CN117828718A - 一种基于bim的桥架布置及布局优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的桥架布置及布局优化方法，包括以下步骤：桥架型号库和电缆敷设信息导入，构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型；将简化的建筑结构三维模型转换为像素点信息；根据电缆清册信息中的设备起止点，计算电缆最短路径网络，构建桥架路径线段；根据桥架各段路径线段，获取每段桥架路径中电缆数量计算所需桥架的最小截面面积；根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，选择匹配的桥架型号，在桥架路径线段上布置桥架三维模型。采用本发明技术可减少人工计算桥架路径和建模的过程，完成整个建筑结构的桥架自动布置及布局优化。

Description

一种基于BIM的桥架布置及布局优化方法

技术领域

本发明涉及桥架自动布置技术领域，具体涉及一种基于BIM的桥架自动布置及布局优化方法。该技术方法适用于工业与民用建筑桥架布置设计。

背景技术

目前在布置桥架时，设计人员需要花费大量时间在建筑结构模型上规划桥架路线，而且需要考虑电缆型号、桥架型号、材质等参数变化对布置的影响。桥架三维模型设计完成后还需要多次调整解决桥架与建筑结构碰撞问题。当建筑内部结构复杂时，将严重影响设计效率和布置的精确度，布置完成后不易验证布置规范性，且不利于后期调整。

发明内容

针对现有技术上述缺陷，本发明提出一种基于BIM的桥架布置及布局优化方法，它通过获取建筑结构模型信息、电缆起终点信息、桥架型号规格，结合标准规范中的要求，同时考虑建筑结构中梁墙体对桥架自动布置的影响，提出自动规划桥架布置路径和生成布局优化的设计方法，减少人工计算桥架路径和建模的过程，完成整个建筑结构的桥架自动布置及布局优化。

本发明的一种基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其包括如下步骤：

S1、导入桥架型号库和电缆清册信息，构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型；

S2、将简化的建筑结构三维模型转换为像素点信息；

S3、根据电缆清册信息中的设备起止点，计算电缆最短路径网络，构建桥架路径线段；

S4、根据桥架各段路径线段，获取每段桥架路径中电缆数量计算所需桥架的最小截面面积；

S5、根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，选择匹配的桥架型号，在桥架路径线段上布置桥架三维模型。

优选的，所述导入桥架型号库和电缆清册信息，构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型包括如下步骤：

1)导入桥架型号库，所述型号库中包含桥架基础建模信息，用于后期桥架参数化建模；

2)导入电缆清册，获取电缆清册中的待敷设电缆的起止点和电缆直径信息；

3)构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型。

优选的，所述将简化的建筑结构三维模型转换为像素点信息包括：

1)将简化后的建筑结构三维模型整体边界和简化后的梁墙三维模型转换为像素点信息；

2)扩展建筑结构障碍物像素点。

优选的，所述将简化后的建筑结构三维模型整体边界和简化后的梁墙三维模型转换为像素点信息包括：

1)根据导入的电缆清册中的电缆直径信息，将其中最小的电缆直径作为像素点的基础长度，确定像素单位；

2)根据建筑结构三维模型整体边界坐标构造像素点坐标系；

3)根据简化后的建筑结构三维模型中所有梁和墙左下角和右上角坐标信息，将建筑结构三维模型像素化。

优选的，所述扩展建筑结构障碍物像素点包括：

1)从障碍物像素点集合中定位所有建筑结构边界像素点；

2)通过定位的建筑结构边界像素点，将建筑结构障碍物像素点扩展。

优选的，所述根据电缆清册信息中的设备起止点，计算电缆最短路径网络，构建桥架路径线段包括如下步骤：

1)生成单根电缆的最短路径；

2)重复执行前一步骤，通过相同方式获取所有待敷设电缆的最短路径；

3)将所有最短电缆路径合并简化；

4)根据合并的电缆路径网络，删除电缆通过数量较少或者没有电缆经过的路径线段；

5)根据最终生成的电缆路径网络构建桥架各段路径线段，将每段路径的电缆信息存入。

优选的，所述根据桥架各段路径线段，获取每段桥架路径中电缆数量计算所需桥架的最小截面面积包括如下步骤：

1)根据构建的桥架各段路径线段，获取每段桥架路径线段的电缆数量、电缆直径，计算出桥架最小截面面积；

2)据设计要求确定桥架容积率，计算出每段桥架路径线段所需要的桥架最小截面面积。

优选的，所述根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，选择匹配的桥架型号，在桥架路径线段上布置桥架三维模型包括：

1)根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，计算桥架层数；

2)在所有桥架路径线段连接处生成桥架连接件；

3)生成桥架连接件之间的直段桥架。

优选的，所述生成单根电缆的最短路径包括如下步骤：

1)创建路径集合N并置空；

2)根据起始设备点创建起始节点，初始化值；

3)获取当前节点的临近障碍点，并将当前节点加入集合N中；

4)判断当前节点的连接点是否为终止设备点，若不为终止设备点，则进入下一步，若对应为终止设备点，说明当前电缆最短路径搜索完成；

5)从当前节点的连接点出发向周围邻接点扩展；

6)计算当前扩展点至终点设备的最优总代价；

7)循环执行前面的步骤5)和6)，获取当前节点连接点所有有效扩展点最优总代价S，选取S最小的扩展点作为下一个节点。

优选的，所述在所有桥架路径线段连接处生成桥架连接件包括如下步骤：

1)从每个桥架路径线段的交点出发，判断交点连接的桥架路径线段数量，确定桥架连接件类型；

2)根据桥架路径线段确定桥架连接件数量和位置。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例的基于BIM的桥架布置及布局优化方法是一种全新的桥架布置方法，采用本发明技术方案可通过获取建筑结构模型信息、电缆敷设信息、桥架型号规格，结合标准规范要求和建筑结构中梁墙体对桥架自动布置的影响，提出自动规划桥架布置路径和生成布局优化的设计方法，减少人工计算桥架路径和建模的过程，完成整个建筑结构的桥架自动布置及布局优化。

附图说明

图1为本发明实施例基于BIM的桥架布置及布局优化方法流程示意图；

图2为本发明实施例建筑结构三维模型示意图；

图3为本发明实施例桥架型号库示意图；

图4为本发明实施例电缆清册信息示意图；

图5为本发明实施例建筑结构三维模型简化后示意图；

图6为本发明实施例建筑结构三维模型像素化流程示意图；

图7为本发明实施例建筑结构三维模型像素化局部示意图；

图8为本发明实施例建筑结构三维模型像素化后边界点判断示意图；

图9为本发明实施例建筑结构三维模型像素化后扩展障碍点局部示意图；

图10为本发明生成单根电缆最短路径构造流程示意图；

图11为本发明实施例单根电缆最短路径生成示意图；

图12为本发明实施例任意两根电缆合并示意图；

图13为本发明实施例电缆合并分类示意图；

图14为本发明实施例电缆路径网络简化示意图；

图15为本发明实施例计算后电缆信息示意图

图16为本发明实施例弯通桥架构造示意图；

图17为本发明实施例三通桥架构造示意图；

图18为本发明实施例水平四通桥架构造示意图；

图19为本发明实施例桥架三维模型生成局部示意图；

图20为本发明实施例直段桥架三维模型生成示意图；

图21为本发明障碍物像素集合局部扩展过程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图和具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在执行本文所提出桥架布置及布局优化方法前，需在三维设计软件中先导入建筑结构三维模型，包含整体边界即左下角和右上角坐标信息，所有梁、墙三维模型在此边界内，每个梁、墙模型包含左下角和右上角坐标信息，图2为某电站厂房建筑结构三维模型示意图。本发明实施例基于Microstation软件实现上述建筑结构三维模型、桥架型号库、电缆清册导入，桥架三维模型生成。

在完成上述准备工作后，下面通过具体实施例来进一步说明本发明的桥架布置及布局优化方法是如何实现的。

步骤S1：桥架型号库和电缆清册信息导入，构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型；

101：导入桥架型号库。型号库中包含桥架基础建模信息，用于后期桥架参数化建模。所述桥架型号库为本次设计中可选用的桥架型号，按图3所示桥架型号包括：截面、类型、分类、材质和附加信息。其中：截面为桥架截面的宽高尺寸；类型通常可分为直通和连接件，直通即为普通直段桥架，连接件可分为水平弯通、垂直弯通、水平三通、垂直三通、水平四通、垂直四通等；分类包括梯式、托盘式和槽式等；材质可分为钢、镀锌、喷塑、铝合金等；附加信息为设计过程中其它的附加信息，如桥架耐腐蚀性等。

以上信息属于专业设计过程中常用的术语，图3仅列举本专利用到的部分内容，并非列举全部的桥架信息，后期可通过导入扩充设计中可用的桥架型号，或者在附加信息加入“键-值”配对补充已有桥架的信息，以满足设计要求，根据上述桥架型号库基础建模信息生成相应的桥架三维模型。

102：导入电缆清册，获取电缆清册中的待敷设电缆的起止点和电缆直径信息。所述电缆清册为预先定制，按图4所示电缆清册包括需要敷设电缆的编号、电压等级、型号、起终点设备坐标和编号。电缆直径用于后期桥架截面面积计算，其可以从电缆清册中读取，也可以通过设计规范中的电缆直径对照表，根据电缆型号找到匹配的电缆直径信息。

103：构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型。

由于在本实施例的路径计算里面只需要用到建筑结构三维模型中所有梁、墙左下角和右上角坐标信息，因此，本步骤读取建筑结构三维模型中所有梁和墙左下角和右上角坐标信息，通过该两点直接构造一个简化的长方体，得到简化的建筑结构三维模型。后续处理步骤中所有的建筑结构三维模型，均是指简化的建筑结构三维模型。

另外，由于在本实施例的路径计算中仅需要设备的坐标信息，因此，本步骤根据电缆清册中设备的坐标，生成简易设备三维模型，并存储设备的坐标信息。比如，图5左侧为简化的建筑结构三维模型轴测图，右侧为俯视图，图中Eq3和Eq8，为电缆清册中电缆编号为Cable035的起点设备Eq3和终点设备Eq8的简易设备三维模型，也是用一个简化的长方体表示。

步骤S2：将简化的建筑结构三维模型转换为像素点信息。具体步骤如下：

201：将简化后的建筑结构三维模型整体边界和简化后的梁、墙三维模型，转换为像素点信息。参见图6，具体流程如下：

2011：根据步骤S1中电缆直径信息，将其中最小的电缆直径作为像素点的基础长度，确定像素单位。

所述电缆直径信息可以从电缆清册中读取，或者通过设计规范中的电缆直径对照表，根据电缆型号找到匹配的电缆直径信息。比如电缆直径有50mm、70mm、80mm等，最小的电缆直径是50mm，那么，将50mm作为像素点的基础长度，即像素单位。

2012：根据建筑结构三维模型整体边界坐标构造像素点坐标系。

通过边界的左下角和右上角构造边界长方体，边界的左下角作为坐标系的原点，将边界长方体的长、宽、高三个值分别以像素点基础长度为单位进行等分，获取每个方向的像素点长度，用来确定边界的最大范围，生成xyz三维像素点坐标系。

本实施例中的像素基础长度为50mm，图5中建筑结构三模模型的左下角和右上角坐标分别为(0mm,0mm,0mm)和(19000mm,23500mm,3200mm),则建筑结构三模模型的整体边界长度为380像素，宽度为470像素，高度为64像素，计算出建筑结构三模模型的像素坐标在(0,0,0)和(380,470,64)范围内。若存在一个像素点的坐标，其xyz坐标值均小于(0,0,0)或者均大于(380,470,64),则像素坐标点超过边界的最大范围，视为建筑结构边界点。

2013：根据简化后的建筑结构三维模型中所有梁和墙左下角和右上角坐标信息，将建筑结构三维模型像素化。

提取每个长方体左下角和右上角坐标信息，计算出长方体的长、宽、高，确定在每个方向上需要绘制的像素点，生成像素体块集合。将所有长方体转换为像素体块后，生成以梁墙为主的障碍物像素点集合。

本实施例中的像素基础长度为50mm，以图5中墙1为例，墙的厚度假设为250mm，对应简化的长方体的左下角和右上角坐标分别为(250mm,2000mm,0mm)和(10000mm，2250mm，3000mm)，计算出长方体坐标范围x＝9750mm，y＝250mm，z＝3000mm，则长方体的长度为195像素，宽度为5像素，高度为60像素，以此生成长方体的像素点集合，通过相同方式计算出墙2、墙3的像素点集合。图7为简化建筑结构三维模型像素化处理后的局部示意图。图7中，A为简化建筑结构三维模型局部轴测图，B为简化建筑结构三维模型局部俯视图，C为设备Eq3和墙1放大后示意图，D为设备Eq8和墙3放大后示意图。

以此方法，将所有的建筑结构三维模型梁、墙像素化，生成的像素点作为建筑结构障碍物像素点。

202：扩展建筑结构障碍物像素点。

本实施例中生成的电缆路径网络为沿墙计算生成，且最终自动布置桥架三维模型时，桥架中心线与最终构造的桥架路径线对齐，直接在现有建筑结构障碍物像素点集合上构造路径网络，会导致桥架与建筑结构三维模型直接发生碰撞，因此需要扩展建筑结构障碍物像素点。具体步骤如下：

2021：从障碍物像素点集合中定位所有建筑结构边界像素点。对于每一个建筑结构障碍物像素点，包含6个相邻方向x正方向、x负方向、y正方向、y负方向、z正方向、z负方向，若存在至少一个方向不存在障碍物像素点，则视为建筑结构边界像素点，否则为视为建筑结构内部像素点。

2022：通过定位的建筑结构边界像素点，将建筑结构障碍物像素点扩展。

本实施例中根据设计要求确定当前建筑结构待布置桥架截面尺寸，并获取桥架截面宽度的一半，以像素点基础长度为单位进行等分，计算出扩展的像素数量N。以建筑结构边界像素点为起点，查找其不存在相邻障碍物像素点的方向，从该方向出发扩展N个像素点。

图8中墙体为图7中墙1左下角一部分，其中A点的所有相邻方向都存在障碍物像素点，则A点视为建筑结构内部像素点；B点的y轴负方向和z轴负方向不存在障碍物像素点，则B点视为建筑结构边界像素点。本实施例中根据设计要求确定待布置桥架截面尺寸为400mmx 150mm,像素基础长度为50mm，桥架界面尺寸宽度400mm的一半为200mm，用像素基础长度均分后，计算出扩展的像素数量为4，将B点向y轴负方向和z轴负方向扩展4个像素单位。通过相同方式将其它建筑结构边界像素点扩展，将图7中所示的建筑结构障碍点集合扩展成图9所示建筑结构障碍点像素集合。图9中，虚线框为建筑结构障碍点扩展后的效果。

以此方法，将所有的建筑结构边界像素点扩展，得到最终进行电缆路径计算的建筑结构障碍物像素点。

步骤S3：根据电缆清册信息中的设备起止点，计算电缆最短路径网络，构建桥架路径线段。

计算电缆最短路径网络，需通过路径搜索算法生成每根电缆的最短路径，然后将所有电缆最短路径进行合并精简生成电缆最短路径网络，并根据最终生成的电缆最短路径网络构造桥架路径线段，具体步骤如下：

301：生成单根电缆的最短路径。根据电缆清册中的电缆信息，选择其中一根电缆的起始设备点作为当前节点，终止设备点作为终止节点，在考虑桥架沿墙布置的情形下使用最短路径算法计算单根电缆的最短路径。最短路径算法有Dijkstra、Floyed、A*等，可以采用现有技术，下面结合图10流程步骤，使用A*算法计算单根电缆最短路径：

3011：创建路径集合N并置空。集合N用于存储计算完成的节点，节点中包含连接点、父节点和临近障碍点信息，步骤中的所述的临近障碍点指当前连接点曼哈顿距离最近的一个建筑结构障碍点，此处曼哈顿距离为国际上通用的几何距离计算方式，即当前点与目标点x、y、z坐标之差的绝对值和，该建筑结构障碍点作为当前节点的临近障碍点。

3012：根据起始设备点创建起始节点，初始化值。当前节点的连接点为起始设备点，父节点置空。

3013：获取当前节点的临近障碍点，并将当前节点加入集合N中。从当前节点的连接点出发，获取xyz坐标轴方向最近的障碍点，如果未能获取障碍点，则获取当前节点父节点的障碍点，若父节点为空，则选取当前节点连接点曼哈顿距离最近的一个障碍点，将当前节点加入集合N中。

3014：判断当前节点的连接点是否为终止设备点，若不为终止设备点，则进入步骤3015，若对应为终止设备点，说明当前电缆最短路径搜索完成，从终止节点依次逆向回溯父节点构造像素点路径，完成当前电缆最短路径搜索，结束或计算下一根电缆的最短路径。

3015：从当前节点的连接点出发向周围邻接点扩展。每个连接点包含6个相邻方向的像素点，即x正方向、x负方向、y正方向、y负方向、z正方向、z负方向。选择其中一个邻接像素点作为当前扩展点，判断当前扩展点是否为障碍点、建筑结构边界点或集合N中任意节点的连接点，如果不是，则作为有效扩展点进入步骤3016。

3016：计算当前扩展点至终点设备的最优总代价。

从当前扩展点出发，计算当前扩展点至终点设备的曼哈顿距离H，以及当前扩展点至当前节点临近障碍点的曼哈顿距离L，获取最优总代价S，其中S＝H+L。

3017：循环执行3015和3016，获取当前节点连接点所有有效扩展点最优总代价S，选取S最小的扩展点作为下一个节点。

根据图4中电缆清册信息，电缆编号为Cable035的起点设备Eq3的坐标为(3150mm,14900mm,1000mm),终点设备Eq8的坐标为(11750mm,13650mm,1000mm),本实施例像素基础长度为50mm，因此起点设备Eq3和终点设备Eq8的像素坐标分别为(63,298,20)和(235,273,20)。图11中，a为临近障碍点示意图，b为起点设备像素点扩展点示意图，c为最短路径生成图。设备Eq3的临近障碍点为X，在y轴上与起点设备Eq3距离3个像素单位，计算出障碍点X的像素坐标为(63，301，20)。起点设备Eq3有效扩展点为A、B、C、D、E、F，以有效扩展点A为例，其像素坐标为(62,298,20),根据步骤3016计算出扩展点A至终点设备的曼哈顿距离H＝198,至当前节点临近障碍点的曼哈顿距离L＝4，因此最优总代价S_A＝4+198。通过相同方式计算出S_B＝2+196，S_C＝4+196，S_D＝4+198，S_E＝4+199，S_F＝4+199，其中B点的总代价S最小，最终选择B点作为新节点存入路径集合N中。

根据以上步骤生成路径集合N后，从终止节点依次逆向回溯父节点,构造像素点路径，此路径为当前设备起点和终点的最短路径。

302：重复执行步骤301，通过相同方式获取所有待敷设电缆的最短路径。

303：将所有最短电缆路径合并简化。

在实际敷设过程中，单个电缆通道可放置多根电缆，为提升电缆通道使用率，将电缆通道重叠的部分进行合并。按照如下流程对所有电缆进行合并：

3031：选择起始电缆路径A和待合并电缆路径B，生成新的电缆路径网络N，对于包含和部分重叠的情形需要对存在相同位置的像素点进行合并，相邻的部分则以起始电缆路径中的像素为基准进行合并，并记录合并像素点通过电缆数量。对于任意两条电缆路径1和2，选择电缆路径2的任意像素点A，遍历计算电缆路径1中所有像素点与像素点A的曼哈顿距离，获取其中的最短距离L，如果距离L小于2个像素点，则视为像素点A与电缆路径1相邻并合并。

如图12所示，Cable034_A和Cable034_B分别为电缆路径Cable034上的像素点，Cable035_A为电缆路径Cable035上的像素点，Cable034_A与Cable035_A距离小于2个像素点单位，进行合并，Cable034_B与电缆路径Cable035上的任意像素点距离大于2个像素点单位，不进行合并。

基于上述规则任意两条电缆路径的合并分为图13中四种形式，即包含、部分重叠、互斥和交叉,将电缆路径中存在包含或者部分重叠的电缆路径进行合并，其余电缆路径不做操作。

3032：选择路径网络N与下一根电缆路径合并。判断路径网络N中的设备点是否包含待合并电缆路径的起止设备点，如果包含则说明当前路径网络N存在待合并电缆路径的路线，并取消本次合并，如果不包含则与3031相同的方式进行合并。

至此完成所有电缆路径的合并。

304：根据步骤303中获取的合并电缆路径网络N，删除电缆通过数量较少或者没有电缆经过的路径线段。

对于每条电缆路径，存在多个路径线段，获取该路径线段下所有像素点中的电缆通过数量最大值，作为最终电缆通过量。根据设计要求确定桥架的容积率R，若桥架的截面面积为S1，电缆的截面面积为S2，则单个桥架的可通过的最大电缆数量为若当前路径线段下电缆通过量百分比低于某个值K，比如，设定为10％，若当前路径线段下电缆通过量百分比低于10％时，则视为电缆通过数量较少。遍历每条电缆路径，若存在路径线段通过电缆数量较少，并且删除后起点设备仍可以在剩余的电缆路径网络N下找到终点设备，删除该路径线段。

如图14所示，对于局部电缆路径网络N，电缆编号为Cable036的电缆路径起点设备为Eq3，终点设备为Eq10，存在路径线段T7电缆通过数量较少，删除该路径线段后，设备Eq3可通过Eq3->Eq2->Eq4->Eq5->Eq8->Eq10电缆路径通道进行电缆敷设。

至此，通过相同方式删除所有电缆通过数量较少的路径线段，完成电缆路径N的简化，生成的所有电缆路径记录至电缆清册中如图15所示，其中长度为电缆路径的长度，路径为电缆路径经过的路径线段，该路径线段即为桥架路径线段。

305：根据最终生成的电缆路径网络构建桥架各段路径线段，将每段路径的电缆信息存入。

步骤S4：根据S3中生成的桥架各段路径线段，获取每段桥架路径中电缆数量计算所需桥架的最小截面面积；

401：根据构建的桥架各段路径线段，获取每段桥架路径线段的电缆数量、电缆直径，计算出桥架最小截面面积。

考虑电缆的蓬松度以及工艺要求，电缆之间不能出现过量挤压，本实施例中每根电缆的面积按照正方形计算，正方形长取电缆直径。

402：根据设计要求确定桥架容积率，计算出每段桥架路径线段所需要的桥架最小截面面积。

本实施例中，按公式计算出每段桥架路径线段所需要的桥架最小截面面积，其中n为当前桥架路径线段下电缆通过数量，D为平均电缆直径，R为桥架容积率。

步骤S5：根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，选择匹配的桥架型号，在桥架路径线段上自动布置桥架三维模型。详细步骤举例说明如下：

501：根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，计算桥架层数。

本实施例中根据设计要求确定当前建筑结构待布置桥架截面尺寸，对于任意一段桥架路径线段需要的桥架层数通过公式计算得出，其中S为当前桥架路径线段所需桥架最小截面面积，w和h分别为按设计要求确定布置的桥架截面宽度和高度。

502：在所有桥架路径线段连接处生成桥架连接件。

5021：从每个桥架路径线段的交点出发，判断交点连接的桥架路径线段数量，确定桥架连接件类型。

本实施例中根据设计要求确定待布置桥架截面尺寸为400mm×150mm,像素基础长度为50mm，桥架截面高度为150mm，用像素基础长度均分后，计算出桥架截面高度像素长度为3。

若交点连接的桥架路径线段数量为2个，分别获取2个桥架路径线段的起始点和终止点的坐标，计算所有桥架路径线段坐标点在Z方向的最大差值，若差值小于所需桥架截面的高度，视为水平弯通，否则视为垂直弯通。如图16所示，桥架路径线段A₁P和B₁P相交于P点，A₁、B₁、P点像素坐标分别为(0,12,12)、(12,0,12)、(12,12,12),三个点z坐标的最大差值为0，小于桥架截面高度像素长度3，视为水平弯通；桥架路径线段A₂P和B₂P相交于P点，A₂、B₂、P点像素坐标分别为(30,12,12)、(42,0,0)、(42,12,12),三个点z坐标的最大差值为12，大于桥架截面高度像素长度3，视为垂直弯通。

若交点连接的桥架路径线段数量为3个，分别获取3个桥架路径线段的起始点和终止点的坐标，计算所有桥架路径线段坐标点在Z方向的最大差值，若差值小于所需桥架截面的高度，且交点处桥架路径线形成水平的T字形，视为水平三通；若仅有2个桥架路径线段的差值满足条件且第3个桥架路径线段与前两个桥架路径线段垂直，形成竖直的T字形，则视为垂直三通，如图17所示，桥架路径线段A₁P、B₁P和C₁P相交于P点，A₁、B₁、C₁、P点像素坐标分别为(0,12,12)、(24,12,12)、(12,0,12)、(12,12,12),四个点z坐标的最大差值为0，小于桥架截面高度像素长度3，且A₁、B₁、P三点共线，A₁B₁与C₁ P互相垂直，形成水平的T字形，视为水平三通；桥架路径线段A₂P、B₂P和C₂P相交于P点，A₂、B₂、C₂、P点像素坐标分别为(30,12,12)、(54,12,12)、(42,12,0)、(42,12,12),四个点z坐标的最大差值为12，大于桥架截面高度像素长度3，且A₂、B₂、P三点共线，A₂B₂与C₂P互相垂直，形成竖直的T字形，视为垂直三通。

若交点连接的桥架路径线段数量为4个，分别获取4个桥架路径线段的起始点和终止点的坐标，计算所有桥架路径线段坐标点在Z方向的最大差值，若差值小于所需桥架截面的高度，且交点处桥架路径线形成水平的十字形，视为水平四通，若仅有3个桥架路径线段的差值满足条件且第4个桥架路径线段与前三个桥架路径线段垂直，形成竖直的T字形，则视为垂直四通。如图18所示，桥架路径线段A₁P、B₁P、C₁P、D₁P相交于P点，A₁、B₁、C₁、D₁、P点像素坐标分别为(0,12,12)、(24,12,12)、(12,0,12)、(12,24,12)、(12,12,12),五个点z坐标的最大差值为0，小于桥架截面高度像素长度3，且A₁、B₁、P三点共线，C₁、D₁、P三点共线，A₁B₁与C₁D₁互相垂直，形成水平的十字形，视为水平四通；桥架路径线段A₂P、B₂P、C₂P、D₂P相交于P点，A₂、B₂、C₂、D₂、P点像素坐标分别为(30,12,12)、(54,12,12)、(42,0,12)、(42,12,0)、(42,12,12),五个点z坐标的最大差值为12，大于桥架截面高度像素长度3，且A₂、B₂、P三点共线，C₂、D₂、P三点共线，A₂B₂与C₂D₂互相垂直，形成竖直的T字形，视为垂直四通。

5022：根据桥架路径线段确定桥架连接件数量和位置。

根据步骤501确定桥架路径线段的桥架层数，若交点连接的两端桥架层数不相同，在一般情况下，根据数量少的一端来确定桥架连接件的数量可以更好地保持连接的均衡性和稳定性，因此依照数量少的生成对应数量的桥架连接件；生成的桥架连接件的最底层位置是用已绘制的桥架路径线段为底面高程，若存在多层，则根据设计要求的桥架间距依次向z轴正方向排列。

503：生成桥架连接件之间的直段桥架。

根据步骤502确定桥架连接件的布置坐标的端口位置自动布置直段桥架。

如图19所示，其中A图为桥架路径线段局部图，B图为桥架三维模型建模图。存在四个桥架路径线段T1、T2、T3、T4，根据步骤502确定交点1为水平三通连接件，坐标值为(8100mm,14750mm,1000mm),交点2为水平弯通连接件，坐标值为(9550mm,14750mm,1000mm)。每个连接件存在端口，如三通存在三个端口。端口坐标根据实际建模会有所不同，如图20所示，设定端口3坐标为交点1向x正方向偏移500mm，则端口3的坐标值为(8600mm,14750mm,1000mm)，端口4坐标为交点2向x负方向偏移500mm，则端口3的坐标值为(9050mm,14750mm,1000mm)，通过两个端口的坐标可以直接确定直段桥架的起点和终点坐标，进行直段桥架三维建模。通过相同方式生成所有直段桥架三维模型。

至此，完成桥架三维模型的建模。

由于布置完成需要检查碰撞，因此需要对三维桥架模型进行调整。本实施例提出了如下调整方法：检查桥架三维模型间是否存在碰撞并进行调整。

1)将步骤5中生成的桥架三维模型像素化，与当前建筑结构障碍物像素点集合碰撞检测，对于单个桥架三位模型像素点集合，若其中任意一个像素点位于建筑结构障碍物像素点集合中，则视为桥架与建筑结构模型存在碰撞，计算所有桥架的碰撞结果生成桥架碰撞百分比，扩展建筑结构障碍物像素点。

2)若桥架碰撞百分比高于M，则重新生成建筑结构障碍物像素点集合，增加从建筑结构障碍物像素点扩展长度，如默认使用桥架截面宽度的一半作为扩展长度，可以修改为桥架截面宽度的三分之二；若桥架碰撞百分比低于M，计算单个桥架像素点集合与障碍物像素点集合的碰撞深度，局部调整障碍物像素点集合。参考步骤S2获取桥架模型的边界像素点集合，并记录其中为障碍像素点的集合，计算该集合中所有像素点与最近的建筑结构边界像素点曼哈顿距离，取平均值为碰撞深度，在碰撞的建筑结构边界像素点局部扩展像素点。如图21所示，桥架像素集合与障碍物像素集合在左侧碰撞深度为2个像素单位，障碍物像素集合整体在碰撞部分水平向左扩展2个像素单位生成新的障碍物像素集合。重新执行步骤S2至S5，进行桥架三维建模。

如果需要进行材料统计，可以将桥架工程量统计报表输出。

根据已布置的桥架三维模型自动生成二维出图所需的图框、桥架二维符号、标注、材料表，其中图框包含工程名称、设计阶段、专业、图名、日期、图号信息，标注包含桥架的高程、编码信息，材料表包含桥架的规格型号、数量、材质、备注等信息。

Claims (10)

1.一种基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、导入桥架型号库和电缆清册信息，构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型；

S2、将简化的建筑结构三维模型转换为像素点信息；

S3、根据电缆清册信息中的设备起止点，计算电缆最短路径网络，构建桥架路径线段；

S4、根据桥架各段路径线段，获取每段桥架路径中电缆数量计算所需桥架的最小截面面积；

S5、根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，选择匹配的桥架型号，在桥架路径线段上布置桥架三维模型。

2.如权利要求1所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述导入桥架型号库和电缆清册信息，构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型包括如下步骤：

1)导入桥架型号库，所述型号库中包含桥架基础建模信息，用于后期桥架参数化建模；

2)导入电缆清册，获取电缆清册中的待敷设电缆的起止点和电缆直径信息；

3)构造简化的建筑结构三维模型和设备三维模型。

3.如权利要求1或2所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述将简化的建筑结构三维模型转换为像素点信息包括：

1)将简化后的建筑结构三维模型整体边界和简化后的梁墙三维模型转换为像素点信息；

2)扩展建筑结构障碍物像素点。

4.如权利要求3所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述将简化后的建筑结构三维模型整体边界和简化后的梁墙三维模型转换为像素点信息包括：

1)根据导入的电缆清册中的电缆直径信息，将其中最小的电缆直径作为像素点的基础长度，确定像素单位；

2)根据建筑结构三维模型整体边界坐标构造像素点坐标系；

3)根据简化后的建筑结构三维模型中所有梁和墙左下角和右上角坐标信息，将建筑结构三维模型像素化。

5.如权利要求3所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述扩展建筑结构障碍物像素点包括：

1)从障碍物像素点集合中定位所有建筑结构边界像素点；

2)通过定位的建筑结构边界像素点，将建筑结构障碍物像素点扩展。

6.如权利要求1所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述根据电缆清册信息中的设备起止点，计算电缆最短路径网络，构建桥架路径线段包括如下步骤：

1)生成单根电缆的最短路径；

2)重复执行前一步骤，通过相同方式获取所有待敷设电缆的最短路径；

3)将所有最短电缆路径合并简化；

4)根据合并的电缆路径网络，删除电缆通过数量较少或者没有电缆经过的路径线段；

5)根据最终生成的电缆路径网络构建桥架各段路径线段，将每段路径的电缆信息存入。

7.如权利要求1所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述根据桥架各段路径线段，获取每段桥架路径中电缆数量计算所需桥架的最小截面面积包括如下步骤：

1)根据构建的桥架各段路径线段，获取每段桥架路径线段的电缆数量、电缆直径，计算出桥架最小截面面积；

2)据设计要求确定桥架容积率，计算出每段桥架路径线段所需要的桥架最小截面面积。

8.如权利要求1所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，选择匹配的桥架型号，在桥架路径线段上布置桥架三维模型包括：

1)根据每段桥架路径线段所需桥架的最小截面面积，计算桥架层数；

2)在所有桥架路径线段连接处生成桥架连接件；

3)生成桥架连接件之间的直段桥架。

9.如权利要求6所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述生成单根电缆的最短路径包括如下步骤：

1)创建路径集合N并置空；

2)根据起始设备点创建起始节点，初始化值；

3)获取当前节点的临近障碍点，并将当前节点加入集合N中；

4)判断当前节点的连接点是否为终止设备点，若不为终止设备点，则进入下一步，若对应为终止设备点，说明当前电缆最短路径搜索完成；

5)从当前节点的连接点出发向周围邻接点扩展；

6)计算当前扩展点至终点设备的最优总代价；

7)循环执行前面的步骤5)和6)，获取当前节点连接点所有有效扩展点最优总代价S，选取S最小的扩展点作为下一个节点。

10.如权利要求8所述的基于BIM的桥架布置及布局优化方法，其特征在于，所述在所有桥架路径线段连接处生成桥架连接件包括如下步骤：

1)从每个桥架路径线段的交点出发，判断交点连接的桥架路径线段数量，确定桥架连接件类型；

2)根据桥架路径线段确定桥架连接件数量和位置。