一种快速建立市政管网参数化模型的方法、系统及介质

摘要

本发明公开了一种快速建立市政管网参数化模型的方法、系统及介质，本发明快速建立市政管网参数化模型的方法包括：从目标工程的结构参数中选定关键控制参数；根据关键控制参数定制参数化族库并生成管网族库模型；采用预先建立的参数化程序，通过关键控制参数、参数化族库以及目标工程的图纸信息自动生成目标工程的三维模型。本发明可将大批量重复性与机械化工作交付给软件自动计算，结合图纸快速完成管网参数化模型创建，提高设计质量和效率，而且精度高，可实时动态修改，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对市政管网施工有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。

说明书

技术领域

本发明属于市政管网工程领域，具体涉及一种快速建立市政管网参数化模型的方法、系统及介质。

背景技术

市政管网工程是市政工程中的基础建设工程，而雨、污水管网则是市政管网中的一部分，是城市公共基础设施中重要的组成部分，更是城市功能里不可或缺的基础要素。雨、污水管网包括排水管网雨污分流工程、泵站工程等，涉及大量的对现有路面破拆与恢复、对现状市政管线进行临时迁改、土石方开挖等施工，通常与现有的市政管网相互交叉，分布广且复杂。施工过程存在周边管线干扰多、范围广，地质情况复杂、征地困难等问题，施工过程需要多次设计优化。给现场施工协调，工程计量结算，方案设计等带来一定的困难。

随着“厂、网、河、湖、岸”一体化的水环境治理类项目逐步增多，提高工程施工过程中各业务口沟通效率，加快工程推进成为一大问题。此类项目中，管网工程占比大，分布范围广，施工干扰多，施工过程需要多次设计优化。给现场施工协调，工程计量结算，方案设计等带来一定的困难。并且市政管网项目的管线分布复杂，进行管路及工作坑的绘制、调整，以及施工阶段的工程放样和工程量计算。用传统的三维建模软件建模型耗时长，且需要大量的人力物力，而且模型精度不高，不能实时动态修改。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种快速建立市政管网参数化模型的方法、系统及介质，本发明可将大批量重复性与机械化工作交付给软件自动计算，结合图纸快速完成管网参数化模型创建，提高设计质量和效率，而且精度高，可实时动态修改，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对市政管网施工有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种快速建立市政管网参数化模型的方法，包括：

1)从目标工程的结构参数中选定关键控制参数；

2)根据关键控制参数定制参数化族库并生成管网族库模型；

3)采用预先建立的参数化程序，通过关键控制参数、参数化族库以及目标工程的图纸信息自动生成目标工程的三维模型。

可选地，步骤1)中的关键控制参数是指目标工程的结构参数中与其余的结构参数之间存在关系的结构参数，使得其余的结构参数可表示为一项或多项关键控制参数的函数表达式。

可选地，所述目标工程为顶管工程，且针对顶管工程选定的关键控制参数包括顶管井使用井顶地面标高H1、Ⅰ型节段顶标高H2、工作坑净直径D、工作坑壁厚D1、检查井井室内径DD、检查井井室壁厚D2以及Ⅱ型节段标准节个数n。

可选地，步骤2)包括：根据关键控制参数，确定关键控制参数以外的各个结构参数与关键控制参数之间的函数表达式，通过Revit软件为目标工程的建立参数化族库并生成管网族库模型。

可选地，步骤3)中的参数化程序为基于Dynamo软件的可视化程序。

可选地，步骤3)中参数化程序的执行步骤包括：

3.1)将选定的关键控制参数加载为列表；

3.2)从指定的目标工程的设计数据文件的指定位置中提取目标工程的工作坑结构数据，所述目标工程的设计数据文件为从目标工程的图纸中导出得到；

3.3)使用Dynamo软件的Family Types节点加载并获取管网族库模型；

3.4)使用Dynamo软件的CopyType节点根据参数化族库中的“族名称”列表，基于管网族库模型创建对应数量的三维模型并设置对应名称；

3.5)提取工作坑结构数据中各个工作坑的坐标位置；

3.6)使用Dynamo软件的Point.ByCoordinates节点利用各个工作坑的坐标位置确定创建的三维模型的空间位置点；

3.7)使用Dynamo软件的FamilyInstance.ByPointAndLevel节点，将确定空间位置点后的三维模型的分别放置在对应的标高；

3.8)使用Dynamo软件的Element.SetParameterByName节点利用提取得到的目标工程的工作坑结构数据，将对应空间位置点、标高的三维模型的体形设置为实际结构形式，从而完成目标工程的三维模型的自动生成。

可选地，步骤3.2)中从指定的目标工程的设计数据文件的指定位置中提取目标工程的工作坑结构数据是指：针对Excel格式的指定的目标工程的设计数据文件，使用Dynamo软件的Data.ImportExcel节点，从Excel格式的指定的目标工程的设计数据文件的指定标签页sheet中提取目标工程的工作坑结构数据。

可选地，步骤3.5)中提取工作坑结构数据中各个工作坑的坐标位置是指使用Dynamo软件的Data.ImportExcel节点，从Excel格式的指定的目标工程的设计数据文件的指定标签页sheet中提取工作坑结构数据中各个工作坑的坐标位置。

此外，本发明还提供一种快速建立市政管网参数化模型的系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述快速建立市政管网参数化模型的方法的步骤。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述快速建立市政管网参数化模型的方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：大多数市政管网项目施工过程中都存在周边管线干扰多、地质情况复杂、征地困难等问题，需要进行多次设计优化，调整图纸改变过程中，虽然线路布局和相关参数会调整，但图中“井表”格式是固定的。本发明可将大批量重复性与机械化工作交付给软件自动计算，结合图纸快速完成管网参数化模型创建，提高设计质量和效率，而且精度高，可实时动态修改，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对市政管网施工有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。采用本发明，可根据图纸和“井表”的排布规律，参数化族和可视化程序，在每次设计优化后载入“井表”数据，可在几分钟之内完成设计优化后的模型创建，从而为项目工作推进提供应用基础，也为今后类似工程提供借鉴。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例生成参数化程序及其应用的流程示意图。

图3为本发明实施例中的顶管井设计图。

图4为本发明实施例中的顶管井参数化族示意图。

图5为本发明实施例中建立的参数化程序的节点总图。

图6为本发明实施例中建立的参数化程序的第一个模块的节点图。

图7为本发明实施例中导出的“井表”数据表示例。

图8为本发明实施例中导出的“顶管井参数表”数据表示例。

图9为本发明实施例中建立的参数化程序的第二个模块的节点图。

图10为本发明实施例中建立的参数化程序的第三个模块的节点图。

图11为本发明实施例中建立的参数化程序的第四个模块的节点图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例快速建立市政管网参数化模型的方法包括：

1)从目标工程的结构参数中选定关键控制参数；

2)根据关键控制参数定制参数化族库并生成管网族库模型；

3)采用预先建立的参数化程序，通过关键控制参数、参数化族库以及目标工程的图纸信息自动生成目标工程的三维模型。

本实施例步骤1)中的关键控制参数是指目标工程的结构参数中与其余的结构参数之间存在关系的结构参数，使得其余的结构参数可表示为一项或多项关键控制参数的函数表达式。

作为一种可选的实施方式，本实施例中目标工程为顶管工程，图3所示为顶管工程的设计图纸示例，此项目顶管支护形式为圆形混凝土护壁，Ⅰ型节段断面为“L”型，高度1.4m，Ⅱ型节段为直角梯形，高度为1m，护壁呈规律性上下排列，顶管高程，U形槽及井内检查井之间均存在数据关联(见图3)。且针对顶管工程选定的关键控制参数包括顶管井使用井顶地面标高H1、Ⅰ型节段顶标高H2、工作坑净直径D、工作坑壁厚D1、检查井井室内径DD、检查井井室壁厚D2以及Ⅱ型节段标准节个数n。通过上述关键控制参数即可根据设计图纸自动完成对应位置的顶管井建模，此外顶管井其他设计参数及管道参数可参与对比校核模型的准确性。

本实施例中，步骤2)包括：根据关键控制参数，确定关键控制参数以外的各个结构参数与关键控制参数之间的函数表达式，通过Revit软件为目标工程的建立参数化族库并生成管网族库模型。参数化族库是参数化族(构件)组成的集合，为根据图集和图纸创建的模型库(类似于一个集合)，可随时调用并赋予信息生成达到设计要求的三维模型，族的格式为(.rfa)。参数化族库的定制是管网参数化的模型基础，根据图集建立参数化族库并对各结构部位设置材质等相关参数。在圆形混凝土护壁顶管工作坑中(见图4)，Ⅰ型节段和Ⅱ型节段参数相对固定，其内径和壁厚会根据类型不同而变化，节段个数n根据支护深度而变化，则Ⅰ、Ⅱ型节段采用嵌套族形式载入更为合理。模型整体以井顶地面标高H1来控制地面高程，以Ⅰ型节段顶标高H2为基准向下推算，结合Ⅱ型节段标准节个数n推算出井室深度，在使用井内检查井尺寸参数进行模型参变，即完成井室参数化模型的创建。见图3，以顶管井使用井顶地面标高H1、Ⅰ型节段顶标高H2为关键控制参数(基准参数)，由图3的结构设计关系编写数学公式推断出图3中所示H3、H4、H5、H6等参数。标准节阵列：标准节为图3中“Ⅱ型节段”，其个数n随深度变化而变化，在模型建立时通过阵列形式控制个数，具体操作为：创建一个Ⅱ型节段，使其和上部Ⅰ型节段附着并锁定，向下创建Ⅱ型节段的阵列，设置阵列个数为参数“n‘。使用时只需根据导入各个井的”n“的数据，即完成模型创建。本实施例中，参数化族库的内容具体为：顶管井、检查井、混凝土管等模型的集合，其意义如下：(1)它最重要的一个意义就是——快速建模。以前需要十个或者更多人的建模团队，现在只需要2—3个人，从族库中直接调取所用的族构件直接在项目里面装配搭建。节约了大量的人力资源，也让大量的工程师从庞杂繁多的建模任务中解放出来。以后的设计也正在逐渐由二维向三维转变，所以，以后的设计就直接根据一个标准族模型，发散思维的创新设计，这样也大大加快了设计周期。(2)根据行业的设计标准以及设计师的经验，制定一套规则加进族库里面。这样可以减少在设计过程中出现的不必要的错误，以调高设计的规范程度。(3)族库可以企业里面的人用，也可以把族库进行商业化。让人们都重视了族库的重要性，同时也不至于让族库变得混乱，这样更有实用意义。参数化程序的定制是管网快速参数化的核心内容，基于Dynamo软件的基础上以可视化编程的形式，将所要实现功能以模块化搭接的形式组合起来实现参数化控制功能。

作为一种可选的实施方式，本实施例步骤3)中的参数化程序为基于Dynamo软件的可视化程序。作为一种可选的实施方式，本实施例中建立的参数化程序的节点总图如图5所示，分别包括下述节点步骤：步骤①、设置参数：用于与族参数配合使用置控制参数；步骤②、获取设计数据：用于由控制参数在井表和顶管井参数表选取对应设计参数并录入表格，表格读取后分别提取各部位参数为模型设置做数据准备；步骤③、设置接收坑、接收井类型：根据表格中提供的设计坐标信息在对应空间位置创建管网模型；步骤④、更新模型数据：由步骤③已经在各位置已创建了管网模型，再根据步骤②中获取的模型结构数据更新模型信息并创建对应结构，即可完成管网参数化模型创建。

本实施例中，步骤3)中参数化程序的执行步骤包括：

3.1)将选定的关键控制参数加载为列表；步骤3.1)对应步骤①，本实施例中以顶管工程的管网参数化模型创建为例，顶管井结构控制参数为：地面标高H1、Ⅰ型节段顶标高H2、工作坑净直径D、工作坑壁厚D1、检查井井室内径DD、检查井井室壁厚D2以及Ⅱ型节段标准节个数n。如图5和图6所示，本实施例中将上述关键控制参数以文本形式录入代码块模块(Code Block模块)组成一级列表，用于驱动模型中对应参数和Excel中数据获取。

3.2)从指定的目标工程的设计数据文件的指定位置中提取目标工程的工作坑结构数据，目标工程的设计数据文件为从目标工程的图纸中导出得到；步骤3.2)对应步骤②，本实施例中，将目标工程的设计图纸中“井表”和“顶管井参数表”数据分别导出并载入到Dynamo软件以获取目标工程的设计数据；将目标工程的设计图纸中“井表”数据导出的表格示例如图7所示，将目标工程的设计图纸中“顶管井参数表”数据导出的表格示例如图8所示。如图5和图9所示，步骤②获取设计数据时，由File Path节点引用“工作坑、接收井参数化数据表”中提取的设计数据，使用Data.ImportExcel节点在步骤②中提取excel表格里“工作坑数据”这个sheet中的工作坑结构数据，为步骤④中的模型更新做数据准备。

3.3)使用Dynamo软件的Family Types节点加载并获取管网族库模型；

3.4)使用Dynamo软件的CopyType节点根据参数化族库中的“族名称”列表，基于管网族库模型创建对应数量的三维模型并设置对应名称；

3.5)提取工作坑结构数据中各个工作坑的坐标位置；

3.6)使用Dynamo软件的Point.ByCoordinates节点利用各个工作坑的坐标位置确定创建的三维模型的空间位置点；

3.7)使用Dynamo软件的FamilyInstance.ByPointAndLevel节点，将确定空间位置点后的三维模型的分别放置在对应的标高，从而完成目标工程的三维模型的自动生成；

3.8)使用Dynamo软件的Element.SetParameterByName节点利用提取得到的目标工程的工作坑结构数据，将对应空间位置点、标高的三维模型的体形设置为实际结构形式，从而完成目标工程的三维模型的自动生成。

步骤3.3)～3.7)对应步骤③。如图5和图10所示，本实施例步骤3.2)中从指定的目标工程的设计数据文件的指定位置中提取目标工程的工作坑结构数据是指：针对Excel格式的指定的目标工程的设计数据文件，使用Dynamo软件的Data.ImportExcel节点，从Excel格式的指定的目标工程的设计数据文件的指定标签页sheet中提取目标工程的工作坑结构数据。将目标工程的设计图纸中“井表”和“顶管井参数表”数据分别导出并载入到Dynamo软件以获取目标工程的设计数据是指：将目标工程的设计图纸中“井表”和“顶管井参数表”数据分别导出到Excel表格的不同标签页sheet，然后利用Dynamo软件的从Excel文件导入节点(Data.ImportExcel节点)将“井表”和“顶管井参数表”数据分别从Excel表格的不同标签页sheet中载入。本实施例步骤3.5)中提取工作坑结构数据中各个工作坑的坐标位置是指使用Dynamo软件的Data.ImportExcel节点，从Excel格式的指定的目标工程的设计数据文件的指定标签页sheet中提取工作坑结构数据中各个工作坑的坐标位置。

步骤3.8)对应步骤④。如图5和图11所示，步骤④更新模型数据时，分别使用Element.SetParameterByName节点利用步骤②中提取的工作坑结构设计数据，将对应位置的管网模型的体形设置为实际结构形式。

本实施例中，步骤3.4)基于管网族库模型创建对应数量的三维模型是指使用Dynamo软件内置的Python语言脚本调用Revit内置API函数自动创建族实例；在创建参数化族时，同一个类型只创建了一个实例，而在项目中同一个类型会存在大量实例，通过手动去创建则需耗费大量时间和精力。使用Dynamo内置的Python语言脚本，调用Revit内置API函数自动创建族实例。最终，步骤3.8)使用Dynamo软件的Element.SetParameterByName节点利用提取得到的目标工程的工作坑结构数据，将对应空间位置点、标高的三维模型的体形设置为实际结构形式，从而完成目标工程的三维模型的自动生成。

本实施例快速建立市政管网参数化模型的方法使用Revit软件及Dynamo软件建立参数化族库与参数化程序。Revit软件功能强大，可根据不同专业需求定制各类参数化族，其数据动态链接，可帮助建筑设计师设计、建造和维护质量更好、能效更高的建筑。Dynamo软件是应用在Revit软件等核心软件上的开源插件。Dynamo软件上设计师通过图形化界面创建程序即可获得可视化编程，不必从白纸开始一行行地写程序代码，用户可以简单地连接预定义功能模块，轻松创建自己的算法和工具，把冗长繁琐的建模过程自动化起来，创造一个用表达式生成三维形体的工具。通过参数化程序使用图纸信息生成目标工程的三维模型。以下是Revit软件及Dynamo软件在市政工程中应用的几点优势：(1)根据图集建立参数化族库并对各结构部位设置材质等相关参数，在工程需要时随时调用，快速建立工程数字模型并计算各部位工程量，效率提高明显，并降低相应的劳动成本，同时计算结果快速、直观。(2)Dynamo软件处理数据能力十分强大，且操作门槛低，对编程能力基本无要求，相关节点只需按逻辑关系连接即可快速达到使用者需求，同时数据动态链接，可随时根据需求做相关调整，处理速度快，是常规建模手段不能比拟的。且在Dynamo中过程数据全部保留在各个节点中便于使用者做更多衍生应用。(3)Dynamo软件文件体量小，模型数据保存完整，可随时调用导出使用。(4)Dynamo软件与Revit软件、Civil 3D、CAD等均可实现数据实时互通，避免了中间格式文件的转换。(5)Dynamo软件的可视化程序可重复使用性强，在类似工程中只需稍加调整即可使用。

本实施例快速建立市政管网参数化模型的方法在目标工程现有图纸或后续可能更新的图纸上导出“井表”，将对应族载入项目中并打开可视化程序调用“井表”，点击Dynamo软件中“运行”按钮完成目标工程中管网参数化模型的快速创建(耗时一分钟左右)。因此，本实施例快速建立市政管网参数化模型的方法可将大批量重复性与机械化工作交付给软件自动计算，结合图纸“井表”快速完成管网参数化模型创建，提高设计质量和效率，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，为解决市政管网快速参数化建模和处理大量重复工作提供了解决办法，为项目BIM应用深化、各业务口沟通及推进工程开展提供了基础技术支撑。对市政管网施工有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。

此外，本实施例还提供一种快速建立市政管网参数化模型的系统，包括相互连接的微处理器和存储器，微处理器被编程或配置以执行前述快速建立市政管网参数化模型的方法的步骤。此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述快速建立市政管网参数化模型的方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。