基于建筑信息模型的邻接复杂地下工程参数化建模方法

摘要

本发明是一种基于建筑信息模型的邻接复杂地下工程参数化建模方法。本发明旨在解决因地下工程标高和尺寸的非可复制模块化造成BIM建模效率低下问题。本发明的工作步骤包括：(1)构件分类；(2)同类构件分区；(3)确定模型控制点；(4)获取模型尺寸数据；(5)数据转化；(6)创建轮廓族；(7)数据接入；(8)数据降维；(9)数据筛分；(10)模型定位；(11)模型构建；本发明利用了Revit轮廓族与Dyanmo数据筛分与降维等数据运算处理功能，在地下工程非可复制模块化状况下实现了参数化快速建模。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于建筑信息模型的邻接复杂地下工程参数化建模方法，属于地下建筑信息化领域。

背景技术

BIM(建筑信息模型)技术首先在美国开展研究与应用，已经开展了许多建筑信息模型研究。1982年Graphisoft公司提出了(Virtual Building Model，简称VBM)建筑进行虚拟化这一理念，但由于当时所处时代对于计算机技术理念的认识不够完善使这一虚拟建筑模型的技术理念没有得到极大发展。1986年美国学者RobertAish提出了“BuildingModeling”。在2002年，欧特克公司在对建筑信息的宣传的过程中使用了“BIM”这一建筑信息模型的英文缩写，Autodesk引入了Revit软件，并在全球推广了BIM概念。BIM技术已逐渐被人们所采用并应用于实际设计中。

在众多BIM软件中Revit(建筑信息模型的建模软件)在BIM建模方面运用最为广泛，在国内许多已有许多BIM应用案例，李海峰使用理论与实践相结合的形式对基于Revit参数化设计在实际工程项目中的应用进行分析与对比；祝少纯基于Revit软件，通过搭建二次开发环境实现了格栅钢架的快速参数化创建与自动布置；袁志华应用Revit软件主要完成标高、轴网、构建族制作，水泥土搅拌墙建模，钻孔灌注桩、高压旋喷桩、立柱桩建模及混凝土内撑梁建模，最后完成深基坑工程的建模；伍丹琪等针对水工建筑领域进行Revit二次开发研究，针对水工建筑需要快速创建的要求，将厂房上部建筑分成多个标准模块，分阶段创建，集成Revit API进行参数化界面设计，开发出快速创建水工建筑厂房插件，乔恩懋、丁琦通过对Revit空间网架族模型的研究，找出空间网架模型创建规则，通过C#编程语言实现复杂空间网架参数化模型创建功能，并通过实际工程检验程序可行性与稳定性，大大提高设计人员空间网架创建效率。

但是Revit的BIM建模技术在地下工程建模中存在诸多不便由于坑围护结构的基本构件尺寸长短不一、地层标高不等，拼接定位繁复，使得BIM技术应对上部结构的复制模块化建模方式无法应用于地下工程，从而造成BIM建模成本高、效率低，导致BIM技术在地下工程的广泛应用受到限制，亟待寻求一种自动化、参数化的BIM建模技术提高效率。

发明内容

技术问题：本发明主要针对隧道基坑结构的构件标高不统一、尺寸随桩号的变化而变化等特征，传统的BIM建模方法工作繁琐、效率低下，致使BIM在地下工程中的应用存在诸多不便。本发明旨在解决因地下工程标高和尺寸的非可复制模块化造成BIM建模效率低下问题。本发明提供了一种基于建筑信息模型的邻接复杂地下工程参数化建模方法，针对地下工程结构各个构件的特点，编写算法求解构件的空间定位和空间尺寸信息，然后创建轮廓族，并通过Dynamo将各个构件的轮廓批量放置于定位信息点，最后完成模型的批量创建，实现智能高效参数化的构建隧道基坑结构的建筑信息模型。

技术方案：本发明的基于建筑信息模型的邻接复杂地下工程参数化建模方法，针对地下工程构件的模型构成特点不同将构件分区，其次对同类构件分区然后确定并结算构件的控制点信息及其它工程信息，将其定义为基础数据源，然后以Excle表格的格式导出作为基础数据源，并在Dynamo中编写数据导入模块接入基础数据源，而后编写数据处理模块和批量定位模块确定定位点的布置，利用编写的构建模型模块形成完整的BIM信息模型。

该方法包括以下步骤：

步骤1：构件分类，根据地下工程构件的基本类型和模型的构成特点，将构件分为三类：纵向结构、横向结构、竖向结构；

步骤2：同类构件分区，按高程、里程两种空间布置方式，对所述三类构件分区；

步骤3：确定模型控制点，分析相同分区内所包含的不同类别构件模型的几何形态特征，确定分区内各类构件几何形态的控制点，确定控制点的坐标数据；

步骤4：获取模型尺寸数据，根据构件几何形态函数、构件标高、里程桩号，依据构件编号与控制点坐标数据，计算构件的模型尺寸数据；步骤5：获取构件其他工程信息，基于各个构件的控制点，确定构件的标高、里程桩号、构件编号、构件尺寸等工程数据。

步骤5：数据转换，执行步骤4、步骤5获得的数据定义为构件的基础数据源，并将获取的基础数据源导出，转化为Excle表格的格式。

步骤6：创建轮廓族，基于构件的平面轮廓尺寸，在Revit中创建每种构件的轮廓，并以Revit族的格式保存。

步骤7：数据接入，在Dyanmo中编写数据导入节点，将Excle的数据格式基础数据源和Revit构件轮廓族的接入节点，建立Dynamo和Revit图元、Excle数据源的链接途径。

步骤8：数据降维，在Dynamo中数据数据的联合应用都必须是在同一维度，利用列表维度节点，剔除不需要的嵌套列表，将各类数据调整到同一维度，完成数据降维；

步骤9：数据筛分，在Dynamo中利用列表节点，建立不同列表中所包含数据的连接关系，使得同类构件的不同数据能够通过列表节点归纳结合，从而实现数据筛分；

步骤10：模型定位，依次把同类别同区域构件的轮廓族批量放置于对应控制点，完成各个构件的精准模型定位。

步骤11：构建模型，基于构件尺寸和已定位的构件轮廓，依次生成同类别同区域的构件模型，最终形成完整的地下工程BIM模型。

有益效果：本发明针对隧道基坑结构各个构件的特征，借助Revit二次开发技术，提出一种智能、高效的算法，计算各个构件空间定位信息和空间尺寸信息。本发明针对地下工程中各个构件无统一标高的特征，致使构建模型的放置不能够批量放置的困境，借助Dynamo可视化编程，实现各个构件模型能够快速批量搭接放置。本发明在二次开发的基础上获取各个构件的定位和尺寸信息，而后在Dynmo中的将实现数据处理和模型搭建，是一种高效、智能、参数化的隧道基坑建模方法，大幅提高了隧道基坑结构的BIM模型建模效率，从而降低建模成本。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面举例对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的基于建筑信息模型的邻接复杂地下工程参数化建模方法如下：

步骤1：地下工程结构构件分类，针对地下工程构件的基本类型和模型的构成特点，将构件分为三类：纵向结构、横向结构、竖向结构；

根据地下工程模型构成特点，将地下工程的众多构件分为分为三类：纵向结构、横向结构、竖向结构。纵向结构：模型沿着纵向创建的构件，以冠梁、腰梁结构为例；横线结构：模型沿着横向创建的构件，以钢支撑为例；竖向结构：模型沿着竖向创建的构件，以排桩为例。

步骤2：同类构件分区，按高程、里程两种空间布置方式，对三类构件分区；

步骤3：确定同一分区内模型控制点，分析相同分区内所包含的不同类别构件模型的几何形态特征，确定分区内各类构件几何形态的控制点。

步骤4：确定初始数据，分析求得各个构件控制点所需要的数据，定义起点坐标、各个构件的空间布置轨迹函数、构件间距作为求解构件控制点的初始数据。

以竖向结构中的排桩结构为例，首先需要定义排桩桩顶和桩底的控制点的空间轨迹函数，结合排桩的桩间距和初始点的坐标可确定下一个排桩的桩顶的空间位置，由于排桩结构是竖向结构，则排桩的桩顶和桩底坐标在平面坐标系下是同一点，利用该特征可确定桩底坐标，根据确定的点进行迭代处理，确定后续所有排桩的空间位置。具体流程可分为：

(1)定义排桩桩顶和桩底的空间曲线方程L

(2)基于初始定义的构件间距、随机的初始点位和空间曲线方程确定下一个构件的空间坐标信息，关系表达式为：

式中，P

根据已确定的构件点位，通过下式迭代求解后续构件的控制点坐标点。

式中，S为路线的长度，m为该构件在路线长度范围内的个数。

步骤5：获取构件其他工程信息，基于各个构件的控制点，确定构件的标高、里程桩号、构件编号、构件尺寸等工程数据。

以排桩构件为例，基于L

式中，i为构件编号，z为第i个构件的标高，l

步骤6：数据转换，执行步骤4、步骤5获得的数据定义为构件的基础数据源，并将获取的基础数据源导出，转化为Excle表格的格式。

步骤7：创建轮廓族，基于构件的平面轮廓尺寸，在Revit中创建每种构件的轮廓，并以Revit族的格式保存。

步骤8：数据接入，在Dyanmo中编写数据导入节点，将Excle的数据格式基础数据源和Revit构件轮廓族的接入节点，建立Dynamo和Revit图元、Excle数据源的链接途径。

创建选择模型图元节点1将Revit中创建的构件轮廓族图元导入，创建选择系统文件节点2将Excle格式的基础数据源导入。

首先在Dynamo中创建创建选择模型图元节点1搭建Revit和Dynamo的连接路径，将Revit的族图元作为模型基础数据源接导入Dynamo；然后在Dynamo中创建选择系统文件节点2获取基础数据源的文件路径，搭建Dynamo和Excle的连接路径。

步骤9：数据处理，提取不同种类构件的基础数据源，将提取的基础数据源接入列表节点中，对不同种类的构件，批量抽取列表中的数据，完成数据筛分；对筛分后的数据降维，用以剔除数据中不需要的嵌套列表；对降维后的数据进行数学运算，消除构件控制点误差、统一数据的量纲，最后合并列表确定各个构件的控制点。

Excle中每个工作表对应的是不同构件的基础数据源(构件的工程数据)，利用创建文件节点、读取Excle文件节点、选择工作表节点、布尔节点的组合运用从基础数据源(Excle表格)中提取不同的工作表，即提取不同构件的工程数据；其次利用互换行列节点、提取项数节点、y列表提取节点、组合提取提取项数节点、z列表提取节点的组合应用，从列表中筛分出构件工程数据中控制点的定位数据(x，y，z坐标)；然后基于x删除列表嵌套节点、删除嵌套数节点、y删除列表嵌套节点、z删除列表嵌套节点的组合应用，把筛分后的数据接入.Flatten节点中进行数据降维，剔除数据中不需要的嵌套列表，防止由于列表的维度不同导致后期数据整合、数据运算时出现错误，最后利用除法运算节点、加法运算节点、分母节点、相加数字节点的组合应用，对不同量纲的数据统一量纲，并调整存在误差的数据；最后利用提取项数节点9、创建空间点节点、列表提取节点、列表融合节点、定值倍数索引节点、定值倍数抽项节点的组合应用确认各个构件控制点。

数据处理模块的主要涉及以下步骤：

(1)将初始数据接入以众多节点为基础编写构成的数据筛分模块。

(2)把筛分后的数据接入数据降维节点程序流。

(3)把降维的数据接入依据构件特点编写的数据运算程序流。

(4)确定各个构件的控制点。

步骤10：模型定位，依次把同类别同区域构件的轮廓族批量放置于对应控制点，完成各个构件的精准模型定位。

基于Revit导入的构件轮廓族图元、构件的尺寸和定位点数据源，利用获取族类型节点、删除项列表节点、族文件定位节点、提取图元曲线节点、参数倍数值节点、标高选择节点组合，完成轮廓族图元的定位。

步骤11：构建模型，基于构件尺寸和已定位的构件轮廓，依次生成同类别同区域的构件模型，最终形成完整的地下工程BIM模型。

利用读取Excle文件节点、选择工作表节点、删除嵌套数节点、利用获取族类型节点、删除项列表节点、族文件定位节点、提取图元曲线节点、参数倍数值节点、标高选择节点、依次完成各个构件的模型，即生成了各个构件模型拼接，最终形成完整的隧道基坑结构BIM模型。