该方向上的等参数线闭合；

取另一非闭合的等参数线作为长度计算的依据，计算出模型对象的长度。

一种基于Rhinoceros统计工程量的系统，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述任一项所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的方法通过名称中的前缀和后缀信息实现工程量计算规则的传递，该方法弥补了Rhinoceros无法快捷高效统计工程量的问题，通过材质名称判定模型对象的工程量统计计算规则，操作简单，使复杂的工程量计算与设计流融合，减轻设计师的工作量，通过三维模型直接输出工程量及工程量清单，当三维模型发生变更时自动更新工程量及工程量清单，极大的简化了园路景观工程的工程量统计流程。

附图说明

图1为本发明实施例1中的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法流程图；

图2为本发明实施例1中的Rhinoceros软件中扶手的V向等参数线示意图；

图3为本发明实施例1中Rhinoceros软件中扶手的U向等参数线示意图；

图4为本发明实施例1中Rhinoceros软件中管道的V向等参数线示意图；

图5为本发明实施例1中Rhinoceros软件中管道的U向等参数线示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：

通过为材质名称添加前缀和/或后缀的方式定义不同材质对应的工程量计算方法和单位，得到材质信息；

将所述材质信息与模型对象建立关联；

根据所述材质信息，计算模型对象的工程量；

所述计算模型对象的工程量包括通过触发回调函数来获取材质名称的前缀和/或后缀，得出材质工程量计算规则和单位。

具体步骤实现过程如下：

（1）模型信息标定

步骤一：系统分类

由于Rhinoceros不具备对模型构件进行分类-管理的功能，因此需要为Rhinoceros创建针对园林景观工程的系统分类标准。依据我国现行工程量计价规范要求的工程量清单格式，通过二级系统将Rhinoceros的模型进行分类管理，“一级系统”对应“分部工程”，“二级系统”对应“分项工程”。

如：“小叶黄杨”材料在二级系统中的分类依次为：“一级系统”为“种植工程”；“二级系统”为“灌木”。

步骤二：标准材质创建

根据系统分类，建立符合工程量统计计算要求的标准材质，并且为各种类型材质的材质名称添加前缀和/或后缀的方式区分不同材质对应的工程量计算规则和单位。园林景观工程中，不同材料对应的计算规则不同，园林景观工程涉及上千种材料，无法穷尽列举，但大致可分为体积计算、面积计算、长度计算和数量计算。

加前缀和后缀的方式如下：“芝麻灰花岗岩”材质，材质命名为“芝麻灰花岗岩_A”，表示需计算该材质的真实面积，统计单位为㎡；“小叶黄杨”材质，材质命名为“小叶黄杨_PA”，表示需计算该材质的投影面积，统计单位为㎡；“C25混凝土”材质，材质命名为“C25混凝土_V”，表示需计算该材质的体积，统计单位为m³；“PVC塑料”材质，材质命名为“PVC塑料_L”，表示需计算该材质的长度，统计单位为“m”。后缀是为了区分不同计算规则，如_A表示计算面积（Area）、_PA表示计算投影面积（Projection area）、_V表示计算体积（volume）、_L表示计算长度（Length）。

作为优选方案，由于园林景观工程不同专业对于数量统计的单位不尽相同，将进一步通过为材质增加前缀来区分统计数量的单位。

如：“银杏”材质，材质命名为“PL_银杏_Q”，表示需计算该材质的数量，统计单位为“株”；“水泵”材质，材质命名为“P_水泵_Q”，表示需计算该材质的数量，统计单位为“个”。前缀是为了区分同一计算规则下，不同的统计单位，如同样为数量统计，在种植工程中，统计单位为“株”，在给水、排水工程中，统计单位为“个”，前缀以各专业代码命名，如种植工程为PL（Planting），给水、排水工程为P（Plumbing）。

实际上，前缀和后缀哪个定义工程量计算规则，哪个定义单位是可以根据需求设定的，前述方案，是以前缀定义单位，后缀定义工程量计算规则作为示例，并不能理解为对该方案的限制，也可以前缀定义工程量计算规则，后缀定义单位。

步骤三：用户UI组件创建

根据步骤一和步骤二中对园林景观工程的系统分类及材质命名规则，为用户创建用于模型系统分类及材质填写的UI组件。通过“工具栏管理器”中的“自定义工具栏”为用户UI组件添加相应元素、图标、按钮、文本框、菜单等，方便用户通过这些元素执行操作、输入数据或获取信息。

创建一个继承至‘Rhino.PlugIns’类的自定义类，通过重写‘OnLoadPlugIn ’的方法，实例化上述用户UI组件并添加至Rhinoceros操作界面上，易于用户访问区域，方便用户轻松访问组件功能。

步骤四：系统分类和材质信息与模型对象关联及显示

根据系统分类及材质信息需存储的数据特征，如文本、数字等，在‘Rhino.DocObjects.Custom.UserData’中创建并自定义数据字典。通过访问文本框‘TextBox’中的‘Text’ 属性来获取用户在UI组件上引用或选择的信息，并将这些数据保存至自定义数据字典的对应位置中。使用rhinoObject.Attributes.UserData.Add(userData)方法将自定义数据字典附加到指定模型对象上，完成与模型对象的绑定。

进一步的，创建Dictionary<string,object>类型的数据字典，用于存储和管理数据结构，string是唯一标识符，用于标识与之相关联的值，object是与标识相关联的任意数据类型。

用户在UI组件上引用或选择的信息具体是指：在“一级系统名称”中，用户可在下拉菜单中选择“土方工程”、“园路及铺装工程”、“种植工程”、“建筑物、构筑物工程”、“给水、排水工程”、“电气工程”中的任意一种。“二级系统名称”录入方式同上。

在“材料名称”中，当标准材质赋给模型对象时，系统会自动引用材质名称并录入文本框中。如：当名为“小叶黄杨_PA”的材质赋予模型对象后，用户无需在“材料名称”文本框中手动填写材质名称，系统会自动引用标准材质的名称并录入文本框中。

进一步的，将自定义数据字典附加到指定模型对象上，完成与模型对象的绑定，具体实现方法包括：在Rhinoceros中，每个几何对象（如点、线、面、体）都含有相关的属性集合，如坐标、颜色、材质、userdata等，通过rhinoObject.Attributes方法可以查询或添加对象的属性集合。

Userdata为一个存储空间，可以在其中创建自定义数据字典。

rhinoObject.Attributes则是一个接口函数，通过调用函数rhinoObject.Attributes.UserData.Add(userData)方法即可完成Userdata与模型对象的绑定。

作为优选方案，并不将数据字典直接存储，由于数据格式的差异和数据量很大，不利于存储和读取，因此，将数据字典中的自定义数据进行序列化，转换成二进制数，再将二进制数与模型对象绑定，具体方法是：

使用Rhinoceros软件提供的二进制文件I/O工具（输入/输出）进行序列化和反序列化操作。具体操作为，首先通过‘Rhino.Collections.ArchivableDictionary’将Userdata中的数据存储在这个数据字典中，然后使用‘BinaryArchiveWriter’工具将数据以二进制格式写入到模型对象中，反序列化则通过使用‘BinaryArchiveReader’读取模型对象中的二进制格式文件，并使用‘Read’方法读取文件中的数据。 Rhino.Collections.ArchivableDictionary’是Rhinoceros中一种特殊的数据字典结构，序列化需要按这个字典中的数据结构进行，因此，可以把这一步看作是序列化前的准备工作。

还可以采用以下方法：

在‘Rhino.DocObjects.Custom.UserData’中，通过重写‘Serialize’和‘Deserialize’的方法，在用户自定义数据与模型对象之间进行序列化和反序列化，确保自定义数据字典在模型对象中正确保存和加载。使用Rhinoceros提供的二进制文件I/O工具（输入/输出），即‘BinaryArchiveWriter’和‘BinaryArchiveReader’进行序列化和反序列化操作。通过‘GetUserText’的方法获取与模型对象绑定的自定义数据字典，使用‘Label’将获取的自定义数据字典显示在用户UI组件上的合适位置，这样用户可以直观地查看与模型关联的自定义数据信息。

序列化是将数据从原始格式转换为一个可供存储或传输的格式的过程，目标转换格式为字节流（byte stream），字节流是将数据视为一系列连续的字节（8位二进制值）组成的流。如：字符 “A”在序列化后的二进制表示是 0100 0001。反序列化是将序列化后的数据重新还原为原始数据结构的过程。

（2）工程量统计计算

步骤一：工程量计算准备

当标准材质被赋予模型对象时，会在磁盘上读取标准材质文件，这个过程会调用Windows API函数CreateFileA，此时，通过HookAPI（挂钩API，给系统函数API挂钩,让系统调用API的时候,先执行我们自己设定的程序，之后再决定是不是执行具体的API函数的功能）来截获Windows API函数CreateFileA的调用，触发一个通过判断文件名前缀和后缀得出材质工程量计算规则和单位的回调函数。工程量计算规则包括面积计算、体积计算、长度计算及数量计算。

步骤二：工程量计算

面积计算：

当回调函数通过材质名称判断模型对象需计算面积时，将通过以下方式计算：

面积计算分为投影面积计算和真实面积计算两类。针对需要计算投影面积的模型构件（如灌木、地被植物等），通过以下方式计算：

通过GetProjectedArea方法选择一个几何体。

定义几何体投影平面，即世界XY平面。

投影，在世界XY平面上创建一个新的几何对象，形状与原始对象在投影平面上的交点相对应。

使用‘rs.SurfaceProjectedArea’函数计算所选几何体在投影平面上的投影面积。

针对需要计算真实面积的模型构件（如地形、铝板等），通过以下方式计算：

选择一个曲面。

使用‘Surface.ToBrep’的方法将曲面离散化为无数个小的面元，面元为多边形或三角形。

对于每个小的面元，可以使用不同的算法来计算其面积。对于多边形，可以使用多边形的顶点坐标来计算面积。对于三角形，可以使用海伦公式（Heron's formula）来计算面积，该公式基于三角形的周长，表达式为S=√px（p-a）x（p-b）x（p-c），其中为三角形周长的一半。

计算出每个小的面元的面积后，将它们累加起来，得到整个曲面的近似面积。

体积计算

当回调函数通过材质名称判断模型对象需计算体积时（如混凝土、砂浆等），将通过以下方式计算：

选择一个几何体，并判断是否为Brep或者Mesh。

如果是Brep，则通过‘Mesh.CreateFromBrep’的方法将Brep离散为Mesh，如果是Mesh，则直接使用。

遍历Mesh中的每个面元，计算每个面元的面积，然后通过面积和面心的高度计算出面元的体积。

计算出每个小的体积元素后，将它们累加起来，得到整个几何体的近似体积。

长度计算

当回调函数通过材质名称判断模型对象需计算长度时（如栏杆扶手、管线等），将通过以下方式计算：

选择一个几何体。

使用‘ExtractIsocurve’方法提取几何体UV方向上的等参数线。

计算UV方向上两条等参数线起点和终点的距离，当距离小与或等于判定阈值时，判定该方向上的等参数线闭合。

取非闭合的等参数线作为长度计算结果。

由于Rhinoceros软件的特点，对于扶手和管道这样长度较长的模型对象，会同时生成沿管道轴向上的V向等参数线和环绕管道截面方向上的U向等参数线，并不能直接判定根据V向等参数线还是U向等参数线来计算管道的长度，针对截面上的等参数线为闭合曲线的特点，通过起点和终点的距离小于判定阈值的方法排除闭合等参数线，从而没有被排除的那一条即为管道轴向上的等参数线，管道轴向上的等参数线可用于管道计算长度。Rhinoceros软件中扶手的V向等参数线示意图如图2所示，扶手的U向等参数线如图3所示，Rhinoceros软件中管道的V向等参数线示意图如图4所示，管道的U向等参数线如图5所示。

数量计算

当回调函数通过材质名称判断模型对象需计算数量时（如乔木、水泵等），将通过以下方式计算：

通过前述挂钩API截获Windows API函数CreateFileA后，通过材质名称筛选出需计算数量的模型构件。

累加模型构件，显示统计数量。

（3）工程量清单预览和导出

步骤一：工程量数据管理及预览

数据管理：工程量统计数据将按上述二级系统分类的结构进行管理。具体方法为创建多层级关系的系统结构，使用类似Windows文件管理的方式，为每个层级创建不同特征的‘Userdata’类，一类用于表示系统的层级关系，一类用于表示系统名称，通过对这些类在标准层级库中的关系进行组合用于表示不同层级的系统和系统之间的从属关系。

数据预览：通过自建窗口创建表格界面，将工程量计算数据按二级系统分类的结构绑定到表格控件中，实现数据预览界面的创建。预览界面包括序号、分项工程名、单位、工程量等数据预览。

步骤二：工程量清单导出

通过在Rhinoceros中引用EPPlus库将统计结果创建为Excel表格，并将预览结果逐行写入Excel表格中并保存。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过为材质名称添加前缀和/或后缀的方式确定不同材质对应的工程量计算方法和单位，得到材质信息；

将所述材质信息与模型对象建立关联；

根据所述材质信息，计算模型对象的工程量；

所述计算模型对象的工程量包括通过触发回调函数来获取材质名称的前缀和/或后缀，得出材质工程量计算方法和单位。

2.如权利要求1所述的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，所述通过触发回调函数来获取材质名称的前缀和/或后缀，得出材质工程量计算方法和单位包括：在Rhinoceros软件中，通过HookAPI截获Windows API函数CreateFileA 的调用。

3.如权利要求1所述的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，所述工程量计算方法包括体积计算、面积计算、长度计算和数量计算。

4.如权利要求1所述的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，所述材质信息与模型对象建立关联是通过数据字典实现的，所述数据字典定义了数据结构体，所述数据结构体中包括了标识符以及与标识符相关联的数据。

5.如权利要求4所述的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，将所述数据字典转换成二进制数据进行保存，并且将二进制数据转换为数据字典进行读取。

6.如权利要求1所述的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，还包括建立用于编辑工程量计算方法的UI组件，具体包括以下步骤：创建一个继承至Rhino.PlugIns类的自定义类，通过重写OnLoadPlugIn的方法，实例化用户UI组件并添加至Rhinoceros操作界面。

7.如权利要求1所述的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，还包括工程量数据管理，具体步骤为：创建多层级关系的系统结构，使用Windows文件管理的方式，为每个层级创建不同特征的Userdata类，一类用于表示系统的层级关系，一类用于表示系统名称，通过对所述Userdata类在标准层级库中的关系进行组合来表示不同层级的系统之间的从属关系。

8.如权利要求1-7任一所述的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，模型对象的工程量计算包括面积计算、体积计算、长度计算和数量计算。

9.如权利要求8所述的一种基于Rhinoceros统计工程量的方法，其特征在于，所述长度计算具体包括以下步骤：

提取几何体U方向上和V方向上的等参数线；

计算U方向上等参数线起点和终点之间的起止点距离，并计算V方向上等参数线起点和终点的起止点距离，当起止点距离小于或等于判定阈值时，判定该方向上的等参数线闭合；

取另一非闭合的等参数线作为长度计算的依据，计算出模型对象的长度。

10.一种基于Rhinoceros统计工程量的系统，其特征在于，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至9中任一项所述的方法。