CN106204745A - 一种基于标准图集管理的监测bim模型快速加载交互方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法及***，属于水电工程安全监测技术领域。本发明方法建立监测BIM标准数据库，并按照监测项目分图层管理和加载；监测BIM模型根据监测类型，采取普通直接加载和参数化加载方式加载，减小重复建模工作量；监测BIM模型通过格式转换实现几何模型与贴图信息分离，实现模型轻量化加载；采用分级加载技术，实现BIM模型快速交互显示；引入多层次细节算法，用户交互时，在不同视距下显示监测BIM模型的不同层次细节，提高监测BIM模型交互效率。本发明解决了监测BIM模型及附属工程信息加载交互效率低下难题，可满足水电工程全阶段监测BIM使用需求。
Description
技术领域
本发明属于水电工程安全监测技术领域，具体涉及一种基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法及***。
背景技术
BIM技术是将工程建筑的内外部结构以三维模型的形式进行表达，并将与工程建筑相关的设计信息、施工信息、运维信息都附着在模型上进行管理，可实现对工程数据、工程对象的全生命周期完整描述。
由于BIM模型信息丰富的特性，使得BIM模型的加载交互对硬件设备的要求较高，传统三维制图软件中BIM模型的交互和显示效率低下，严重影响和制约了BIM技术的发展和应用。
特别在水电工程建设领域，由于水电工程建筑物建设周期长、建筑物种类多、规模大，使得采集和存储建筑物工作性态的监测BIM包含海量异构数据，对于大型水电工程，监测仪器种类及数量非常多，采用传统的BIM模型显示方法和三维软件，监测BIM模型的加载和交互效率低下，用户体验差，极大限制了监测BIM在工程建设中的应用和发展。传统的监测BIM模型加载交互方法和***已不能满足使用和发展要求，需要研究一种能提高监测BIM加载交互效率方法和***。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法及***，适用于各水电工程各参与单位从项目投标，到项目施工，再到项目竣工的各个实施阶段，解决监测BIM模型及附属信息加载与交互效率低下难题，实现监测BIM模型及其监测信息在工程全过程中的深度应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，包括如下步骤：
步骤1，建立监测BIM标准数据库：利用三维制图软件对所有坝型中用到的监测仪器建模，得到监测BIM模型；
将监测BIM模型的自身属性信息通过表单形式导出，保存在数据库中；所述的自身属性信息包括包括仪器类型、仪器型号、仪器厂家、监测原理、监测用途和仪器参数；
将监测BIM模型在三维制图软件导出为3DMAX可兼容的格式，然后导入到3DMAX中，对监测BIM模型的BIM几何模型与该监测BIM模型的贴图信息进行分离，BIM几何模型以STL格式导出保存，贴图信息单独保存；
保存得到的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息共同组成监测BIM标准数据集库；
步骤2，在对一个新的大坝工程建BIM模型时，对监测BIM模型进行分级加载，按照以下步骤依次进行：
步骤2.1，监测BIM模型自适应加载：监测BIM模型加载方式包含参数化加载和普通直接加载两种方式；监测BIM模型加载时，根据监测仪器的类型自适应选取最优加载方式；
步骤2.2，监测BIM模型轻量化加载：加载监测BIM模型时，首先加载该监测BIM模型的BIM几何模型，BIM几何模型加载完成后，通过该监测BIM模型的ID关联其贴图信息以实现BIM模型的烘焙渲染展示；
所述的贴图信息包括材质、颜色和透明度；
步骤2.3，监测BIM模型分级加载：在数据库中自动提取所要加载的监测BIM模型在该大坝的空间坐标，并按坐标显示所要加载的监测BIM模型，加载时判断用户视点与每个监测BIM模型的距离位置关系，当用户视点位于建筑物外部时，建筑物内部的监测BIM模型不显示，建筑物外部监测BIM模型根据自定义的函数关系计算得到监测BIM模型显示倍率；当用户视点位于建筑物内部时，建筑物外部的监测BIM模型不显示，建筑物内部监测BIM模型以实际几何尺寸显示；
步骤3，构建得到的新的大坝工程BIM模型的多层次细节展示：应用多层次细节方法，以黄金分割比例将可视距离区间划分；
将视觉效果最优处设为黄金分割点，即为0.618；视觉效果最优处到监测BIM模型中心点的距离区间为I级区间；
设视觉效果最优处到监测BIM模型中心点的距离为0.618，则Ⅱ级区间为0.618~1，超过1的部分则为Ⅲ级区间，即Ⅲ级区间中用户视点到监测BIM模型中心点的距离最大，Ⅱ级次之、I级区间最小；
当用户与BIM模型交互时，根据可视距离区间计算监测BIM模型多层次细节的节点和面片数：当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于I级区间时，监测BIM模型展示全部节点和相应贴图信息；当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于Ⅱ级区间时，监测BIM模型展示全部节点数的二分之一和相应贴图信息；当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于Ⅲ级区间时，监测BIM模型展示全部节点数的四分之一和相应贴图信息。
进一步，优选的是步骤1中所有坝型包括混凝土重力坝、拱坝和土石坝。
进一步，优选的是步骤1中所述的监测BIM模型按照变形、渗流、应力应变、温度四大类监测项目分类编组。
进一步，优选的是步骤1中所述的监测仪器包括正垂线、倒垂线、表面变形、多点位移计、基岩变位计、静力水准、引张线、测缝计、双向测缝计、双向测缝计3DM、裂缝计、测斜管、双金属标、钢丝位移计、三维激光准直***、滑动测微计、测压管、渗压计、量水堰、光纤测温、温度计、压力计、单向应变计、三向应变计组、四向应变计组、五向应变计组、七向应变计组和九向应变计组。
进一步，优选的是步骤2.1中正垂线、倒垂线、测斜管、多点位移计的监测BIM模型采用参数化加载，其余监测仪器采用普通直接加载。
进一步，优选的是步骤2.3的自定义的函数关系如式（Ⅰ）所示，
其中：Y—监测BIM模型显示倍率，X1—用户视点与大坝BIM模型中心点距离， X2—大坝BIM模型所有维度中的最大长度范围值；
其中，用户可自定义设置监测BIM模型最大显示倍率。
进一步，优选的是在对一个新的大坝工程建BIM模型时，还包括场景渲染步骤，即在VTK中，设置场景中相机和光照参数。
本发明还提供一种基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互***，包括监测BIM标准数据存储模块、监测BIM专业数据存储模块、BIM模型图库管理模块、BIM模型分级加载模块、监测BIM模型信息处理模块、监测BIM模型信息三维导航模块和工程BIM模型集成模块；
监测BIM标准数据存储模块、监测BIM模型图库管理模块、监测BIM模型分级加载模块、监测BIM模型信息处理模块、工程BIM模型集成模块和监测BIM模型信息三维导航模块依次相连；
监测BIM模型信息处理模块还分别与监测BIM专业数据存储模块、监测BIM标准数据存储模块相连；
监测BIM标准数据存储模块用于存储所有坝型中用到的监测仪器的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息；
监测BIM专业数据存储模块用于存储各个监测BIM模型的工程信息；
监测BIM模型图库管理模块用于对监测BIM标准数据存储模块中的数据进行增加、删除、查询和修改；
BIM模型分级加载模块用于通过监测BIM模型图库管理模块加载监测BIM标准数据存储模块中的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息，然后对监测BIM模型依次进行自适应加载、轻量化加载和分级加载；
监测BIM模型信息处理模块用于将监测BIM标准数据存储模块中的监测BIM模型及监测BIM专业数据存储模块中的相应的监测BIM模型的工程信息建立映射关系，实现监测BIM模型与工程信息的无缝集成与实时调用；
工程BIM模型集成模块用于将大坝建筑物BIM模型和监测仪器BIM模型根据大地坐标系和黄海高程集成，构建完整的大坝工程BIM模型；
监测BIM模型信息三维导航模块用于用户查找建好的大坝工程的BIM模型中以及其中某个监测BIM模型，并提供合适的视角显示模型。
进一步，优选的是监测BIM模型分级加载模块包括监测BIM模型加载参数设置单元、监测BIM模型渲染展示单元和监测BIM模型分级加载设置单元；
监测BIM模型加载参数设置单元用于参数化加载时的参数设置及监测BIM模型分级加载函数关系的设置；
监测BIM模型渲染展示单元用于监测BIM模型轻量化加载时，以及监测BIM模型分级加载后的监测BIM模型的渲染；
监测BIM模型分级加载设置单元用于监测BIM模型的分级加载。
进一步，优选的是监测BIM专业数据存储模块用于存储各个监测BIM模型的工程信息，包括考证信息、原始测值、整编测值信息和工程文档。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、相比现有三维BIM制图软件，明显提升用户与监测BIM模型的加载交互效率，提升效率60%，突破了监测BIM模型应用的应用瓶颈，实现了监测BIM信息在工程全生命周期中的集成应用。
2、建立了水电工程监测BIM标准数据库，方便不同工程引用。根据需求定制设置，可查看某一图层或某一监测种类的监测仪器模型的三维空间分布。
3、实现监测BIM模型与监测专业数据库集成，在浏览中通过鼠标移动至监测BIM模型，可以得到该模型的测点编号、监测类型、工程部位等关键信息，右键菜单可实现监测仪器考证信息、原始测值信息、整编数据信息的导航查询。
4、脱离对专业三维BIM制图软件的依赖，无需借助三维BIM制图软件也能运行使用，方便BIM模型最直接的使用者。
5、本发明方法建立监测BIM标准数据库，并按照监测项目分图层管理和加载；监测BIM模型根据监测类型，采取普通直接加载和参数化加载方式加载，减小重复建模工作量；监测BIM模型通过格式转换实现几何模型与贴图信息分离，实现模型轻量化加载；采用分级加载技术，实现BIM模型快速交互显示；引入多层次细节算法，用户交互时，在不同视距下显示监测BIM模型的不同层次细节，提高监测BIM模型交互效率；本发明***在监测BIM模型三维场景中集成工程全生命周期监测相关信息，具有可视化、信息化、参数化、交互性、灵活性、便捷性特点。本发明以监测BIM标准数据库为基础，快速加载交互技术为支撑，解决了监测BIM模型及附属工程信息加载交互效率低下难题，可满足水电工程全阶段监测BIM使用需求。
附图说明
图1 基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法流程图；
图2 基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互***结构图；
图3 本发明中监测专业数据库结构图；
其中，1、监测BIM标准数据存储模块；2、监测BIM专业数据存储模块；3、BIM模型图库管理模块；4、BIM模型分级加载模块；5、监测BIM模型信息处理模块；6、监测BIM模型信息三维导航模块；7、工程BIM模型集成模块；8、监测BIM模型加载参数设置单元；9、监测BIM模型渲染展示单元；10、监测BIM模型分级加载设置单元。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或***上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件***依然可以通过装载现有的软件操作***来实现该硬件***的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1，基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立监测BIM标准数据库。
步骤1.1：BIM模型建模：基于各种三维制图软件，如Autodesk Revit、Inventor等三维制图软件，对所有坝型中用到的监测仪器建模，建立适用于混凝土重力坝、拱坝、土石坝等不同坝型的监测BIM三维模型；
监测BIM模型包含如下项目：
变形项目：BIM模型包括正垂线、倒垂线、表面变形、多点位移计、基岩变位计、静力水准、引张线、测缝计、双向测缝计、双向测缝计3DM、裂缝计、双金属标、钢丝位移计、三维激光准直***、滑动测微计；
渗流项目：BIM模型包括测压管、渗压计、量水堰；
温度项目：BIM模型包括光纤测温、温度计；
应力应变项目：BIM模型包括压力计、单向应变计、三向应变计组、四向应变计组、五向应变计组、七向应变计组和九向应变计组。
步骤1.2：BIM模型格式转换：
将监测BIM模型的自身属性信息通过表单形式导出保存在数据中，方便调用；自身属性信息包括包括仪器类型、仪器型号、仪器厂家、监测原理、监测用途、仪器参数等。
将生成的监测BIM三维模型在三维制图软件中导出为 3DMAX可以兼容的格式，如FBX或DWG格式，然后对监测BIM模型的BIM几何模型与该监测BIM模型的贴图信息进行分离。
监测BIM模型在3DMAX中打开后，将BIM几何模型（白模）以STL格式文件导出，贴图信息单独保存。
保存得到的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息共同组成监测BIM标准数据集库；
步骤1.3：监测BIM图层划分：根据监测项目特点，按照变形、渗流、应力应变、温度四大类分别设置监测项目管理图层。
步骤2：在对一个新的大坝工程建BIM模型时，对监测BIM模型进行分级加载，按照以下步骤依次进行：
本发明基于VTK开源三维引擎实现监测BIM加载，VTK开放源码，主要用于三维计算机图形学、图像处理和可视化。完整的VTK工作流由vtkSource(数据源)、vtkMapper(映射器)、vtkActor(演员）vtkRenderer(渲染器)、vtkRenderWindow(窗口) 、vtkRenderWindowInteractor(窗***互器)、vtkInteractorObserver(观察者) 组成。
步骤2.1：监测BIM模型自适应加载：监测BIM模型加载方式包含参数化加载和普通直接加载两种方式；监测BIM模型加载时，根据监测仪器的类型自适应选取最优加载方式；
正垂线、倒垂线、测斜管、多点位移计BIM模型通过设置长度、方位角、倾伏角和实际三维坐标参数化加载，其他监测类型根据空间三维坐标、倾伏角、偏转角按照设计的几何尺寸直接加载BIM模型构件。
各监测BIM图层加载时，监测BIM模型坐标系按照大地坐标系和黄海高程系设置，符合工程建设使用习惯，方便与设计施工资料对照检查。
步骤2.2：监测BIM模型轻量化加载：加载监测BIM模型时，首先加载该监测BIM模型的BIM几何模型，BIM几何模型加载完成后，通过该监测BIM模型的ID关联其贴图信息以实现BIM模型的烘焙渲染展示；
所述的贴图信息包括材质、颜色和透明度；
监测BIM标准图库中几何模型以表示三角形网格的STL格式存储，
其文件格式非常简单，可以通过二进制形式存储三维物体的几何信息，易于BIM模型的快速加载。BIM模型的颜色、材质地址、透明度等贴图信息以数据表单形式存储。
通过VTK中的 VTKSTLREADER函数直接读取监测BIM几何模型，实现快速加载。几何模型加载完成后，基于VTK中vtkActor 的属性函数获取几何对象ID，并与存储的对应的相关贴图信息进行联合查询，通过ID标识符调用相关贴图信息，实现BIM模型的贴图渲染展示。
步骤2.3：因监测仪器真实尺寸与建筑BIM模型相比差距较大，如按照传统正常显示比例关系，在用户视点建筑BIM外部时，监测BIM模型几乎难以分辨，且加载显示全部监测仪器，除对用户来讲实际意义不大以外，也会极大加重硬件资源负担，降低了监测BIM在可视化交互中的效率与应用体验，故本发明中创新提出了监测BIM模型分级加载方法。
监测BIM模型分级加载：在数据库中自动提取所要加载的监测BIM模型在该大坝的空间坐标，并按坐标显示所要加载的监测BIM模型，加载时判断用户视点与每个监测BIM模型的距离位置关系，当用户视点位于建筑物外部时，建筑物内部的监测BIM模型不显示，建筑物外部监测BIM模型根据自定义的函数关系计算得到监测BIM模型显示倍率，监测BIM模型最大显示倍率可有用户自定义设置，提升用户视觉感受；当用户视点位于建筑物内部时，建筑物外部监测BIM模型不显示，建筑物内部监测BIM模型以实际几何尺寸显示。
自定义的函数关系如式（Ⅰ）：
其中：Y—监测BIM模型显示倍率，X1—用户视点与大坝BIM模型中心点距离， X2—大坝BIM模型所有维度中的最大长度范围值。
步骤2.4：监测BIM场景渲染展示：
在VTK中，设置场景中相机和光照参数，实现场景渲染展示。
相机控制：
1、相机位置：即相机所在的位置，用方法vtkCamera:SetPosition()设置。
2、相机焦点：用方法vtkCamera:SetFocusPoint()设置，默认的焦点位置在世界坐标系的原点。
3、投影方向：相机位置到相机焦点的向量方向即为投影方向。
4、投影方法：确定VTK中Actor是如何映射到像平面的。vtkCamera定义了两种投影方法，一种是正交投影(OrthographicProjection)，也叫平行投影(ParallelProjection)，即进入相机的光线与投影方向是平行的。另一种是透视投影(PerspectiveProjection)，即所有的光线相交于一点。
5、 视角：透视投影时需要指定相机的视角(View Angle)，默认的视角大小为30º，可以用方法vtkCamera：SetViewAngle()设置。
6、 前后裁剪平面：裁剪平面与投影方向相交，一般与投影方向也是垂直的。裁剪平面主要用于评估Actor与相机距离的远近，只有在前后裁剪平面之间的Actor才是可见的。裁剪平面的位置可以用方法
7、最后用方法vtkRenderer：SetActiveCamera()把相机设置到渲染场景中。
光照控制：
物体的光照属性主要包括环境光系数、漫反射光系数、镜反射光系数和镜面指数四个，分别用方法SetAmbient()、SetDiffuse()、SetSpecular()和SetSpecularPower()进行设置。
1、环境光系数表示光线照射到物体材质上，经过多次反射后最终遗留在环境中的光线强度；
2、漫反射光系数表示光线照射到物体材质上，经过漫反射后形成的光线强度；
3、镜反射光系数表示光线照射到物体材质上，经过镜面反射后形成的光线强度；
4、镜面指数取值范围是0~128，该值越小，表示材质越是粗糙，当点光源发射的光线照射到上面时，可以产生较大的亮点，该值越大，表示材质越是类似于镜面，光源照射到上面后会产生较小的亮点；
步骤3，构建得到的新的大坝工程BIM模型的多层次细节展示：应用多层次细节方法，以黄金分割比例将可视距离区间划分；
将视觉效果最优处设为黄金分割点，即为0.618；视觉效果最优处到监测BIM模型中心点的距离区间为I级区间；
设视觉效果最优处到监测BIM模型中心点的距离为0.618，则Ⅱ级区间为0.618~1，超过1的部分则为Ⅲ级区间，即Ⅲ级区间中用户视点到监测BIM模型中心点的距离最大，Ⅱ级次之、I级区间最小；
根据可视距离区间计算监测BIM模型多层次细节的节点和面片数，当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于I级时，监测BIM模型展示全部节点和相应贴图信息；当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于Ⅱ级时，监测BIM模型展示全部节点数的二分之一和相应贴图信息；当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于Ⅲ级时，监测BIM模型展示全部节点数的四分之一和相应贴图信息。
如图2，一种基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互***，包括监测BIM标准数据存储模块1、监测BIM专业数据存储模块2、BIM模型图库管理模块3、BIM模型分级加载模块4、监测BIM模型信息处理模块5、监测BIM模型信息三维导航模块6和工程BIM模型集成模块7；
监测BIM标准数据存储模块1、监测BIM模型图库管理模块3、监测BIM模型分级加载模块4、监测BIM模型信息处理模块5、工程BIM模型集成模块7和监测BIM模型信息三维导航模块6依次相连；监测BIM模型信息三维导航模块还与监测BIM模型信息处理模块相连；
监测BIM模型信息处理模块5还分别与监测BIM专业数据存储模块2、监测BIM标准数据存储模块1相连；
监测BIM标准数据存储模块1用于存储所有坝型中用到的监测仪器的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息；
监测BIM专业数据存储模块2用于存储各个监测BIM模型的工程信息；
监测BIM模型图库管理模块3用于对监测BIM标准数据存储模块1中的数据进行增加、删除、查询和修改；
BIM模型分级加载模块4用于通过监测BIM模型图库管理模块3加载监测BIM标准数据存储模块1中的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息，然后对监测BIM模型依次进行自适应加载、轻量化加载和分级加载；
监测BIM模型信息处理模块5用于将监测BIM标准数据存储模块1中的监测BIM模型及监测BIM专业数据存储模块2中的相应的监测BIM模型的工程信息建立映射关系，实现监测BIM模型与工程信息的无缝集成与实时调用；用户在监测BIM模型信息处理模块生效状态下，选中监测BIM模型，便可调用查看监测BIM对应的监测数据。
工程BIM模型集成模块7用于将大坝建筑物BIM模型和监测仪器BIM模型根据大地坐标系和黄海高程集成，构建完整的大坝工程BIM模型；
监测BIM模型信息三维导航模块6用于用户查找建好的大坝工程的BIM模型中的某个监测BIM模型和大坝工程BIM模型，并提供合适的视角显示模型。
监测BIM模型分级加载模块4包括监测BIM模型加载参数设置单元8、监测BIM模型渲染展示单元9和监测BIM模型分级加载设置单元10；
监测BIM模型加载参数设置单元8用于参数化加载时的参数设置及监测BIM模型分级加载函数关系的设置，主要为设置加载BIM模型的长度、宽度、高度、倾伏角、偏转角、缩放比例、透明度、颜色、空间坐标等相关参数；
监测BIM模型渲染展示单元9用于监测BIM模型轻量化加载时，以及监测BIM模型分级加载后的监测BIM模型的渲染，还可以对BIM模型的贴图路径参数、相机参数、灯光参数等进行设置；
监测BIM模型分级加载设置单元10用于监测BIM模型的分级加载，可以对分级加载的函数定义进行管理，用户可重新定义分级加载函数关系，也可仅对***预设的函数关系参数进行修改保存。
监测BIM专业数据存储模块2用于存储各个监测BIM模型的工程信息，包括考证信息、原始测值、整编测值信息和工程文档，如图3所示。
考证信息主要包括测点的埋设坐标、生产厂家、整编公式、首次测值时间、仪器工作状态、埋设时间、埋设现场照片等测点基本信息。
监测点的原始测值信息主要包括电阻比、频率等原始测值。
监测点的整编测值信息主要为原始测值经过整编公式计算结果值，可用于建筑物工作形态分析评价的整编测值。
工程文档信息主要为监测部位相应的施工、地质、设计等工程建设档案信息，为建筑物工作形态的综合评价提供基础数据支撑。
通过监测信息在BIM模型中的集成统一管理，为建筑物的全生命周期工作形态综合评价提供可追溯的工程档案信息。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，建立监测BIM标准数据库：利用三维制图软件对所有坝型中用到的监测仪器建模，得到监测BIM模型；
将监测BIM模型的自身属性信息通过表单形式导出，保存在数据库中；所述的自身属性信息包括包括仪器类型、仪器型号、仪器厂家、监测原理、监测用途和仪器参数；
将监测BIM模型在三维制图软件导出为3DMAX可兼容的格式，然后导入到3DMAX中，对监测BIM模型的BIM几何模型与该监测BIM模型的贴图信息进行分离，BIM几何模型以STL格式导出保存，贴图信息单独保存；
保存得到的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息共同组成监测BIM标准数据集库；
步骤2，在对一个新的大坝工程建BIM模型时，对监测BIM模型进行分级加载，按照以下步骤依次进行：
步骤2.1，监测BIM模型自适应加载：监测BIM模型加载方式包含参数化加载和普通直接加载两种方式；监测BIM模型加载时，根据监测仪器的类型自适应选取最优加载方式；
步骤2.2，监测BIM模型轻量化加载：加载监测BIM模型时，首先加载该监测BIM模型的BIM几何模型，BIM几何模型加载完成后，通过该监测BIM模型的ID关联其贴图信息以实现BIM模型的烘焙渲染展示；
所述的贴图信息包括材质、颜色和透明度；
步骤2.3，监测BIM模型分级加载：在数据库中自动提取所要加载的监测BIM模型在该大坝的空间坐标，并按坐标显示所要加载的监测BIM模型，加载时判断用户视点与每个监测BIM模型的距离位置关系，当用户视点位于建筑物外部时，建筑物内部的监测BIM模型不显示，建筑物外部监测BIM模型根据自定义的函数关系计算得到监测BIM模型显示倍率；当用户视点位于建筑物内部时，建筑物外部的监测BIM模型不显示，建筑物内部监测BIM模型以实际几何尺寸显示；
步骤3，构建得到的新的大坝工程BIM模型的多层次细节展示：应用多层次细节方法，以黄金分割比例将可视距离区间划分；
将视觉效果最优处设为黄金分割点，即为0.618；视觉效果最优处到监测BIM模型中心点的距离区间为I级区间；
设视觉效果最优处到监测BIM模型中心点的距离为0.618，则Ⅱ级区间为0.618~1，超过1的部分则为Ⅲ级区间，即Ⅲ级区间中用户视点到监测BIM模型中心点的距离最大，Ⅱ级次之、I级区间最小；
当用户与BIM模型交互时，根据可视距离区间计算监测BIM模型多层次细节的节点和面片数：
当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于I级区间时，监测BIM模型展示全部节点和相应贴图信息；
当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于Ⅱ级区间时，监测BIM模型展示全部节点数的二分之一和相应贴图信息；
当用户视点到监测BIM模型中心点的距离位于Ⅲ级区间时，监测BIM模型展示全部节点数的四分之一和相应贴图信息。
2.根据权利要求1所述的基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，其特征在于，步骤1中所有坝型包括混凝土重力坝、拱坝和土石坝。
3.根据权利要求1所述的基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，其特征在于，步骤1中所述的监测BIM模型按照变形、渗流、应力应变、温度四大类监测项目分类编组。
4.根据权利要求1所述的基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，其特征在于，步骤1中所述的监测仪器包括正垂线、倒垂线、表面变形、多点位移计、基岩变位计、静力水准、引张线、测缝计、双向测缝计、双向测缝计3DM、裂缝计、测斜管、双金属标、钢丝位移计、三维激光准直***、滑动测微计、测压管、渗压计、量水堰、光纤测温、温度计、压力计、单向应变计、三向应变计组、四向应变计组、五向应变计组、七向应变计组和九向应变计组。
5.根据权利要求4所述的基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，其特征在于，步骤2.1中正垂线、倒垂线、测斜管、多点位移计的监测BIM模型采用参数化加载，其余监测仪器采用普通直接加载。
6.根据权利要求1所述的基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，其特征在于，步骤2.3的自定义的函数关系如下：
如果，则；如果，则；
其中：Y—监测BIM模型显示倍率，X1—用户视点与大坝BIM模型中心点距离， X2—大坝BIM模型所有维度中的最大长度范围值；
其中，用户可自定义设置监测BIM模型最大显示倍率。
7.根据权利要求1所述的基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互方法，其特征在于，在对一个新的大坝工程建BIM模型时，还包括场景渲染步骤，即在VTK中，设置场景中相机和光照参数。
8.一种基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互***，其特征在于，包括监测BIM标准数据存储模块、监测BIM专业数据存储模块、BIM模型图库管理模块、BIM模型分级加载模块、监测BIM模型信息处理模块、监测BIM模型信息三维导航模块和工程BIM模型集成模块；
监测BIM标准数据存储模块、监测BIM模型图库管理模块、监测BIM模型分级加载模块、监测BIM模型信息处理模块、工程BIM模型集成模块和监测BIM模型信息三维导航模块依次相连；
监测BIM模型信息处理模块还分别与监测BIM专业数据存储模块、监测BIM标准数据存储模块相连；
监测BIM标准数据存储模块用于存储所有坝型中用到的监测仪器的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息；
监测BIM专业数据存储模块用于存储各个监测BIM模型的工程信息；
监测BIM模型图库管理模块用于对监测BIM标准数据存储模块中的数据进行增加、删除、查询和修改；
BIM模型分级加载模块用于通过监测BIM模型图库管理模块加载监测BIM标准数据存储模块中的监测BIM模型中的自身属性信息、BIM几何模型和贴图信息，然后对监测BIM模型依次进行自适应加载、轻量化加载和分级加载；
监测BIM模型信息处理模块用于将监测BIM标准数据存储模块中的监测BIM模型及监测BIM专业数据存储模块中的相应的监测BIM模型的工程信息建立映射关系，实现监测BIM模型与工程信息的无缝集成与实时调用；
工程BIM模型集成模块用于将大坝建筑物BIM模型和监测仪器BIM模型根据大地坐标系和黄海高程集成，构建完整的大坝工程BIM模型；
监测BIM模型信息三维导航模块用于用户查找建好的大坝工程的BIM模型中以及其中某个监测BIM模型，并提供合适的视角显示模型。
9.根据权利要求8所述的基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互***，其特征在于，监测BIM模型分级加载模块包括监测BIM模型加载参数设置单元、监测BIM模型渲染展示单元和监测BIM模型分级加载设置单元；
监测BIM模型加载参数设置单元用于参数化加载时的参数设置及监测BIM模型分级加载函数关系的设置；
监测BIM模型渲染展示单元用于监测BIM模型轻量化加载时，以及监测BIM模型分级加载后的监测BIM模型的渲染；
监测BIM模型分级加载设置单元用于监测BIM模型的分级加载。
10.根据权利要求8所述的基于标准图集管理的监测BIM模型快速加载交互***，其特征在于，监测BIM专业数据存储模块用于存储各个监测BIM模型的工程信息，包括考证信息、原始测值、整编测值信息和工程文档。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |