一种基于BIM的三维模块化工厂建模方法及系统

技术领域

本发明属于计算机辅助设计技术领域，具体涉及一种基于BIM的三维模块化工厂建模方法及系统。

背景技术

在流程型工业领域的工程设计中，涉及专业多，流程复杂，过程参数众多。一个项目完整的三维模型，构件的数量级在十万级以上很正常。模型的搭建投资大，耗时长，复杂程度高、响应慢。本发明在构件级的基础上，总结应用场景，提出了模块级的概念，引用平台化三维可视的设计方法，快速完成工厂/车间的方案模型的搭建，有效防止人力资源的浪费。另外模型信息上传至云端，还可以为工程项目后续进行数据分析提供多方面支持。

将模块化设计与平台化设计相结合能够实现产品的快速设计。其核心是用有限模块组合更多产品，尽可能实现模块通用，协助设计使不同产品找到最优化的工程方案，是标准化资源整合的有效路径。目前，国内外许多学者对三维设计BIM构件的标准化做了大量的研究，但是对流程型工业领域的工程设计模块的标准化和应用场景的研究，本发明具有一定的突破性与前沿性。本发明提出的方法与系统对相关领域的不同环境下BIM快速建模具有很强的借鉴意义。综上所述，如何高效准确标准化的完成工厂和/或车间级的BIM建模，让BIM标准化模块在应用环境中发挥更大的价值，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于BIM的三维模块化工厂建模方法及系统，用于解决当前流程型工业领域三维正向设计建模工作量大、效率低、执行周期长、数据不准确的实际问题，提高工作效率，辅助设计。

本发明的第一目的是提供一种基于BIM的三维模块化工厂建模系统，包括：

三维模型模块化标准建立单元，用于建立统一三维模型模块化标准；

工厂和/或车间设计建模单元，基于三维模型模块的装配方法；具体为：

基于设计模型模块属性值，在设计平台上检索出相应模块在设计任务中的归属关系表达式；根据设计任务归属关系生成BIM模型的装配任务；

定义任务t的集合T＝{t1，t2，...}；t＝{v，w，s，d}，其中，v指检索信息属性，w指模块的定位归属，s指模块的轻量化模型存储位置，d指模块的BIM模型存储位置；

定义任务t层级表示方法；

基于属性关联集合表示设计任务层级关系，用于生成工厂和/或车间模型；

关联集合表示方法如下：

{x＝value|(S01，1)，(S02，2)，(S03，3)，(Si，k))}(i，k＞0)；

其中，x表示特定类别属性，value表示给定的属性值，Si表示任务编码，k表示任务的层级；

表达式的含义是：当x为value时候，Si∈S03∈S02∈S01(k＞3)；

根据一个BIM模型，提取出其编码数据后，结合定义好的关联集合，确定设计任务的层级关系；

装配成果展示及优化单元，在浏览器端实现三维可视化模块的装配展示及优化；

装配成果的云存储与下载单元，用于平台设计成果的存储与下载；

三维模型模块的分析单元，用于设计任务方案的可行性判断；

根据生成的工厂和/或车间BIM模型，采用大数据分析方法对该BIM模型的设计参数因素、空间位置碰撞、区域匹配度的属性信息和空间定位信息进行系统分析，给出设计方案的可行性判断，指导完成设计方案的BIM模型生成；

模型模块的层级变更单元，用于设计任务模型的存储与复用；

三维模块的构件变更单元。

优选地，用于建立统一三维模型模块化标准的具体过程为：利用三维建模系统构建设计模型模块，设计模型模块是流程制造业工程项目中实现某一特定功能的独立工艺模块。

优选地，在浏览器端实现三维可视化模块的装配展示及优化的具体过程为：采用轻量化方法来展示BIM模型模块和设计任务；BIM模型模块通过轻量化转化后，在浏览器上浏览，设计任务层级关系及内容通过WEB前端开发方法展示在浏览器端；所述BIM模型模块和设计任务都包含有相同的任务编码(Si)，组装后的BIM设计模型根据任务编号定位到具体的模型模块ID，数据库根据设计任务编码定位实现BIM模型和设计任务间的映射；在浏览器端对设计任务添加相应的模型模块空间定位逻辑关联，实现设计优化，或者在平台上完成不同设计方案的对比；逻辑关系在BIM模型上完成空间位置的调整，基于BIM模型模块和设计任务间的映射关系，数据保存后，BIM模型模块数据和设计任务间的逻辑关联相互统一。

优选地，用于平台设计成果的存储与下载的具体过程为：基于设计任务与BIM模型模块的映射关系，与Web前端模块空间定位的设计优化信息，完成工厂和/或车间的工艺模块化设计过程，设计成果存储后，浏览器上展示的轻量化工厂和/或车间模型，即平台下载得到的三维设计模型。

优选地，用于设计任务模型的存储与复用的过程具体为：模块库中模块是根据功能划分的，在被平台调用之前，模块中所有的系统构件都是装配好的，装配好的模块包括部件级、车间级、区域级、产线级四个维度，由部件级的模块装配成车间设计成果，由车间级的模块装配成区域设计成果，由区域级的设计模块装配成产线设计成果，由产线级的设计模块装配成工厂设计成果；级别是由低到高的，车间级的设计成果可保存为区域级的模型模块级层，依此类推，满足在不同层级维度上模块的存储与调用以及灵活设计的需求。

优选地，设计任务中检索调取数据库中的BIM模型模块，模块中所包含的构件根据具体的设计任务而产生变更，变更后的BIM模型模块通过上述建立单元完成新模块的存储。

本发明的第二目的是提供一种基于BIM的三维模块化工厂建模方法，包括：

S1、建立统一三维模型模块化标准；

S2、基于三维模型模块的装配方法；具体为：

基于设计模型模块属性值，在设计平台上检索出相应模块在设计任务中的归属关系表达式；根据设计任务归属关系生成BIM模型的装配任务；

定义任务t的集合T＝{t1，t2，...}；t＝{v，w，s，d}，其中，v指检索信息属性，w指模块的定位归属，s指模块的轻量化模型存储位置，d指模块的BIM模型存储位置；

定义任务t层级表示方法；

基于属性关联集合表示设计任务层级关系，用于生成工厂和/或车间模型；

关联集合表示方法如下：

{x＝value|(S01，1)，(S02，2)，(S03，3)，(Si，k))}(i，k＞0)；

其中，x表示特定类别属性，value表示给定的属性值，Si表示任务编码，k表示任务的层级；

表达式的含义是：当x为value时候，Si∈S03∈S02∈S01(k＞3)；

根据一个BIM模型，提取出其编码数据后，结合定义好的关联集合，确定设计任务的层级关系；

S3、在浏览器端实现三维可视化模块的装配展示及优化；

S4、平台设计成果的存储与下载；

S5、设计任务方案的可行性判断；根据生成的工厂和/或车间BIM模型，采用大数据分析方法对该BIM模型的设计参数因素、空间位置碰撞、区域匹配度的属性信息和空间定位信息进行系统分析，给出设计方案的可行性判断，指导完成设计方案的BIM模型生成；

S6、设计任务模型的存储与复用；

S7、三维模块的构件变更。

优选地，用于建立统一三维模型模块化标准的具体过程为：利用三维建模系统构建设计模型模块，设计模型模块是流程制造业工程项目中实现某一特定功能的独立工艺模块；在浏览器端实现三维可视化模块的装配展示及优化的具体过程为：采用轻量化方法来展示BIM模型模块和设计任务；BIM模型模块通过轻量化转化后，在浏览器上浏览，设计任务层级关系及内容通过WEB前端开发方法展示在浏览器端；所述BIM模型模块和设计任务都包含有相同的任务编码(Si)，组装后的BIM设计模型根据任务编号定位到具体的模型模块ID，数据库根据设计任务编码定位实现BIM模型和设计任务间的映射；在浏览器端对设计任务添加相应的模型模块空间定位逻辑关联，实现设计优化，或者在平台上完成不同设计方案的对比；逻辑关系在BIM模型上完成空间位置的调整，基于BIM模型模块和设计任务间的映射关系，数据保存后，BIM模型模块数据和设计任务间的逻辑关联相互统一。

优选地，用于平台设计成果的存储与下载的具体过程为：基于设计任务与BIM模型模块的映射关系，与Web前端模块空间定位的设计优化信息，完成工厂和/或车间的工艺模块化设计过程，设计成果存储后，浏览器上展示的轻量化工厂和/或车间模型，即平台下载得到的三维设计模型。

优选地，用于设计任务模型的存储与复用的过程具体为：模块库中模块是根据功能划分的，在被平台调用之前，模块中所有的系统构件都是装配好的，装配好的模块包括部件级、车间级、区域级、产线级四个维度，由部件级的模块装配成车间设计成果，由车间级的模块装配成区域设计成果，由区域级的设计模块装配成产线设计成果，由产线级的设计模块装配成工厂设计成果；级别是由低到高的，车间级的设计成果可保存为区域级的模型模块级层，依此类推，满足在不同层级维度上模块的存储与调用以及灵活设计的需求；设计任务中检索调取数据库中的BIM模型模块，模块中所包含的构件根据具体的设计任务而产生变更，变更后的BIM模型模块通过上述建立单元完成新模块的存储。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明能够实现流程型工业工程设计建模效率大幅提升，同传统设计环境下，采用手动绘制相比，平台化建模效率提升10倍以上；

实现设计模块的规范化与标准化，建立了3D模块库，模块具有复用性、可扩展性、独立性与可连接性；通过规范标准化用户录入与平台化模块属性信息的检索选取，达到标准化与规范化之目的；

实现平台化资源共享，模块化设计结合了流程型工业的设计流程和设计经验，平台化设计提高设计资源的共享性，完善设计体系，通过对设计资源更全面、更及时、更有效的应用，减少对设计人员对设计经验的依赖，并且最小化对资源和时间的需求。

实现项目模块参数关联投标报价系统，极大提高工程效率与准确性。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图；

图2是本发明实施例的建模逻辑原理图；

图3是本发明实施例的模块层级关系示意图；

图4是本发明实施例中平台检索页面展示图；

图5是本发明实施例中平台设计页面展示图；

图6是本发明实施例中生成模型的实例图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图6所示，本发明的技术方案为：

一种基于BIM的三维模块化工厂建模系统，包括：

三维模型模块化标准建立单元，用于建立统一三维模型模块化标准；具体为：

按照流程制造业工厂和/或车间内结构，依据特定功能划分为不同设计模块，制定统一的设计模块划分标准，用数字和字母表示每一个设计模块的相关属性信息，同时赋予模块的属性值，根据属性值对应的编码信息从数据库中检索到对应的模块；

三维模型模块建立单元，用于建立三维模型模块；具体为：

在三维建模系统内按照专业要求，以及三维标准规范，构建设计模型模块库，设计模型模块是流程制造业工程项目中实现某一特定功能的独立工艺模块，这其中既包含机械设计模块又包含结构建筑设计模块。因为结构复杂，形式多样，设计的接口众多，模型模块建立要平衡设计模型信息的精度和灵活度。

工厂和/或车间设计建模单元，基于三维模型模块的装配方法生成；具体为：

基于设计模型模块属性值，在设计平台上检索出相应模块在设计任务中的归属关系表达式；根据设计任务归属关系生成BIM模型的装配任务；

定义任务t的集合T＝{t1，t2，...}；t＝{v，w，s，d}，v指检索信息属性，w指模块的定位归属，s指模块的轻量化模型存储位置，d指模块的BIM模型存储位置；

定义任务t层级表示方法；

基于属性关联集合表示设计任务层级关系，用于生成工厂和/或车间模型；

关联集合表示方法如下：

{x＝value|(S01，1)，(S02，2)，(S03，3)，(Si，k))}(i，k＞0)；

其中，x表示特定类别属性，value是表示给定的属性值，Si表示任务编码，k表示任务的层级；

表达式含义是：当x为value时候，Si∈S03∈S02∈S01(k＞3)；

根据一个BIM模型，提取出其编码数据后，结合定义好的关联集合，确定设计任务的层级关系；

装配成果展示及优化单元，在浏览器端实现三维可视化模块的装配展示及优化；具体为：

采用轻量化方法来展示BIM模型模块和设计任务；BIM模型模块通过轻量化转化后，在浏览器上浏览，设计任务层级关系及内容通过WEB前端开发方法展示在浏览器端；所述BIM模型模块和设计任务都包含有相同的任务编码(Si)，所述组装后的BIM设计模型根据任务编号定位到具体的模型模块ID，数据库根据设计任务编码定位实现BIM模型和设计任务间的映射；

在游览器端对设计任务添加相应的模型模块空间定位逻辑关联，实现设计优化，也可在平台上完成多设计方案的对比；所述逻辑关系在BIM模型上完成空间位置的调整，基于BIM模型模块和设计任务间的映射关系，数据保存后，BIM模型模块数据和设计任务间的逻辑关联相互统一；

装配成果的云存储与下载单元，用于平台设计成果的存储与下载

具体为：

基于设计任务与BIM模型模块的映射关系，与Web前端模块空间定位的设计优化信息，完成工厂和/或车间的工艺模块化设计过程，设计成果存储后，浏览器上展示的轻量化工厂和/或车间模型即平台下载得到的三维设计模型。

三维模型模块的分析单元，用于设计任务方案的可行性判断；

根据生成的工厂和/或车间BIM模型，采用大数据分析方法对该模型的设计参数因素、空间位置碰撞、区域匹配度等模块主要属性信息和空间定位信息进行系统分析，给出设计方案的可行性判断，指导完成设计方案的BIM模型生成。

模型模块的层级变更单元，用于设计任务模型的存储与复用；具体为：

模块库中模块是根据功能划分的，在被平台调用之前，模块中所有的系统构件都是装配好的，装配好的模块可以是部件级、车间级、区域级、产线级四个维度，由部件级的模块装配成车间设计成果，由车间级的模块装配成区域设计成果，由区域级的设计模块装配成产线设计成果，由产线级的设计模块装配成工厂设计成果。这个级别是由低到高的，车间级的设计成果可保存为区域级的模型模块级层，依此类推，满足在不同层级维度上模块的存储与调用以及灵活设计的需求。

三维模块的构件变更单元；

设计任务中可检索调取数据库中的BIM模型模块，模块中所包含的构件可根据具体的设计任务而产生变更，变更后的BIM模型模块通过上述建立单元完成新模块的存储。

一种基于BIM技术的三维模块化工厂建模方法，包括以下步骤：

S1、用于建立统一BIM模型模块化标准；具体为：

按照流程制造业工厂和/或车间内结构，按特定功能划分为不同设计模块，制定统一的设计模块划分标准，用数字和字母表示每一个设计模块的相关属性信息，同时赋予模块的属性值，根据属性值对应的编码信息从数据库中检索到对应的模块；

S2、建立BIM模型模块；具体为：

充分发挥BIM作为数据载体的优势，在BIM建模系统内按照专业要求，以及BIM标准规范，构建设计模型模块库，设计模型模块是流程制造业工程项目中实现某一特定功能的独立工艺模块。

S3、模块的装配方法生成；具体为：

基于设计模型模块属性值，在设计平台上检索出相应模块在设计任务中的归属关系表达式；根据设计任务归属关系生成BIM模型的装配任务；

1)定义任务t的集合T＝{t1，t2，...}；

t＝{v，w，s，d}，v指检索信息属性，w指模块的定位归属，s指模块的轻量化模型存储位置，d指模块的BIM模型存储位置；

2)定义任务t层级表示方法；

基于属性关联集合表示设计任务层级关系，用于生成工厂和/或车间模型；

关联集合表示方法如下：{x＝value|(S01，1)，(S02，2)，(S03，3)，(Si，k))}(i，k＞0)；

其中，X表示特定类别属性，value是表示给定的属性值，Si表示任务编码，k表示任务的层级；

表达式含义是：当x为value时候，Si∈S03∈S02∈S01(k＞3)；

根据一个BIM模型，提取出其编码数据后，结合定义好的关联集合，确定设计任务的层级关系；

S4、基于三维可视化平台的模块装配展示及优化；具体为：

采用轻量化方法来展示BIM模型模块和设计任务；BIM模型模块通过轻量化转化后，在浏览器上浏览，设计任务层级关系及内容通过Web前端开发方法展示在浏览器端；所述BIM模型模块和设计任务都包含有相同的任务编码(Si)，所述组装后的BIM设计模型根据任务编号定位到具体的模型模块ID，数据库根据设计任务编码定位实现模块轻量化模型和模块BIM模型的映射；

在游览器端对设计任务添加相应的模型模块空间定位逻辑关联，实现设计优化；所述逻辑关系在BIM模型上完成空间位置的调整，基于模块轻量化模型和模块BIM模型间的映射关系，数据保存后，BIM模型模块数据和设计任务间的逻辑关联相互统一；

S5、平台设计成果的存储与下载；具体为：

基于设计任务与BIM模型模块的映射关系，与Web前端模块空间定位的设计优化信息，完成工厂和/或车间的工艺模块化设计过程，设计成果存储后，浏览器上展示的轻量化工厂和/或车间模型即平台下载得到的BIM设计模型。

S6、设计任务方案的可行性判断

根据生成的工厂和/或车间BIM模型，采用大数据分析方法对该模型的设计参数因素、空间位置碰撞、区域匹配度等模块主要属性信息和空间定位信息进行系统分析，给出设计方案的可行性判断，指导完成设计方案的BIM模型生成。

所述三维模块变更具体包括：

三维模块变更不影响模块所属的层级；

①若属于对BIM模型模块构件的删除，则直接按照构件特征信息属性添加到模块库中，并标注变更信息；

②若属于对BIM模型模块构建的增加或修改，则数据库中存储

新版本号数据，设计任务可以获取最新版本的模块属性信息；

三维模块变更影响模块所属的层级；

若属于对基础三维模块装配后得到的新的设计模块，原有层级和任务逻辑都发生了变化，应按照模块建立方法在数据库中存储新的模块，并在模块属性信息中标注变更状态；

所述设计任务模型模块分析包括：

通过设计任务所选用模块的信息属性，判断模块间的匹配度，从模块应用层级、使用区域、工艺参数等维度进行分析与判断；

采用模型轻量化展示，从空间角度分析各模块间的碰撞与连接，分析判断模块的空间定位。

一种计算机可读存储介质，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述基于BIM的三维模块化工厂建模方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。