专利名称：建筑设计系统与方法
技术领域：
本发明涉及建筑的计算机辅助设计，更特别是涉及便于建筑模块化结构计算机辅助设计的系统和方法。
背景技术：
传统建筑方法(例如砖混建筑)的一些特性使其不适于快速和/或低成本发展， 例如当被运用到军事行动时或者响应自然灾害时。特别是，这样传统建筑结构需要使用很多熟练工人，例如砖匠、混凝土工、泥水匠、水管工、木匠等等。当中偏远区域建筑建筑物时， 与需求熟练工人相关的问题就会更严重。建筑过程是劳工和材料密集型，耗时且昂贵的。为响应更适于建筑的快速低成本发展，公开号为No. W02005/1M049的国际申请揭示一种建筑的模块化结构，其具有墙体模块、楼面布置图模块、天花板模块以及屋顶模块。这一结构为可运输模块设置，其无需在建筑前进行大范围现场制备。就这样，模块化建筑可以快速现场组装，而无需熟练工人。公开号为No. WO 2005/124049的国家申请以及相应的每个专利申请no. 11/629，702，在这里作为参考。可基于需要来确定模块化建筑的尺寸和形状。而模块化结构的机动性也会使得建筑工序放缓。每个被建筑的结构必须先被设计。当设计完成，必须准备组件类型数量详细目录。所需组件必须被收集、包装、运输到建筑地点。传统起草和计算机辅助设计(CAD)技术帮助建筑师和设计师完成技术制图。然而这些系统依赖于熟练使用相关设计技术以及下述技术领域的个体。所得图纸也需要专业人
士解释。因此需要提供一个非专业操作人员可使用的方法，其可以设计模块化建筑。这样的方法可以为用户提供所设计的建筑的最终外观，并验证最终建筑设计满足标准要求，例如工程强度标准，而无需用户具有相应的专门技术。基于本发明的目标，提供一种方法和系统辅助或使得非本领域熟练操作者可以设计一个模块化建筑。本发明实施例非限制性地涉及模块化建筑结构设计，其利用了 WO 2005/124049号国际专利申请所公开的原理和成分。
发明内容
一方面，本发明提供一种从选自预设模块化元件类型的模块化元件自动生成建筑结构规范的方法，所述方法包括如下步骤接收代表用户生成的平面图的计算机可读输入数据，其包括复数个依照规则网格设置的模块化元件；处理所述输入数据以生成计算机可读建筑规范数据，其包括基于平面图的从所述模块化元件建造该建筑的规范；以及生成至少一个输出文件，所述文件包括用于建造依照建筑规范数据的建筑第信肩、O
本发明的实施例可以利用模块化建筑建造的特别限制，例如有限的可用模块化元件类型，以及约束模块化元件发布方法和相互连接，以避免过分地建筑设计自动化，进而使得相对不熟练的操作人员可以设计出满足相关设计标准的完整建筑。优选实施例中，所述处理输入数据以生成计算机可读建筑规范数据的步骤包括验证输入数据代表一个闭合建筑结构平面图和/或识别所述平面图的闭合区域。这一步骤有助于防止用户设计不切实际、不适当和/或结构不健全的建筑。用于识别所闭合区域的优选方法包括一个或多个步骤扫描规则网格以识别初始模块化墙体元件位置，以及从初始模块化墙体元件开始，通过邻接模块化墙体元件的周界以识别所闭合区域。特定的建筑设计可包括墙内区域和/或不包括清晰分割区域或房间的部分，相应的，用于穿过周界的算法可包括一个或多个可能路径，用于多个模块化墙体元件邻接的情况。处理输入数据以产生计算机可读建筑规范数据的步骤优选还包括基于输入数据所示平面图而生成建筑屋顶建筑规范的步骤。本发明实施例的常见特效是屋顶结构的设计和规范可以完全自动化完成，从而使得操作这可以不用投入与此相关的任何复杂任务。在优选实施例中，完成生成屋顶建造规范只需要平面图。在优选实施例中，生成屋顶建造规范包括确定屋顶线的高度和位置，所述屋顶线包括屋脊、四坡顶和/或屋顶排水沟。特别优选的算法包括一个或多个如下步骤扫描所述规则网格以识别初始屋顶元件位置，从所述初始屋顶元件开始，穿过与初始屋顶元件处于同一高度的一系列邻接屋顶元件。以此方法，所述算法有效地识别了一套屋顶"等高线"。更优选的，所述算法便于确定如下屋顶线复数个四坡顶，其由从所述建筑物一个外角开始逐渐增高的斜线限定；零个或多个屋脊，其由非闭合的等高路径限定；以及零个或多个屋顶排水沟，其由从所述建筑物一个内角开始逐渐增高的斜线限定。优选实施例中，生成屋顶建造规范进一步包括生成屋顶支撑结构建造规范。优选方案中，生成所述屋顶支撑结构规范包括确定复数个第一支撑部件(例如拉长的桁架，例如编织桁架)布局，所述部件沿与所述规则网格平行的侧向和横向线定位，并被设置在一个水平结构上。所述方法优选进一步包括确定复数个第二支撑部件(例如其他拉长的桁架，例如波浪状桁架)的布局，所述部件沿所述屋顶周线和相应最近屋顶线之间的渐高线定位。对于包括一个或多个屋顶排水沟的结构，所述方法进一步包括复数个第二支撑部件的布局，所述部件沿屋顶排水沟和相应最近的屋脊/四坡顶之间的渐高线定位。生成屋顶支撑结构规范还包括确定复数个第三支撑部件(例如适宜的支柱)的布局，所述部件位于所述屋顶中，并从沿与所述规则网格平行的侧向和横向线定位的第一支撑部件上的节点开始延伸。处理输入数据的步骤优选还包括确定建造所述建筑所需的所有连接的位置、类型和特性。建筑设计自动化确保操作人员无需掌握技巧和知识来识别和指定建造所述建筑所需的全部连接。
自动生成的输出文件可包括一个或多个零件目录，其包括所有建造所述建筑所需的组件和模块化元件；费用清单，包括所有建造所述建筑所需的组件和模块化元件的价格；以及建造所述建筑的说明。本发明优选实施例中，所述方法包括进一步的验证所述建筑建造符合相关设计标准，例如结构强度标准，的步骤。在另一方面，本发明提供一个计算机可实施系统用于从选定类型的的模块化元件生成建筑建造规范，所述系统包括一个或多个处理器；至少一个输入界面可操作地连接到处理器；至少一个输出界面可操作地连接到处理器；以及至少一个储存介质，其包含处理器执行的程序指令，所述程序指令使得处理器执行如下步骤通过至少一个输入界面接收计算机可读输入数据，所述数据表现用户生成的平面图，所述平面图包括复数个依照规则网格设置的所述模块化元件；处理所述输入数据以生成计算机可读建筑规范数据，其包括从依照所述平面图的模块化元件的建筑建造规范；以及在所述至少一个输出界面生成至少一个输出文件，该文件包括用于依照建筑规范数据建造建筑的信息。优选的，所述输入和输出界面包括至少一个网络界面以便将一个或多个处理器连接到一个数据网络，其中输入数据和输出文件通过数据网络在所述系统和终端用户之间传送。在特别优选的实施例中，所述数据网络是互联网，所述系统提供基于万维网的建筑设计服务。这使得用户可以从任何可访问互联网的地方，利用传统浏览器访问所述建筑设计服务。另一方面，本发明提供一种计算机可实施系统或设备用于从选定类型的模块化元件生成建筑建造规范，所述系统或设备包括接收计算机可读输入数据的装置，所述数据代表用户生成的平面图，其包括依照规则网格设置的复数个所述模块化元件；处理输入数据以生成计算机可读建筑规范数据的装置，其包括依照所述平面图的模块化元件的建筑建造规范；以及生成至少一个输出文件的装置，该文件包括用于建筑规范数据建造建筑的信息。在另一方面，本发明提供计算机可读介质，其具有计算机可执行指令，其可使得计算机执行基于本发明实施例的方法。特别是，所述计算机可读介质可以是光盘(例如CD或 DVD盘)、磁盘(例如软盘或硬盘)或固态设备(例如USB闪存)或类似设备，所述介质上存储有安装和/或可执行指令代码，以计算机程序的形式来实施所述建筑设计方法。下述本发明优选实施例的描述可以使得本领域技术人员了解本发明进一步的特性和优点，所述实施例并非限制前述或所附权利要求所限定的本发明的范围。
参照附图对本发明实施例进行描述，其中图1 (a)是可用本发明发明设计的建筑的局部剖面图；图1 (b)示出建筑示范性平面图；图2 (a)和2b)是表现本发明系统结构和建筑的框图；图3 (a)和3 (b)是依照本发明实施例生成建筑建造规范方法流程图；图4是基于本发明实施例的算法细节流程图，所述算法用于确定区域是否闭合；图5是算法细节流程图，所述算法是图4中算法的一个步骤用于确认下一个点；图6是算法细节流程图，所述算法是图4中算法的一个步骤用于找到连接楼面布置图模块；图7(a)_7(e)示出图1(b)平面图依照图4_6所示算法进行操作的示意图；图8是算法细节流程图，所述算法用于放置屋顶元件并确定建筑屋顶线，所述建筑是基于本发明实施例的；图9是算法细节流程图，所述算法是图8算法一个步骤，用于移动到下一个邻接屋顶方块；图10是算法细节流程图，所述算法是图8算法一个步骤，用于扫描下一个屋顶方块；图11是图1(b)平面图依照图8-10所示流程图的算法的操作示意图；图12是算法细节流程图，所述算法用于确定在基于本发明实施例的建筑中第一类屋顶支撑桁架的位置；图13是算法细节流程图，所述算法用于确定在基于本发明实施例的建筑中第二类屋顶支撑桁架的位置；图14是算法细节流程图，所述算法用于确定在基于本发明实施例的建筑中屋顶支撑柱的位置；图15是算法细节流程图，所述算法用于确定在基于本发明实施例的建筑中连接类型；图16是算法细节流程图，所述算法是图15算法的一个步骤用于找到一个连接方案；图17示出基于本发明实施例设计的依照图1(b)平面图的建筑的3维图形模型。
具体实施例方式图1(a)示出建筑局部剖面图，所述建筑基于WO 2005/124049国际申请所公开的系统的模块化元件而建造。所述模块化元件包括墙板(10) —个地板组件(60)，一个天花板组件(94)和一个屋顶组件(96)。本发明用于帮助用户使用这些和相关模块化元件设计建筑。特别是，本发明的实施例提供一种计算机辅助设计系统，其在模块化建筑结构规范和设计中利用模块化结构元素。图1(b)示范一个模块化建筑结构示范性平面图100。为便于说明，平面图100中的所有模块化墙体元件为厚墙板。然而，在实践中可以包括其他内部或外部模块化元件，例如门窗，所有这些模块化元件均可视为"墙体元件"，其用于闭合所述建筑的内部区域。所述建筑平面图100包括外墙102，104，106，108，110，112。平面图100内部包括
73个分别封闭的区域114，116，118。所述内部区域114具有由模块化墙板120，122，124限定的内部结构。所述3个区域114，116，118由内墙126，128，130，132彼此隔开，这些墙体也都由模块化墙板构成。所有构成平面图100的模块化元件被布局于概念化的网格134(其穿越平面图100的整体，虽然图中只是示范性给出了左上角部分)。基于本发明的实施例， 用户在计算机可实施系统辅助下可以设计如图1(b)所示的具有图100这样平面图的建筑。图2(a)为示意图，其代表用于本发明的网络系统结构200。所述网络系统200包括服务器计算机系统202，该系统可由一个或多个用户计算机系统，例如204，206，通过例如互联网208这样的计算机网络访问。优选实施例中，已知的通讯协议(例如TCP/IP)和软件应用(例如具有插入即用组件的网络浏览器软件)可以常规方法通过所述网络208访问所述服务器202。所述系统200中，所述服务器202由单一计算机组成，下面给出其结构和操作细节。应该明白，这一示范性实施例只是最简单的应用，在其它实施例中，所述服务器202可以包括多个互联或通过网络连接的计算机和/或处理器(未示出)。典型服务器202包括至少一个处理器210，其具有随机存取存储器212，用于保存程序指令和与服务器202提供的服务操作相关的过度数据。处理器210还可操作地连接有其他存储设备214，例如一个或多个硬盘，用于长期存储程序，以及存储所述服务器202常规操作数据，并执行本发明的实施例，下面进行详述。在任何时间，所述存储器212含有一个程序指令216主体，当其被处理器210执行时，实现所述服务器202所有功能。这包括常规系统操作功能，以及与本发明实施例相关的特殊功能，下面参照图2(b)进行描述。更特别的，图2(b)是一个框图218，其示范出本发明实施例软件结构。所述软件使得网络服务器220可利用常规网络浏览器通过互联网208从客户端计算机204，206访问。 所述网络服务器可访问数据库222，例如MySQL 数据库，所述数据库被物理储存在储存介质 214。所述软件还包括模块224，该模块包括工程测试引擎和文件生成包。模块2M管理所述建筑设计和验证过程，以及含有基于用户需要的建造建筑所用信息的输出数据文件。在优选实施例中，模块2M利用自动控制界面2 以便访问结构工程软件模块228 的功能。特别的，结构工程软件2 可以是整合有R)rmSysTM结构工程软件的Multiframe 。 Multiframe 软件在Microsoft Windows 环境中提供自动控制界面，其可通过Visual Basic访问。结构工程软件2 可进行已完成的建筑设计的结构测试和验证，例如关于工程强度和稳定性要求。基于优选实施例，设计软件组件被认为是可在用户/客户端计算机204，206上运行的。特别是，一个Java 程序从网络服务器220下载到客户端计算机204，206，并且在网络浏览器环境中运行。所述Java 程序为用户提供一个设计界面以进入建筑设计，以平面图的形式，并开始不同的设计步骤，对此下文参照图3-17进行详述。还应理解，在这一特定软件结构中，下面给出细节的一些算法可以在客户端计算机204，206上运行的程序执行，也可以在，所述服务器202上运行的软件中执行，或者在两个位置上结合。本发明具有所述计算机环境的实施例均在本发明保护范围内。
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在本发明优选实施例中，所述Java 程序提供一个图形用户界面，通过这一界面用户可以进入平面图形式的设计，如图1(b)所示，并看到整个设计过程的中间和最终结果。所述图形用户界面为用户提供一个网格134其由规则排列的正方形单元组成，每个单元有与模块化建筑结构中所用墙模块10尺寸相应的边。例如，在特定实施例中，每个网格单元的边与600mm的墙模块一致。所述图形用户界面使得用户可以绘制2维建筑平面图，例如网格134中的100。用户可以选择元件，例如墙板、窗户和门(均可视为墙模块化元件)以便布置所需平面图。对于用户设计的一个限制是所有元件必须沿方网格的一个边延伸，所有元件必须或彼此平行或彼此垂直。类似的，墙体长度必须是单元网格尺寸(例如600mm)的倍数。当用户通过图形用户界面进入建筑平面图，存储于客户端计算机(例如204)和/ 或所述服务器计算机202存储器的计算机可读输入数据将其设置为用户生成的平面图。进一步的处理步骤基于由此设置的输入数据而进行。用于生成相应建筑的建造规范的方法如图3(a)中流程图300所示。特别的，所述输入平面图数据302是指在步骤304被处理的， 以便生成计算机可读建筑规范数据，其包括依照用户定义平面图从模块化元件建造建筑规范。生成的规范可用于形成一个或多个输出建筑规范数据文件306。所形成的输出数据文件可非限制的包括用于表现完整建筑设计的计算机可读数据文件，计算机和/或人类可读输出文件，该文件指明最终建筑结构的特性、特征和/或性质，例如所需组件目录、建造所述建筑指南、建筑结构特征、建筑成本等等。图3(b)流程图给出优选的建筑规范生成程序304的细节。平面图数据308在在步骤310被分析以验证其代表闭合建筑结构。在步骤312自动生成一个屋顶规范。在步骤 314生成屋顶支撑规范。程序304生成最终建筑规范316。现在描述前述程序步骤所用算法。图4所示优选实施例的流程图400给出算法细节，该算法用于确定建筑平面图是否为完全闭合区域。概括地说，所述算法包括扫描布局有平面图的完整网格，以识别用户所设置模块化墙体元件的位置。在优选实施例在，所述扫描程序从网格左上角开始，并依照从左到右从上到下的顺序以便找到未处理的楼面布置图模块。一旦识别到未处理的模块，所述算法有效地"跟随"相应闭合区域的墙体以确认该程序回到初始识别模块。其他闭合区域然后被其他未处理模块连续网格扫描而识别。一旦到达网格末端(即，右下角)程序结束。更特别的，所述算法400通过确定网格上平面图左上点在步骤402开始。常规扫描程序在步骤404检查以确认是否识别到未处理的楼面布置图模块，如果没有则扫描的下一个点在步骤406确认。依照步骤408的判定持续此循环直到网格末端。图5流程图给出用于确认下一点的所述算法406的细节。到此算法的输入502是当前网格点和相应楼面布置图模块。如果在网格点上没有模块(即，所有邻接网格线是空的)则输入模块为零。在这一情况下，转到步骤504-步骤506，其沿着网格右侧扫描下一个点。这样扫描步骤通过判定508重复，直到所有未处理楼面布置图模块被找到或者到达网格末端。更特别的，步骤510是检查步骤，其查看是否到达平面图的右手边。如果没有，则未处理的楼面布置图模块扫描继续沿网格直到右边。如果到达右边，则在步骤512进行检查以确认是否到达平面图网格底部。如果没有，则当前点下降一个网格单元，并回到网格最左边。当到达网格末端且没有识别到未处理的楼面布置图模块，控制路径到步骤518，其设定下一个点为零。或者，如果在步骤508发现未处理的楼面布置图模块，则该模块相应点变为下一个点。回到步骤504，如果所述算法406在当前点通过一个有效楼面布置图模块，则下一个点被确定，在步骤522，作为唯一输入当前点相对末端的点。因此，步骤522执行跟随平面图墙体模块的程序，无论是否有其他模块构成之前已经处理的墙体。所述算法406的输出 520是下一个处理的点。回到图4中所述算法400，一旦在步骤404识别到一个未处理的楼面布置图模块， 转到步骤410，其功能是验证和采集相应闭合区域。为做到这一点，在步骤412使用一种算法来识别所有楼面布置图模块邻接当前点。在步骤414进行检查，如果是邻接的模块则转到步骤416，在该步骤检查确定是否所述算法是否回到网格点，该点与转移到步骤410的初始未处理平面图模相应。如果是这样，则闭合区域被确认，转移到步骤418，标记该区域为闭合区域。如果没有到达起始网格点，转到步骤410继续进行区域采集程序。如果在步骤 414没有识别到邻接模块，则区域采集程序到达"终结端"，是不能找到完成路径回到初始网格点的。这是预示一个未闭合区域，转到步骤420以标记其为未闭合。贯穿前述程序，所述算法保持在先处理点队列422，以及用于识别标记闭合和非闭合区域的区域采集信息424。图6流程图给出发现邻接楼面布置图模块412的程序的更多细节。算法的输入 602是一个楼面布置图模块，其位于当前调查下的区域的周界。在步骤604通过扫描网格上周围单元方块边以生成楼面布置图模块清单。清单上第一楼面布置图模块然后被确定。在步骤606，如果所确定的楼面布置图模块与初始输入楼面布置图模块不同，则在步骤608进行检查以确定是还不是一个邻接楼面布置图模块。可以理解，平面图中网格上多个邻接楼面布置图模块代表"连接"。在连接处，存在多个可能的路径，其中任一或全部可位于闭合区域的周界。因而所述算法412必须确保所有这些可能的路径可以被检查到。这样，在步骤610任何连接模块都被添加到点队列422。在步骤612中清单中下一个楼面布置图模块被选中。转到判定步骤606，在该步骤中下一个楼面布置图模块再次与初始输入602楼面布置图模块进行比对。当步骤606所检查的当前楼面布置图模块与输入楼面布置图模块相同，在步骤 614进行一个检查以确定是否为清单上最后一个楼面布置图模块。如果不是，则这里还有其他需要检查的邻接模块，并转到步骤612。然而，一旦输入模块是最后一个模块，则所有可能的邻接模块都被检查到，转到步骤616。在这一点所述算法412，所述点队列422包括所有可能的下一个点可沿邻接模块化墙体元件访问到。在步骤616 “最左侧”模块被选定，相应的点从队列422移出。最左侧模块将是一个模块化墙体元件，其沿着网格延伸到左侧，如果存在，或者如果没有，则下一个将是向上元件，然后是向下元件，最后是向右元件。算法的这样特殊选择是沿闭合区域逆时针通过。在判定步骤618，进行检查以确定是否有相关模块在步骤616被识别。如果是这样，则被识别的模块是输出620。如果不是，"最左侧"模块将为零，并产生一个零输出 622。后一个结果与步骤414中没有邻接模块相应，这样在步骤420做此区域被标记为未封闭。图7(a)_7(e)示出所述算法400识别平面图100的三个闭合区域114，116，118的操作。图7(a)的702描述所述算法的初始状态，在该状态下平面图100的左上点700被识
10别。所述算法根据"最左侧"规则从这一点继续，如箭头704所示，直到到达连接706。所述算法再次从最左侧可能的方向开始，直到到达终结端707。然而，连接706处的其他可能邻接模块路径还留在点队列422，因此其被移出该队列，所述算法如图7(b)的图708所示。特别的，所述算法如箭头710所示沿所述墙体模块元件向下进行，直到连接712， 在这一点最左侧路径算法导致分区1 被跟随，直到到达端点713。再次，从连接712还有其他可替代的路径，所以所述算法回到这一点并继续，如图7(c)的图714所示。特别的，所述算法基于最左侧判定规则限制继续饶箭头716所示路径回到初始点700，因此区域114被识别为闭合区域。如图7(d)中图718所示，下一点决定算法继续识别未处理的模块化墙体元件，其含有连接点720的邻接(即，到右边)，闭合区域算法400继续饶该区域的周界，如箭头722 所示，进而识别闭合区域116。最后，如图7(e)的图7 所示，所示下一点决定算法406识别一个未处理的邻接点7 的模块化墙体元件(即，在其右侧)，从该处，所示闭合区域算法400以逆时针方向继续，如箭头7 所示。结果最终识别闭合区域118。已经验证所述建筑平面图100包括一个有效闭合区域，自动设计程序进行步骤 312生成适当的屋顶规范。用于在优选实施例中的所述算法如图8-10中流程图所示。通常，这一算法是基于观察屋顶通常由复数个倾斜屋顶元件组成，在这些不同元件上会存在多个等高线(即，线性"等高线"片段)，最终在结构最高点界定一个或多个屋顶线和/或顶点。通过从所述建筑的外周(如平面图100中的外墙102，104，106，108，110，112)开始， 整个外部屋顶结构和屋顶线可以被确定。用于确定屋顶线的整体算法800如图8所示。在优选实施例中，确定屋顶线的所述算法800运行使用具有单元方块的长度为主网格长度一半的网格设计所需建筑。这样， 在优选实施例在有一个600mm的基础网格，所述屋顶线确定算法800在300mm网格上运作。 利用这一点，确保建筑的每个墙体覆盖每个网格方块。另外，所述算法800开始于一个所述建筑外墙外的(更小的)网格方块，进而为所述建筑限定300mm的屋檐。所述算法然后绕一系列饶所述建筑屋顶外部的路径而行，彼此相差90度方位。每个路径上每个点与等高屋顶相对应。当起始点到达一个特定路径，即，当在相应高度的屋顶被完全穿过，所述算法通过一个小(300mm)网格步骤移入(并向上)，然后再次沿着绕所述建筑外周的路径前行。更特别的，如流程图800所示，所述算法通过确定网格上平面图左上点在步骤802 开始运行，即一个(小)网格单元指向点700(平面图外墙左上点)的上方和左向。因为这一第一点被观察到是未处理的(因为所述算法刚刚开始)，控制路径从判定步骤804转到进一步检查806，是否该点位所述建筑平面图的一个角落。如果是(为所述建筑平面图100 的左上点)所述算法分配一个从所述角落发出的斜向屋顶线，即从左上方到右下方。在步骤810中，在相应网格点生成适当的屋顶方块。步骤812的检查用于确定是否所述算法在目前屋顶水平面返回初始屋顶方块。如果不是，转到程序814，其识别并移动到当前水平面上的下一邻接方块，这样所述算法800将继续围绕所述建筑的外周，S卩，回到步骤804。如果在步骤812已经确认已经到达当前水平面上的初始点，则转到程序816，其扫描所述建筑图以识别在与(小)屋顶网格相应的下一个最高水平面的下一个将被处理的屋顶方块。一旦到达网格末端，即没有未处理的屋顶方块，步骤818的检查结果是所述算法800被结束。贯穿所述算法800到操作，屋顶方块820清单被保持，其记录在步骤810所产生的所有屋顶元件。图9的流程图给出确定下一邻接屋顶方块的程序814更多的细节。程序814的输入902是当前方块，在步骤904所述算法试图在最左侧的方向上调整当前坐标。在步骤 906，进行检查以探知是否所得坐标是否与未处理的屋顶方块一致。如果如此，则此屋顶方块被输出908做下一个邻接方块。或者，在步骤910所述算法检查是否邻近当前方块902 的所有可用方块已经被处理。如果不是，则重复步骤904、906以及(如果需要)910直到或者每个未处理的邻接屋顶方块被识别(并输出908)或者所有这些可用邻接方块已经被处理。后一个结果在所述算法正常操作中不会发生，但是这样例外时通过在步骤912中设定下一邻接方块为零。参考图10，示出用于扫描下一个屋顶方块的程序816的流程图。输入1002是当前点，所述算法816的基本策略是在步骤1004开始检索这一点的右侧。在步骤1006进行检查以确定是否这一新点是平面图周界内未处理的点。如果不是，在步骤1008进行进一步检查以探明是否到达平面图的(右手)边界。如果不是在1004进一步转向右，否则进行检查1010以确定是否当前点是在平面图的底部。如果不是，在在步骤1012将当前点转向下一个屋顶方块单元(即，初始王朝尺寸一半)，并在步骤1012回到所述网格最左侧边界。还应理解，对下一方块的扫描是从左到右，从上到下进行的。如果在此程序任一阶段由检查1006识别到平面图周界内部一个未处理点，则这一点被输出1014做下一待处理点。如果在识别到平面图底部右手角时没有发现这样的点， 则在步骤1016将下一点设为零，此零值是输出1014。图11是图标1100，其示意出图1(b)平面图在图8-10所示算法的初始操作。所述算法从平面图1102左上点开始。从这里其移动"最左侧"邻近的未处理屋顶方块，其位于点1102正下方，然后如路径1104所示绕屋顶周界逆时针方向前行。一旦路径回到初始点1102，扫描算法816开始搜索右侧，然后向下，查找第一未处理点，该点位于平面图周界内一个初始点1102下方和右侧屋顶单元，即点1106。再次，所述算法814逆时针方向围绕周界追索定高屋顶相应路径1108。这以程序持续到所有恒定高度的"等高线"都被追索。在每个路径每90度转则点，例如1104、1108，斜向屋顶线被标记为808。以此方法所有上升屋顶线都被识别。例如屋顶线1110是四坡顶，其从所述图右上角开始抬升。另一类屋顶线是屋顶排水沟1112。图1100所示是水平屋脊1114，以及一个屋顶顶点1116。所有这些特点被所述屋顶线算法800完全确定。另外当完成所述算法，屋顶所在区域内的每个网格交叉点具有与之相关的高度。通常，所有屋顶线落入图1100所示例的种类1110、1112、 1114中的一个。特别的，从所述建筑一个外角向上延伸的屋顶线界定一个四坡顶。从所述建筑一个内角向上延伸到屋顶线限定一个屋顶排水沟。一个恒定高度未闭合路径界定一个屋脊。回到图3(b)，一旦一个屋顶规范312被生成，所有程序中下一步骤是生成屋顶支撑规范314。这样的目的是确定在哪、如何定位屋顶的支撑部件。基于优选实施，支撑部件包括拉长的桁架。用于确定这些桁架位置的算法的细节中图12、13的流程图1200、1300中示出。
优选的，每个桁架长度是基础长度的整数倍数，其本身是初始网格尺寸的整数倍数。在优选实施例中，例如桁架基本长度单位是1200mm，S卩，初始网格尺寸的2倍。桁架部件相对于所述建筑图或沿平行于下方网格的线的侧向或横向线设置，(“水平"或"垂直")。桁架部件的起始和截至点必须位于覆盖的桁架网格上，在优选实施例中其为单位长度(1200mm)两倍于下方网格(600mm)的网格。所述算法1200的目标因此是识别所有成对桁架端点，在端点之间设有相应编织桁架。所述算法1200优选利用单一参照物，通常是平面图中所述建筑的左上角。在这一方案中，包括支撑桁架的天花板模块将直接位于屋顶的相应支撑桁架下方。在步骤1202从屋顶方块清单820中选出第一屋顶方块。根据检查1204，如果此屋顶方块位于角落，下一个步骤1206是坚持是否这一方块与参照点(即左上角)有正确的相对距离。相对正确的距离是基本单元桁架长度的倍数，即优选实施例中1200mm及其倍数。如果是在这一情况下， 在步骤1208所述算法1200确定当前屋顶方块和之前角落屋顶方块之间的距离，并且在步骤1210形成这些连续角落屋顶方块点之间的编织桁架，在步骤1212其被添加到相应清单 1214。所述算法然后在步骤1216选择所述清单820的下一个屋顶方块。所述算法1200连续运用这一方法，直到在步骤1218确定已经到达清单中最后一块屋顶方块。所述算法1200的结果是编织桁架清单1214，其包括一套排列在侧向和横向方向上的支撑桁架，其均沿屋顶的相应连续角落之间等高线设于屋顶内。应该理解，通常，所述算法1200依照等高线(例如图11中路径1104、1108)而行，并沿这些路径中的部分(无需全部)设置支撑编织桁架。不选择在全部等高路径上设置相应支撑桁架的原因是这些路径是指一个较小的网格(在优选实施例中300mm)确定的，而桁架则是依照一个大网格(在优选实施例中1200mm)设置的。在另一实施例中，因为相应网格可具有同样单元尺寸，支撑桁架可以被设于所述等高路径中的每一个上。虽然所述算法1200沿屋顶结构内等高线设置编织桁架支撑，图13的流程图给出细节的算法1300是将瓦楞桁架沿屋顶表面下的变高线设置。在步骤1302，所述算法1300 首先在清单820中选择第一对屋顶方块。所述算法1300穿过屋顶周界，相应的当其被发现后截至，在步骤1304，选定的屋顶方块不在周界水平面。所述算法首先进行步骤1306，该步骤检查是否所选定的屋顶方块位于内角。如果不是，则在步骤1308所述算法访问所述屋顶线清单822，并确认在当前屋顶方块位置沿与所述周界垂直的方向到最接近的内部屋顶线的距离。或者，如果屋顶方块位于内角处，所述屋顶线清单822访问到步骤1310，以便确认在垂直于屋顶排水沟(例如图11中的屋顶线1112)方向上与最近内部屋顶线的距离。在任一情况下，在步骤1312中在当前选定屋顶方块和步骤1308/1310中识别的最近屋顶线之间形成支撑瓦楞桁架。在步骤1314将这一瓦楞桁架添加到相应清单1316。在步骤1318选定下一对屋顶方块，通过步骤1304继续所述算法，直到周界水平面上的所有屋顶方块都被处理。生成屋顶结构的最后阶段是识别支撑屋顶支柱的适当位置及相应节点。特别是， 在优选实施例中所设计的建筑物中，支撑桁架部件由从节点开始延伸到支柱保持在位置。 每个节点由两个支柱支撑，所述支柱等长且与特定节点处的屋顶等高。一个支柱的方向是从节点朝向最近的所述建筑周界，另一个则是朝向相反方向。所有支柱穿过相同侧向距离。 用于实现这一设计目标的常用程序首先识别桁架部件中一个上的适宜初始节点，然后选择连续节点，所述连续节点具有预设的间隔。相应对准的节点被置于每个第二平行支撑编织桁架元件上，通过插入织桁架元件，节点被侧向偏移一个半节点的距离。这使得节点呈现钻石型图案。这样程序完成编织桁架元件沿侧向对准，并重复识别在横向对准的编织桁架元件的适宜节点。所述算法1400用于定位节点和支柱，其细节显示在图14的流程图中。首先在步骤1402中左上角的第一屋顶方块从屋顶方块清单820中被选定。在步骤1404中进行检查以确定所选定的屋顶方块与参照点之间的距离是否正确。所谓"正确距离"的确定方法与于确定编织桁架布局的所述算法1200的步骤1206所用方法一致。这样确保每个节点是位于一个编织桁架支撑部件上。在步骤1406进行进一步检查以确定是否屋顶方块与之前设置的节点处于相应距离。这一距离与预设节点间隔一致，并确保节点被按需设置间隔。只有当所有测试1404、1406都通过，才转向步骤1408，在这一步骤中相应的成对支柱线以及节点高度被制定。在步骤HlOthe产生节点并添加到节点清单1412，然后在步骤1414生成支柱并添加到支柱清单1416。在步骤1418，清单820中下一个屋顶方块被选中，如果其在步骤1420未被确定为最后一个屋顶方块，则节点和支柱确定算法继续，直到所有屋顶方块被处理。为生成最终建筑规范316，需要考虑构成这一结构的每个独立元件是如何与其他元件连接的。特别是，这些元件由连接点连接，至少部分连接点以角度的形式表征，不同的被连接元件在该处结合。优选实施例中，所有可能的连接类型和角度被储存在数据库中，被称为连接"方案"，每个方案具有唯一识别码。对每个连接方案而言，数据库还包括例如所需连接元件细节、成本、重量等信息。图15、16所示流程图1500、1508给出建筑设计中确定所有连接类型的算法。在所述算法1500的起始部分，第一步骤1502从所述建筑设计所有元件清单1504中选择第一元件，并识别第一相应元件端点。在步骤1506，检索清单1504以便识别所有其他元件共享同一端点坐标。明显的，共享同一端点坐标的元件是在该点被连接的。在步骤1508，所述算法尝试在数据库1510中找到一个相应连接方案。假定存在如步骤1512所确定的方案，在步骤1514从数据库1510抽出相应连接类型信息。如果没有存在的方案，例如元件所需连接是非常规的，则在步骤1516将相应新方案添加到数据库 1510。在步骤1518进行检查以确定是否最后一个元件端点已经被处理。如果不是，在步骤1520从元件清单1504中选择一个新的元件端点。否则结束所述算法。图16显示出寻找连接方法的程序1508的更多细节。如前所述，连接方案包括至少2个或更多元件沿其间角度被连接。相对角度可以有连接几何来确定，特别是通过三角形算法。连接可存在于结构元件之间(规范如前述)，或者可被连接到所述建筑的非结构性部件，例如屋顶元件截止到檐槽、或者墙体元件截止到门口。在后一情况下，连接角可设为零。为找到相应连接方案，从构成所述连接点元件中找到钥匙元件1602。为便捷搜索数据库，每个连接方法被关联到一个特定建筑元件，然后其作为进入数据库的钥匙。连接角和连接部件，可以随后参照所进入的钥匙而被确定。这样，在步骤1604中生成钥匙元件连接类型并添加到当前连接方案1606。在步骤1610，在连接清单1608中识别第一元件，在步
14骤1612中确定这一元件的类型。所选元件连接到钥匙元件的角度是在步骤1614中计算。 元件角度和类型在步骤1616添加到方案1606中。而连接元件清单1608中还有其他元件， 如在步骤1618所确定的，所述算法步骤1620继续在连接清单中确定下一个元件，然后重复步骤1612、1614和1616直到所有元件被处理。最终结果是在数据库1510中一个元件连接方案1606对应一个连接方案。每个建筑元件的长度可以进一步通过相关几何和/或三角公式来确认。元件组合，例如桁架和支柱，可具有不同的长度，可涉及连接多种小尺寸部件。相应的，可以使用不同数据库表，其含义基本元件长度相关信息，以及对两个或多个元件连接的说明，当需要时，达到所需长度。一旦所述建筑设计完成，和/或所述建筑设计程序中在适当的点，所述设计会被测试以便确定预设的标准，例如结构强度标准，是否被遵守。特别是，参照图2 (b)， 储存在数据库222中的设计结构信息通过工程测试引擎2M访问，然后通过自动界面2 进入结构工程软件组件228。所述结构工程软件2 被用于由相关工程代码测试所述结构。 或者，加上，通过使用结构工程软件2 所得预设规则可被储存在数据库222中，并被工程测试引擎2M使用以便验证设计满足相应结构标准。图17示出一个使用计算机软件可实施的本发明实施例的建筑设计的3维图形模型1700，并与图1(b)所示平面图100相一致。许多通过前述方法和算法(参照图4-16)所得的结构设计特点可以在"线框"模型1700在观察到。外墙，例如110，是清晰可见的。此外，以全自动方式生成的完整屋顶设计1702，也可见，其包括内部支撑结构元件。线框模型 1700中清晰表示了所述屋顶线，包括，例如，四坡顶1110，屋顶排水沟1112，和屋脊1114。在线框模型1700中还可清晰看到的是编织桁架，例如1704，瓦楞桁架，例如1706， 节点，例如1708，支柱，例如1710，包括自动生成的屋顶支撑结构。一旦最终设计完成并被确认，相关输出文件被生成。特别是，可生成一个零件目录，其包括建造所述建筑所需所有组件和模块化元件。有利的是，所述零件目录可以以任何所需顺序设置。特别是，生成零件目录时以建造所述建筑所需部件顺序设置。这样部件可以建造所需的顺序来包装运输，这样先需要的部件在后需要的部件之前被解封。这样便于最终建筑物的有效包装、运输、解封、建造。额外的输出数据和文件也可被生成，包括费用清单、建造所述建筑所需的组件和模块化元件的价格和/或所有相关的。还可以有输出文件，其包括相关的建造所述建筑的说明。这些示范性输出文件并不是限制，还应理解其他信息，例如结构数据，以及其他设计数据和统计也可被生成、储存和/或输出，作为整个计算机辅助设计程序的一部分。可以理解，这里虽然给出本发明的示范性实施例，但其并不限制由权利要求所限定的本发明的保护范围。
1权利要求
1.一种从选自预设模块化元件类型的模块化元件自动生成建筑结构规范的方法，所述方法包括如下步骤接收代表用户生成的平面图的计算机可读输入数据，其包括复数个依照规则网格设置的模块化元件；处理所述输入数据以生成计算机可读建筑规范数据，其包括依照所述平面图从模块化元件建造建筑的规范；以及生成至少一个输出文件，其包括依照所述建筑规范数据建造建筑所用信息。
2.如权利要求1所述方法，其中所述处理输入数据以生成计算机可读建筑规范数据的步骤包括验证输入数据代表一个闭合建筑结构平面图和/或识别所述平面图的闭合区域。
3.如权利要求2所述方法，其中识别闭合区域包括一个或多个如下步骤扫描规则网格以识别初始模块化墙体元件位置，并从所述初始模块化墙体元件开始， 穿过邻接模块化墙体元件周界以识别闭合区域。
4.如权利要求3所述方法，其中当遇到有多个块化墙体元件情况下穿越周界包括如下一个或多个可能路径。
5.如权利要求1所述方法，其中处理输入数据以生成计算机可读建筑规范数据的步骤进一步包括生成基于所输入数据的平面图的建筑屋顶的建造规范。
6.如权利要求5所述方法，其中生成屋顶建造规范包括确定屋顶线的高度和位置，所述屋顶线包括屋脊、四坡顶和/或屋顶排水沟。
7.如权利要求5所述的方法，其中生成屋顶建造规范包括一个或多个步骤扫描规则网格以识别初始屋顶元件的位置，以及从所述初始屋顶元件开始，穿过与之相同高度处的连续邻接屋顶元件。
8.如权利要求7所述的方法，其中确定屋顶线包括复数个四坡顶，其由从所述建筑物一个外角开始逐渐增高的斜线所限定；零个或多个屋脊，其有等高非闭合路径限定；以及零个或多个屋顶排水沟，其有从所述建筑一个内角开始逐渐增高的斜线所限定。
9.如权利要求5所述方法，其中生成屋顶的建造规范进一步包括生成屋顶支撑结构的建造规范。
10.如权利要求9所述的方法，其中生成所述屋顶支撑结构规范包括确定复数个第一支撑部件的布局，所述支撑部件沿平行于规则网格线的侧向和横向线设置，并被置于水平结构。
11.如权利要求9所述方法，其中生成所述屋顶支撑结构规范包括确定复数个第二支撑部件的布局，所述部件沿屋顶和相应最近屋顶线直接渐高线设置。
12.如权利要求11所述的方法，其进一步包括确定复数个第二支撑部件的布局，所述部件沿屋顶排水沟与相应最近的屋脊或四坡顶之间的渐高线设置。
13.如权利要求9所述的方法，其中生成屋顶支撑结构规范包括确定复数个第三支撑部件的布局，所述部件设于所述屋顶内，并从沿平行于规则网格线的侧向和横向线设置第一支撑部件上的节点开始延伸。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述处理输入数据的步骤进一步包括确定建造所述建筑所需所有连接的位置、类型和特性。
15.如权利要求1所述方法，其中自动生成的输出文件包括一个或多个 零件目录，其包括建造所述建筑所需所有组件和模块化元件；费用清单，其包括建造所述建筑所需所有组件和模块化元件的价格；以及建造所述建筑的说明。
16.如权利要求1所述的方法，其进一步包括验证所述建筑满足相关设计标准的步骤， 所述标准例如结构强度标准。
17.一种计算机可实施系统，其用于从预设类型中选定的模块化元件生成建筑建造规范，所述系统包括一个或多个处理器；至少一个输入界面，其可操作地连接到处理器； 至少一个输出界面，其可操作地连接到处理器；至少一个储存介质，其由所述处理器执行的程序指令，所述程序指令使得所述处理器执行如下步骤通过所述至少一个输入界面接收代表用户生成的平面图的计算机可读输入数据，其包括依照规则网格设置的复数个所述模块化元件；处理所述输入数据以生成计算机可读建筑规范数据，其包括一个依照所述平面图的源自所述模块化元件的建筑结构规范；以及在所述至少一个输出界面生成至少一个输出文件，其包括依照建筑规范数据的用于建筑结构的信息。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述输入和输出界面包括至少一个网络界面，其将一个或多个处理器连接的数据网络，通过所述数据网络在系统和终端用户之间传输输入数据和输出文件。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述数据网络是万维网，所述系统提供基于网络的建筑设计服务。
20.一种计算机可实现的系统或设备，其用于从预设类型中选定的模块化元件生成建筑建造规范，所述系统或设备包括接收计算机可读输入数据的装置，所述数据代表一个用户生成的平面图，所述平面图包括依照规则网格设置的复数个所述模块化元件；处理所述输入数据以生成计算机可读建筑规范数据的装置，所述规范数据包括源自依照所述平面图的所述模块化元件的建筑建造规范；以及生成至少一个输出文件的装置，所述文件包括依照建筑规范数据建造建筑所用的信息。
21.一种计算机可读介质，其收录有计算机可执行指令，当所述指令执行时使得一个计算机执行如权利要求1-16中任一所述的方法。
全文摘要
一种自动化方法(300)和系统(200)，其生成一个基于平面图(100)并使用选自预设类型的模块化元件(10，60，94，96)的规范或建造建筑(1700)。代表用户生成的平面图(100)的计算机可读输入数据被接收(302)，其由依照规则网格(134)设置的模块化元件构成。所述输入数据被处理(304)以生成计算机可读规范数据，该数据包括依照平面图(100)的源自模块化元件的建造建筑规范。至少一个输出文件被生成(306)，其包括依照所述建筑规范数据建造建筑所用信息。本发明可以设计模块化建筑结构，其可由无建筑设计和/或结构工程特殊技巧的用户迅速且廉价地应用。所述系统和方法特别适用于用于偏远区域以及军事行动或响应自然灾害时所用的建筑。
文档编号G06Q50/00GK102165450SQ200980125402
公开日2011年8月24日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者尼可·托马斯·萨斯维尔, 拉塞尔·乔治·贝利, 泰其·麦德森 申请人:三脚架组件私人有限公司