一种基于BIM+GIS的施工场地布置优化方法及系统

一种基于bim+gis的施工场地布置优化方法及系统
技术领域
1.本发明属于建筑工程信息化领域，更具体地，涉及一种基于bim+gis的施工场地布置优化方法及系统。


背景技术：

2.施工场地布置工作是项目施工准备工作中的重要组成部分，需要组合考虑绿地限制、耕地限制、规划红线、安全要求、各类临设用地参考指标以及各临设之间的物流强度、物流成本等因素，才能有效的进行施工场地布置，为后续的施工管理、成本控制、安全管理创造条件和基础。
3.现阶段工程实际实施过程中的场地布置设计，大多为现场技术负责人根据cad图纸结合自身的经验以及现场实际情况确定方案并绘制cad场地布置图。部分场布软件在此基础上根据cad图纸构建bim模型，建立了各类临时设施以及施工设施的信息构建库，进一步提高了场地布置规划的可视化水平和空间约束，但仍然是依靠技术人员的经验来进行构建的摆放。传统的依靠技术人员经验和现场实际情况进行场地布置的方法，具有很大主观性、不稳定性，并且对于各临设之间的物流强度、物流成本等影响成本的因素也考虑较少或者难以进行定量的分析。另外，随着施工进度的推进，施工现场布置用地限制、各类材料的使用需求、各类施工设备的使用需求，都会发生很大的变化。现阶段静态施工场地布置方法，也无法适应这种动态优化的需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于bim+gis的施工场地布置优化方法及系统，其目的在于解决传统场地布置方法具有很大主观性，且静态施工场地布置方法无法适应动态优化需求的问题。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于bim+gis的施工场地布置优化方法，包括：
6.s1，构建所述施工场地所需各类设施的bim模型族库，所述各类设施包括临时设施和施工设施；
7.s2，扫描并构建所述施工场地及周边环境的gis模型；
8.s3，将s1中各类设施的bim模型与s2中gis模型进行融合；
9.s4，基于融合后的模型利用slp方法建立施工场地布置优化多目标函数，以所述各类设施的占地面积总和以及各类设施之间的物流成本总和的加权值最小为目标，结合约束条件，求解所述施工场地布置优化多目标函数的最优解。
10.更进一步地，所述s1中，所述临时设施包括临时房屋、临时道路、临时供水和临时供电设施，所述施工设施包括工程车辆、施工机械和塔吊。
11.更进一步地，所述s2包括：
12.通过倾斜摄影的方法建立所述施工场地及周边环境的实景模型，对所述实景模型
进行单体化处理后，得到可操作的gis模型。
13.更进一步地，所述s3中，将s1中各类设施的bim模型与s2中gis模型进行融合之前，还包括：
14.分析ifc组件和citygml组件之间的差异性，构建bim模型与gis模型之间的映射关系，使s1中各类设施的bim模型与s2中gis模型统一数据模型，其中，所述ifc组件和citygml组件分别为bim和gis的数据模型。
15.更进一步地，所述s4中，所述约束条件包括绿地限制、耕地限制、规划红线、安全要求、各类设施用地参考指标以及各类设施之间的物流强度、物流成本。
16.更进一步地，所述s4之后，还包括：
17.根据所述最优解进行施工模拟，当满足施工效率阈值以及成本阈值，则采用所述最优解进行施工场地布置，否则，重新优化所述施工场地布置优化多目标函数。
18.按照本发明的一个方面，提供了一种基于bim+gis的施工场地布置优化系统，包括：
19.bim构建模块，用于构建所述施工场地所需各类设施的bim模型族库，所述各类设施包括临时设施和施工设施；
20.gis构建模块，用于扫描并构建所述施工场地及周边环境的gis模型；
21.融合模块，用于将所述各类设施的bim模型与gis模型进行融合；
22.优化模块，用于基于融合后的模型利用slp方法建立施工场地布置优化多目标函数，以所述各类设施的占地面积总和以及各类设施之间的物流成本总和的加权值最小为目标，结合约束条件，求解所述施工场地布置优化多目标函数的最优解。
23.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
24.(1)本发明首先构建施工场地所需各类设施的bim模型族库，以及施工场地及周边环境的gis模型，再将二者进行融合；基于融合后的模型利用slp方法建立施工场地布置优化多目标函数，以各类设施的占地面积总和以及各类设施之间的物流成本总和的加权值最小为目标，结合约束条件，求解施工场地布置优化多目标函数的最优解。本发明分析优化各种适宜工人施工工作生活的环境，提高了工程的合理性和可控性，对施工场地布置进行各种调整，提出一种可行的优化布置方案，能够为类似工程场布优化提供参考与借鉴。
25.(2)bim模型可以很好的展示设施信息，强大的存储功能可以在移动端保存各个施工阶段的不同布置情况，并加入比对效果，清晰的展示出不同阶段的场布效果和优化结果的运用情况。将场地bim模型与gis环境在软件中无缝对接，能够真实还原项目周边场景。
附图说明
26.图1为本发明实施例提供的基于bim+gis的施工场地布置优化方法的流程图；
27.图2为本发明实施例提供的基于bim+gis的施工场地布置优化系统的框图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
29.在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
30.图1为本发明实施例提供的基于bim+gis的施工场地布置优化方法的流程图。参阅图1，对本实施例中基于bim+gis的施工场地布置优化方法进行详细说明，方法包括操作s1-操作s4。
31.操作s1，构建所述施工场地所需各类设施的bim模型族库，所述各类设施包括临时设施和施工设施。
32.本实施例中，建立各类设施高精度bim模型：包括工地临时房屋、临时道路、临时供水、临时供电等临时设施以及工程车辆、施工机械、塔吊等施工设施。对于通用的设施，建立族库，非通用设施针对每个具体项目进行建模。
33.操作s2，扫描并构建所述施工场地及周边环境的gis模型。
34.本实施例中，扫描施工现场全范围的地形、地貌以及周边情况的gis模型：通过倾斜摄影的方法建立周边环境实景模型，对其进行单体化处理后，得到可操作的gis模型。
35.操作s3，将s1中各类设施的bim模型与s2中gis模型进行融合。
36.本实施例中，根据项目需要从s1的bim模型族库提取设施模型，并与s2中的gis模型进行融合，然后在融合模型中对施工场地布置设置约束条件。ifc和citygml分别为bim和gis最通用的数据模型，通过分析ifc组件和citygml组件之间的差异性，构建两者之间的映射关系，实现数据模型的统一，进而将两个参数化模型进行模型融合。将bim模型导入gis模型中后，对施工场地布置进行范围判定：需要设定的约束条件包括：绿地限制、耕地限制、规划红线、安全要求、各类临设用地参考指标以及各临设之间的物流强度、物流成本等。
37.操作s4，基于融合后的模型利用slp方法建立施工场地布置优化多目标函数，以所述各类设施的占地面积总和以及各类设施之间的物流成本总和的加权值最小为目标，结合约束条件，求解所述施工场地布置优化多目标函数的最优解。
38.本实施例中，利用slp方法建立场布优化优化多目标函数，采用遗传算法对构建的多目标函数进行优化求解：根据slp方法的思想对施工场地各区域、各临时设施之间的物流关系和非物流关系进行分析，确定各区域和临时设施之间的相对位置关系。根据优化目标建立多目标函数：
39.c＝min∑δ
ijdijcij
40.s＝min∑θisi41.在优化模型中将场地布置的标准规范以及用地限制作为以上两个函数的约束条件。
42.其中，c——施工现场各设施之间所有资源的物流成本；
43.s——施工现场所有设施占地面积总和；
44.δ
ij
——两个设施i、j之间物流、人流、设备流重要程度的权重；
45.d
ij
——两个设施i、j之间的距离；
46.c
ij
——两个设施i、j之间的物流成本；
47.θi——设施i用地权重；
48.si——设施i用地面积。
49.利用遗传算法，通过对自变量的选择、交叉、变异等过程，经过多轮的选择，产生问题的最优解。
50.进一步地，在s4之后，根据优化后得到的最优解进行施工模拟，根据施工进程逐步布置临建设施，当满足施工效率以及成本数值最优则允许布置方案通过，如若不满足最优情况则进行重新优化。
51.图2为本发明实施例提供的基于bim+gis的施工场地布置优化系统的框图。参阅图2，该基于bim+gis的施工场地布置优化系统200包括bim构建模块210、gis构建模块220、融合模块230以及优化模块240。
52.bim构建模块210例如执行操作s1，用于构建所述施工场地所需各类设施的bim模型族库，所述各类设施包括临时设施和施工设施。
53.gis构建模块220例如执行操作s2，用于扫描并构建所述施工场地及周边环境的gis模型。
54.融合模块230例如执行操作s3，用于将所述各类设施的bim模型与gis模型进行融合。
55.优化模块240例如执行操作s4，用于基于融合后的模型利用slp方法建立施工场地布置优化多目标函数，以所述各类设施的占地面积总和以及各类设施之间的物流成本总和的加权值最小为目标，结合约束条件，求解所述施工场地布置优化多目标函数的最优解。
56.基于bim+gis的施工场地布置优化系统200用于执行上述图1所示实施例中的基于bim+gis的施工场地布置优化方法。本实施例未尽之细节，请参阅前述图1所示实施例中的基于bim+gis的施工场地布置优化方法，此处不再赘述。
57.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。