CN114663542A - 地下综合管廊的bim模型数据优化方法 - Google Patents

地下综合管廊的bim模型数据优化方法 Download PDF

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CN114663542A CN202210302327.9A CN202210302327A CN114663542A CN 114663542 A CN114663542 A CN 114663542A CN 202210302327 A CN202210302327 A CN 202210302327A CN 114663542 A CN114663542 A CN 114663542A
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陈雍君
李晓健
王璐琳
吴光晔
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    • G06T11/001—Texturing; Colouring; Generation of texture or colour
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
    • E02D29/045—Underground structures, e.g. tunnels or galleries, built in the open air or by methods involving disturbance of the ground surface all along the location line; Methods of making them
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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Abstract

本发明公开了一种地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，包括获取获取建模所需的数据信息，构建综合管廊模型；对综合管廊的模型数据进行分类处理；剖析剪裁空间移动变化情况，针对其变化特点进行数据处理；渲染模型，实现模型数据优化。本发明提供的这种地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，通过建模软件建立综合管廊模型，导出后按模型类别将数据分为四类，在进行数据优化后按层次对数据进行加载，降低模型加载所需内存，提升加载速度。该方法可以有效提升模型操作流畅度，促进了BIM技术在综合管廊建设运维中的实际应用。

Description

地下综合管廊的BIM模型数据优化方法
技术领域
本发明属于模型数据处理领域，具体涉及一种地下综合管廊的BIM模型数据优化方法。
背景技术
地下综合管廊是“城市地下管线综合体”，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。随着经济的发展以及综合管廊建设相关政策的出台，国内综合管廊的建设积极性也越来越高。
BIM的全称为Building Information Modeling，即建筑信息模型，主要通过借助信息化、数字化技术将建筑的特征清楚的展现出来。BIM技术拥有可视化、模拟化、控制成本和进度、提高效率等优势。通过构建综合管廊模型，能将工程建设全生命周期的数据信息储存到计算机中，各参建方在项目规划、设计、施工、运维全过程通过一个信息模型协同工作。
但是目前由于BIM模型数据量巨大，在技术交底或者基于BIM的综合管廊的建设运维管理平台运维的过程中存在着模型上传失败、信息传输慢、交互过程卡顿、***崩溃、加载速度慢等问题，这极大限制和阻碍了BIM技术在综合管廊建设运维中的实际应用和推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高的的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法。
本发明提供的这种地下综合管廊的BIM模型数据优化方法包括如下步骤：
S1. 获取建模所需的数据信息，构建综合管廊模型；
S2. 对综合管廊的模型数据进行分类处理；
S3. 剖析模型空间位置移动变化情况，针对其变化情况进行数据处理；
S4. 渲染模型，完成模型数据优化；
步骤S1所述的构建综合管廊模型，具体为采用如下步骤构建基础模型：
A1. 获取管廊模型设计数据；
A2. 构建综合管廊模型；
A3. 将建立好的综合管廊模型转换为fbx或ifc格式；
步骤A1所述的管廊模型设计数据具体包括：1）侧墙及隔墙尺寸信息；2）顶板及底板尺寸信息；3）垫层及防水层尺寸信息；4）空间路径点坐标；
步骤A2所述的建立综合管廊模型具体为，根据模型设计数据信息，参照综合管廊建模规范，使用Revit构建一段长30m，截面类型为四舱地下综合管廊模型。根据综合管廊模型的特点，将综合管廊分为管廊主体结构、入廊管线结构、入廊管线支撑结构、管廊附属设施结构；
步骤A3所述的模型格式转换具体为：将Revit构建的rvt格式的文件通过文件导出转换为fbx或ifc格式文件；
步骤S2所述的对综合管廊的模型数据进行分类处理，具体为，根据多视图投影技术，将导出的fbx或ifc格式的综合管廊模型数据分为四类，所述的四类模型数据具体包括：综合管廊主体结构数据、入廊管线结构数据和入廊管线支撑结构数据以及管廊附属设施结构数据。
步骤S3所述的基于模型空间位置的移动变化情进行数据处理具体包括：
B1. 根据模型在操作界面的缩放比例进行分析；
B2. 当模型在观察视口内部分显示时的情况进行分析；
所述的步骤B1具体为，将Revit缩放匹配后的模型视图比例定义为1:1，此刻模型的精度等级设定为中等，基于1:1的模型视图比例缩小模型，此刻将模型的渲染精度降低为粗略，减少模型加载的数据计算量，提升操作界面内模型数据运行速度。基于1:1的视图比例扩大模型，此刻将模型的渲染精度提升为精细，增加模型的面数，使模型表面更加光滑。具体采用图元空间位置变换分析法删减模型视图比例增减时的数据，具体为：
c1 在操作界面内对模型进行移动或者旋转操作时，自当前模型加载界面中截取视点，并使用掩体遮盖分析法计算场景中所有图块可见的对象；
c2 在图元数据掩盖查询的可视化分析计算阶段，对当前操作界面内可观察到的模型图元使用单元网格统计数量，计算当前观察视点的法向量和空间坐标并赋予相应的图元，基于图元法向量和空间坐标数据确定模型的详细程度，以使用Revit缩放匹配后的图元距观察视点的距离为标准，空间相对位置大于标准距离的图元的精细程度设为粗略，空间相对位置小于标准距离的图元的精细程度设为精细；
c3 对当前模型的数据按类分级保存，并根据模型数据的复杂程度匹配对应的加载性能；
c4 将当前构建的模型数据按类划分为块，使用与模型位置数据和图块位置数据相关联的网格单元对分好的块进行排列组合，从而加快模型调度；通过基于块的视图视锥的位置和方向的确定实现动态数据加载；在每个加载节点处，预先对局部的场景图进行局部缓存，有利于在每个帧中只对新的图元进行传输，降低模型对加载内存的需求；伴随着需传输的图块数目越来越多，使得单个图块得可见性降低，同时也增加了视图像素，这使得模型的精细度增加，外观更加细腻；
所述的步骤B2具体为，当模型在观察视口内部分显示时，将该部分的模型精度等级置为精细，其余被掩盖的模型则进行数据预加载，当操作模型进行移动或旋转时预加载的模型实现快速以精细的等级显示。具体采用掩体遮盖分析法进行模型数据精简化处理，具体为：
d1 构建模型图元数据显隐列表，检测当前视角图元的显示状态，如果查询到模型与剪裁空间的相对位置为模型处于其内部或恰好与其相交，则将这部分图元的状态设定为“显示”，其余被遮挡的图元对象的状态设定为“隐藏”，并更新当前视点的可视化图元数据，降低模型运行所需内存;
d2 构建模型图元数据预处理列表，当对操作界面内的模型进行旋转或者移动时，将所有图元数据添加到预处理列表，停止操作后再对所有图元进行显隐检测，然后进行上述步骤d1处理图元数据;
所述的图元空间位置变换分析法和掩体遮盖分析法中用到的图元显隐检测过程说明如下：使用单元网格分割模型，根据各个图元之间的空间相对关系确定模型内部遮盖和相邻图元遮盖。内部块遮挡剔除仅使用每个块内部的图元来识别，并且对每个块面都执行下列操作：
E1. 初始化分析
E2. 图元显隐分析
所述的步骤E1具体为，在初始化分析阶段，将结构基本网格使用三角网格剖分工具进行分解，形成基本块，具体步骤为：
f1 基于当前模型构建尺寸为1mm×1mm的单元网格，将整个模型分割成标准图元，将图元数据储存到图元数据组内；
f2 计算标准图元的法向量，并将法向量数据组合并到到图元数据组内；
f3 计算当前观察视点的法线向量；
f4 基于所计算图元的法线向量，第一步对模型无法观察到的图元进行初步判断，将不可见图元数据剔除，将然后根据图元法线向量的与所观察视角法线向量乘积的正负判断图元的显隐，乘积为正的保留，乘积为负的剔除；
所述的步骤E2具体为，对目前正在查看的图元使用单元网格进行查询确认；赋予其当前观察视点的法线向量，基于三角剖分结构转换函数访问观察视线中的图元。通过对向量乘积结果正负的判断查询最终列表包含的显示图元，并分析这些图元具体属于哪些面。在进行图元填充转化为模型块的过程中，如果已完全填充了当前模型的可见面，则将对其进行验证。如果没有完全填充当前模型的可见面，则说明该面的可见集合完全隐藏了其相邻块面的可见集合，因此加载阶段不需要该隐藏块及其后续的相邻隐藏块。
所述的步骤S4进行模型渲染，完成模型数据精简化；具体为，根据实际信息对模型附加材质信息和使用处理好的外观图片对模型进行uv贴图，并调整包括：贴图的位置偏移、旋转的角度、图片在x及y方向的比例以及在水平和垂直方向上是否选择平铺参数，并根据实际场景选择修改透明度、反射率、自发光、染色参数，使模型外观效果更加真实。
本发明提供的这种基于构筑物地下综合管廊的BIM模型数据优化方法。通过将Revit制作的管廊模型转换为fbx或ifc格式，然后根据模型特点将数据分成四类，通过使用逐级加载和遮挡处理的方式，进行综合管廊模型的数据精简化，实现模型的轻量化，降低模型加载所需内存，提升加载速度。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图；
图2为本发明方法的30m长四舱综合管廊模型示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的这种基于构筑物地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，包括如下步骤：
S1. 获取建模所需的数据信息，构建综合管廊模型，包括：
A1. 获取管廊模型设计数据，包括：1）侧墙及隔墙尺寸信息；2）顶板及底板尺寸信息；3）垫层及防水层尺寸信息；4）空间路径点坐标；
A2. 构建综合管廊模型，具体为，根据模型设计数据信息，参照综合管廊建模规范，使用Revit构建一段长30m，截面类型为四舱地下综合管廊模型，如图2所示。根据综合管廊模型的特点，将综合管廊分为管廊主体结构、入廊管线结构、入廊管线支撑结构、管廊附属设施结构；
A3. 将建立好的综合管廊模型转换为fbx或ifc格式，具体为，将Revit构建的rvt格式的文件通过文件导出转换为fbx或ifc格式文件；
S2. 对综合管廊的模型数据进行分类处理；
步骤S2具体为，根据多视图投影技术，将导出的综合管廊模型数据分为四类；所述的四类数据包括：综合管廊主体结构数据(包括顶板、底板、隔墙、侧墙、垫层、防水层)、入廊管线结构数据(按照规范，入廊管线包括高压、低压电缆、通信管线、给水、中水管道、热力管道、天然气管道、雨水管道、污水管道)和入廊管线支撑结构数据(包括电缆托架、桥架，管道基座)以及管廊附属设施结构数据(防火设施、监控设施、传感设施)。
步骤S3所述的基于模型空间位置的移动变化情进行数据处理具体包括：
B1. 根据模型在操作界面的缩放比例进行分析，具体为，将Revit缩放匹配后的模型视图比例定义为1:1，此刻模型的精度等级设定为中等，基于1:1的模型视图比例缩小模型，此刻将模型的渲染精度降低为粗略，减少模型加载的数据计算量，提升操作界面内模型数据运行速度。基于1:1的视图比例扩大模型，此刻将模型的渲染精度提升为精细，增加模型的面数，使模型表面更加光滑；具体采用图元空间位置变换分析法删减模型视图比例增减时的数据，具体为：
c1 在操作界面内对模型进行移动或者旋转操作时，自当前模型加载界面中截取视点，并使用掩体遮盖分析法计算场景中所有图块可见的对象；
c2 在图元数据掩盖查询的可视化分析计算阶段，对当前操作界面内可观察到的模型图元使用单元网格统计数量，计算当前观察视点的法向量和空间坐标并赋予相应的图元，基于图元法向量和空间坐标数据确定模型的详细程度，以使用Revit缩放匹配后的图元距观察视点的距离为标准，空间相对位置大于标准距离的图元的精细程度设为粗略，空间相对位置小于标准距离的图元的精细程度设为精细；
c3 对当前模型的数据按类分级保存，并根据模型数据的复杂程度匹配对应的加载性能；
c4 将当前构建的模型数据按类划分为块，使用与模型位置数据和图块位置数据相关联的网格单元对分好的块进行排列组合，从而加快模型调度；通过基于块的视图视锥的位置和方向的确定实现动态数据加载；在每个加载节点处，预先对局部的场景图进行局部缓存，有利于在每个帧中只对新的图元进行传输，降低模型对加载内存的需求；伴随着需传输的图块数目越来越多，使得单个图块得可见性降低，同时也增加了视图像素，这使得模型的精细度增加，外观更加细腻；
B2. 当模型在观察视口内部分显示时的情况进行分析，具体为当模型在观察视口内部分显示时，将该部分的模型精度等级置为精细，其余被掩盖的模型则进行数据预加载，当操作模型进行移动或旋转时预加载的模型实现快速以精细的等级显示。具体采用掩体遮盖分析法进行模型数据精简化处理，具体为：
d1 构建模型图元数据显隐列表，检测当前视角图元的显示状态，如果查询到模型与剪裁空间的相对位置为模型处于其内部或恰好与其相交，则将这部分图元的状态设定为“显示”，其余被遮挡的图元对象的状态设定为“隐藏”，并更新当前视点的可视化图元数据，降低模型运行所需内存;
d2 构建模型图元数据预处理列表，当对操作界面内的模型进行旋转或者移动时，将所有图元数据添加到预处理列表，停止操作后再对所有图元进行显隐检测，然后进行步骤上述d1处理图元数据;
所述的图元空间位置变换分析法和掩体遮盖分析法中用到的图元显隐检测过程说明如下：使用单元网格分割模型，根据各个图元之间的空间相对关系确定模型内部遮盖和相邻图元遮盖。内部块遮挡剔除仅使用每个块内部的图元来识别，并且对每个块面都执行下列操作：
E1. 初始化分析具体为，在初始化分析阶段，将结构基本网格使用三角网格剖分工具进行分解，形成基本块，具体步骤为：
f1基于当前模型构建尺寸为1mm×1mm的单元网格，将整个模型分割成标准图元，将图元数据储存到图元数据组内；
f2 计算标准图元的法向量，并将法向量数据组合并到到图元数据组内；
f3 计算当前观察视点的法线向量；
f4 基于所计算图元的法线向量，第一步对模型无法观察到的图元进行初步判断，将不可见图元数据剔除，将然后根据图元法线向量的与所观察视角法线向量乘积的正负判断图元的显隐，乘积为正的保留，乘积为负的剔除；
E2. 图元显隐分析，具体为，对目前正在查看的图元使用单元网格进行查询确认；赋予其当前观察视点的法线向量，基于三角剖分结构转换函数访问观察视线中的图元。通过对向量乘积结果正负的判断查询最终列表包含的显示图元，并分析这些图元具体属于哪些面。在进行图元填充转化为模型块的过程中，如果已完全填充了当前模型的可见面，则将对其进行验证。如果没有完全填充当前模型的可见面，则说明该面的可见集合完全隐藏了其相邻块面的可见集合，因此加载阶段不需要该隐藏块及其后续的相邻隐藏块。
S4. 进行模型渲染，实现模型轻量化，具体为，根据实际信息对模型附加材质信息和使用处理好的外观图片对模型进行uv贴图，并调整包括：贴图的位置偏移、旋转的角度、图片在x及y方向的比例以及在水平和垂直方向上是否选择平铺参数，并根据实际场景选择修改透明度、反射率、自发光、染色参数，使模型外观效果更加真实。

Claims (13)

1.一种地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，包括如下步骤：
S1. 获取建模所需的数据信息，构建综合管廊模型；
S2. 对综合管廊的模型数据进行分类处理；
S3. 剖析模型空间位置移动变化情况，针对其变化情况进行数据处理；
S4. 渲染模型，完成模型数据优化。
2.根据权利要求1所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤S1，具体为：
A1. 获取管廊模型设计数据；
A2. 构建综合管廊模型；
A3. 将建立好的综合管廊模型转换为fbx或ifc格式。
3.根据权利要求2所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤A1，具体为，所获取的管廊模型设计数据包括：1）侧墙及隔墙尺寸信息；2）顶板及底板尺寸信息；3）垫层及防水层尺寸信息；4）空间路径点坐标。
4.根据权利要求3所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤A2，具体为，根据模型设计图，参考三维建模规范，使用Revit构建一段长30m，截面类型为四舱的地下综合管廊模型，根据建模流程以及构件特点，将综合管廊分为管廊主体结构、入廊管线结构、入廊管线支撑结构、管廊附属设施结构。
5.根据权利要求3或4所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤A3，具体为，将Revit构建的rvt格式的文件通过文件导出转换为fbx或ifc格式文件。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤S2，具体为，根据多视图投影技术，将导出的综合管廊模型数据分为四类；所述的四类数据包括：综合管廊主体结构数据、入廊管线结构数据和入廊管线支撑结构数据以及管廊附属设施结构数据。
7.根据权利要求6所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤S3，具体为：
B1. 根据模型在操作界面的缩放比例进行分析；
B2. 当模型在观察视口内部分显示时的情况进行分析。
8.根据权利要求7所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤B1，具体为，将Revit缩放匹配后的模型视图比例定义为1:1，此刻模型的精度等级设定为中等，基于1:1的模型视图比例缩小模型，此刻将模型的渲染精度降低为粗略，减少模型加载的数据计算量，提升操作界面内模型数据运行速度；基于1:1的视图比例扩大模型，此刻将模型的渲染精度提升为精细，增加模型的面数，使模型表面更加光滑；具体采用图元空间位置变换分析法删减模型视图比例增减时的数据，具体为：
c1 在操作界面内对模型进行移动或者旋转操作时，自当前模型加载界面中截取视点，并使用掩体遮盖分析法计算场景中所有图块可见的对象；
c2 在图元数据掩盖查询的可视化分析计算阶段，对当前操作界面内可观察到的模型图元使用单元网格统计数量，计算当前观察视点的法向量和空间坐标并赋予相应的图元，基于图元法向量和空间坐标数据确定模型的详细程度，以使用Revit缩放匹配后的图元距观察视点的距离为标准，空间相对位置大于标准距离的图元的精细程度设为粗略，空间相对位置小于标准距离的图元的精细程度设为精细；
c3 对当前模型的数据按类分级保存，并根据模型数据的复杂程度匹配对应的加载性能；
c4 将当前构建的模型数据按类划分为块，使用与模型位置数据和图块位置数据相关的网格单元对分好的块进行排列组合，从而加快模型调度；通过基于块的视图视锥的位置和方向的确定实现动态数据加载；在每个加载节点处，预先对局部的场景图进行局部缓存，有利于在每个帧中只对新的图元进行传输，降低模型对加载内存的需求；伴随着需传输的图块数目越来越多，使得单个图块得可见性降低，同时也增加了视图像素，这使得模型的精细度增加，外观更加细腻。
9.根据权利要求8所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤B2，具体为，当模型在观察视口内部分显示时，将该部分的模型精度等级置为精细，其余被掩盖的模型则进行数据预加载，当操作模型进行移动或旋转时预加载的模型快速以精细的等级显示；具体采用掩体遮盖分析法进行模型数据精简化处理，具体为：
d1 构建模型图元数据显隐列表，检测当前视角图元的显示状态，如果查询到模型与剪裁空间的相对位置为模型处于其内部或恰好与其相交，则将这部分图元的状态设定为“显示”，其余被遮挡的图元对象的状态设定为“隐藏”，并更新当前视点的可视化图元数据，降低模型运行所需内存;
d2 构建模型图元数据预处理列表，当对操作界面内的模型进行旋转或者移动时，将所有图元数据添加到预处理列表，停止操作后再对所有图元进行显隐检测，然后进行步骤上述d1处理图元数据。
10.根据权利要求9所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤B1、B2，具体为步骤B1、B2中的图元空间位置变换分析法和掩体遮盖分析法中用到的图元显隐检测过程说明如下：使用单元网格分割模型，根据各个图元之间的空间相对关系确定模型内部遮盖和相邻图元遮盖；内部块遮挡剔除仅使用每个块内部的图元来识别，然后对每个块面都执行下列操作：
E1. 初始化分析
E2. 图元显隐分析。
11.根据权利要求10所述的一种地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤E1，具体为，在初始化分析阶段，将结构基本网格使用三角网格剖分工具进行分解，形成基本块，具体步骤为：
f1 基于当前模型构建尺寸为1mm×1mm的单元网格，将整个模型分割成标准图元，将图元数据储存到图元数据组内；
f2 计算标准图元的法向量，并将法向量数据组合并到到图元数据组内；
f3 计算当前观察视点的法线向量；
f4 基于所计算图元的法线向量，第一步对模型无法观察到的图元进行初步判断，将不可见图元数据剔除，将然后根据图元法线向量的与所观察视角法线向量乘积的正负判断图元的显隐，乘积为正的保留，乘积为负的剔除。
12.根据权利要求11所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤E2，具体为，对目前正在查看的图元使用单元网格进行查询确认；赋予其当前观察视点的法线向量，基于三角剖分结构转换函数访问观察视线中的图元；通过对向量乘积结果正负的判断查询最终列表包含的显示图元，并分析这些图元具体属于哪些面；在进行图元填充转化为模型块的过程中，如果已完全填充了当前模型的可见面，则将对其进行验证；如果没有完全填充当前模型的可见面，则说明该面的可见集合完全隐藏了其相邻块面的可见集合，因此加载阶段不需要该隐藏块及其后续的相邻隐藏块。
13.根据权利要求12所述的地下综合管廊的BIM模型数据优化方法，其特征在于所述的步骤S4，具体为，根据实际信息对模型附加材质信息和使用处理好的外观图片对模型进行uv贴图，并调整包括：贴图的位置偏移、旋转的角度、图片在x及y方向的比例以及在水平和垂直方向上是否选择平铺参数，并根据实际场景选择修改透明度、反射率、自发光、染色参数，使模型外观效果更加真实。
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