CN110704929A - 基于bim+gis与案例推理的绿色建筑辅助优化*** - Google Patents

基于bim+gis与案例推理的绿色建筑辅助优化*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及绿色建筑的设计优化，其公开了一种基于BIM+GIS与案例推理辅助优化绿色建筑设计的***，为现有绿色建筑设计提供评价，并为绿色建筑设计优化提供信息化支持。该***包括：模型场景信息集成模块，对BIM设计模型和GIS建筑场景模型进行整合；模型信息提取模块，提取与绿色建筑相关的BIM设计参数及GIS场景参数；法规标准录入模块，进行绿色建筑相关评价法规标准的电子化和结构化的录入；绿建设计评价模块，将BIM设计参数及GIS场景参数与法规标准数据进行比较，实现绿色建筑设计检查及评价；案例推理模块，对非最佳评价的设计进分析，确定不满足要求的模型属性参数，并通过相关算法从案例库中给出推荐方案；辅助优化模块，对获取的推荐方案进行自定义优化或者直接依据推荐方案替换原有设计部分。

Description

基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***
技术领域
本发明涉及绿色建筑的设计优化，特别涉及一种基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***。
背景技术
随着我国经济发展，节约资源、保护环境已经成为建筑业重要的发展方向，绿色建筑则是这一发展方向的落脚点。为满足人民日益增长的美好生活需求，国家越来越重视绿色建筑对人居环境改善的更深层次的意义，并于2019年8月1日实施新版《绿色建筑评价标准》。然而传统设计方法难以评价建筑设计符合绿色设计评价标准的程度，如何提高建筑设计中绿色设计的准确性也成为设计中的一个难题。
结合信息和通信技术与建设行业的建筑信息模型(Building InformationModeling，BIM)是解决上述问题的一个绝佳方法，BIM技术以其可视化、信息化、参数化等功能，为绿色建筑设计带来数据基础。此外，GIS(Geographic Information System，地理信息***)技术以其场景环境的表现能力，为绿色建筑设计带来可靠的环境支持，其自身包含大量信息资料、整合各专业设计内容则为绿色建筑设计的评价和辅助优化带来了可行性。同时，案例推理技术(Case-Based Reasoning，CBR)拥有知识积累、相似案例调用等作用，将其与BIM技术和GIS技术结合应用在绿色建筑设计当中，可以为绿色建筑设计优化建立知识管理架构，提供知识的储存、利用和更新，提高绿色建筑设计的质量和效率。
可见，结合BIM+GIS与案例推理技术应用到绿色建筑设计的辅助优化是未来的发展方向。目前尚未有将此技术应用到绿色建筑设计当中，因此有必要设计一种基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***，以提高绿色建筑设计的效率和准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于BIM+GIS与案例推理辅助优化绿色建筑设计的***，为现有绿色建筑设计提供评价，并为绿色建筑设计优化提供信息化支持，从而提高绿色建筑设计的效率和准确性。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,包括：
模型场景信息集成模块，用于将BIM建筑设计模型与GIS建筑场景模型集成在同一平台，建立设计信息数据库；
模型信息提取模块，用于从设计信息数据库中提取与绿色建筑相关的BIM设计参数及GIS场景参数，作为绿色建筑设计评价的设计信息基础数据；
法规标准录入模块，用于绿色建筑相关评价法规标准的电子化和结构化的录入，建立法规标准数据库；
绿建设计评价模块，用于将完备的BIM设计参数及GIS场景参数与法规标准数据进行比较，实现绿色建筑设计检查及评价；
案例推理模块，用于对非最佳评价的设计进分析，确定不满足要求的模型属性参数，利用熵权法确定属性参数的权重，依据关联属性从案例库中选取对应构件或设计方案，在该权重的基础上通过TOPSIS算法对案例库内的方案进行综合计分排序，得到综合推荐方案；
辅助优化模块，用于设计人员对获取的推荐方案进行自定义优化或者直接依据推荐方案替换原有设计部分。
作为进一步优化，所述模型场景信息集成模块具体用于：整合BIM建筑设计模型及GIS建筑场景平台到同一平台，集成建筑设计和场景的二维、三维信息，统一数据格式，建立模型信息数据库所述BIM建筑设计模型包括建筑项目的建筑模型、结构模型及机电模型，所述GIS场景模型包括建筑场地、与周围配套建筑环境位置关系、建筑项目周边交通情况信息。
作为进一步优化，所述模型信息提取模块具体用于：从设计信息数据库中分别提取BIM设计参数及GIS场景参数，提取的对象包括几何数据以及非几何数据，然后通过特征定义、模型分类和过滤筛选保留绿色建筑设计所需的相关参数。
作为进一步优化，所述法规标准录入模块录入的绿色建筑相关评价法规标准应涵盖BIM设计模型、GIS场景模型中与绿色建筑相关联的法规标准。
作为进一步优化，所述绿建设计评价模块具体包括：
评价检查子模块，用于将完备的BIM设计参数和GIS场景参数与法规标准数据对比，检查对应设计信息的绿色建筑标准满足情况，给出对应评价结果；
评价反馈子模块，用于将评价结果以图形、批注形式反馈给设计人员。
作为进一步优化，所述评价反馈子模块将评价结果以图形、批注形式反馈给设计人员，具体包括：评价结果分为优秀、合格和不合格三种，其中评价为优秀的设计模型反馈为绿色、合格的设计模型反馈为黄色、不合格的设计模型反馈为红色；自动批注在三维模型或二维设计图纸上。
作为进一步优化，所述案例推理模块具体包括：
计算参数子模块，用于根据评价反馈情况，对非最佳评价设计进行分析，筛选造成不满足最佳设计的参数属性，根据属性与法规标准关联的程度，利用熵权法确定属性参数的权重；
方案推荐子模块，用于完成案例推理逻辑循环，依据关联属性从案例库中选取对应构件或设计方案，在属性权重的基础上进行关联性计算，利用熵权TOPSIS法对案例库内的方案进行综合计分排序，得到综合推荐方案所述综合推荐方案针对BIM设计和GIS场景分别提供BIM设计推荐方案和文本参数推荐方案。
作为进一步优化，所述辅助优化模块具体用于通过以综合推荐方案中的BIM设计推荐方案进行直接应用形成优化或者自定义优化参数，通过综合推荐方案中的文本参数推荐方案为设计人员提供历史相似案例的解决办法，为方案调整提供辅助。
作为进一步优化，所述辅助优化模块还用于将对推荐方案进行自定义优化后的方案存储至案例库中作为历史数据。
本发明的有益效果是：
(1)以BIM工程信息模型为核心，利用信息化技术实现绿色建筑评价标准满足情况，以二维、三维等多角度反馈评价结果，实现绿色建筑设计评价的直观呈现，便于设计人员快速查找；
(2)统一建筑信息数据和GIS场景数据，将建筑设计方案中与绿色建筑设计相关联的属性参数进行剥离，以数据库形式储存、调用，便于数据的管理和应用；
(3)设计人员可以利用历史设计经验，将过去设计案例作为数据库，可以快速地依照相同案例对绿色建筑设计进行辅助优化，大幅提高设计优化的工作效率；
(4)利用案例推荐(CBR)逻辑循环在BIM+GIS***中的实现，形成一套绿色建筑设计知识的智能累计，丰富设计知识库提高设计单位工作质量。
附图说明
图1为本发明的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***结构框图；
图2为基于BIM+GIS的绿色建筑评价原理图；
图3为基于案例推理的绿色建筑设计辅助优化原理图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种基于BIM+GIS与案例推理辅助优化绿色建筑设计的***，为现有绿色建筑设计提供评价，并为绿色建筑设计优化提供信息化支持，从而提高绿色建筑设计的效率和准确性。
在具体实现上，如图1所示，本发明中的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***包括：模型场景信息集成模块、模型信息提取模块、法规标准录入模块、绿建设计评价模块、案例推理模块和辅助优化模块几个部分，各个部分具体介绍如下：
模型场景信息集成模块，用于统一建筑设计BIM模型与建筑场景GIS模型为统一的文件格式，轻量化模型文件中的几何信息并载入至3D-BIM+GIS平台，建立设计信息数据库，所述BIM建筑设计模型包括建筑项目的建筑模型、结构模型及机电模型，所述GIS场景模型包括建筑场地、与周围配套建筑环境位置关系、建筑项目周边交通情况等信息；
模型信息提取模块，用于分别对平台文件中的BIM设计模型及GIS场景模型进行参数提取，作为绿色建筑设计评价的设计信息基础数据，该信息应包含几何以及非几何信息，同时根据特征定义进行模型分类，筛选出绿色建筑所需的参数，从而为数据对比提供数据来源；
法规标准录入模块，用于绿色建筑相关评价法规标准的电子化和结构化的录入；建立法规标准数据库，通过法规标准录入模块功能获取评价依据，该模块应涵盖BIM模型、GIS场景中与绿色建筑相关联的法规标准，同时与比对模型信息保持信息名称的统一。
绿建设计评价模块，包含评价检查子模块及评价反馈子模块两个部分；
评价检查子模块，用于将所述设计信息数据库中的参数信息与所述法规标准数据库中的法规参数进行比较，获取设计参数的绿色建筑设计满足情况。所述评价满足情况分为三类，即优秀(满足标准且能获得该项评价满分)、合格(满足标准但未获得该项评价满分)、不合格(不满足标准未能获得该项评价得分)；
评价反馈子模块，用于为设计人员反馈所述评价检查子模块中的评价结果，分为二维批注和三维模型标注，其中评价为优秀的设计模型反馈为绿色、合格的设计模型反馈为黄色、不合格的设计模型反馈为红色、反馈评价直观反应建筑项目中与绿色建筑设计法规标准的对应情况，设计人员以此为根据能够精确的在设计模型中找到绿色建筑设计问题。
案例推理模块，包括计算参数子模块和方案推荐子模块两个部分；
计算参数子模块，用于根据评价结果对设计模型进行选取，分别对模型参数进行关联性提取，获得法规标准所涉及的参数，应用熵权法对上述属性参数进行权重确定，依据计算得出与问题最关联的属性，作为辅助优化计算的数据依据；
方案推荐子模块，用于完成案例推荐逻辑循环，依据关联属性利用数据接口从案例库中选取对应BIM构件模型或设计方案，在权重确定的基础上通过TOPSIS算法对现有方案的属性量化计算，得到案例方案的综合计分排序，从而得到最优推荐方案。通过方案推荐子模块能够使设计人员能够利用从过去的设计经验，将历史设计数据化。利用该模块可以实现设计的快速准确优化，同时本次优化选择记录进入历史数据，为后续遇到相关问题的设计提供更加丰富准确的数据支撑。
辅助优化模块，用于推荐方案的优化应用或设计人员对原有方案的自定义修改。选择推荐方案进行优化，则对现有设计方案进行几何属性、非几何属性的更新，选择自定义修改原有方案则将自定义方案导入案例库，实现案例库的丰富，为后续***使用提高精确度。
基于上述***，本发明实现基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***可以分为绿色建筑设计评价和基于案例推理的辅助优化两个部分；
其中，绿色建筑设计评价需要用到***中的模型场景集成模块、模型信息提取模块、法规标准录入模块和绿建设计评价模块，其实现原理如图2所示，主要包括：
1、模型场景信息集成模块的作用对象为BIM设计模型和GIS场景模型，通过模型的轻量化和模型格式的统一集成建筑设计的建筑参数和场景参数；
2、模型信息提取模块的作用对象为设计信息数据库，提取的对象包括几何数据以及非几何数据，通过特征定义、模型分类和过滤筛选保留绿色建筑设计所需的相关参数，如墙的隔声性能、房间的窗地面积比例等；
3、通过遍历BIM设计模型与GIS场景模型，检查模型构件的参数完备性，以保证评价的准确性，若检查出信息不完整则反馈缺失信息，直至信息补全反馈回BIM设计模型和GIS场景模型；
4、法规标准录入模块的作用对象为法规标准数据库，通过专家解读、法规转译实现规则的电子化录入，成为法规检查需要的检查数据，并储存至法规标准数据库当中。
5、通过完备的建筑设计参数与法规标准数据库比对，实现绿色建筑的评价检查；
6、根据上述建筑设计参数与法规标准数据库的比对结果，在BIM+GIS的集成平台中进行二维、三维的反馈显示，并提供三维可视化模型判读功能，即根据等于最佳得分条件(优秀)、等于最低得分条件(合格)和低于最低得分条件(不合格)进行对应评价反馈，从而让设计人员了解到设计模型的绿色建筑评价情况。
基于案例推理的辅助优化需要用到***中的案例推理模块和辅助优化模块，其实现原理如图3所示，主要包括：
1、根据所选非最佳评价(除去优秀之外，包括合格和不合格两种)的模型进行属性筛选，筛选条件为参数属性与法规标准数据库的交集，用于确定其关联信息，并作为计算参数；
2、利用熵权法对相应属性参数进行权重计算，确定其权重值，将相关性进行数据结构化，记为计算因素；
3、以关联信息及其权重值为基础，形成案例索引，结合TOPSIS算法得到相似案例，利用熵权TOPSIS的计算结果对历史案例库中的相应案例进行综合排序，得到建议方案。建议方案针对BIM设计和GIS场景分别提供BIM设计方案和文本参数推荐方案。通过前者可以对历史案例库中的方案进行直接应用形成优化或自定义优化参数，从而对历史案例库进行丰富；通过后者则提供设计人员历史相似案例的解决办法和相关参数与满分评价的差值比，为方案调整提供辅助，从而实现对绿色建筑设计的优化。

Claims (9)

1.基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，包括：
模型场景信息集成模块，用于将BIM建筑设计模型与GIS建筑场景模型集成在同一平台，建立设计信息数据库；
模型信息提取模块，用于从设计信息数据库中提取与绿色建筑相关的BIM设计参数及GIS场景参数，作为绿色建筑设计评价的设计信息基础数据；
法规标准录入模块，用于绿色建筑相关评价法规标准的电子化和结构化的录入，建立法规标准数据库；
绿建设计评价模块，用于将完备的BIM设计参数及GIS场景参数与法规标准数据进行比较，实现绿色建筑设计检查及评价；
案例推理模块，用于对非最佳评价的设计进分析，确定不满足要求的模型属性参数，利用熵权法确定属性参数的权重，依据关联属性从案例库中选取对应构件或设计方案，在该权重的基础上通过TOPSIS算法对案例库内的方案进行综合计分排序，得到综合推荐方案；
辅助优化模块，用于设计人员对获取的推荐方案进行自定义优化或者直接依据推荐方案替换原有设计部分。
2.如权利要求1所述的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，
所述模型场景信息集成模块具体用于：整合BIM建筑设计模型及GIS建筑场景平台到同一平台，集成建筑设计和场景的二维、三维信息，统一数据格式，建立模型信息数据库所述BIM建筑设计模型包括建筑项目的建筑模型、结构模型及机电模型，所述GIS场景模型包括建筑场地、与周围配套建筑环境位置关系、建筑项目周边交通情况信息。
3.如权利要求1所述的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，
所述模型信息提取模块具体用于：从设计信息数据库中分别提取BIM设计参数及GIS场景参数，提取的对象包括几何数据以及非几何数据，然后通过特征定义、模型分类和过滤筛选保留绿色建筑设计所需的相关参数。
4.如权利要求1所述的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，
所述法规标准录入模块录入的绿色建筑相关评价法规标准应涵盖BIM设计模型、GIS场景模型中与绿色建筑相关联的法规标准。
5.如权利要求1所述的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，
所述绿建设计评价模块具体包括：
评价检查子模块，用于将完备的BIM设计参数和GIS场景参数与法规标准数据对比，检查对应设计信息的绿色建筑标准满足情况，给出对应评价结果；
评价反馈子模块，用于将评价结果以图形、批注形式反馈给设计人员。
6.如权利要求5所述的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，
所述评价反馈子模块将评价结果以图形、批注形式反馈给设计人员，具体包括：评价结果分为优秀、合格和不合格三种，其中评价为优秀的设计模型反馈为绿色、合格的设计模型反馈为黄色、不合格的设计模型反馈为红色；自动批注在三维模型或二维设计图纸上。
7.如权利要求1所述的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，
所述案例推理模块具体包括：
计算参数子模块，用于根据评价反馈情况，对非最佳评价设计进行分析，筛选造成不满足最佳设计的参数属性，根据属性与法规标准关联的程度，利用熵权法确定属性参数的权重；
方案推荐子模块，用于完成案例推理逻辑循环，依据关联属性从案例库中选取对应构件或设计方案，在属性权重的基础上进行关联性计算，利用熵权TOPSIS法对案例库内的方案进行综合计分排序，得到综合推荐方案所述综合推荐方案针对BIM设计和GIS场景分别提供BIM设计推荐方案和文本参数推荐方案。
8.如权利要求1所述的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，
所述辅助优化模块具体用于通过以综合推荐方案中的BIM设计推荐方案进行直接应用形成优化或者自定义优化参数，通过综合推荐方案中的文本参数推荐方案为设计人员提供历史相似案例的解决办法，为方案调整提供辅助。
9.如权利要求8所述的基于BIM+GIS与案例推理的绿色建筑辅助优化***,其特征在于，
所述辅助优化模块还用于将对推荐方案进行自定义优化后的方案存储至案例库中作为历史数据。
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