一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库及搭建方法

技术领域

本发明涉及办公自动化技术领域，特别是涉及一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库及搭建方法。

背景技术

房屋建筑工程技术方面，国内施工单位由国有和集体所有制转为向社会开放，从业人员文化水平参差不齐、职业技能差异和流动性大的特点日益明显，新材料、新技术、新工艺、新设备的应用，房建工程项目大型化、复杂化及过程不可逆性均加速推进了样板引路的实施。住建部在1995年发布的《关于建筑企业加强质量管理工作的意见》建监字第753号首次明确提到了开展样板工程引路活动，并且在《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》建市〔2014〕92号明确了要全面推行样板引路制度。

随着BIM技术不断在房建工程行业得到发展，虚拟样板展示的概念被人们越来越多的提及。工程建设行业其他形式虚拟样板展示多为BIM建模+VR技术、BIM建模+动画演示的方式，借助于发展成熟的BIM云平台，允许在手机或电脑上访问工程数字化样板库。

但建筑的BIM模型往往是非常庞大且复杂的，需要很强的图形性能才能顺利浏览。即使BIM云平台通常会对模型进行轻量化处理以降低图形性能需求，但在模型较大且复杂的时候需要的图形性能也依然较高，具有较强独立显卡的电脑虽然能满足需求，但它普及率较低且携带不便。而移动端的图形设备显然是难以满足这种图形性能需求的，目前最强的手机显卡，其图形性能也仅有电脑核显水平，导致在手机上只能浏览相对较为简单的BIM模型，制约了数字化样板库的发展。

不同于游戏中的三维模型，BIM模型有其独有的特征。首先BIM模型是由技术人员一点一点搭建起来的，不存在游戏中随机生成场景的情况；其次BIM模型不需要画面好看。而现有的BIM模型轻量化手段还是借鉴游戏优化的思路进行的，比如减少模型面数、合并同类模型、拉远了就降低渲染精度等等。

建筑场景中存在少量透明/半透明的构件，如玻璃和水，还存在一些需要用半透明构件来展示的东西，比如说需要观察某处的内部构件，同时又要需要知道它与外部构件的位置关系，这个时候就需要把遮挡它的外部构件做成半透明的。而透明效果（含半透明）是需要消耗大量图形性能来实现的，透明需要考虑图形的深度以及图形的混合。哪怕整个场景中仅有少量的模型需要表现出透明效果，所有的图形（含不透明的图形，其透明度为0）都需要这么计算一遍，因为透明度这个属性是全局的，无法仅对某个模型进行开启。类似的，如果一个场景中存在多种不同的模型（线框、点云、曲面、实体）时，同样存在一些应用到整个场景中并影响图形性能的全局属性。

发明内容

本发明提供一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库及搭建方法。

解决的技术问题是：BIM模型往往庞大且复杂，即使轻量化后也需要较高的图形性能，而当前手机显卡图形性能较低，制约了数字化样板库的发展。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库，包括存储于BIM云平台服务器端的施工工艺技术方案文档、施工图纸、施工完成后的样板房的三维模型，以及用于访问服务器的客户端网页或APP；

所述三维模型由剥离非几何数据并轻量化处理后的三维几何数据组成，借助WEB浏览器或APP从于BIM云平台服务器端下载到客户端的电脑或移动设备的内存中，调用客户端电脑或移动端设备内存和显卡实时渲染显示在屏幕上供使用者操作。

进一步，所述三维模型的渲染场景禁用透明度，且三维模型中透明和半透明构件均替换为相同尺寸的不透明构件，三维模型中的构件全部为实体模型；

在客户端，样板房的三维模型中建筑内部不可见的构件采用带有触发器的模型单元来展示，具体如下：

根据施工工艺的需求，选取建筑内部不可见的构件中有代表性的位置并记作内部代表构件，在内部代表构件外的遮挡物上开设有观察窗，在观察窗中填充有与观察窗相匹配的填充模型、以及用于展示建筑内部不可见的构件与遮挡物的相对位置的参照模型；所述填充模型为开设观察窗时从样板房三维模型中切除的部分，填充模型带有用于供使用者辨认其位置的标记，所述参照模型为填充模型由实体模型转化为线框模型后再将线框模型中的线条替换为实体杆后形成的笼状实体模型，所述填充模型和参照模型相互重叠设置在同一位置；

所述填充模型带有如下触发器：在填充模型受到特定次数的点击后，隐藏填充模型并显示参照模型；

所述参照模型带有如下触发器：在三维模型渲染结果中隐藏参照模型，在参照模型受到特定次数的点击后，隐藏参照模型并显示填充模型。

进一步，样板房的三维模型中，建筑内部不可见的构件仅保留位于观察窗内的部分。

进一步，样板房的三维模型为拓扑减面后的简化模型。

进一步，所述样板库包括框架结构体系建筑的样板、剪力墙结构体系建筑的样板、框架剪力墙结构体系建筑的样板、混合结构体系建筑的样板、筒体结构体系建筑的样板、以及框支结构体系建筑的样板。

进一步，所述施工工艺技术方案文档包括施工组织方案、施工工艺流程及注意事项、关键工艺说明书、材料说明书、设备说明书、以及工具应用说明书；还包括引用的规程、规范、以及标准依据；

所述三维模型采用Revit搭建，模型窗口中带有720°全方位观察的转盘以及用于测量测距的按钮；

所述客户端网页还带有将网页链接生成二维码的按钮。

进一步，所述三维模型中的构件包括钢筋、模板、混凝土、板材、支架以及管线，每个构件带有一个编号，位于连接节点的每个构件分别带有单独的编号，不位于连接节点的构件中，每种规格的构件共用一个编号；

每个编号对应着一组参数信息，包含构件的规格、材质及安装信息，位于节点的构件的参数信息还包括标高及连接要求信息，参数信息在参数界面显示，参数界面的调出方式为：在对需要查询参数的构件进行特定次数的点击、或选中需要查询参数的构件后点击属性按钮，调出参数界面。

一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库的搭建方法，用于制作上述的一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库，并包括以下步骤：

步骤一：编写施工工艺技术方案文档并绘制施工图纸；

步骤二：绘制样板房的三维模型各构件的模型，并分别对这些构件的模型进行拓扑减面，用拓扑减面后的构件的模型搭建施工完成后的样板房的三维模型，搭建三维模型过程中，建筑内部不可见的构件除了位于观察窗内的部分外全部省略不搭；

步骤三：对三维模型剥离非几何数据并轻量化处理；

步骤四：根据需要实现的功能编写产品需求，定制BIM云平台；

步骤五：将施工工艺技术方案文档、施工图纸、以及施工完成后的样板房的三维模型上传至BIM云平台服务器端，编写触发器及三维模型中的构件的参数文档；

步骤六：在客户端网页或APP上访问样板库。

本发明一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库及搭建方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，考虑BIM模型对画面美观要求低、不存在随机生成这两点，对BIM模型进行了针对性的优化：

对画面美观要求低：

禁用透明度并将透明和半透明构件均替换为相同尺寸的不透明构件、并采用无需透明构件的方式观察内部构件并判断内部构件的位置，确保图形渲染时不需要考虑透明效果；同时全部模型均为实体模型，以少量的外观损失为代价，极大节约了图形算力；

不存在随机生成：

仅保留需要被观察的内部构件，别的一开始就不搭建，从而显著减少了场景中的模型数量；同时用少数几个模型编号查询文档中对应的构件属性，而不是直接把这些信息写入构件本身，从而进一步节约了图形算力。

附图说明

图1为本发明中的一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库的搭建方法的流程图；

图2为模型渲染完成后，内部代表构件被遮挡而不可见的示意图，图中上方为外部，下同；

图3为填充模型的触发器被触发后，内部代表构件可通过观察窗从外部观察且可借助参照模型了解其与遮挡物的相对位置的示意图；

图4为将填充模型与参照模型从观察窗取出后的示意图；

图中，1-内部代表构件，2-遮挡物，3-观察窗，4-填充模型，5-参照模型。

具体实施方式

以中建交通建设集团有限公司的研究课题《基于BIM技术+云平台的数字化工艺样板库的应用研究》为例介绍本发明，本实施例中采用的BIM平台为品茗CCBIM。

一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库，包括存储于BIM云平台服务器端的施工工艺技术方案文档、施工图纸、施工完成后的样板房的三维模型，以及用于访问服务器的客户端网页或APP；

三维模型由剥离非几何数据并轻量化处理后的三维几何数据组成，借助WEB浏览器或APP从于BIM云平台服务器端下载到客户端的电脑或移动设备的内存中，调用客户端电脑或移动端设备内存和显卡实时渲染显示在屏幕上供使用者操作。

本实施例中的BIM平台是定制过的，加入了一些本课题提出的优化。这些优化以产品需求的形式被提交到软件公司那边，然后由他们制作成客户端网页以及服务端配套的东西。

三维模型的渲染场景禁用透明度，且三维模型中透明和半透明构件均替换为相同尺寸的不透明构件，三维模型中的构件全部为实体模型；

本实施例中的透明构件为水，这里把水全部替换成了绿色的不透明物质。如果是玻璃的话，可以替换成绿色的实体网格，以方便从玻璃位置观察建筑内部。

在客户端，样板房的三维模型中建筑内部不可见的构件采用带有触发器的模型单元来展示，具体如下：

如图2-4所示，根据施工工艺的需求，选取建筑内部不可见的构件中有代表性的位置并记作内部代表构件1，在内部代表构件1外的遮挡物2上开设有观察窗3，在观察窗3中填充有与观察窗3相匹配的填充模型4、以及用于展示建筑内部不可见的构件与遮挡物2的相对位置的参照模型5；填充模型4为开设观察窗3时从样板房三维模型中切除的部分，填充模型4带有用于供使用者辨认其位置的标记，参照模型5为填充模型4由实体模型转化为线框模型后再将线框模型中的线条替换为实体杆后形成的笼状实体模型，填充模型4和参照模型5相互重叠设置在同一位置；

这里内部代表构件1是由样本库制作者来指定的。在课题早期，我们曾尝试过把整个遮挡物2隐藏掉，结果发现观看内部结构时，不知道这些内部结构具体的位置，因为周边没有参照物了。所以这里选择开口并在口中保留一些笼状的参照模型5，这样既不影响观察内部又不影响对这些内部结构位置的判断。注意这里图3-4中的参照模型5，不是线框模型，虽然看起来很像，但它是一个笼状的实体模型。为了参考效果更好，在不影响观察内部的前提下，可以让参照模型5一个面上多几根筋。

填充模型4带有如下触发器：在填充模型4受到特定次数的点击后，隐藏填充模型4并显示参照模型5；

参照模型5带有如下触发器：在三维模型渲染结果中隐藏参照模型5，在参照模型5受到特定次数的点击后，隐藏参照模型5并显示填充模型4。

本实施例中触发器的触发条件都是双击，单击为选中，双击为触发，符合使用电脑的习惯。

样板房的三维模型中，建筑内部不可见的构件仅保留位于观察窗3内的部分。也就是说一开始在搭建模型的时候，就只搭建这些位于观察窗3内的内部构件，这些内部构件如果有伸到观察窗3外的部分，这些部分可以不予切除。

样板房的三维模型为拓扑减面后的简化模型。拓扑减面是模型优化中的一个常规的操作，这里不再赘述。这里改进的地方就是用拓扑减面后的构件形成一个库，然后用这个库来搭建模型。举例来讲，本实施例里的带肋钢筋的肋是图案，而不是模型上的凸起。

样板库包括框架结构体系建筑的样板、剪力墙结构体系建筑的样板、框架剪力墙结构体系建筑的样板、混合结构体系建筑的样板、筒体结构体系建筑的样板、以及框支结构体系建筑的样板。这样就囊括了常用的几种建筑形式。

施工工艺技术方案文档包括施工组织方案、施工工艺流程及注意事项、关键工艺说明书、材料说明书、设备说明书、以及工具应用说明书；还包括引用的规程、规范、以及标准依据；

三维模型采用Revit搭建，模型窗口中带有720°全方位观察的转盘以及用于测量测距的按钮；

客户端网页还带有将网页链接生成二维码的按钮。

这些文件连同图纸和模型都在云平台上被分门别类，供使用者自行观看。本实施例中这里的客户端网页经测试显示其兼容性良好，不仅可以在电脑上打开，也可以在手机浏览器上甚至在微信中打开，使用前不需要安装任何软件或运行库，可以通过各种方式方便地分享。

三维模型中的构件包括钢筋、模板、混凝土、板材、支架以及管线，每个构件带有一个编号，位于连接节点的每个构件分别带有单独的编号，不位于连接节点的构件中，每种规格的构件共用一个编号；

每个编号对应着一组参数信息，包含构件的规格、材质及安装信息，位于节点的构件的参数信息还包括标高及连接要求信息，参数信息在参数界面显示，参数界面的调出方式为：在对需要查询参数的构件进行特定次数的点击、或选中需要查询参数的构件后点击属性按钮，调出参数界面。

这里由于模型都是一个个搭建而不是随机生成的，因此有可以很方便地对模型进行编号，而由于建筑施工中使用的构件种类不多，通常只有几十种，因此用的编号数量也不多，占用的系统资源很少，且占用的主要是CPU性能。

如图1所示，一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库的搭建方法，用于制作上述的一种低图形性能需求的房建工程数字化样板库，并包括以下步骤：

步骤一：编写施工工艺技术方案文档并绘制施工图纸；

步骤二：绘制样板房的三维模型各构件的模型，并分别对这些构件的模型进行拓扑减面，用拓扑减面后的构件的模型搭建施工完成后的样板房的三维模型，搭建三维模型过程中，建筑内部不可见的构件除了位于观察窗3内的部分外全部省略不搭；

步骤三：对三维模型剥离非几何数据并轻量化处理；这一步有现成的软件可以使用，可以全自动化进行；

步骤四：根据需要实现的功能编写产品需求，定制BIM云平台；

步骤五：将施工工艺技术方案文档、施工图纸、以及施工完成后的样板房的三维模型上传至BIM云平台服务器端，编写触发器及三维模型中的构件的参数文档；

步骤六：在客户端网页或APP上访问样板库。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。