一种跨文件的机电系统物理连接自动修正方法和系统与流程

本发明属于建筑信息技术领域，特别涉及一种跨文件的机电系统物理连接自动修正方法和系统。

背景技术：

建筑信息模型(buildinginformationmodeling，bim)是对建筑实体的三维数字化描述，已被广泛应用于建筑机电系统建造阶段，但目前仍未见在运维阶段成功应用的实际案例。建造阶段在bim模型创建过程中，由于文件体量较大，为避免建模效率较低等问题，往往将不同楼层的bim模型存在不同文件中，从而导致位于不同文件的机电系统物理连接缺失。譬如，贯穿1到2层的管道，分为位于1层的管道1和位于2层的管道2。管道1顶部有自由的连接器1，管道2底部有自由的连接器2。实际上，连接器1和连接器2的位置坐标和连接方向完全一致或在一定容许偏差范围内，应该建立连接器1和连接器2之间的关联，从而表示管道1和管道2贯通。连接器是bim模型连接管道和设备的连接装置，所有管道的末端或设备的接口处具有连接器。所谓自由的连接器是指一端与管道或设备连接，一端没有连接的连接器。完整的bim模型中不应该存在自由的连接器。

由于建造阶段bim应用只关注机电系统的几何形状和位置，用于机电系统空间布置分析、优化和导出二维图纸；且通常采用抽象的二维机电系统图表达机电系统连接关系，不需要在bim模型中建立完全正确的机电系统连接关系。因此，跨文件的机电系统物理连接缺失问题一直未得到重视和解决。另外，在同一文件中进行bim建模，也常因为人为失误会出现机电设备出口和连接的管道空间位置和方向有误差，但人眼难以发现这种未正确创建的物理连接，且因不影响建造阶段bim应用而往往被忽略。

在运维管理阶段，需要基于bim查看机电系统的物理结构以及基于物理结构生成的逻辑结构，用于辅助分析机电系统故障原因，提高设备维护维修效率。譬如，当某空调风口出风温度不正常时，需要查找其上游的楼层空调箱，分析楼层空调箱出风口温度是否正常；如果楼层空调箱出风口温度正常，则需要查询楼层空调箱与空调风口的管道连接，辅助现场进行管道检修。因此，在将建造阶段创建的各楼层bim模型转化为运维阶段需要的bim模型时，需要修正机电系统物理结构，形成完整、正确的bim模型。但bim模型中自由连接器数量较多，往往超过一万个，难以进行人工关联。另外，分层bim建模时，由于上下楼层管道可能未能正确贯穿楼板或管道方向不完全准确等人为误差，导致自动匹配自由连接器，修正物理连接难度较大。目前，bim在运维阶段的应用仍处于初级阶段，尚未发现公开的相关装置和方法，可以解决建造bim模型向运维bim模型转化过程中这一跨文件的机电系统物理连接修复难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种跨文件的机电系统物理连接自动修正方法和装置，在多个bim模型文件整合时自动修正建模时缺失的机电系统连接关系，形成完善的机电系统物理结构，支持基于bim的机电系统运维管理。

根据本发明的第一方面，提供一种跨文件的机电系统物理连接自动修正方法，其特征在于，包括：获取所有自由连接器信息，每个所述自由连接器ci的信息包括连接器id、中心点空间坐标(xi，yi，zi)和方向向量(vi)；获取连接器匹配的容许距离误差d和方向夹角误差θ；根据所述自由连接器的空间坐标，建立1个包括所有所述自由连接器的三维空间包围盒；将所述三维空间包围盒分为等边长a的小立方体(其中a＞d)；获取小立方体中可以互连的自由连接器；其中所述自由连接器是指一端与管道或设备连接，一端没有连接的连接器。

进一步地，包括数据库，用于将所述连接器集合c存入数据库，其中连接器集合c＝{c1，c2…cn}。

进一步地，所述三维立体包围盒的最小值点坐标为(xmin，ymin，zmin)，最大值点坐标为(xmax，ymax，zmax)。

进一步地，对于第i个小立方体ai,记录其最小值点坐标(ximin，yimin，zimin)和最大值点坐标(ximax，yimax，zimax)，并将其标记为axiyizi，其中xi＝int[(ximin-xmin)/a]，yi＝int[(yimin-ymin)/a],zi＝int[(zimin-zmin)/a]，其中int()为取整函数，用于查找和每个小立方体相邻的小立方体。

进一步地，可保证检索效率最高，d为容许距离误差，优选为上下层楼板的厚度，从而保证同一位置因为楼板割断的管道连接可以自动修正，n是自由连接器的数量。

进一步地，对于每个自由连接器ci，根据其中心位置(xi，yi，zi)找到其所属的小立方体axiyizi，并将其添加到集合cxiyizi，该集合cxiyizi为集合c中的中心位置在小立方体axiyizi内部的所有自由连接器，其中

进一步地，针对集合c中每个连接器ci，在其所在的小立方体axiyizi或该立方体相邻的小立方体中寻找与该连机器距离小于误差d，且两连接器方向向量夹角k满足|k-180°|＜θ的连接器cj，建立ci和cj的物理连接，存入数据库；并将ci和cj从集合c中删除；若找不到满足条件的cj，则将ci从集合c中删除；所述相邻的小立方体是指与本立方体存在共同点、边或面的小立方体。

进一步地，根据立小方体标记的下标检索，只有下标第一位为(x-1)或x或(x+1)，下标第二位为(y-1)或y或(y+1)，下标第三位为(z-1)或z或(z+1)的小立方体是小立方体axyz相邻的小立方体。

进一步第，以中心立方体、与中心立方体共用面的相邻立方体、与中心立方体仅共用一条边的立方体、与中心立方体仅共用一个顶点的立方体的顺序搜索匹配连接器。

进一步地，获取小立方体中可以互连的自由连接器之后还包括：在三维bim模型中用不同颜色标识已自动修正的连接器和未自动修正的连接器。

根据本发明第二方面，提供一种跨文件的机电系统物理连接自动修正系统，其特征在于，包括：bim模型读取模块，获取所有自由连接器信息，每个所述自由连接器ci的信息包括连接器id、中心点空间坐标(xi，yi，zi)和方向向量(vi)；容许误差输入模块，获取连接器匹配的容许距离误差d和方向夹角误差θ；建立模块，根据所述自由连接器的空间坐标，建立1个包括所有所述自由连接器的三维空间包围盒；包围盒切分模块，将所述三维空间包围盒分为等边长a的小立方体(其中a＞d)；连接器修正模块，获取小立方体中可以互连的自由连接器；其中所述自由连接器是指，一端与管道或设备连接，一端没有连接的连接器。

所述获取所有连接器信息进一步包括：连接器集合c，其中c＝{c1，c2…cn}，将所述连接器集合c存入数据库。

进一步地，所述三维立体包围盒的最小值点坐标为(xmin，ymin，zmin)，最大值点坐标为(xmax，ymax，zmax)。

进一步地，所述三维立体包围盒的最小值点坐标为(xmin，ymin，zmin)，最大值点坐标为(xmax，ymax，zmax)。

进一步地，对于第i个小立方体ai,记录其最小值点坐标(ximin，yimin，zimin)和最大值点坐标(ximax，yimax，zimax)，并将其标记为axiyizi，其中xi＝int[(ximin-xmin)/a]，yi＝int[(yimin-ymin)/a],zi＝int[(zimin-zmin)/a]，其中int()为取整函数，用于查找和每个小立方体相邻的小立方体。

进一步地，可保证检索效率最高，d为上下层楼板的厚度从而保证同一位置因为楼板割断的管道连接可以自动修正，n是自由连接器的数量。

进一步地，对于每个自由连接器ci，根据其中心位置(xi，yi，zi)找到其所属的小立方体axiyizi，并将其添加到集合cxiyizi，该集合cxiyizi为集合c中中心位置在小立方体axiyizi内部的所有自由连接器，其中

进一步地，针对集合c中每个连接器ci，在其所在的小立方体axiyizi的或该立方体相邻的小立方体中寻找与该连机器距离小于误差d，且两连接器方向向量夹角k满足|k-180°|＜θ的连接器cj，建立ci和cj的物理连接，存入数据库；并将ci和cj从集合c中删除；若找不到满足条件的cj，则将ci从集合c中删除；所述相邻的小立方体是指与本立方体存在共同点、边或面的立方体。

进一步地，根据立方体标记的下标检索，只有下标第一位为(x-1)或x或(x+1)，下标第二位为(y-1)或y或(y+1)，下标第三位为(z-1)或z或(z+1)的小立方体是小立方体axyz相邻的小立方体。

进一步地，以中心立方体、与中心立方体共用面的相邻立方体、与中心立方体仅共用一条边的立方体、与中心立方体仅共用一个顶点的立方体的顺序搜索匹配连接器。

进一步地，机电系统物理连接修正展示模块，在三维bim模型中用不同颜色标识已自动修正的连接器和未自动修正的连接器。

根据本发明的上述方案，通过对bim模型进行合理的切分，将空间离散方法将连接器划分到有序的小空间中，并确保可能与连接器匹配的另一个连机器尽在极少数的小空间中，从而避免从所有连接器中去匹配，减少了匹配复杂度，将匹配效率从o(n²)降到o(n)。其次，申请人在实际作业中首次发现了自由连接器的潜在缺陷，巧妙地将空间分割的方法应用于bim模型中，实现了自由连接器自动修正的目的。

本装置和方法可以快速地自动修正跨文件的机电系统物理连接，解决现有建模中常见的物理连接大量缺失的问题，实现施工bim模型向运维bim模型的快速转化，支持在运维中展现系统物理和逻辑结构，推动bim在运维中的应用。对于典型的大型公共建筑bim模型，存在至少10000个自由连接器，则本方法相对直接遍历的方法提升效率约800倍，从需要13个小时的计算量降低到1分钟的计算量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的方法流程图。

图2示出了本发明的另一方法流程图。

图3示出了本发明的系统框图。

图4示出了根据本发明一具体实施例的某公共建筑的分层bim模型。

图5为根据本发明一具体实施例的匹配模型图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先结合图1说明本发明的流程。如图1所示，提供一种跨文件的机电系统物理连接自动修正方法，其特征在于，包括：获取所有自由连接器信息，每个所述自由连接器ci的信息包括连接器id、中心点空间坐标(xi，yi，zi)和方向向量(vi)；获取连接器匹配的容许距离误差d和方向夹角误差θ；根据所述自由连接器的空间坐标，建立1个包括所有所述自由连接器的三维空间包围盒；将所述三维空间包围盒分为等边长a的小立方体(其中a＞d)；获取小立方体中可以互连的自由连接器；其中所述自由连接器是指，一端与管道或设备连接，一端没有连接的连接器。

接下来，结合图2说明本发明的另一个流程。如图2所示，下边以某大型公共建筑bim模型整合过程中的物理连接修正为例，说明本发明所属的跨文件的机电系统物理连接自动修正方法的具体实施方式。该公共建筑包括27层，分为27个文件，所有自由连接器数量大约10000个，总建筑面积7万平方米。不同楼层的bim模型由于建模精度要求等问题，有大量竖向管道从地板上表面延伸到楼板下表面，未贯穿整个楼板，修正难度大。

步骤1.如图5所述，依次打开每个楼层的全系统机电bim模型，遍历其中所有机电专业构件，并通过构件找到每个构件关联的所有连接器，将这些连接器保存在集合allconnectors中，并将该集合存入数据库，每个连接器的数据结构包含连接器的id(guid)，位置坐标(position)，方向向量(direction)，所依附的构件(owner)和连接目标构件(target)。在集合allconnectors中筛选出target为空的构件，并将其放在集合c中，该集合中为所有自由连接器；最终得到c中有12000个自由连接器。如图5所示的，c中包括自由连接器c1、c2、c3、c4、c5、c6。

步骤2.调用容许误差输入模块，输入距离容许误差d为上下层楼板的厚度15cm从而保障上下层同一位置管道因为楼板割断原因而缺失的连接，极大提高跨文件的物理连接修正准确性，且不影响修正效率；其他情况下大于楼板厚度的误差人为可以发现，存在可能性较小。角度容许误差θ＝5°作为辅助判断的依据；且5度以上的人为误差可以发现，存在可能性较小。

步骤3.遍历c中的所有连接器connector，分别找到其位置的x坐标、y坐标、z坐标的最大与最小值，记为xmin、ymin、zmin、xmax、ymax、zmax。

步骤4.分别计算三个方向的小立方体个数，countx＝(xmax-xmin)/a、county＝(ymax-ymin)/a、countz＝(zmax-zmin)/a，其中创建三维数组a，三个维度的长度分别为countx，county，countz。数组内的每一项axiyizi即为包含对应中心点在该立方体内的所有连接器的集合。将每个小立方体标记为axiyizi，其中xi＝int[(ximin-xmin)/a],yi＝int[(yimin-ymin)/a],zi＝int[(zimin-zmin)/a]，其中int()为取整函数，方便查找每个小立方体相邻的小立方体。

步骤5.遍历c，对于其中每个连接器connector，根据其中心位置position找到其所属的小立方体对应的连接器集合axiyizi，其中x＝(position.x-xmin)/a，y＝(position.y-ymin)/a，z＝(position.z-zmin)/a，将connector加入集合axiyizi。如图4所示，c1、c2、c3在立方体a101中，c4在立方体a100中，c5在立方体a333中，c6在立方体a330中。

步骤6.遍历c，对于其中的每个连接器connector，根据其中心位置position找到其所属的小立方体对应的连接器集合，在该集合中查找与连接器connector的中心距离小于d且方向向量夹角小于θ的连接器，若无法找到，则依次查找周围的其它小立方体对应的集合中的连接器，将查找结果记为targetconnector。从数据库里删除targetconnector，并将数据库中connector的target设置成targetconnector的owner。从集合c删除targetconnector和connector。若不能找到对应的targetconnector，则从集合c中删除connector。如图5所示，c1和c2在同一立方体中，且距离小于误差的，角度相同，可建立c1和c2之间的物理连接；c3和c4在相邻的两个立方体中，且距离小于误差的，角度相同，可建立c1和c2之间的物理连接；c5和c6没有匹配的自由连接，从c中删除，无需自动修正。

查找小立方体axyz相邻的小立方体的方法为：根据立方体标记的下标检索，只有下标第一位为(x-1)或x或(x+1)，下标第二位为(y-1)或y或(y+1)，下标第三位为(z-1)或z或(z+1)的至多26个小立方体是小立方体axyz相邻的小立方体。如图4所示，a101的相邻立方体包括：a100、a102、a201、a202、a200、a000、a001、a002、a110、a112、a211、a212、a210、a010、a011、a012、a111.

步骤7.将c集合中剩余连接器的所属构件target在视图中的着色设置为红色，便于用户对未能自动连接的自由连接器进行手工处理。

本发明一种跨文件的机电系统物理连接自动修正装置，如图4所示，包括bim模型读取模块1、数据库2、容许误差输入模块3、包围盒切分模块4、连接器修正模块5、机电系统物理连接修正展示模块6。

所述的bim模型读取模块，可逐个读入需要处理的多个bim文件，如图3所示，通过解析bim文件，获取bim文件中自由的连接器信息，分别提取其连接器id、中心点坐标(xi，yi，zi)和方向向量(vi)，记录连接器集合c＝{c1，c2…cn}并存入数据库。如图5所示，c中包括自由连接器c1、c2、c3、c4、c5、c6。

所述的数据库，用于存储多个bim文件中的连接器信息、容许误差信息，以及包围盒切分信息，连接器所述的小立方体信息、以及最终的连接器匹配信息，用于读取和展示。

所述的容许误差输入模块，支持用户快速输入连接器匹配的容许距离误差d和方向夹角误差θ，存入数据库。

所述的包围盒切分模块，可根据数据库中所有连接器的空间坐标，自动建立1个包括所有连接器的三维空间包围盒，记录包围盒的最小值点坐标(xmin，ymin，zmin)和最大值点坐标(xmax，ymax，zmax)；然后将上述包围盒切分为等边长a的小立方体(其中a>d)，记录每个小立方体的最小值点坐标(ximin，yimin，zimin)和最大值点坐标(ximax，yimax，zimax)；并根据每个连接器的坐标(xi，yi，zi)，计算连接器所在的一个小立方体。如图5所示，c1、c2、c3在立方体a101中，c4在立方体a100中，c5在立方体a333中，c6在立方体a330中

优选地，将每个小立方体标记为axiyizi，其中xi＝int[(ximin-xmin)/a],yi＝int[(yimin-ymin)/a],zi＝int[(zimin-zmin)/a，其中int()为取整函数，方便查找每个小立方体相邻的小立方体。

所述的连接器修正模块针对数据库中存储的集合c中每个连接器ci，在其所在的小立方体axiyizi或该立方体相邻的小立方体中寻找与该连机器距离小于误差d，且两连接器方向向量夹角k满足|k-180°|＜θ的连接器cj，建立ci和cj的物理连接，存入数据库；并将ci和cj从集合c中删除；若找不到满足条件的cj，则将ci从集合c中删除。循环以上步骤，直至c集合为空。如图5所示，c1和c2在同一立方体中，且距离小于误差的，角度相同，可建立c1和c2之间的物理连接；c3和c4在相邻的两个立方体中，且距离小于误差的，角度相同，可建立c1和c2之间的物理连接；c5和c6没有匹配的自由连接，从c中删除，无需自动修正。

优选地，检索小立方体axyz相邻的小立方体的方法为：根据立方体标记的下标检索，只有下标第一位为(x-1)或x或(x+1)，下标第二位为(y-1)或y或(y+1)，下标第三位为(z-1)或z或(z+1)的至多26个小立方体是小立方体axyz相邻的小立方体。如图4所示，a101的相邻立方体包括：a100、a102、a201、a202、a200、a000、a001、a002、a110、a112、a211、a212、a210、a010、a011、a012、a111.

优选地，以中心立方体、与中心立方体共用面的相邻立方体、与中心立方体仅共用一条边的立方体、与中心立方体仅共用一个顶点的立方体的顺序搜索匹配连接器可大幅减少比较次数。

所述的机电系统物理连接修正展示模块，可从数据库中读取修正后的连接器数据，在三维bim模型中用不同颜色标识已自动修正的连接器和未自动修正的连接器，方便用户审核。

以上对本发明的跨文件的机电系统物理连接自动修正方法和系统方法进行了描述。根据本发明的上述方案，通过对bim模型进行合理的切分，将空间离散方法将连接器划分到有序的小空间中，并确保可能与连接器匹配的另一个连机器尽在极少数的小空间中，从而避免从所有连接器中去匹配，减少了匹配复杂度，将匹配效率从o(n²)降到o(n)。其次，申请人在实际作业中首次发现了自由连接器的潜在缺陷，巧妙地将空间分割的方法应用于bim模型中，实现了自由连接器自动修正的目的。

本装置和方法可以快速地自动修正跨文件的机电系统物理连接，解决现有建模中常见的物理连接大量缺失的问题，实现施工bim模型向运维bim模型的快速转化，支持在运维中展现系统物理和逻辑结构，推动bim在运维中的应用。对于典型的大型公共建筑bim模型，存在至少10000个自由连接器，则本方法相对直接遍历的方法提升效率约800倍，从需要13个小时的计算量降低到1分钟的计算量。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以上所述，仅是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，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。