CN118070403A - 基于bim自动生成灯回路影响区域空间的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法及***，涉及建筑信息化技术领域，建立建筑空间的BIM，并将BIM轻量化后获取离线数据包并部署到本地服务器，解析离线数据包获取灯构件数据、顶点数据、索引数据、材质索引和空间几何信息；将灯设备与BIM中灯构件通过设备编码建立关联；将多个灯设备划分灯回路分组，获得每个灯回路分组中灯设备的构件身份标识ID以及对应的几何体数据，生成灯构件的三维包围盒，再根据灯构件的三维包围盒生成构件的影响区域空间。本发明根据BIM模型中的灯类型构件设备，自动识别和生成其影响的空间范围，实现楼宇照明的高效、精确、可靠的空间划分。

Description

基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法及***

技术领域

本发明涉及建筑信息化技术领域，具体的说，是一种基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法及***。

背景技术

楼宇照明是指在楼宇内部或外部安装的各种照明设备，用于提供合适的光照条件，满足人们的视觉需求和美学需求。楼宇照明的设计和管理涉及到多个方面，如照明效果、照明控制、照明节能、照明安全等。为了实现楼宇照明的高效设计和管理，需要对楼宇内部的空间进行划分和组织，以便对不同的空间进行不同的照明设置和控制。实际实施过程中一个房间可能会分为多个照明区域和回路，但在常规建筑信息模型BIM（BuildingInformation Modeling）建模中，图纸上并不会表达出照明区域，照明区域往往是由现场施工的人员定的。BIM模型中也会存在两种空间定义，第一是物理空间，也就是我们所能见到的房间；第二是影响区域，影响区域会小于物理空间，或者跨越多个物理空间。且影响区域是照明此类功能的需要的，能够客观反应照明的情况。但目前的无法直接在BIM模型中比较方便的定义和展示。目前，基于BIM的楼宇照明设计和管理主要依赖于人工进行空间划分和组织，即根据楼宇的平面图和立面图，人工确定各个空间的范围和属性，然后根据不同的空间类型和功能，人工选择和配置相应的照明设备和控制方式。需要耗费大量时间在核对和现场空间的划分，以及模型中的空间需要进行大量分割，不仅数据混乱，且工作量大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法及***，能够根据BIM模型中的灯类型构件设备，自动识别和生成其影响的空间范围，从而实现楼宇照明的高效、精确、可靠的空间划分和组织减少工作量。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法，包括：

步骤S100、建立建筑空间的建筑信息模型BIM，并将BIM轻量化后获取离线数据包；

步骤S200、下载离线数据包并部署到本地服务器，解析离线数据包得到BIM的节点层级结构、几何体数据和构件元数据；离线数据包包括：场景元数据、节点层级结构、几何体数据、材质数据、构件元数据、资源索引和附加数据（包括相机视角数据、灯光设置、动画关键帧）等；所述场景元数据包括版本信息、单位制、坐标***、BIM项目信息和模型作者等；所述节点层级结构包括场景中模型对象的层级树状关系以及每个节点的id、名称和变换矩阵等，所述空间几何信息包括空间顶点坐标；所述几何体数据包括顶点数据（包括位置、法线和纹理坐标等）、索引数据（包括贴图文件列表及uri、着色器程序索引等）、材质索引和空间几何信息等；所述材质数据包括材质属性（颜色、透明度、光滑度等）和贴图文件索引；所述构件元数据(Component Metadata)：BIM构件ID、族类型、族名称、分类编码、构件参数和属性，属性信息会包含建模人员在模型中自定义的参数，例如设备编码、安装信息、设计信息等数据；

步骤S300、从节点层级结构中获取类型为灯设备的构件即灯构件，在构件元数据中获取所有灯构件的数据，从几何体数据中获取顶点数据、索引数据、材质索引和空间几何信息；

步骤S400、根据所有灯构件的数据，生成灯设备的设备信息台账，将灯设备与BIM中灯构件通过设备编码建立关联，并保存在数据库中；

步骤S500、将多个灯设备划分灯回路分组，获得每个灯回路分组中灯设备的构件身份标识ID以及对应的几何体数据，生成灯构件的三维包围盒，再根据灯构件的三维包围盒生成构件的影响区域空间。

进一步地，所述几何体数据包括构件的坐标、顶点数据、三维包围盒、构件所在空间的空间顶点坐标，根据空间顶点坐标，提取房间的边界坐标；

所述生成灯构件的三维包围盒的方法为：

根据灯构件的顶点数据生成每个灯设备的包围盒，灯构件的三维坐标为(x,y,z)，灯构件的包围盒最小坐标为(minX,minY,minZ)，最大坐标为(maxX,maxY,maxZ)，生成包围盒的公式如下：

minX=min(x1,x2,...,xn)；

maxX=max(x1,x2,...,xn)；

minY=min(y1,y2,...,yn)；

maxY=max(y1,y2,...,yn)；

minZ=min(z1,z2,...,zn)；

maxZ=max(z1,z2,...,zn)；

其中，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),...,(xn,yn,zn)是所有灯构件的顶点坐标，n为灯回路中灯构件的数量，通过计算构件顶点的最小坐标值和最大坐标值，得到灯构件的包围盒的最小坐标和最大坐标；

根据灯构件的包围盒的最小坐标、最大坐标生成包围盒的8个顶点坐标：

v1=(minX,minY,minZ)；

v2=(maxX,minY,minZ)；

v3=(maxX,maxY,minZ)；

v4=(minX,maxY,minZ)；

v5=(minX,minY,maxZ)；

v6=(maxX,minY,maxZ)；

v7=(maxX,maxY,maxZ)；

v8=(minX,maxY,maxZ)；

用这8个顶点坐标生成12个边线段，构建包围盒的线框模型，最终得到灯构件的三维包围盒。

进一步地，所述生成灯构件的影响区域空间的方法为：

生成构件的影响范围空间：若距离第i个包围盒最近有同种类型设备的包围盒，在(x,y)平面坐标系下计算第i个包围盒与其距离最近的几个包围盒之间的最小距离，以第i个包围盒的中心点为相对坐标0点，沿平面坐标系x轴、y轴四个方向分别取C*最小距离，作为影响范围空间；i=1,2,…,m，m为对应灯构件的包围盒的数量；C为预设系数；

若第i个包围盒附近无同种类型设备，且最近的一边为房间的空间边界，则影响范围空间为到包围空间相交的位置；

由此得到每个灯构件三维包围盒的影响区域的(x,y)坐标，z坐标取闭合空间的层高，得到灯构件的的影响范围空间Sj；j=1,2,…,n；

生成灯回路的影响区域空间：对灯回路分组中灯构件的影响范围空间求和，得到灯回路分组的影响区域空间S：S=ΣSj。

进一步地，所述将BIM轻量化的方法为：

步骤S110、导入BIM文件，对BIM文件中的数据进行解析和预处理，提取构件信息、几何信息、材质信息和纹理信息；

步骤S120、对提取的构件信息、几何信息、材质信息和纹理信息进行优化，包括：

步骤S121、对所述几何信息进行简化处理，包括去除冗余细节、合并相似构件和简化曲面；

步骤S122、对所述材质信息、纹理信息进行优化，包括降低贴图分辨率、压缩纹理数据、减少材质种类；

步骤S123、根据BIM的使用需求，对构件信息中的构件数量进行优化，包括去除冗余构件和合并重复构件；

步骤S130、对优化后的BIM数据进行压缩处理。

基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的***，包括：

模型建立模块，用于建立建筑空间的建筑信息模型BIM，并将BIM轻量化后获取离线数据包并上传至模型管理模块；

模型管理模块，用于下载离线数据包并部署到本地服务器，解析离线数据包得到BIM的节点层级结构、几何体数据和构件元数据；以及用于从节点层级结构中获取类型为灯设备的构件即灯构件，在构件元数据中获取所有灯构件的数据，从几何体数据中获取顶点数据、索引数据、材质索引和空间几何信息；

设备管理模块，用于根据所有灯构件的数据，生成灯设备的设备信息台账，将灯设备与BIM中灯构件通过设备编码建立关联，并保存在数据库中；

设备分组模块，用于将多个灯设备划分灯回路分组，获得每个灯回路分组中灯设备的构件ID以及对应的几何体数据；

空间管理模块，用于生成灯构件的三维包围盒，再根据灯构件的三维包围盒生成构件的影响区域空间。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明根据BIM模型中的灯类型构件设备，自动识别和生成其影响的空间范围，实现楼宇照明空间划分，高效、精确、可靠，且减少工作量。

（2）本发明将模型数据作为离线数据包下载，下载后可部署到本地服务器，采用离线数据包部署的方式可以尽可能的减少平台使用对网络的需求，实现本地化应用。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的***架构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1所示，一种基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法，包括：

步骤S100、建立建筑空间的建筑信息模型BIM，并将BIM轻量化后获取离线数据包；

将BIM轻量化的方法为：

步骤S110、导入BIM文件（如IFC、RVT等格式），对BIM文件中的数据进行解析和预处理，提取构件信息、几何信息、材质信息和纹理信息等；

步骤S120、对提取的构件信息、几何信息、材质信息和纹理信息进行优化，包括：

步骤S121、对所述几何信息进行简化处理，包括去除冗余细节、合并相似构件和简化曲面等；

步骤S122、对所述材质信息、纹理信息进行优化，包括降低贴图分辨率、压缩纹理数据、减少材质种类等；

步骤S123、根据BIM的使用需求，对构件信息中的构件数量进行优化，包括去除冗余构件和合并重复构件，降低BIM的复杂度；

步骤S130、对优化后的BIM数据进行压缩处理。采用高效的数据格式和压缩算法减小数据文件大小。可以选择合适的数据格式如gITF、jason等，以便在不同平台和应用中快速加载和显示。

经过轻量化转换后，可将模型数据作为离线数据包下载，下载后可部署到本地服务器，采用离线数据包部署的方式可以尽可能的减少平台使用对网络的需求，实现本地化应用。

离线数据包包含的内容有：

场景元数据(Scene Metadata)：版本信息、单位制、坐标***、BIM项目信息、模型作者等。

节点层级结构(Node Hierarchy)：场景中模型对象的层级树状关系、每个节点的id、名称、变换矩阵等属性。

几何体数据(Geometry Data)：顶点数据:位置、法线、纹理坐标等；索引数据；材质索引；空间几何信息：空间顶点坐标等数据。

材质数据(Material Data)：材质属性：颜色、透明度、光滑度等；贴图文件索引。

构件元数据(Component Metadata)：BIM构件ID、族类型、族名称、分类编码、构件参数和属性，属性信息会包含建模人员在模型中自定义的参数，例如设备编码、安装信息、设计信息等数据。

资源索引(Resource Indices)：贴图文件列表及uri、着色器程序索引。

附加数据(Auxiliary Data)：相机视角数据、灯光设置、动画关键帧等。

步骤S200、下载离线数据包并部署到本地服务器，解析离线数据包得到BIM的节点层级结构、几何体数据和构件元数据；

步骤S300、从节点层级结构中获取类型为灯设备的构件即灯构件，在构件元数据中获取所有灯构件的数据，包括BIM中的构件ID、族类型、族名称、分类编码、构件参数和属性等数据。从几何体数据中获取顶点数据（包括位置、法线、纹理坐标等）、索引数据、材质索引、空间几何信息（包括空间顶点坐标等数据）；

步骤S400、根据所有灯构件的数据，自动生成灯设备的设备信息台账，将灯设备与BIM中灯构件通过设备编码建立关联，并保存在数据库中；

步骤S500、将多个灯设备划分灯回路分组，一个分组代表一个回路，获得每个灯回路分组中灯设备的构件ID以及对应的几何体数据，生成灯构件的三维包围盒，再根据灯构件的三维包围盒生成构件的影响区域空间。

进一步地，所述几何体数据包括构件的坐标、顶点数据、三维包围盒、构件所在空间的空间顶点坐标，根据空间顶点坐标，提取房间的边界坐标；

所述生成灯构件的三维包围盒的方法为：

根据灯构件的顶点数据生成每个灯设备的包围盒，灯构件的三维坐标为(x,y,z)，灯构件的包围盒最小坐标为(minX,minY,minZ)，最大坐标为(maxX,maxY,maxZ)，生成包围盒的公式如下：

minX=min(x1,x2,...,xn)；

maxX=max(x1,x2,...,xn)；

minY=min(y1,y2,...,yn)；

maxY=max(y1,y2,...,yn)；

minZ=min(z1,z2,...,zn)；

maxZ=max(z1,z2,...,zn)；

其中，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),...,(xn,yn,zn)是所有灯构件的顶点坐标，n为灯回路中灯构件的数量，通过计算构件顶点的最小坐标值和最大坐标值，得到灯构件的包围盒的最小坐标和最大坐标；

根据灯构件的包围盒的最小坐标、最大坐标生成包围盒的8个顶点坐标：

v1=(minX,minY,minZ)；

v2=(maxX,minY,minZ)；

v3=(maxX,maxY,minZ)；

v4=(minX,maxY,minZ)；

v5=(minX,minY,maxZ)；

v6=(maxX,minY,maxZ)；

v7=(maxX,maxY,maxZ)；

v8=(minX,maxY,maxZ)；

用这8个顶点坐标生成12个边线段，构建包围盒的线框模型，最终得到灯构件的三维包围盒。

进一步地，所述生成灯构件的影响区域空间的方法为：

生成构件的影响范围空间：若距离第i个包围盒最近有同种类型设备的包围盒，在(x,y)平面坐标系下计算第i个包围盒与其距离最近的几个包围盒之间的最小距离，以第i个包围盒的中心点为相对坐标0点，沿平面坐标系x轴、y轴四个方向分别取1/2*最小距离，作为影响范围空间；i=1,2,…,m，m为对应灯构件的包围盒的数量；

若第i个包围盒附近无同种类型设备，且最近的一边为房间的空间边界，则影响范围空间为到包围空间相交的位置；

由此得到每个灯构件三维包围盒的影响区域的(x,y)坐标，z坐标取闭合空间的层高，得到灯构件的的影响范围空间Sj；j=1,2,…,n；

生成灯回路的影响区域空间：对灯回路分组中灯构件的影响范围空间求和，得到灯回路分组的影响区域空间S：S=ΣSj。影响区域空间即每个灯构件在某个空间中的影响范围。

进一步地，所述将BIM轻量化的方法为：

步骤S110、导入BIM文件（如IFC、RVT等格式），对BIM文件中的数据进行解析和预处理，提取构件信息、几何信息、材质信息和纹理信息等；

步骤S120、对提取的构件信息、几何信息、材质信息和纹理信息进行优化，包括：

步骤S121、对所述几何信息进行简化处理，包括去除冗余细节、合并相似构件和简化曲面等；

步骤S122、对所述材质信息、纹理信息进行优化，包括降低贴图分辨率、压缩纹理数据、减少材质种类等；

步骤S123、根据BIM的使用需求，对构件信息中的构件数量进行优化，包括去除冗余构件和合并重复构件，降低BIM的复杂度；

步骤S130、对优化后的BIM数据进行压缩处理。采用高效的数据格式和压缩算法减小数据文件大小。可以选择合适的数据格式如gITF、jason等，以便在不同平台和应用中快速加载和显示。

经过轻量化转换后，可将模型数据作为离线数据包下载，下载后可部署到本地服务器，采用离线数据包部署的方式可以尽可能的减少平台使用对网络的需求，实现本地化应用。

实施例2：

结合附图2所示，基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的***，包括：

模型建立模块，用于建立建筑空间的建筑信息模型BIM，并将BIM轻量化后获取离线数据包并上传至模型管理模块；

模型管理模块，用于下载离线数据包并部署到本地服务器，解析离线数据包得到BIM的节点层级结构、几何体数据和构件元数据；以及用于从节点层级结构中获取类型为灯设备的构件即灯构件，在构件元数据中获取所有灯构件的数据，从几何体数据中获取顶点数据、索引数据、材质索引和空间几何信息；

设备管理模块，用于根据所有灯构件的数据，生成灯设备的设备信息台账，将灯设备与BIM中灯构件通过设备编码建立关联，并保存在数据库中；

设备分组模块，用于将多个灯设备划分灯回路分组，获得每个灯回路分组中灯设备的构件ID以及对应的几何体数据；

空间管理模块，用于生成灯构件的三维包围盒，再根据灯构件的三维包围盒生成构件的影响区域空间。

还包括：

命令管理模块，用于导入设备分组的命令，导入命令后保存平台数据库中，将命令与设备分组关联，即可实现对设备分组的信息采集和控制。

协议采集模块：用于实现采集设备数据，可解析不同类型协议（如MODBUS、消息队列遥测传输MQTT、BACnet等），与所述命令进行关联，连接灯设备控制柜实现数据采集，并设置定时任务来定期执行数据采集操作。具有协议解析规格功能，能够准确解析各种协议格式，从而有效地采集设备数据并将其传输到指定的数据处理***中。这样，用户可以方便地监测灯的回路状态的数据，实现对灯回路的状态的实时监测。

智能照明模块：用于在建筑空间的三维模型的基础上，对照明回路（灯回路）进行管理，包括楼层照明空间展示，照明回路的实时状态监测，照明回路的开、关、亮度灯控制，具体地：

楼层照明空间展示：可高亮楼层所关联的灯回路影响范围空间；

照明回路实时状态监测：当某个灯回路状态为开时，灯回路影响范围空间用绿色表示；当灯回路状态为关闭时，灯回路影响范围空间用灰色表示；

照明回路控制：点击灯回路影响范围空间，可弹出控制面板，点击不同的控制按钮，可对灯的开、关、亮度、色温等进行控制。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (5)

1.一种基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法，其特征在于，包括：

步骤S100、建立建筑空间的建筑信息模型BIM，并将BIM轻量化后获取离线数据包；

步骤S200、下载离线数据包并部署到本地服务器，解析离线数据包得到BIM的节点层级结构、几何体数据和构件元数据；

步骤S300、从节点层级结构中获取类型为灯设备的构件即灯构件，在构件元数据中获取所有灯构件的数据，从几何体数据中获取顶点数据、索引数据、材质索引和空间几何信息；

步骤S400、根据所有灯构件的数据，生成灯设备的设备信息台账，将灯设备与BIM中灯构件通过设备编码建立关联，并保存在数据库中；

步骤S500、将多个灯设备划分灯回路分组，获得每个灯回路分组中灯设备的构件身份标识ID以及对应的几何体数据，生成灯构件的三维包围盒，再根据灯构件的三维包围盒生成构件的影响区域空间。

2.根据权利要求1所述的基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法，其特征在于，所述几何体数据包括构件的坐标、顶点数据、三维包围盒和构件所在空间的空间顶点坐标，根据空间顶点坐标，提取房间的边界坐标；

所述生成灯构件的三维包围盒的方法为：

根据灯构件的顶点数据生成每个灯设备的包围盒，灯构件的三维坐标为(x,y,z)，灯构件的包围盒最小坐标为(minX,minY,minZ)，最大坐标为(maxX,maxY,maxZ)，生成包围盒的公式如下：

minX=min(x1,x2,...,xn)；

maxX=max(x1,x2,...,xn)；

minY=min(y1,y2,...,yn)；

maxY=max(y1,y2,...,yn)；

minZ=min(z1,z2,...,zn)；

maxZ=max(z1,z2,...,zn)；

其中，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),...,(xn,yn,zn)是所有灯构件的顶点坐标，n为灯回路中灯构件的数量，通过计算构件顶点的最小坐标值和最大坐标值，得到灯构件的包围盒的最小坐标和最大坐标；

根据灯构件的包围盒的最小坐标、最大坐标生成包围盒的8个顶点坐标：

v1=(minX,minY,minZ)；

v2=(maxX,minY,minZ)；

v3=(maxX,maxY,minZ)；

v4=(minX,maxY,minZ)；

v5=(minX,minY,maxZ)；

v6=(maxX,minY,maxZ)；

v7=(maxX,maxY,maxZ)；

v8=(minX,maxY,maxZ)；

用这8个顶点坐标生成12个边线段，构建包围盒的线框模型，最终得到灯构件的三维包围盒。

3.根据权利要求2所述的基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法，其特征在于，所述生成灯构件的影响区域空间的方法为：

生成构件的影响范围空间：若距离第i个包围盒最近有同种类型设备的包围盒，在(x,y)平面坐标系下计算第i个包围盒与其距离最近的几个包围盒之间的最小距离，以第i个包围盒的中心点为相对坐标0点，沿平面坐标系x轴、y轴四个方向分别取C*最小距离，作为影响范围空间；i=1,2,…,m，m为对应灯构件的包围盒的数量；C为预设系数；

若第i个包围盒附近无同种类型设备，且最近的一边为房间的空间边界，则影响范围空间为到包围空间相交的位置；

由此得到每个灯构件三维包围盒的影响区域的(x,y)坐标，z坐标取闭合空间的层高，得到灯构件的的影响范围空间Sj；j=1,2,…,n；

生成灯回路的影响区域空间：对灯回路分组中灯构件的影响范围空间求和，得到灯回路分组的影响区域空间S：S=ΣSj。

4.根据权利要求1所述的基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的方法，其特征在于，所述将BIM轻量化的方法为：

步骤S110、导入BIM文件，对BIM文件中的数据进行解析和预处理，提取构件信息、几何信息、材质信息和纹理信息；

步骤S120、对提取的构件信息、几何信息、材质信息和纹理信息进行优化，包括：

步骤S121、对所述几何信息进行简化处理，包括去除冗余细节、合并相似构件和简化曲面；

步骤S122、对所述材质信息、纹理信息进行优化，包括降低贴图分辨率、压缩纹理数据、减少材质种类；

步骤S123、根据BIM的使用需求，对构件信息中的构件数量进行优化，包括去除冗余构件和合并重复构件；

步骤S130、对优化后的BIM数据进行压缩处理。

5.基于BIM自动生成灯回路影响区域空间的***，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于建立建筑空间的建筑信息模型BIM，并将BIM轻量化后获取离线数据包并上传至模型管理模块；

模型管理模块，用于下载离线数据包并部署到本地服务器，解析离线数据包得到BIM的节点层级结构、几何体数据和构件元数据；以及用于从节点层级结构中获取类型为灯设备的构件即灯构件，在构件元数据中获取所有灯构件的数据，从几何体数据中获取顶点数据、索引数据、材质索引和空间几何信息；

设备管理模块，用于根据所有灯构件的数据，生成灯设备的设备信息台账，将灯设备与BIM中灯构件通过设备编码建立关联，并保存在数据库中；

设备分组模块，用于将多个灯设备划分灯回路分组，获得每个灯回路分组中灯设备的构件ID以及对应的几何体数据；

空间管理模块，用于生成灯构件的三维包围盒，再根据灯构件的三维包围盒生成构件的影响区域空间。