JP2020149235A - 自動ルーティング方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、施工図とは、設計図に基づいて作成される具体的な材料、寸法(サイズ)等を指定する図面であり、それを見て作業員が施工する図面である。例えば、対象空間(建設現場等の空間:エリア)にある柱とか梁という建物の構造体に対してそれとの干渉を避けるようにした空調ダクトや配管類のルートが書かれた図面である。
また、特許文献2は、対象空間を区切ったメッシュの各々にコスト値を付与し、コスト値の指定に基づいて2点間のルートを決めるナビゲーションシステムを開示する。
しかし、現状のCADにおける配管やダクトの自動作図機能は、最短距離で始点と終点を結ぶだけであり、障害物や施工性(工事の容易性等)については考慮されていないのが一般的である。
しかし、その単純に書くことをパソコンに任せると、パソコンは自動的に最短距離を結んでしまうだけなので構造体にぶつかってしまうことがある。
また、本発明の第2の目的は上記のルーティング方法を実行する自動ルーティング装置を提供することにある。
(a)ルート探索の対象空間(エリア:2次元平面のマップ、エリアマップとも称する)のデータを読み込んでメモリ上にエリアマップを作製すると共に、ディスプレイの表示画面に前記エリアマップを展開して表示する対象空間配置ステップ、
(b)対象空間エリアマップを決められた大きさのメッシュ(ncm×ncm)で分割し、このメッシュを前記エリアマップに重畳して表示するメッシュ付与ステップ、
(c)メッシュで分割されたエリアマップ上でルートを探索する始点と終点を指定する始点・終点設定ステップ、
(d)付与されたメッシュのそれぞれにコストを付与するコスト付与ステップ、
(e)付与されたコストから各メッシュのエリア評価値を算出して設定するラベリングステップ、
(f)ラベリング結果からエリア評価値が小さいメッシュを辿るトレースを行い、メインルートを探索するトレースステップ、
(g)トレースステップでの探索結果からコスト合計が最小となる順で上位複数のルートを候補として保存するメインルート候補決定ステップ、
(i)複数の終点群のうち、距離の小さい方から順に始点を設定する始点設定ステップ、
(j)メインルート探索時に付与したコスト値を基にラベリングを行うラベリングステップ、
(k)すべてのルート候補に対して探索を行い、すべてのルート候補に対して分岐ルートの探索を行った後、分岐ルートまで含めたすべてのルートに対してコスト値と距離(通過メッシュ数の積算に対応)との積算値を算出し、それらを比較して分岐ルートを決定する分岐ルート比較決定ステップ、
(l)決定した前記メインルートに対して、指定された負荷に基づいた寸法を割りてるサイジングステップ、をこの順で実行する。
なお、上下隣接階間のルーティング(3次元エリアマップ間のルーティング)は、各階で決定したメインルートの間で、上記の分岐ルートを上記(k)で決定された分岐ルートの設定手法に準じたステップでコスト値の積算値を算出し、比較して決定する。
すなわち、上下階の各メッシュに当該上下階間の通過コストを付与し、エリア評価を[ダクトの通過面積分の通過コスト]×距離(通過メッシュ数)で行う。評価値はダクトの和(距離)を考慮して決定する。配管の場合は、階平面上の前後左右と高さ(上下階間の距離)方向に区切った上下平面の6方向の数値比較でルートを決める。
ダクトの場合は、熟練技術者(ルーティング作成者)が直進+上下左右エルボ(曲がり)+上下左右ホッパの計9項目に対し、更に異形、偏芯を考慮して決める。
(3)構成3
施工図(対象空間:エリアのマップ)の読み込み手段と、読み込んだエリアマップに所定サイズのメッシュを付与するメッシュ付与手段と、各メッシュに対してコストを付与するコスト付与手段と、コスト付与された各メッシュの評価値を算出するエリア評価値算出手段と、算出されたエリア評価値に基づいて複数のメインルートを探索するメインルート探索手段と、探索されたメインルート候補格納領域を有するデータ格納手段と、分岐ルート探索部を具備した。
また、上記(3)における分岐ルート探索部は、前記データ格納手段から前記メインルート候補を読み込むメインルート読込手段と、複数の終点群のうち距離の小さい方から順に始点を設定する始点設定手段と、前記メインルート探索時に付与したコスト値を基にラベリングを行うと共にメインルートに合流した時点でラベリングを終了するラベリング手段と、複数の終点群に対して行った分岐ルートのコスト値と距離の積算値を比較してルートを決定するルート比較決定手段と、決定したルートに対して、負荷(優良、風量)に対応する適切な寸法を割り当てるサイジング手段と、ルーティングを表示した施工図を該当エリアと共に出力するためのルーティングマップ出力調整手段とを具備した。
前記(3)で読み込んだ施工図(対象空間:エリアマップ)の始点、終点の入力、(3)におけるメインルート探索の終了、(4)における分岐ルート探索の終了、(4)のコスト値やルート比較における曲がり数、配管やダクトの総長、サイジングを入力するためのオペレータ(熟練技術者等)インターフェースを具備した。
また、本発明によって決定されるルート情報をCADに受け渡し可能なデータ形式(例えば、IFC)で出力することで、作図業務の効率化に寄与できる。
また、配管やダクトを通す始点8と終点9及び梁、柱、壁等の障害物10が存在している。
そのため一般的には廊下で配管やダクトを展開し、水や空気を各エリアに配っている。
なお、電気室、トイレ等もその空間に配管やダクトを通すのではなく、事務室等と同様に天井に通すが、例えば、電気室は、配管から水漏れした場合、室内の配電盤等に水がかかると問題になる。
このように天井であっても通し易い通し難いがあるので一般的なセオリーに従って書く。
このコスト付与基準は案件の内容に応じて使用者が予め決定しておく。表1は、各エリアに付与する通過コストの表である。
このペリメーターの通過コストの算出式は可変とし、案件(対象空間)の内容に応じて使用者が決定できる。
トイレエリア3は、インテリアの単位メッシュの通過コストを3、ペリメーターの単位メッシュの通過コストを5としている。
また、EVエリア4及び二つのEPS(電気設備シャフト)エリア6a、6bは、全ての単位メッシュの通過コストを9としている。
自PSエリア7は、インテリアの単位メッシュの通過コストを4、ペリメーターの単位メッシュの通過コストを6としている。
そして、廊下エリア5は、インテリアの単位メッシュの通過コストを2、ペリメーターの単位メッシュに通過コストを3としている。
ラベリングとは、前記図2Aで設定した通過コストをもとに、始点から終点までの各エリアの単位メッシュの通過コストの積算の最少値(エリア評価値)を算出し、単位メッシュに付与することである。図2Bでは下記に説明するように、ラベリングを2回行っている。
自PSエリア7に設けられた始点8の単位メッシュM1と接する2つの単位メッシュM2、M3の積算をだす。
最初の単位メッシュM1と右隣りの単位メッシュM2の通過コストを積算すると6+6=12(図中、丸で囲んだ1)、同様に最初の単位メッシュM1と上隣りの単位メッシュの通過コストを積算すると6+6=12(図中、丸で囲んだ2)になる。
現在地の直前の最小値(図中、丸で囲んだ1、同2)を選択して、自位置のコストを加算する。
第1回目で最小値である12(図中、丸で囲んだ1)を選択し、右隣りの単位メッシュM4の通過コスト6を積算すると18(図中、丸で囲んだ3)、上隣りの単位メッシュM5の通過コスト4を積算すると16(図中、丸で囲んだ4)、同様に最小値である12(図中、丸で囲んだ2)を選択し、右隣りの単位メッシュM5の通過コスト6を積算すると16(図中、丸で囲んだ4)、上隣りの単位メッシュM6の通過ポイント6を積算すると18(図中、丸で囲んだ5)となる。
上記の積算を一個一個終点9に向かって逐次実行する。
詳説すると、後述するメインルートR1の候補の決定において、所定の単位メッシュMnと、その単位メッシュMnの上下左右隣りMn+1〜Mn+4のうち、最遠終点から始点に向かう横側を除いた隣りの単位メッシュMn+1〜Mn+3の通過コスト6を積算する。これにより、障害物10の回り込みをある程度考慮しつつ終点から始点に向かうようなあきらかな無駄なルート探索を避けるようにして計算負荷を抑制可能にしてある。
エリア評価値は、現在地(現在の地点)における直前(周囲の地点)での評価値のうち最小値を選択し、それに現在地の通過コストを加算した値とする。
ラベリングは、始点から順次、隣接する地点に対して実施していくため、物理的な距離が近い方から数値が先に反映されるが、遠くからの数値の方がエリア評価が良い(数値が小さい)場合、一度ラベリングされた数値も更新をする。
そのため、ラベリングは全メッシュで更新がなくなるまで実施する。
例えば、通過コスト5の単位メッシュを10個通るよりも通過コスト2の単位メッシュを20個通る方が距離は長いが評価値は低いことになることがあり得る。
ラベリングが完了したら、図1の終点9から始点8に向かって、エリア評価値が低い地点をトレースする。これがメインルートの候補となる。終点9がゴールで始点8がスタートなので終点9から始点8に向かったエリア評価値が同じ場合、後述するルールでいずれかを選択させ、もしくは候補として複数のルートをピックアップし、使用者が決定するようにしてもよい。
今回は、終点9のエリア評価値「89」から左隣に行ったが下隣を下に行っても(数値的には)よい。
なお、ルート選択には総長距離も重要であるが施工し易さのコスト値の方により重きを置いてもよい。ただそのコストが同じくらいであれば、最短距離を優先する場合もあるがそれも任意に選択可能である。
例えば、配管の場合に上げ(下げ)が発生した場合、それ以降の下げ(上げ)は禁止するとか、同じ数値の場合、壁・障害物に沿わない方向を選択する等のルールを設けてもよい。
また、ルート選択には総長距離も重要であるが施工し易さのコスト値の方により重きを置いてもよい。ただそのコストが同じくらいであれば、最短距離を優先する場合もあるが、それも人の選択になる。
以上が、本実施例の配管やダクトの自動ルーティングの基本的なロジックであり、ここから、ルート候補群からのメインルートの決定、複数終点がある場合及び3次元に拡張したものが、本来の自動ルーティングとなる。
同図6(A)〜同図6(C)はそれぞれメインルート候補が異なる。
同図5は、図1と同様に配管やダクトのメインルートを決定する対象空間の一例を表す平面図あり、当該対象空間1には複数の空調機器や空気吹き出し器等の機器が設けられている。この空調機器や空気吹き出し機器が設けられている個所が配管やダクトの分岐ルートの始点や終点21となる。
まず、上記した手順により最遠終点までのメインルート候補を決定する。その結果、図6(A)のルートR1、同図(B)のルートR2及び同図(C)のルートR3の3つのメインルート候補が定まる。これらから1つのメインルートを決定する。
同図7は、図6(A)のR1のメインルートにおいて、他の終点も含めて分岐ルートを算出する説明図で、例えば、符号21が他の終点とすると、これにも配管やダクトが繋がる分岐ルートが必要である。
前記の終点21からメインルートR1までの分岐ルートを選ぶ時、もともとの始点(スタート点)25に距離が近い方(終点21)から既決ルートR1に合流する所まで前記ラベリングを行う。このエリアは基本通過コストが1なので終点21から始点(スタート点)31まで左方向に向かってラベリングを行うとエリア評価値は7(1+1=2、2+1=3、3+4=7)となる。
このようにラベリングの結果、メインルートR1にエリア評価値が最少値で合流する点及びルートが、分岐点及び分岐後のルート(白抜き)となる。
これを全てのメインルート候補に対して実施すると分岐後のルート自体も複数発生する。
同図8(a)は、前記図6(A)のメインルート候補に接続する分岐ルートからなるパターン、図8(b)は、前記図6(B)のメインルート候補に接続する分岐ルートからなるパターン、図8(c)は、前記図6(C)のメインルート候補に接続する分岐ルートからなるパターンを表す図である。
例えば、上記のルールとして、全てのルート候補に対して配管の場合はBM積算値、ダクトの場合は総重量を算出し、各々の数値が一番低いルートを決定ルートとするなどの方法が考えられる。
ここで、配管の場合は、BM積算値→総長→曲がり・分岐数の順番で評価し、ダクトの場合は、重量→総長→曲がり・分岐数の順番で評価し、差異が出た時点で小さい方で決定する。
今までが基本的なルーティングの手法であり、平面エリア(2次元)の場合について平面図を上から見て1個1個どちらに行けば良いかを見てきた。この手法を上下階(3次元)のルーティングに拡張する場合も、基本的には2次元と同様であり、ルートを決定する際にはダクトや配管の断面に含まれる単位メッシュのエリア評価値の総和でトレース方向を決定することになる。
この時に、平面全体にかかるラベリング値を足した数値(評価値)、例えば、ダクトの場合は、その地点(始点)から急に90度に曲がることはできない。その地点からルートを曲げるためには、決まった曲率半径の設定が必要となる。
つまり、配管の場合は、コスト値による断面の形状変化はせず、固定された断面で上下左右及び前方に進んだ場合の各々のルートに含まれるエリア評価の総和でトレースしていく。
例えば、分岐ルート探索において、所定の更新回数をあらかじめ設定しておき、その更新回数に到達した時点でラベリングを終了してもよい。このとき、始点(スタート点)25から既決ルートR1に合流する複数のルートが存在した場合、それら複数のルートをルート候補とするとともに、ルート候補それぞれに対して、各エリアの単位メッシュの通過コストの積算の最少値(エリア評価値)を算出し、各ルート候補のうち、エリア評価値が最少となるルートを決定してもよい。
あるいは、メインルートに一番最初に合流した時点でラベリングを終了してもよい。このとき、始点25からメインルートに一番最初に合流した地点までのルートを決定するのでルート比較決定手段54は不要となる。
↓
探索の対象空間及び梁、柱、壁等(障害物)のある建築モデルを作業領域に展開する。ディスプレイ34にも表示する。対象空間のレイアウト(マップ)は3DCADで作成したものを読み込むようにしてもよい(実際、この方法が効率がよい)。・・・対象空間配置:ステップ1(以下、S−1のように表記)。
対象空間に対して所定の大きさでメッシュを付与する・・・メッシュ付与ステップ:S−2。
上記建築モデル上に検索する配管やダクトの始点及び終点をメッシュ上で設定する・・・終始点設定ステップ:S−3
上記建築モデルに対して、検索する配管やダクトの始点及び終点を設定する配置した対象空間のメッシュにそれぞれコストを付与する・・・コスト付与ステップ:S−4。
各メッシュに与えられたコストからエリア評価を算出する。各メッシュに設定する予め設定した詳細ルール(例えば、インテリアに対してペリメーターは1.5倍とコストを増加している場合はそれに基づいて自動計算してもよく、ユーザーが詳細に設定してもよい)に基づく計算を行ってもよい・・・ラベリングステップ:S−5.
ラベリング結果からトレースし、メインルートを探索する・・・トレースステップ:S−6。
探索終了の判断は、ユーザーが設定できる。設定例:コスト合計が最少となるルートのうち上位n個を探索した時点まで探索を終了する:コスト合計がmメートル以下のルートを全て探索した時点まで探索を終了する探索終了。探索終了の判断はユーザーが設定できる。設定例:コスト合計が最少となるルートのうち上位n個を探索した時点まで探索を終了する。コスト合計がmメートル以下のルートを全て探索した時点まで探索を終了する・・・探索終了:S−7。
探索したルート群をメインルート候補として保存する・・・ルート決定ステップ:S−8。
エンド(END)・・・分岐ルートの探索へ
上記探索したルート群をメインルート候補として保存して終了し、次に分岐ルートを探索する。
分岐ルートの探索をスタートさせ、メインルートを読み込み、探索したメインルートを読み込んで終点を始点としてラベリングを行う・・・メインルート読込ステップ:S−11。
(上記建築モデル上に)検索する配管やダクトの始点及び終点を設定する。始点設定複数の終点群のうち物理的な距離の小さい方から順に始点を設定する(終始点設定)・・・始点設定ステップ:S−12。
物理的な距離の小さい方の一つからメインルート探索時に付与したコスト値を元にラベリングを行う。メインルートに合流した時点で終了・・・ラベリングステップ:S−13。
探索終了ステップ:S−14。探索終了の判断は、ユーザーが設定できる。
設定例1:コスト合計が最少となるルートのうち上位n個を探索した時点まで探索を終了する。
設定例2:コスト合計がmメートル以下のルートを全て探索した時点まで探索を終了する。
全点終了ステップ:S−15。
全ての終点群に対して検索を行うまで繰り返し実施する
全ルート終了ステップ:S−16。
全てのルート候補に対して分岐ルートの検索を行うまで繰り返し実施する。
ルート比較ステップ:S−17。
分岐ルートまでを含めた全てのルートに対してコスト値の積算値を算出し比較し、決定する。→コスト値のほか、曲がり数や総長等、任意の比較項目をユーザーで設定できる。これを優先して決定してもよい。
任意の複数の比較項目による評価としてもよい。
基本的には、コスト値を評価するようにしているが、実は他の評価値(曲がり数や総長等、任意の比較項目)にしたいときは、そのようにしてもよい。
決定したルートに対して、最終的には負荷(流量、風量)から適切なサイズを割り当てる。「メイン>分岐」最終的にこれを行う・・・サイジングステップ:S−18。
探索終了・・・エンド(END)
2・・・事務室
3・・・トイレ
4・・・EV
5・・・廊下
6a、6b・・・EPS
7・・・自PS
8・・・始点
9・・・終点
10・・・障害物
21・・・始点、終点
30・・・メインルート探索部
50・・・分岐ルート探索部
Claims (5)
- 空調ダクトや配管類の施工ルートを、コンピュータープログラムを利用して決定する自動ルーティング方法であって、
(a)ルート探索の対象空間エリアのデータを読み込んでメモリ上にエリアマップを作製すると共に、ディスプレイの表示画面に前記エリアマップを展開して表示する対象空間配置ステップ、
(b)対象空間のエリアマップを決められた大きさのメッシュで分割し、前記エリアマップに当該メッシュを重畳して表示するメッシュ付与ステップ、
(c)前記メッシュで分割されたエリアマップ上でルートを探索する始点と終点を指定する始点・終点設定ステップ、
(d)付与されたメッシュのそれぞれにコストを付与するコスト付与ステップ、
(e)付与されたコストから各メッシュのエリア評価値を算出して設定するラベリングステップ、
(f)ラベリング結果から前記エリア評価値が小さいメッシュを辿るトレースを行い、メインルートを探索するトレースステップ、
(g)トレースステップでの探索結果からコスト合計が小さい順から複数のルートを候補として保存するメインルート候補決定ステップ、
(h)前記メインルート候補を読み込んで他の終点を始点としてラベリングを行うメインルート読み込みステップ、
(i)複数の終点群のうち、物理的な距離の小さい方から順に始点を設定する始点設定ステップ、
(j)メインルート探索時に付与したコスト値を基にラベリングを行うラベリングステップ、
(k)すべてのルート候補に対して探索を行い、すべてのルート候補に対して分岐ルートの探索を行った後、分岐ルートまで含めたすべてのルートに対してコスト値と距離との積算値を算出し、それらを比較してルートを決定するルート比較決定ステップ、
(l)決定したルートに対して、指定された負荷に基づいた寸法を割りあてるサイジングステップ
をこの順で実行することを特徴とする自動ルーティング方法。 - 空調ダクトや配管類の施工ルートを、コンピュータープログラムを用いて決定する自動ルーティング方法であって、
上下隣接階間のルーティングは、各階で決定したメインルートの間で、上記の分岐ルート上記(k)で決定された分岐ルートの設定手法に準じたステップでコスト値と距離との積算値を算出し、それらを比較して決定することを特徴とする請求項1に記載の自動ルーティング方法。 - 空調ダクトや配管類の施工ルートを、コンピュータープログラムを利用して決定するための自動ルーティング装置であって、
施工の対象空間エリアマップの読み込み手段と、読み込んだエリアマップに所定サイズのメッシュを付与するメッシュ付与手段と、各メッシュに対してコストを付与するコスト付与手段と、コスト付与された各メッシュの評価値を算出するエリア評価値算出手段と、算出されたエリア評価値に基づいて評価値が小さいメッシュを辿るトレースを行って複数のメインルートを探索するメインルート探索手段と、探索された複数のメインルート候補の格納領域を有するデータ格納手段と、分岐ルート探索部と、を具備したことを特徴とする自動ルーティング装置。 - 空調ダクトや配管類の施工ルートを、コンピュータープログラムを利用して決定するための自動ルーティング装置であって、
前記分岐ルート探索部は、前記データ格納手段から前記複数のメインルート候補を読み込むメインルート読込手段と、複数の終点群のうち物理的な距離の小さい方から順に始点を設定する始点設定手段と、前記メインルート探索時に付与したコスト値を基にラベリングを行うと共にメインルートに合流した時点でラベリングを終了するラベリング手段と、複数の終点群に対して行った分岐ルートのコスト値と距離との積算値を比較してルートを決定するルート比較決定手段と、決定したルートに対して、負荷に対応する適切な寸法を割り当てるサイジング手段と、ルーティングを表示した施工図を該当エリアマップと共に出力するためのルーティングマップ出力調整手段と、を具備したことを特徴とする請求項3に記載の自動ルーティング装置。 - 空調ダクトや配管類の施工ルートを、コンピュータープログラムを利用して決定するための自動ルーティング装置であって、
前記読み込んだ施工対象空間のエリアマップの始点、終点の入力、メインルート探索の終了、分岐ルート探索の終了、コスト値やルート比較における曲がり数、配管やダクトの総長、サイジングを入力するための設定手段を具備したことを特徴とする請求項3に記載の自動ルーティング装置。
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