CN110532720A - 一种城市地下管网bim快速自动化建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，该方法通过对电子数据库中存储的原始管线数据信息进行编程处理并生成标准化格式的管线数据信息，再导入BIM软件实现自动化建模，编程处理包括以下步骤：1)根据每种管线的属性信息和表现形式，对原始管线数据信息进行分类；2)根据分类完成的管线数据信息，判断各管线之间是否发生碰撞，若是，则执行步骤3)，若否，则执行步骤4)；3)根据设定的避让规则，修改相应的管线数据信息，进行自动避让，并执行步骤2)；4)将完成自动避让后的管线数据信息，转化成标准化格式的管线数据信息，用于导入BIM软件实现自动化建模，与现有技术相比，本发明具提高建模效率、降低人工成本等优点。

Description

一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法

技术领域

本发明涉及地下管网自动化建模领域，尤其是涉及一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法。

背景技术

城市地下管线历来是城市的“血管”和“神经”，地下管线涉及给水、雨水、污水、燃气、电力、信息等多种地下管线，形成了一张错综复杂的地下管线网络,即城市管网，是城市基础设施的重要组成部分，担负着传递信息和输送能量的工作。传统的二维CAD图难以展示地下管网中管线的空间分布情况，仅可展示管线的平面分布情况，在管线密集处有很多交叉点，难以辨别管线是否发生碰撞，同时CAD图无法直观展示管线属性信息和管线连接处的附属物信息，仅通过标注的方式间接表达，因此在管线密集处标注比较混沌，甚至掩盖管线信息。然而随着城市规模发展不断变化，城市精细化管理程度不断提高，地下管网复杂程度越来越高，且需要不断发生变动，因此若仍使用传统二维方式，对地下管网的规划、设计、施工、维护等工作将带来较大的挑战。

在BIM三维动态模型图上，可展现地下管网的空间分布情况，清晰看出不同管线在垂向上的层次关系，因此BIM技术在城市地下空间开发中的应用有助于地下空间***的建立、不同设计方案的对比分析以及精细设计和碰撞检测等工作，但是目前BIM在地下空间开发的应用还处于起步阶段，相应的功能模块或插件仍在开发完善中。

卢丹丹等在《城市地下管线三维建模关键技术研究》中提出了高精度自动三维建模的技术方法，利用二维管线普查数据，根据各类管线点和管线段的特点，采用不同方式，通过空间、属性和材质信息映射，实时驱动生成地下管线三维模型，但是该方法没有对生成的三维模型进行碰撞检测和避让的操作，但实际操作过程中，由于探测误差会导致自动生成的三维模型在不同管线之间会产生碰撞。

吴峰等在《基于BIM技术的既有地下管线三维自动化建模的研究》中提出了通过BIM软件的二次开发对既有地下管线及其对应的附属物批量导入软件，构建BIM模型，再利用软件自带碰撞检查模块和人工检查的方式修改完善模型，该方法通过软件自带的碰撞检测模块可以对管线之间的碰撞进行检测，但无法进行自动避让，需要人工的参与，无法实现完全的自动化建模，建模效率低且成本高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，该方法通过对电子数据库中存储的原始管线数据信息进行编程处理后，生成标准化格式的管线数据信息，再导入BIM软件实现自动化建模，所述的编程处理包括以下步骤：

1)根据每种管线的属性信息和表现形式，对原始管线数据信息进行分类；

2)根据分类完成的管线数据信息，判断各管线之间是否发生碰撞，若是，则执行步骤3)，若否，则执行步骤4)；

3)根据设定的避让规则，修改相应的管线数据信息，进行自动避让，并执行步骤2)；

4)将完成自动避让后的管线数据信息，转化成标准化格式的管线数据信息，用于导入BIM软件实现自动化建模。

进一步地，所述的原始管线数据信息包括点号、上点号、横坐标、纵坐标、地面高程、管径或孔数、埋深、材质和备注。

进一步地，所述的步骤1)具体包括以下步骤：

11)识别电子数据库中的各管线数据信息；

12)通过点号前两位字母代码，确定管线的类型；

13)通过点号和上点号相邻的关系，确定同一类型管线的连接走向；

14)通过横坐标、纵坐标、地面高程和埋深，确定各类型管线的空间展布情况；

15)通过管径或孔数、材质和备注，确定各类型管线的属性信息。

进一步地，所述的步骤2)具体包括：

21)将不同类型的管线进行两两比较，确定各管线在二维平面上的交叉点；

22)根据交叉点上管线的埋深和管径的大小，判断交叉点上的两管线是否发生碰撞；

23)若是，则执行步骤3)，若否，则执行步骤4)。

进一步地，所述的步骤21)中，通过在二维平面中沿管线搜索实确定各管线的交叉点的。

进一步地，所述的步骤3)具体包括：

31)趋势改正：当两条管线发生碰撞时，则根据每条管线的整体走势，通过统计分析管线碰撞点两侧相邻的20个点进行趋势统计，确定埋深的变化整体趋势，判断空间分布的合理性；

32)根据两条碰撞管线的管径的大小和碰撞点处两管线的重合长度，即由交叉点位置到管径边缘的长度，根据管线的整体走势进行甄别改正，从而使管线空间分布的更客观、合理。

进一步地，所述的标准化格式为BIM软件识别的格式，包括标高、族、类型、材料、坐标和偏移。

进一步地，该方法采用BIM软件二次开发的插件，创建电子数据库与BIM软件的接口，批量导入标准化格式的管线数据信息，所述的BIM软件根据导入的管线数据信息进行BIM自动化建模。

进一步地，所述的原始管线数据信息的来源包括纸质资料、电子数据和图件。

进一步地，所述的编程处理通过FORTRAN编程的方式实现。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)在导入BIM软件建模前，通过在检测碰撞后，根据设定的规则确定避让管线并自动计算避让管线移动的最小距离和方向，实现自动避让，减少了人工操作的麻烦，降低了建模环节的门槛与成本，提高了自动建模的有效性、可靠性和精准性；

2)通过在二维平面中采用沿管线搜索交叉点，再从垂向根据两管线的埋深和管径大小判断是否碰撞，相比于三维全空间搜索检查的方式，计算速度快且定位精度高；

3)利用FORTRAN编程的方式完成管线分类、碰撞检查、避让以及标准化格式输出，同时创建电子数据库和BIM软件的接口，实现管线数据和信息的批量导入，无需人工干预和调整，对硬件配置要求低，自动生成可作为成果应用的BIM模型，运行速度快，提高建模的效率，降低成本。

附图说明

图1为本发明自动建模方法的流程图；

图2为通过本方法自动建模后形成的地下管网BIM模型；

图3为管线避让前后的对比图，其中，图(3a)为未经碰撞检测和自动避让直接生成的BIM模型，图(3b)为通过本方法管线碰撞检测和自动避让后生成的BIM模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明在对城市地下管网BIM三维建模研究和实践的基础上，提供了一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法。首先，将地下管网数据整理和信息整理成统一格式后，作为原始管线信息数据存入电子数据库中，然后采用FORTRAN编程的方式完成管线分类、碰撞检查和避让，并以标准化格式输出，再导入BIM软件中，自动生成BIM三维模型。本实施例中，采用Revit软件对地下管网进行BIM三维建模。

如图1所示，本发明主要包括三大步骤：数据整理、编程处理和软件建模。本实施例对该三大步骤分别进行说明：

(1)数据整理

城市地下管网数据和信息的主要来源于已有资料和普查数据，一般有纸质资料、图件和电子数据三种类型，各自所包含的数据信息不尽相同，为尽可能全面展示地下管网的所有信息，将上述类型种所包含的数据的信息统一整理至一个电子数据库中，作为原始管线信息数据。本实施例根据《城市地下管线探测技术规程》对管线的种类、代号等的要求，结合实际工程自动化建模需要，构建电子数据库中的原始管线信息数据包括：序号、点号、上点号、横坐标、纵坐标、地面高程、管径或孔数、埋深、材质和备注，备注可注明非开挖等信息，如表1所示：

表1 电子数据库表

(2)编程处理

编程处理步骤主要包括管线分类、碰撞检测、自动避让和标准化格式输出。

电子数据库中集合了所有管线数据信息，包含了给水、排水、燃气、热力电力和通讯等各种类型的管线数据信息，每种类型管线的属性信息和表现形式不同，为便于碰撞检查和批量自动化建模，需对管线类型进行分类。通过FORTRAN编程快速识别电子数据库中的点号前两位字母代码，进行分类。同时，通过点号和上点号相邻的关系，确定管线的连接走向；通过横坐标、纵坐标、地面高程和埋深确定管线的空间展布情况；通过管径或孔数、材质和备注，确定管线的属性信息，由此可得到地下管网的形态。

具体包括以下步骤：

11)识别电子数据库中的各管线数据信息；

12)通过点号前两位字母代码，确定管线的类型；

13)通过点号和上点号相邻的关系，确定同一类型管线的连接走向；

14)通过横坐标、纵坐标、地面高程和埋深，确定各类型管线的空间展布情况；

15)通过管径或孔数、材质和备注，确定各类型管线的属性信息。

管线探测过程中不可避免的会产生误差，探测埋深不准确，导致相邻管线可能出现空间位置重合即碰撞，这与实际不符，因此，需碰撞检测。碰撞检测时，首先对不同类型的管线进行两两比较，确定各管线在平面上的交叉点，再根据两管线的埋深和管径大小判断是否发生碰撞。本方法在二维平面中采用沿管线搜索交叉点，再从垂向上判断是否碰撞。

具体包括以下步骤：

21)将不同类型的管线进行两两比较，确定各管线在二维平面上的交叉点；

22)根据交叉点上管线的埋深和管径的大小，判断交叉点上的两管线是否发生碰撞；

23)若是，则执行步骤3)，若否，则执行步骤4)。

如果检测到管线之间发生碰撞，先按照设定的避让规则，确定避让的管线，本实施例设定的避让规则为：小管径让大管径、支管让干管、金属管让非金属管、压力管让重力管、低压管让高压管。然后再根据管径的大小和重合的长度，确定避让管线移动的方向和最小距离。

具体包括以下步骤：

31)根据设定的避让规则，确定避让管线；

32)根据两碰撞管线的管径的大小和重合的长度，确定避让管线移动的方向和最小距离。

在完成管线分类、碰撞检测和自动避让后，需要将管线数据信息整理成Revit软件可识别的格式，及生成标准化格式的管线数据信息，本实施例中标准化格式的管线数据信息，如表2所示：

表2 Revit软件可识别的格式表

(3)软件建模

本实施例采用Revit软件二次开发的插件，创建电子数据库和Revit软件的接口，实现批量导入标准化格式的管线数据信息，Revit软件根据导入的管线数据信息，自动生成可作为成果应用的BIM模型，完成软件建模。

实施例1

本实施例以上海市某十字路口为例，利用本发明提供的方法进行该十字路口地下管网的快速BIM自动建模。该十字路口管线类型众多，涉及雨水、污水、电力、信息等各种类型，而且管线纵横交织。

CAD图难以展示管线的空间分布情况，仅可展示管线的平面分布情况，且在十字路口的四个拐点处，由于管线密集，有很多交叉点，难以判断是否发生碰撞，如图2所示，采用本发明提供的方法自动化建模后，形成地下管网的BIM三维模型，在BIM三维动态模型图上，展现了地下管网的空间分布情况，清晰地展示了不同管线在垂向上的层次关系，通过动态旋转到不同角度，很容易辨别是否碰撞。同时BIM三维模型图上对管线的管径大小以及连接处的窨井和雨篦等附属物均有较好的展示，对后续施工和运维，以及管线搬迁设计等提供了有价值的模型信息。

图3为管线避让前后的对比图，图(3a)为直接生成的BIM模型，由于存在误差造成了管线之间的碰撞，形成了图中的四处碰撞点，且碰撞情况各有不同。(第一步，快速排斥实验，它的任务是通过快速搜索的方法，过滤掉相隔较远没有交集且完全不会发生碰撞的构件集合，找出潜在相交的构件集合；第二步，跨立实验准确求交，它的使命是对潜在相交的构件集合对进行相交测试，判断物体的是否发生穿透现象；第三步，趋势改正：如果两个管线发生碰撞，则根据两管线的整体走势，通过统计分析管线碰撞点两侧相邻的20个点进行趋势统计分析，确定埋深的变化的整体趋势，判断分析空间分布的合理性；第四步，再根据两碰撞管线的管径的大小和碰撞点处两管线的重合长度(由交叉点位置到管径边缘的长度)，结合管线的整体走势自动进行甄别改正，从而使管线空间分布的更客观、合理。)图(3b)为通过碰撞检测和自动避让后生成的BIM模型，图(3a)中的四处碰撞点在程序自动调整后，实现了自动避让，减少了人工操作的麻烦，降低了建模环节的门槛与成本，也更符合实际情况。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，该方法通过对电子数据库中存储的原始管线数据信息进行编程处理后，生成标准化格式的管线数据信息，再导入BIM软件实现自动化建模，所述的编程处理包括以下步骤：

1)根据每种管线的属性信息和表现形式，对原始管线数据信息进行分类；

2)根据分类完成的管线数据信息，判断各管线之间是否发生碰撞，若是，则执行步骤3)，若否，则执行步骤4)；

3)根据设定的避让规则，修改相应的管线数据信息，进行自动避让，并执行步骤2)；

4)将完成自动避让后的管线数据信息，转化成标准化格式的管线数据信息，用于导入BIM软件实现自动化建模。

2.根据权利要求1所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，所述的原始管线数据信息包括点号、上点号、横坐标、纵坐标、地面高程、管径或孔数、埋深、材质和备注。

3.根据权利要求2所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤：

11)识别电子数据库中的各管线数据信息；

12)通过点号前两位字母代码，确定管线的类型；

13)通过点号和上点号相邻的关系，确定同一类型管线的连接走向；

14)通过横坐标、纵坐标、地面高程和埋深，确定各类型管线的空间展布情况；

15)通过管径或孔数、材质和备注，确定各类型管线的属性信息。

4.根据权利要求3所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括：

21)将不同类型的管线进行两两比较，确定各管线在二维平面上的交叉点；

22)根据交叉点上管线的埋深和管径的大小，判断交叉点上的两管线是否发生碰撞；

23)若是，则执行步骤3)，若否，则执行步骤4)。

5.根据权利要求4所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，所述的步骤21)中，通过在二维平面中沿管线搜索实确定各管线的交叉点的。

6.根据权利要求4所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，所述的步骤3)具体包括：

31)趋势改正：当两条管线发生碰撞时，则根据每条管线的整体走势，通过统计分析管线碰撞点两侧相邻的20个点进行趋势统计，确定埋深的变化整体趋势，判断空间分布的合理性；

32)根据两条碰撞管线的管径的大小和碰撞点处两管线的重合长度，即由交叉点位置到管径边缘的长度，根据管线的整体走势进行甄别改正，从而使管线空间分布的更客观、合理。

7.根据权利要求1所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，所述的标准化格式为BIM软件识别的格式，包括标高、族、类型、材料、坐标和偏移。

8.根据权利要求7所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，该方法采用BIM软件二次开发的插件，创建电子数据库与BIM软件的接口，批量导入标准化格式的管线数据信息，所述的BIM软件根据导入的管线数据信息进行BIM自动化建模。

9.根据权利要求1所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，所述的原始管线数据信息的来源包括纸质资料、电子数据和图件。

10.根据权利要求1所述的一种城市地下管网BIM快速自动化建模方法，其特征在于，所述的编程处理通过FORTRAN编程的方式实现。