一种基于BIM开发的CAD建筑图纸逆向建模方法

技术领域

本发明属于设计工具软件技术领域，特别是涉及一种基于BIM开发的CAD建筑图纸逆向建模方法。

背景技术

BIM模型与CAD最主要差异是一个以三维模型绘制，一个是二维平面显示这的差异在应用领域上也有所不同，以往对于不同的领域是以平面图DWG方式汇入各领域的软件然后再建置模型，但这样在许多领域上都得重新建置模型，不停的重复建模作业。

基于BIM软件，可以通过一定的功能模块，对楼地面工程、楼梯面层工程、台阶面层工程、踢脚线工程、墙柱面工程、幕墙工程、隔断工程、天棚工程、采光天棚工程、柜类工程、装饰线工程、栏杆工程、雨棚工程、以及暖通、给排水、电气等机电各专业工程等进行绘制建模的功能。但项目建模都是通过手绘方法绘制，如果原工程项目已经出了CAD版的图纸，也需要根据CAD图进行翻模，根据项目结构、装修、机电图纸分别建模，并需要赋予模型一定的属性，工作量大，耗时长，修改复杂，如果要赋予模型的完整属性，工作比较复杂。

在BIM模型每个组件都包含许多信息，这些信息都是在设计模型时所加入进去，目的是为了让BIM模型从设计到施工及营运管理上，都能由这个模型提供信息出去，以设计时间来说一个BIM模型已经包含了整个设计及施工图纸说明，这样每个图纸说明数据方面是同步并且一致的，以往CAD上每张图纸说明都是分开独立的，这样在管理上往往会造成许多麻烦，并且也会因为在多人管理下，出现信息遗失或是错误。是否可以导入CAD图纸，然后BIM自动识别建模，由于CAD与BIM存在本质不同，即使转成BIM模式，也会导致模型属性大量缺失，需要通过程序进行信息补充，导入CAD是用来辅助建模，CAD图纸逆向转成BIM存在问题如下：

1）CAD导入BIM软件后，部分图元会丢失；

2）因为CAD的世界是混沌的，不分门别类的。几何信息可以通过IFC或者STL格式导入BIM的世界，但是BIM做不到从CAD模型中分辨类别的知道哪个部分是地板，哪个部分是天花；

3）包含信息不同，BIM模型所有能量化的信息，基本都可以囊括。首先是物件的物理属性，大小，长宽，面积，密度，电压，电流，传热系数，光照亮度；其次，物体间的关系，窗户要按在墙上，插座跟着墙走，小便池后面需要连下水管，主梁之间会有节点，再之后还能有造价信息。一般和CSI号码连接，可以和历年价格信息关联，然后获取实时造价信息，帮助业主做出明智决定，然而，CAD却没有这样的功能。

针对上述问题，本申请文件基于BIM开发的CAD图纸逆向批量建模的功能模块组合对提高快速建模，基本可以解决上述问题，通过对CAD部分数据处理，以及转成BIM后可以批量赋予属性和信息，可以大大加快了建模的速度，实现CAD与BIM互联互通，也可以解决逆向建模的问题，以实现方案设计计价快速、高效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM开发的CAD建筑图纸逆向建模方法，通过对CAD建筑图纸进行逆向的识别和提取，建立建筑的表格框架集合，利用图纸的参数信息生成BIM三维模型，解决了现有的CAD不能转换成BIM模型的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于BIM开发的CAD建筑图纸逆向建模方法，包括如下步骤：

步骤S1：导入产品的CAD工程图，并对CAD工程图的数据进行抽取；

步骤S2：预设一个CAD工程图表格提取模板，将抽取的信息标注在表格内；

步骤S3：识别表格提取模板的特征，按照拓扑结构信息形成表格特征描述；

步骤S4：循环地读入和识别CAD设计图纸中基本图形元素类型和图形属性参数信息，形成表格的框架集合；

步骤S5：循环地识别形成的每个表格框架，读入和识别基本图形元素类型和图形属性参数信息；

步骤S6：将参数信息导入到BIM三维建模工具，并根据控制点坐标，得到BIM三维模型。

优选地，所述步骤S1中，抽取CAD工程图纸需要经过如下步骤：

步骤一、数据预处理：对CAD建筑图纸进行图纸规范性检查、图纸分幅和图纸坐标配准；

步骤二、数据抽取流程：对检查通过的CAD建筑图纸通过对象标识码识别建筑构件，并获取建筑构件的组码与组值数据；

步骤三、数据抽取结果：对提取处理出来的建筑构件组码、组值信息进行融合，获取各个建筑构件的信息。

优选地，所述数据抽取流程包括如下步骤：

步骤S11：调用LISP命令，基于对象识别码，获取相关对象的图元名；

步骤S12：遍历获取的图元名，逐行输出自定义对象的组码、组值信息，实现图层对象组码信息的抽取；

步骤S13：提取建筑构件的子构件，获取子构件信息；

步骤S14：对提取的构建组码、组值信息按楼层进行保存。

优选地，所述步骤S2中，CAD工程图表格提取模板根据CAD图纸的内容，生成表格图形、表格文字和表格单元填充规则；并同时标注模板中的材料信息及材料信息类型。

优选地，所述步骤S2中，CAD工程图表格提取模板包括尺寸号所在的第一图层和尺寸数据所在的第二图层；所述第一图层中，所有的尺寸号，将各个尺寸号添加到所述尺寸列表的相应栏位中，依次遍历尺寸列表中的各尺寸号，在该第二图层中分别提取与各尺寸号距离最近的尺寸数据，并将各尺寸数据指示的理论值、上下公差和量测个数添加到尺寸列表的对应栏位中。

优选地，所述步骤S3中，表格特征包括线条的数目，连通性，标志性文字和表格的动态延展特性。

优选地，所述步骤S4中，形成表格框架集合的步骤如下：

S41：根据表格中主线条的数目、连通性及表格动态延展性判断能够构成表格的基本图形元素，并分别形成初步表格框架集合；

S42：若S41产生的初步表格框架集合为空，结束本次表格框架识别，执行步骤S4，若不为空，执行步骤S43；

S43：根据标志性文字和表格拓扑结构，从步骤S41产生的初步表格框架集合中识别出相匹配的表格框架并形成匹配表格框架集合。

优选地，所述步骤S5中，循环识别每个表格框架的步骤如下：

S51：根据表格延展方向循环地逐行识别表格的每个单元格中的基本图形元素类型和图形属性，生成文字描述信息；

S52：根据填充规则判断所述文字描述信息是否为材料信息，若是材料信息则执行S53，若不是材料信息则删除；

S53：用户利用人机界面判断材料信息在CAD设计图纸中的平面位置和图形表达，以确定材料信息提取的准确性，并将确认后的材料信息存入数据库。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过对CAD建筑图纸进行识别和抽取，获取图纸中各类图形元素类型和图像属性参数信息，形成表格的框架集合，循环识别形成建筑构建的参数信息，并将参数信息导入的BIM三维建模工具中，形成三维模型，提高了模型的制作效率，能够更直观展示CAD图纸，方便对图纸进行造价预估。

（2）本发明通过基于基于BIM开发的CAD图纸逆向批量建模的功能模块组合对提高快速建模，基本可以解决上述问题，通过对CAD部分数据处理，以及转成BIM后可以批量赋予属性和信息，可以大大加快了建模的速度，实现CAD与BIM互联互通，也可以解决逆向建模的问题，以实现方案设计计价快速、高效。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种基于BIM开发的CAD建筑图纸逆向建模方法步骤图；

图2为抽取CAD工程图纸的步骤图；

图3为数据抽取流程图；

图4为形成表格框架集合的步骤图；

图5为循环识别每个表格框架的步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种基于BIM开发的CAD建筑图纸逆向建模方法，包括如下步骤：

步骤S1：导入产品的CAD工程图，并对CAD工程图的数据进行抽取；

步骤S2：预设一个CAD工程图表格提取模板，将抽取的信息标注在表格内；

步骤S3：识别表格提取模板的特征，按照拓扑结构信息形成表格特征描述；

步骤S4：循环地读入和识别CAD设计图纸中基本图形元素类型和图形属性参数信息，形成表格的框架集合；

步骤S5：循环地识别形成的每个表格框架，读入和识别基本图形元素类型和图形属性参数信息；

步骤S6：将参数信息导入到BIM三维建模工具，并根据控制点坐标，得到BIM三维模型。

请参阅图2所示，步骤S1中，抽取CAD工程图纸需要经过如下步骤：

步骤一、数据预处理：对CAD建筑图纸进行图纸规范性检查、图纸分幅和图纸坐标配准；

步骤二、数据抽取流程：对检查通过的CAD建筑图纸通过对象标识码识别建筑构件，并获取建筑构件的组码与组值数据；

步骤三、数据抽取结果：对提取处理出来的建筑构件组码、组值信息进行融合，获取各个建筑构件的信息。

识别CAD工程图纸各个建筑构件的信息的同时，还需要对工程图纸中的标题栏数据、明细表数据和汇总表数据进行识别比对，判断图纸是否规范、标注是否正确，并将抽取出的数据制作成零件信息表和装配信息表；零件的几何信息即零件的图形信息，包括零件的几何形状、尺寸等；工艺设计信息包括零件表面的精度、粗糙度、热处理要求、材料和毛坯类型等各种信息。

请参阅图3所示，数据抽取流程包括如下步骤：

步骤S11：调用LISP命令，基于对象识别码，获取相关对象的图元名；

步骤S12：遍历获取的图元名，逐行输出自定义对象的组码、组值信息，实现图层对象组码信息的抽取；

步骤S13：提取建筑构件的子构件，获取子构件信息；部分建筑构建会存在子构建，如直线梯段和楼梯扶手是双跑楼梯的组成部分，双跑楼梯与直线梯段、楼梯扶手之间存在相互聚合关系，针对这种建筑构建，进一步提取其子构件的信息，并保留其与主构建之间的层次等级关系。

步骤S14：对提取的构建组码、组值信息按楼层进行保存。

其中，步骤S2中，CAD工程图表格提取模板根据CAD图纸的内容，生成表格图形、表格文字和表格单元填充规则；并同时标注模板中的材料信息及材料信息类型。

其中，步骤S2中，CAD工程图表格提取模板包括尺寸号所在的第一图层和尺寸数据所在的第二图层；第一图层中，所有的尺寸号，将各个尺寸号添加到尺寸列表的相应栏位中，依次遍历尺寸列表中的各尺寸号，在该第二图层中分别提取与各尺寸号距离最近的尺寸数据，并将各尺寸数据指示的理论值、上下公差和量测个数添加到尺寸列表的对应栏位中。

其中，步骤S3中，表格特征包括线条的数目，连通性，标志性文字和表格的动态延展特性。

例如直线段的起始点和终止点，文字的插入点和内容等，并根据S3形成的表格特征识别表格框架，从而形成表格框架集合。其核心思想是识别判断哪些直线段和文字是材料表表格的组成要素，例如识别判断的原则可以是：计算并求取一条直线段和其它直线段的交点，如果一条直线段上的交点个数大于等于模板中最小交点个数才有可能是构成表格框架的线段要素；只有一条线段上的交点顺序满足表格提取模板对应直线段上的交点排列顺序或满足计算规则才有可能是构成表格框架的直线段等。

具体步骤如下：

请参阅图4所示，步骤S31：根据表格中主线条的数目、连通性及表格动态延展性判断能够构成表格的基本图形元素，并分别形成初步表格框架集合；

步骤S32：若步骤S31产生的初步表格框架集合为空，结束本次表格框架识别，执行步骤S4，若不为空，执行步骤S33：；

步骤S33：根据标志性文字(本例中的标志性文字包括“标号”、“标准图号(或所属图号)”、“名称”、“规格”、“数量”、“材料代号”等)和表格拓扑结构，从步骤S31产生的初步表格框架集合中识别出相匹配的表格框架并形成匹配表格框架集合。

考虑到匹配判断时的误差，在进行上述匹配表格框架时还需预先设定一个匹配判断的阈值。在识别出第一个表格框架前可采用步骤S3形成的表格描述特征进行匹配判断，在得到第一个表格框架后，重新计算表格构成元素的距离特征，这保证了同一张CAD设计图纸中具有语义关联的同一类表格被正确识别。

请参阅图5所示，步骤S4中，形成表格框架集合的步骤如下：

S41：根据表格中主线条的数目、连通性及表格动态延展性判断能够构成表格的基本图形元素，并分别形成初步表格框架集合；

S42：若S41产生的初步表格框架集合为空，结束本次表格框架识别，执行步骤S4，若不为空，执行步骤S43；

S43：根据标志性文字和表格拓扑结构，从步骤S41产生的初步表格框架集合中识别出相匹配的表格框架并形成匹配表格框架集合。

其中，步骤S5中，循环识别每个表格框架的步骤如下：

S51：根据表格延展方向循环地逐行识别表格的每个单元格中的基本图形元素类型和图形属性，生成文字描述信息；具体来说，对于基本图形元素类型是文字按照特定顺序组合生成直接生成文字描述，对于其它类型的基本图形元素，按照填充规则和表格的拓扑关系，将其上下文语义转换为文字描述。

S52：根据填充规则判断文字描述信息是否为材料信息，若是材料信息则执行S53，若不是材料信息则删除；即根据填充规则判断所述文字描述信息是否为材料信息，如对于单元格中图形，如果是直线段按照表格语义应转换为空文字串；又如，如果单元本身就为空，则需要根据表格提取模板设定的填充规则约束以及本行的数据特征，决定本单元格所描述的材料信息为空，还是取上一行或者下一行同一列单元格的数值。将是材料信息的文字信息保留，不是材料信息的文字信息删除。

S53：用户利用人机界面判断材料信息在CAD设计图纸中的平面位置和图形表达，以确定材料信息提取的准确性，并将确认后的材料信息存入数据库。用户判断材料信息在CAD设计图纸中的平面位置和图形表达，以确定材料信息提取的准确性，特别地，对于在识别过程中存在不准确的单元格材料信息用特定的图形表达出来，比如提取材料文字反色显示等，提醒用户确认提取结果。用户完成提取材料信息确认后，还需要将提取后的材料信息，按照其数值类型和表格提取模板中的填充规则约定存储到对应的数据库中。

实现一种基于BIM开发的CAD建筑图纸逆向建模方法的系统，包括表格提取模板生成模块、表格提取模板识别模块、表格提取模板特征分析模块、表格框架集合生成模块、表格框架集合元素识别模块和BIM建模模块；表格提取模板生成模块，用于由图形软件根据图纸的图形内容生成表格图形、表格文字和表格单元填充规则，从而生成表格提取模板，标注所述模板中的材料信息，并将所述表格提取模板存储中数据库中，所述表格提取模板还描述了表格中可变部分和固定部分之间的拓扑结构；表格提取模板识别模块，用于读入和识别表格提取模板中所包含的基本图形元素类型信息、图形属性参数信息、规则描述信息和拓扑结构信息；表格提取模板特征分析模块，分析所述表格提取模板的特征，按照拓扑结构信息形成表格特征描述；表格框架集合生成模块，用于循环地读入和识别CAD设计图纸中基本图形元素类型和图形属性参数信息，根据表格提取模板特征分析模块形成的表格特征识别表格框架，形成表格框架集合；表格框架集合元素识别模块，用于循环地识别每个所述表格框架集合的元素，读入和识别基本图形元素类型和图形属性参数信息，所述基本图形元素为直线段、文字或字符，图形属性参数信息为所述基本图形元素绘制时的起始点和终止点；材料信息提取模块，用于根据所述图形元素类型和图形属性参数信息和表格提取模板识别模块中得到填充规则信息和表格拓扑结构，提取材料信息，并将这些材料信息存储到数据库中；BIM建模模块，用于将参数信息导入到BIM三维建模工具，并根据控制点坐标，得到BIM三维模型。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。