第3卷第1期 智能系统学报 Vol.3№1 2008年2月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Fcb.2008 三维数字建筑的自动生成和应用技术研究 杨若瑜，蔡士杰 (南京大学软件新技术国家重点实验室，江苏南京210093) 摘要：提出了一种能够有效提高建筑业智能化、自动化的系统性新方法.首先实现了二维建筑结构图的自动识别 和理解，并由此生成包含完整几何和语义信息的三维数字建筑模型：然后在该模型的支撑下实现了钢筋、模板和混 凝土合一的建筑算量、可视化的三维钢筋翻样、基于网络计划图自动生成的施工进度管理等3种智能型的应用功 能.对建筑图的识别和三维数字模型的生成方法，以及3个应用的设计实现及其与现有做法的比较等做了完整 介绍 关键词：建筑图识别：三维数字建筑：建筑算量：钢筋翻样：施工管理 中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：16734785(2008)01-0001-08 A system for automatic generation of 3D building models with quantitative,reinforced lofting,and construction management a pplications YAN G Ruo-yu,CAI Shi-jie (State Key Laboratory of Software Novel Technology,Nanjing University,Nanjing 210093,China) Abstract:This paper proposes a systematic method for improving the intelligence and automation of archi- tectural software.First,this method implements automatic interpretation of 2D construction drawings. Based on the analysis,a 3D-digital model with both geometrical and syntactic information is generated. Then,using this model,the following three automatic applications are run:quantity survey,3D steel rein- forced lofting and visualization,and network plan generation for construction progress management.This paper gives a thorough introduction to effective design and implementation of the above methods,and com- pares them with existing workflow methods. Key words :construction drawing recognition;3D digital building;quantity survey;reinforced lofting;con- struction management 当前的建筑业正从过往的简单匠工的经验管理 工作方式还有其他的缺陷.例如.建筑施工管理方 流程向运用数字和信息技术的集约型现代管理模式 面，由于分工细致、施工人数多、以及分散性、移动性 转变.虽然计算机在建筑领域已经得到了广泛的应 等特点，基于人工读图进行成本进度计划的手工编 用，但主要集中在辅助设计和绘图方面，*，DWG 制和管理，不但工作强度大，而且精确性、及时性都 文件因此成为建筑图事实上的标准电子格式.然而， 无法满足实时统计分析等需求，非常不利于现代化 建筑业中多道工序（审图、算量、钢筋翻样、建筑施工 管理手段的实施。 管理等)和设计之间相互脱节，这些工序中的专业人 因此，文中提出，应针对“图纸蕴含的设计信息” 员只能分别对同一套设计图进行人工的阅读理解， 进行智能化抽取)，通过分析计算，构建信息完整 获取各自所需的信息，多次的重复读图，造成了大量 的三维数字建筑模型，供各工序循环利用和修改.下 的人力、财力和时间的浪费.此外，基于人工读图的 文将介绍以建筑结构电子图为基础，通过图形识别 重建三维数字建筑模型的方法，以及基于该模型进 收稿日期：2007-0826. 行自动的钢筋用量计算、钢筋翻样计算和施工进度 基金项目：因家自然科学基金资助项目(60703080). 通讯作者：杨若瑜.E-mail:yangry@graphics,nju.edu.cn 管理等方法的设计和实验.实验证明该系列方法能 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 3 卷第 1 期 智 能 系 统 学 报 Vol. 3 №. 1 2008 年 2 月 CAA I Transactions on Intelligent Systems Feb. 2008 三维数字建筑的自动生成和应用技术研究 杨若瑜 ,蔡士杰 (南京大学 软件新技术国家重点实验室 ,江苏 南京 210093) 摘 要 :提出了一种能够有效提高建筑业智能化、自动化的系统性新方法. 首先实现了二维建筑结构图的自动识别 和理解 ,并由此生成包含完整几何和语义信息的三维数字建筑模型 ;然后在该模型的支撑下实现了钢筋、模板和混 凝土合一的建筑算量、可视化的三维钢筋翻样、基于网络计划图自动生成的施工进度管理等 3 种智能型的应用功 能. 对建筑图的识别和三维数字模型的生成方法 ,以及 3 个应用的设计实现及其与现有做法的比较等做了完整 介绍. 关键词 :建筑图识别 ;三维数字建筑 ;建筑算量 ;钢筋翻样 ;施工管理 中图分类号 : TP391 文献标识码 :A 文章编号 :167324785 (2008) 0120001208 A system for automatic generation of 3D building models with quantitative ,reinforced lofting , and construction management applications YAN G Ruo2yu , CAI Shi2jie (State Key Laboratory of Software Novel Technology , Nanjing University , Nanjing 210093 , China) Abstract :This paper proposes a systematic met hod for improving the intelligence and automation of archi2 tect ural software. First , t his method implements automatic interpretation of 2D construction drawings. Based on t he analysis , a 3D2digital model wit h bot h geometrical and syntactic information is generated. Then , using t his model , t he following t hree automatic applications are run : quantity survey , 3D steel rein2 forced lofting and visualization , and network plan generation for construction p rogress management. This paper gives a t horough introduction to effective design and implementation of t he above met hods , and com2 pares them wit h existing workflow met hods. Keywords :construction drawing recognition ; 3D digital building ; quantity survey ; reinforced lofting ; con2 struction management 收稿日期 :2007208226. 基金项目 :国家自然科学基金资助项目(60703080) . 通讯作者 :杨若瑜. E2mail :yangry @graphics. nju. edu. cn. 当前的建筑业正从过往的简单匠工的经验管理 流程向运用数字和信息技术的集约型现代管理模式 转变. 虽然计算机在建筑领域已经得到了广泛的应 用 ,但主要集中在辅助设计和绘图方面 , 3 . DWG 文件因此成为建筑图事实上的标准电子格式. 然而 , 建筑业中多道工序(审图、算量、钢筋翻样、建筑施工 管理等) 和设计之间相互脱节 ,这些工序中的专业人 员只能分别对同一套设计图进行人工的阅读理解 , 获取各自所需的信息 ,多次的重复读图 ,造成了大量 的人力、财力和时间的浪费. 此外 ,基于人工读图的 工作方式还有其他的缺陷. 例如 ,建筑施工管理方 面 ,由于分工细致、施工人数多、以及分散性、移动性 等特点 ,基于人工读图进行成本进度计划的手工编 制和管理 ,不但工作强度大 ,而且精确性、及时性都 无法满足实时统计分析等需求 ,非常不利于现代化 管理手段的实施. 因此 ,文中提出 ,应针对“图纸蕴含的设计信息” 进行智能化抽取[ 123 ] ,通过分析计算 ,构建信息完整 的三维数字建筑模型 ,供各工序循环利用和修改. 下 文将介绍以建筑结构电子图为基础 ,通过图形识别 重建三维数字建筑模型的方法 ,以及基于该模型进 行自动的钢筋用量计算、钢筋翻样计算和施工进度 管理等方法的设计和实验. 实验证明该系列方法能
·2 智能系统学报 第3卷 够大大提高相关工作的效率和水平 出了按序、定向、整体的结构图识别和三维数字建筑 重建方法 1思路 2.1图形识别 目前，建筑设计阶段的突出特点就是以二维的 考虑到建筑结构的支撑性等特点，按轴网·柱 平面图为主，以一些局部结构的详细图为辅，来表示 (墙)-梁·板·表格的顺序进行识别.并遵循“有的 完整的建筑物三维信息.考虑到如果要通过从三维 放矢”的思路，按制图规则进行预搜索得到小区域后 建筑设计入手来整合建筑业各工序，对整个行业的 进行每个对象图形的识别 改造将十分巨大.因此，文中的核心思路是维持现有 2.1.1基于特征引导的轴网识别 二维CAD设计习惯，利用计算机理解分散的二维 1)通过线段特征关系识别轴线和尺寸线.如轴 图形，自动重建包含多维数字信息的三维建筑物，提 线=轴线编号+相接线段！圆弧段，轴线编号=圆+ 供给设计后各工序使用.设计原则如下： 圆内字符串，字符串=‘A~Z1‘a~:’+0~9' 1)整体延续性：从设计绘图开始，每件工作只需 ‘a~z’},等等； 做1次，由计算机抽取、管理、共享各种图形、规范等 2)根据连通性、方向一致性和近距离等要求，将 信息，各后续阶段工作或反馈流程中即可按需自动 轴线和尺寸线组成轴线尺寸线组； 取用.避免重复读图、交流等浪费； 3)将各轴线尺寸线组中的轴线组成坐标系 2)智能性：将原来依靠技术人员掌握、传递、交 2.1.2基于结构规则的柱识别 流的信息，尽可能通过图形的自动识别理解等方法 1)通过预定义字串构成规则匹配来识别柱名、 来获取，实现计算机自动完成专业工作或指导操作 尺寸标注、钢筋标注等； 人员完成工作的智能化目标； 2)通过封闭性和环境图文分析来识别柱截面， 3)实用性：在设计过程中符合相关的国家标准 并按距离聚合匹配柱名和柱截面； 和行业标准，设计的功能应符合原人工处理要求， 3)识别柱截面的钢筋.按距离聚合和字串语义 4)先进性：智能化功能的设计应考虑易于改进 分析来匹配钢筋和钢筋标注 和扩充以符合业界的发展趋势 2.1.3基于支撑规则的梁识别 系统总流程如图1所示 一根梁由多跨组成，跨必须有支撑，利用这一物 2D电子图 理支撑关联，由梁名引导，先识别有2个以上的柱支 撑的梁，再识别由一根柱和己识别梁支撑的梁，最后 图形识别理解 识别仅由己识别梁支撑的梁，并参照集中标注中梁 三维重建 的宽度描述验证平行线距离】 3D数字建筑模型 通过字符串构成规则识别梁钢筋标注后，按照 (包含结构、钢筋、水暖电等信息) 距离聚合原则判定各标注的跨归属，最后通过命名 模型的利用 ↑模型的修改（补充） 规则自动归纳出每一跨所包含的所有钢筋信息 钢筋算量施工管理 (仁维翻样 2.1.4基于分割规则的板识别 楼板由梁（及墙）包围而成.在已识别柱、墙、梁 图1三维数字建筑的生成和应用流程 之后，通过最小闭合区域的自动分割定义每一块楼 Fig.I Flowchart of generation and application of 板楼板的厚度、标高等通过分析文字标注来获得 3D-digitalbuilding 而楼板的底筋和支座筋尺寸及其分布范围则通过钢 筋图形和钢筋尺寸标注共同分析和推理获得」 2三维数字建筑模型的自动生成 2.1.5基于表格项目的二维表格分析 二维的建筑设计图表示具有如下特点：分散性、 建筑工程图中的二维表格按主项目和次项目的 层次性、多态性、示意性、缺省性、模糊性、隐含性.例 交叉来查阅有关数据.有3类情况：1)简单文字表： 如，一个建筑物所有构件的三维信息分散在可能多 对主/次项目的识别通过关键词匹配来实现；2)复杂 达数十、数百张不同的图中，很多信息通过示意式图 文字表：对项目嵌套、项目耦合或项目合并等情况 形、描述性文字及约定性规则相结合来隐含表示，有 先自动复制、删除表格线，将其转换为简单表：3)图 些数据必须综合周围的环境图文信息推理才能得到 文表：通过关键词匹配区分项目，在单个表格项内再 等等.因此，文中以人工读图的思维方式为依据，提 应用图形识别功能 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
够大大提高相关工作的效率和水平. 1 思 路 目前 ,建筑设计阶段的突出特点就是以二维的 平面图为主 ,以一些局部结构的详细图为辅 ,来表示 完整的建筑物三维信息. 考虑到如果要通过从三维 建筑设计入手来整合建筑业各工序 ,对整个行业的 改造将十分巨大. 因此 ,文中的核心思路是维持现有 二维 CAD 设计习惯 ,利用计算机理解分散的二维 图形 ,自动重建包含多维数字信息的三维建筑物 ,提 供给设计后各工序使用. 设计原则如下 : 1) 整体延续性 :从设计绘图开始 ,每件工作只需 做 1 次 ,由计算机抽取、管理、共享各种图形、规范等 信息 ,各后续阶段工作或反馈流程中即可按需自动 取用. 避免重复读图、交流等浪费 ; 2) 智能性 :将原来依靠技术人员掌握、传递、交 流的信息 ,尽可能通过图形的自动识别理解等方法 来获取 ,实现计算机自动完成专业工作或指导操作 人员完成工作的智能化目标 ; 3) 实用性 :在设计过程中符合相关的国家标准 和行业标准 ,设计的功能应符合原人工处理要求 ; 4) 先进性 :智能化功能的设计应考虑易于改进 和扩充以符合业界的发展趋势. 系统总流程如图 1 所示. 图 1 三维数字建筑的生成和应用流程 Fig. 1 Flowchart of generation and application of 3D2digital2building 2 三维数字建筑模型的自动生成 二维的建筑设计图表示具有如下特点 :分散性、 层次性、多态性、示意性、缺省性、模糊性、隐含性. 例 如 ,一个建筑物所有构件的三维信息分散在可能多 达数十、数百张不同的图中 ,很多信息通过示意式图 形、描述性文字及约定性规则相结合来隐含表示 ,有 些数据必须综合周围的环境图文信息推理才能得到 等等. 因此 ,文中以人工读图的思维方式为依据 ,提 出了按序、定向、整体的结构图识别和三维数字建筑 重建方法[4 ] . 2. 1 图形识别 考虑到建筑结构的支撑性等特点 ,按轴网 - 柱 (墙) - 梁 - 板 - 表格的顺序进行识别. 并遵循“有的 放矢”的思路 ,按制图规则进行预搜索得到小区域后 进行每个对象图形的识别. 2. 1. 1 基于特征引导的轴网识别 1) 通过线段特征关系识别轴线和尺寸线. 如轴 线 = 轴线编号 + 相接线段| 圆弧段 ,轴线编号 = 圆 + 圆内字符串 ,字符串 =‘A～ Z’|‘a～z’+ {‘0～9’| ‘a～z’} ,等等; 2) 根据连通性、方向一致性和近距离等要求 ,将 轴线和尺寸线组成轴线尺寸线组 ; 3) 将各轴线尺寸线组中的轴线组成坐标系. 2. 1. 2 基于结构规则的柱识别 1) 通过预定义字串构成规则匹配来识别柱名、 尺寸标注、钢筋标注等 ; 2) 通过封闭性和环境图文分析来识别柱截面 , 并按距离聚合匹配柱名和柱截面 ; 3) 识别柱截面的钢筋. 按距离聚合和字串语义 分析来匹配钢筋和钢筋标注. 2. 1. 3 基于支撑规则的梁识别 一根梁由多跨组成 ,跨必须有支撑 ,利用这一物 理支撑关联 ,由梁名引导 ,先识别有 2 个以上的柱支 撑的梁 ,再识别由一根柱和已识别梁支撑的梁 ,最后 识别仅由已识别梁支撑的梁 ,并参照集中标注中梁 的宽度描述验证平行线距离. 通过字符串构成规则识别梁钢筋标注后 ,按照 距离聚合原则判定各标注的跨归属 ,最后通过命名 规则自动归纳出每一跨所包含的所有钢筋信息. 2. 1. 4 基于分割规则的板识别 楼板由梁(及墙) 包围而成. 在已识别柱、墙、梁 之后 ,通过最小闭合区域的自动分割定义每一块楼 板. 楼板的厚度、标高等通过分析文字标注来获得. 而楼板的底筋和支座筋尺寸及其分布范围则通过钢 筋图形和钢筋尺寸标注共同分析和推理获得. 2. 1. 5 基于表格项目的二维表格分析 建筑工程图中的二维表格按主项目和次项目的 交叉来查阅有关数据. 有 3 类情况 : 1) 简单文字表 : 对主/ 次项目的识别通过关键词匹配来实现 ;2) 复杂 文字表 :对项目嵌套、项目耦合或项目合并等情况 , 先自动复制、删除表格线 ,将其转换为简单表 ;3) 图 文表 :通过关键词匹配区分项目 ,在单个表格项内再 应用图形识别功能. ·2 · 智 能 系 统 学 报 第 3 卷
第1期 杨若瑜，等：三维数字建筑的自动生成和应用技术研究 。3 2.2坐标整合和三维数字建筑模型的建立 对一个建筑工程有关的各种平面图等进行自动 识别操作 数据 识别之后，进行坐标整合和模型重建： 由于多种原因，例如绘图人员只改动尺寸文字 标高表识别 、各层标高 而不修正对象位置，各张图的轴网所对应的物理坐 参数 标系可能不均匀.因此在每张图的二维轴网和构件 图 轴树识别 局部坐标 都分别识别和定位完成之后，还必须通过以下步骤 识 别 来获得一个统一均匀的三维逻辑轴网（坐标系）： 详细标注柱 代表柱截面 1)将每一二维物理轴网均匀化，即尺寸数字与 轮廓识别 轮廓及钢筋 标注距离全部成比例： 2)将每一个均匀化后的轴网结合从表格中识别 集中标注分析 往尺寸、的筋 与柱关系 得到的标高信息，逐一安置到三维轴网中： 3)在三维逻辑坐标系中对每一构件通过识别得 非详细柱 信息复制 所有柱截面 到拉伸面和拉伸向量，并从每张图的物理轴网坐标 轮廓及钢筋 变换到三维逻辑坐标系，则所有构件的拉伸建模完 局部坐标系 成后使用实体“并”操作就可完成整个建筑物的三维 柱截面定位 柱局都坐 重建.例如，以柱的水平截面轮廓为拉伸面（扫成区 标描述 域)柱垂直方向起、止位置间的矢量为拉伸向量（扫 轴树整合 成路径)，就完成了柱的实体建模 全局 基于以上方法，文中设计实现了建筑结构图识 柱坐标描 坐标系 述全局化 柱截面、柱内 别系统VHRecQS.图2为该系统进行柱三维还原 钢筋全局坐 的流程.图3和图4示意了该系统识别一个梁平面 标描述 柱拉伸体生成 图的结果和相应的2层建筑的部分三维还原结果。 VHRecQS系统最终输出一个数据库存储的三 柱，柱内钢 柱三维还原显示 维数字建筑模型(3 D digital building model, 筋的体描述 3DDBM).该模型所包含的信息主要有： 1)全局逻辑坐标系，其中XOy面即为楼层平 图2柱三维还原的识别处理过程 面，Z方向为建筑物高度方向.参见图4中标示； Fig.2 3D reconstruction of columns based 2)建筑工程属性信息，如抗震级别，工程全局参 on the recognition 数等(Project Info); 3)钢筋位置、尺寸、种类、规格(SteelInfo); 4)构件三维几何轮廓(ComponentInfo); 5)每一构件和相邻构件的几何关系信息，如穿 过、相交、支撑等(Neighbor Info) 3基于3DDBM的自动算量 建筑算量（钢筋、混凝土、模板的用量统计）的依 据是概预算规则.现有的预算软件都需要通过重新 绘制图形或文字输入来提供原始数据，然后自动应 用概预算规则来计算，其本质是一个“高级计算器” 而且，钢筋量和混凝土/模板量的计算往往还需要分 别输入2套数据.文中提出，所有原始数据均可以自 动从3DDBM中提取，经与概预算规则的匹配分析 和应用，即可自动完成算量6] 图3一张梁平面图的识别结果（轴网和柱，梁） Fig.3 Recognition result of one beam plan drawing 首先，由需求分析人员与概预算的相关专家讨 (grid,columns and beams) 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
2. 2 坐标整合和三维数字建筑模型的建立 对一个建筑工程有关的各种平面图等进行自动 识别之后 ,进行坐标整合和模型重建. 由于多种原因 ,例如绘图人员只改动尺寸文字 而不修正对象位置 ,各张图的轴网所对应的物理坐 标系可能不均匀. 因此在每张图的二维轴网和构件 都分别识别和定位完成之后 ,还必须通过以下步骤 来获得一个统一、均匀的三维逻辑轴网(坐标系) : 1) 将每一二维物理轴网均匀化 ,即尺寸数字与 标注距离全部成比例 ; 2) 将每一个均匀化后的轴网结合从表格中识别 得到的标高信息 ,逐一安置到三维轴网中 ; 3) 在三维逻辑坐标系中对每一构件通过识别得 到拉伸面和拉伸向量 ,并从每张图的物理轴网坐标 变换到三维逻辑坐标系 ,则所有构件的拉伸建模完 成后使用实体“并”操作就可完成整个建筑物的三维 重建. 例如 ,以柱的水平截面轮廓为拉伸面 (扫成区 域) ,柱垂直方向起、止位置间的矢量为拉伸向量(扫 成路径) ,就完成了柱的实体建模. 基于以上方法 ,文中设计实现了建筑结构图识 别系统 V HRecQS. 图 2 为该系统进行柱三维还原 的流程. 图 3 和图 4 示意了该系统识别一个梁平面 图的结果和相应的 2 层建筑的部分三维还原结果. V HRecQS 系统最终输出一个数据库存储的三 维 数 字 建 筑 模 型 ( 3D digital building model , 3DDBM) . 该模型所包含的信息主要有 : 1) 全局逻辑坐标系 ,其中 XO Y 面即为楼层平 面 , Z 方向为建筑物高度方向. 参见图 4 中标示 ; 2) 建筑工程属性信息 ,如抗震级别 ,工程全局参 数等(Project Info) ; 3) 钢筋位置、尺寸、种类、规格(SteelInfo) ; 4) 构件三维几何轮廓(ComponentInfo) ; 5) 每一构件和相邻构件的几何关系信息 ,如穿 过、相交、支撑等(NeighborInfo) . 3 基于 3DDBM 的自动算量 建筑算量(钢筋、混凝土、模板的用量统计) 的依 据是概预算规则. 现有的预算软件都需要通过重新 绘制图形或文字输入来提供原始数据 ,然后自动应 用概预算规则来计算 ,其本质是一个“高级计算器”. 而且 ,钢筋量和混凝土/ 模板量的计算往往还需要分 别输入 2 套数据. 文中提出 ,所有原始数据均可以自 动从 3DDBM 中提取 ,经与概预算规则的匹配分析 和应用 ,即可自动完成算量[526 ] . 首先 ,由需求分析人员与概预算的相关专家讨 第 1 期 杨若瑜 ,等 :三维数字建筑的自动生成和应用技术研究 ·3 ·
智能系统学报 第3卷 的公式进行数学计算的层面，主要缺陷有： 1)信息提取的智能性和延续性差：在工程量计 算软件里己有的图信息，在钢筋翻样软件里不能继 续使用，而需要重新输入大量重复数据： 2)钢筋翻样的成果不能进行三维可视化： 3)不能在三维空间中自动进行钢筋碰撞检测 因此，文中提出，基于3DDBM提供的信息，可 以做到全自动三维钢筋翻样。 4.1基于全局坐标系的三维钢筋主体生成 3DDBM中的全局逻辑坐标系数据为翻样提供 图4与图3相应，两层建筑物的部分三维还原结果 Fig.4 Partial 3D reconstruction result corresponding 了惟一确定的三维空间，以梁为例，步骤如下： to Fig.3 I)从Component Info中取出梁A的截面几何 信息； 论和协商确定所有详细计算规则，并形成预定义规 2)从SteelInfo中取出A的钢筋信息（钢筋扫成 则库（数据库形式存储）.如计算“顶层柱纵筋长度” 区域为圆形，直径与钢筋直径成正比)； 的规则由H。+0.51x(Hm表示楼层高、l1✉表示锚 3)根据截面尺寸、混凝土保护层厚度（从Po 固长度)表达 jectInfo中获得)、钢筋直径、钢筋根数等，自动生成 然后，按如下步骤即可完成算量： 索要钢筋，并能够计算出每一钢筋在A的截面局部 l)从Component Info中取出构件A的个体特征； 坐标系中的精确位置； 2)根据Neighbor Info判断A构件所处的环境 由于梁截面为竖直面（通常垂直于XOY平面 特征例如与A相交的构件类型、几何特征、数量和 有时有倾斜)，如图6所示.需首先考虑在全局坐标 搭接位置等； 系下定位梁的基准线，才能确定梁钢筋的扫成方向。 3)将环境特征和规则库中的环境条件相匹配， 梁基准线在XOy平面上的投影恰是梁轮廓平行线 选取相应的计算规则集， 对的中线，在梁截面中为截面中点，在三维空间中为 4)取出SteelInfo中属于A的钢筋信息，取出 水平贯穿梁体的中心线 ProjectInfo中所有统一参数信息，合并A的个体特 征信息，代入计算规则的表达式进行计算 2B16 2B12 文中在VHRecQS系统内实现了基于3DDBM 的自动算量功能，还提供了用户可定制的公式库和 适宜的报表、查询方式等.图5给出了该系统的一个 2B14 2B14 计算结果界面」 A8①2002) K21 3B14 600X600 4B18 A8@100/200 KLI(D 1250 图6梁截面和钢筋 Fig.6 Beam section and steel 4)梁基准线直接由Component Info中梁的三 维几何数据计算获得； 5)在截面局部坐标系下，计算各钢筋的始末点 图5柱钢筋计算结果反查界面 与基准线起止端点的偏差，得到钢筋主体线： Fig.5 User interface for result checking of column steel 6)以主体线始点为扫成区域，以主体线方向为 4基于3DDBM的钢筋自动翻样 扫成方向，扫成路径长度由ProjectInfo中的跨度 现有的翻样软件都在参数输入和基于人工输入 值、锚固长度等控制，则得到三维梁钢筋主体 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ne
图 4 与图 3 相应 ,两层建筑物的部分三维还原结果 Fig. 4 Partial 3D reconstruction result corresponding to Fig. 3 论和协商确定所有详细计算规则 ,并形成预定义规 则库(数据库形式存储) . 如计算“顶层柱纵筋长度” 的规则由 Hn + 0. 5 ×lae ( Hn 表示楼层高、lae表示锚 固长度) 表达. 然后 ,按如下步骤即可完成算量 : 1) 从 ComponentInfo 中取出构件 A 的个体特征; 2) 根据 NeighborInfo 判断 A 构件所处的环境 特征. 例如与 A 相交的构件类型、几何特征、数量和 搭接位置等 ; 3) 将环境特征和规则库中的环境条件相匹配 , 选取相应的计算规则集 ; 4) 取出 SteelInfo 中属于 A 的钢筋信息 ,取出 Project Info 中所有统一参数信息 ,合并 A 的个体特 征信息 ,代入计算规则的表达式进行计算. 文中在 V HRecQS 系统内实现了基于 3DDBM 的自动算量功能 ,还提供了用户可定制的公式库和 适宜的报表、查询方式等. 图 5 给出了该系统的一个 计算结果界面. 图 5 柱钢筋计算结果反查界面 Fig. 5 User interface for result checking of column steel 4 基于 3DDBM 的钢筋自动翻样 现有的翻样软件都在参数输入和基于人工输入 的公式进行数学计算的层面 ,主要缺陷有 : 1) 信息提取的智能性和延续性差 :在工程量计 算软件里已有的图信息 ,在钢筋翻样软件里不能继 续使用 ,而需要重新输入大量重复数据 ; 2) 钢筋翻样的成果不能进行三维可视化 ; 3) 不能在三维空间中自动进行钢筋碰撞检测. 因此 ,文中提出 ,基于 3DDBM 提供的信息 ,可 以做到全自动三维钢筋翻样. 4. 1 基于全局坐标系的三维钢筋主体生成 3DDBM 中的全局逻辑坐标系数据为翻样提供 了惟一确定的三维空间 ,以梁为例 ,步骤如下 : 1) 从 Component Info 中取出梁 A 的截面几何 信息 ; 2) 从 SteelInfo 中取出 A 的钢筋信息(钢筋扫成 区域为圆形 ,直径与钢筋直径成正比) ; 3) 根据截面尺寸、混凝土保护层厚度 (从 Pro2 ject Info 中获得) 、钢筋直径、钢筋根数等 ,自动生成 索要钢筋 ,并能够计算出每一钢筋在 A 的截面局部 坐标系中的精确位置 ; 由于梁截面为竖直面(通常垂直于 XO Y 平面 , 有时有倾斜) ,如图 6 所示. 需首先考虑在全局坐标 系下定位梁的基准线 ,才能确定梁钢筋的扫成方向. 梁基准线在 XO Y 平面上的投影恰是梁轮廓平行线 对的中线 ,在梁截面中为截面中点 ,在三维空间中为 水平贯穿梁体的中心线. 图 6 梁截面和钢筋 Fig. 6 Beam section and steel 4) 梁基准线直接由 Component Info 中梁的三 维几何数据计算获得 ; 5) 在截面局部坐标系下 ,计算各钢筋的始末点 与基准线起止端点的偏差 ,得到钢筋主体线 ; 6) 以主体线始点为扫成区域 ,以主体线方向为 扫成方向 ,扫成路径长度由 Project Info 中的跨度 值、锚固长度等控制 ,则得到三维梁钢筋主体. ·4 · 智 能 系 统 学 报 第 3 卷
第1期 杨若瑜，等：三维数字建筑的自动生成和应用技术研究 ·5 4.2基于形体和构件关系的钢筋搭接和锚固分析 不同钢筋之间存在着上下或左右的搭接和锚固 关系，如图7所示.根据工程预算知识，拟定若干组 自动判断搭接和锚固情况的分析原则，例如： 1)柱、梁钢筋先分别按投影位置进行就近匹配： 2)匹配钢筋之间的投影距离与楼板厚比值大于 1/6的，归为钢筋在混凝土中的锚固： 3)对于匹配的钢筋，在楼板中连接其下部钢筋 主体的末点和上部钢筋主体的始点； 4)钢筋末端在构件混凝土中锚固，且通过Pro ject Info中相关参数要求和构件几何尺寸，计算错固 图8钢筋翻样总体三维外观 钢筋长度，保证其在混凝土中不伸出构件外，且足够 Fig.8 Partial 3D visualization result of lofting 确保建筑的坚固性 2)在单个构件内部，判断搭接或弯锚的部分是 否与相邻钢筋碰撞： 3)在相交构件之间，按坐标划分立方体区域，然 后对每个区域内的钢筋进行两两判断 5基于3DDBM的施工进度管理 hb<L 施工进度管理是依据工程项目的进度要求，不 图7搭接和锚固的几种情况 断调整工作内容安排、人工分配和资源管理等，达到 Fig.7 Examples of lap and anchorage 既符合工程要求又尽量节约成本和资源的目标 所有原则若涉及计算所需的原始数据，均可从 5.1现有管理方法 3DDBM中或己计算出的三维钢筋主体信息中获 传统的管理是由项目管理人员凭经验进行施工 得.包括钢筋距离、钢筋上下位置关系、相邻楼板厚 进度的编制和调整，对施工中每某一时刻的进度偏 度、构件尺寸等等 差的具体量值，往往无法准确掌握和及时控制 最终，搭接和弯锚的三维几何体可以用和钢筋 也有通过网络计划图进行管理的方式.一个工 主体扫成方向同/反方向及竖直向上/下作为扫成方 程被分解为若干项作业，作业之间存在着时间和内 向，扫成路径的长度则由不同接头或锚固长度控制， 容等方面的相互制约或依存关系，网络计划图用图 由此获得三维钢筋完整信息， 形方式表达整个工程的作业间关系，便于找出关键 4.3三维可视化和碰撞检测 作业和关键路径并依此对资源进行调整和优化 根据以上方法，可生成全局三维坐标系下的一 但是，由于工程规模和复杂程度越来越高以及 个建筑物的完整钢筋数据.文中也将此方法在 频繁的工程变更，要求施工管理实时地作出进度计 VHRecQS系统内部进行了实现，并完成碰撞检测 划的调整.此时，传统的经验管理模式和手工绘制网 和三维钢筋可视化， 络计划图的方式，都越来越无法满足要求」 为了提高可视化效率，文中将每一钢筋扫成区 5.2基于3DDBM的网络计划图自动生成 域统一为相同直径的圆形，然后自动绘制出钢筋骨 文中提出，利用工程的初始3DDBM,结合工程 架图，有利于一目了然地发现钢筋设计中的明显错 施工规律，可自动分解施工作业，并分析其先后顺序 误.图8给出系统输出的全局坐标系下2个柱子（竖 和相互链接关系，完成作业时间等参数计算，自动生 直且由下到上有尺寸改变)和一个相交的梁的钢筋 成网络计划图；在工程变更后，随时通过计算机读图 翻样的三维可视化效果.可见变截面柱钢筋搭接、梁 更新3DDBM中的信息，进而自动更新网络计划图， 钢筋弯锚，梁端部筋与架立筋的搭接、梁钢筋末端锚 从而能够高效的完成动态、实时的项目进度等量化 入相交的柱中等情况： 控制，真正体现了“四维”的施工管理模式 而碰撞检测则分3个层次进行 5.2.1网络计划图 1)在单个构件内部，按直径和钢筋中心位置，判 网络计划图是有序有向图，由节点和箭线组成 断平行钢筋之间是否碰撞； 实箭线代表一个作业，虚箭线指明工作先后流向和 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
4. 2 基于形体和构件关系的钢筋搭接和锚固分析 不同钢筋之间存在着上下或左右的搭接和锚固 关系 ,如图 7 所示. 根据工程预算知识 ,拟定若干组 自动判断搭接和锚固情况的分析原则 ,例如 : 1) 柱、梁钢筋先分别按投影位置进行就近匹配 ; 2) 匹配钢筋之间的投影距离与楼板厚比值大于 1/ 6 的 ,归为钢筋在混凝土中的锚固 ; 3) 对于匹配的钢筋 ,在楼板中连接其下部钢筋 主体的末点和上部钢筋主体的始点 ; 4) 钢筋末端在构件混凝土中锚固 ,且通过 Pro2 ject Info 中相关参数要求和构件几何尺寸 ,计算锚固 钢筋长度 ,保证其在混凝土中不伸出构件外 ,且足够 确保建筑的坚固性. 图 7 搭接和锚固的几种情况 Fig. 7 Examples of lap and anchorage 所有原则若涉及计算所需的原始数据 ,均可从 3DDBM 中或已计算出的三维钢筋主体信息中获 得. 包括钢筋距离、钢筋上下位置关系、相邻楼板厚 度、构件尺寸等等. 最终 ,搭接和弯锚的三维几何体可以用和钢筋 主体扫成方向同/ 反方向及竖直向上/ 下作为扫成方 向 ,扫成路径的长度则由不同接头或锚固长度控制 , 由此获得三维钢筋完整信息. 4. 3 三维可视化和碰撞检测 根据以上方法 ,可生成全局三维坐标系下的一 个建筑物的完整钢筋数据. 文中也将此方法在 V HRecQS 系统内部进行了实现 ,并完成碰撞检测 和三维钢筋可视化. 为了提高可视化效率 ,文中将每一钢筋扫成区 域统一为相同直径的圆形 ,然后自动绘制出钢筋骨 架图 ,有利于一目了然地发现钢筋设计中的明显错 误. 图 8 给出系统输出的全局坐标系下 2 个柱子(竖 直且由下到上有尺寸改变) 和一个相交的梁的钢筋 翻样的三维可视化效果. 可见变截面柱钢筋搭接、梁 钢筋弯锚 ,梁端部筋与架立筋的搭接、梁钢筋末端锚 入相交的柱中等情况. 而碰撞检测则分 3 个层次进行. 1) 在单个构件内部 ,按直径和钢筋中心位置 ,判 断平行钢筋之间是否碰撞 ; 图 8 钢筋翻样总体三维外观 Fig. 8 Partial 3D visualization result of lofting 2) 在单个构件内部 ,判断搭接或弯锚的部分是 否与相邻钢筋碰撞 ; 3) 在相交构件之间 ,按坐标划分立方体区域 ,然 后对每个区域内的钢筋进行两两判断. 5 基于 3DDBM 的施工进度管理 施工进度管理是依据工程项目的进度要求 ,不 断调整工作内容安排、人工分配和资源管理等 ,达到 既符合工程要求又尽量节约成本和资源的目标. 5. 1 现有管理方法 传统的管理是由项目管理人员凭经验进行施工 进度的编制和调整 ,对施工中每某一时刻的进度偏 差的具体量值 ,往往无法准确掌握和及时控制. 也有通过网络计划图进行管理的方式. 一个工 程被分解为若干项作业 ,作业之间存在着时间和内 容等方面的相互制约或依存关系 ,网络计划图用图 形方式表达整个工程的作业间关系 ,便于找出关键 作业和关键路径并依此对资源进行调整和优化. 但是 ,由于工程规模和复杂程度越来越高以及 频繁的工程变更 ,要求施工管理实时地作出进度计 划的调整. 此时 ,传统的经验管理模式和手工绘制网 络计划图的方式 ,都越来越无法满足要求. 5. 2 基于 3DDBM 的网络计划图自动生成 文中提出 ,利用工程的初始 3DDBM ,结合工程 施工规律 ,可自动分解施工作业 ,并分析其先后顺序 和相互链接关系 ,完成作业时间等参数计算 ,自动生 成网络计划图 ;在工程变更后 ,随时通过计算机读图 更新 3DDBM 中的信息 ,进而自动更新网络计划图 , 从而能够高效的完成动态、实时的项目进度等量化 控制 ,真正体现了“四维”的施工管理模式. 5. 2. 1 网络计划图 网络计划图是有序有向图 ,由节点和箭线组成. 实箭线代表一个作业 ,虚箭线指明工作先后流向和 第 1 期 杨若瑜 ,等 :三维数字建筑的自动生成和应用技术研究 ·5 ·
6 智能系统学报 第3卷 逻辑关系.在网络图上要加注作业的时间参数.节点 @/墙钢筋调直②柱/墙邹筋搭接 是前后作业的衔接点】 作业的逻辑关系表现为顺序施工(2个作业必 ③柱/墙钢筋制作 ④ 墙钢筋绑扎安装⑥ 须先后进行)和平行施工(2个作业的全部或者部分 梁/板模板子作业逻辑网络图： 是并行的).而需要计算的时间参数主要有：)持续 ① 梁/板模板配模② 梁板模板组装 ⑧ 时间；2)最早开始时间；3)最早完成时间；4)网络计 混凝土养护④梁！板模板拆除⑥ 划工期；5)最晚完成时间：6)最迟开始时间：7)作业 一个楼层子作业的逻辑网络图： 总时差：8)作业自由时差 5.2.2网络计划图的自动生成 ①柱/墙分部作业②梁！板分部作业③ 根据项目物理和功能结构进行划分，且明确各 一个建筑物主体结构子作业的逻辑网络图： 分部分项工程和工序间的约束关系，一个单位工程 ①1层分部作业②2层分部作业③”层分部作业 可以分解成几个层次（如图9） 3)作业的时间计算 利用3DDBM中的构件规格尺寸，以及钢筋翻 项目 第1层 样中得到的钢筋数量、直径、长度、形状和绑扎部位 基础工程 结构工租 安装工程 装饰工程 等信息，即可得到该钢筋构件的重量、切割次数、制 第2层 作工序、绑扎点数量等影响工作量的具体参数 第1层 第3层混凝土工程 第3层 例如，钢筋调直子作业的时间可如下计算： 柱 梁/板 墙 n=LX1m(T1为构件中钢筋调直时间；L为该 第4层 构件钢筋总长度；m为单位长度钢筋调直时间)； 模板 钢筋 混凝土 紧前工作箍筋采购到场、圆盘机；人员：2人一组， 第5层 再如，根据模板算量结果（包括每个构件的模板 调直 切商 搭援 制作安装 数量、位置、形状、尺寸等)，可统计出各类定型复合 作业 单位作业 木模板的周料成本和裁剪量，进一步可计算出所需 人工数量和裁剪时间： 图9施工管理的逐层分解 4)网络计划图的最终生成 Fig.9 Decomposition of construction management 在经过基于3DDBM的时间计算和逻辑关系分 1)逻辑约束定义 析之后，可以自下而上地逐层自动生成项目网络计 分项工程的逻辑联系是在施工工程中客观存在 划图，其流程如图10所示.下面以主体的结构混凝 的制约关系，不仅有建筑物内在的组成特性，还受到 土工程为例 资源、安全等因素影响.文中将其归纳并定义为含优 先级的规则描述串记录于数据库中 输入各层构件分项作业人员投入和设备投入0 1级约束（施工中必须满足）：建筑物构件间的 +L,从3DDAM中获取当前1层柱、墙的钢筋、混凝上 物理关系.建筑物从下到上分若干楼层，同一层又可 模板数据。生成当前层柱、墙的网络计划图 以分为几个施工段等如只有完成第1层的柱才能 从3DDAM中获取当前层梁、板的钢筋，混凝土 施工第2层的柱和第1层的梁、板： 模板数据.生成当前层梁，板的网络计划图 2级约束：专业工种间的相互约束关系.包括工 艺要求制约（如梁板混凝土必须达到14天左右才能 还有层 拆除模板)、作业空间的冲突、资源使用的冲突等； 3级约束：组织限制、路径制约等 结束 2)子作业逻辑网络定义 每一作业由若干子作业（分部作业）按一定的逻 图10网络计划图生成流程 辑顺序组成.其中的逻辑关系是由建筑物结构及施 Fig.10 Generation of network plan drawing 工规律所确定的.因此首先据此定义每一分项作业 ①洛类构件作业分别生成，根据柱实际所用的 的逻辑网络图.例如： 钢筋，及前述计算方法自动计算得到钢筋作业中各 柱/墙钢筋子作业逻辑网络图 单元作业的实际持续时间，从而获得柱钢筋子作业 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
逻辑关系. 在网络图上要加注作业的时间参数. 节点 是前后作业的衔接点. 作业的逻辑关系表现为顺序施工 (2 个作业必 须先后进行) 和平行施工(2 个作业的全部或者部分 是并行的) . 而需要计算的时间参数主要有 :1) 持续 时间 ;2) 最早开始时间 ;3) 最早完成时间 ;4) 网络计 划工期 ;5) 最晚完成时间 ;6) 最迟开始时间 ;7) 作业 总时差 ;8) 作业自由时差. 5. 2. 2 网络计划图的自动生成 根据项目物理和功能结构进行划分 ,且明确各 分部分项工程和工序间的约束关系 ,一个单位工程 可以分解成几个层次(如图 9) . 图 9 施工管理的逐层分解 Fig. 9 Decomposition of construction management 1) 逻辑约束定义 分项工程的逻辑联系是在施工工程中客观存在 的制约关系 ,不仅有建筑物内在的组成特性 ,还受到 资源、安全等因素影响. 文中将其归纳并定义为含优 先级的规则描述串记录于数据库中. 1 级约束 (施工中必须满足) :建筑物构件间的 物理关系. 建筑物从下到上分若干楼层 ,同一层又可 以分为几个施工段等. 如只有完成第 1 层的柱才能 施工第 2 层的柱和第 1 层的梁、板 ; 2 级约束 :专业工种间的相互约束关系. 包括工 艺要求制约(如梁板混凝土必须达到 14 天左右才能 拆除模板) 、作业空间的冲突、资源使用的冲突等 ; 3 级约束 :组织限制、路径制约等. 2) 子作业逻辑网络定义 每一作业由若干子作业(分部作业) 按一定的逻 辑顺序组成. 其中的逻辑关系是由建筑物结构及施 工规律所确定的. 因此首先据此定义每一分项作业 的逻辑网络图. 例如 : 柱/ 墙钢筋子作业逻辑网络图 : ① 柱/ 墙钢筋调直 ② 柱/ 墙钢筋搭接 ③ 柱/ 墙钢筋制作 ④ 柱/ 墙钢筋绑扎安装 ⑤ 梁/ 板模板子作业逻辑网络图 : ① 梁/ 板模板配模 ② 梁/ 板模板组装 ③ 混凝土养护 ④ 梁/ 板模板拆除 ⑤ 一个楼层子作业的逻辑网络图 : ① 柱/ 墙分部作业 ② 梁/ 板分部作业 ③ 一个建筑物主体结构子作业的逻辑网络图 : ① 1 层分部作业 ② 2 层分部作业 ③… n 层分部作业 3) 作业的时间计算 利用 3DDBM 中的构件规格尺寸 ,以及钢筋翻 样中得到的钢筋数量、直径、长度、形状和绑扎部位 等信息 ,即可得到该钢筋构件的重量、切割次数、制 作工序、绑扎点数量等影响工作量的具体参数. 例如 ,钢筋调直子作业的时间可如下计算 : T1 = L ×tm ( T1 为构件中钢筋调直时间; L 为该 构件钢筋总长度; tm 为单位长度钢筋调直时间) ; 紧前工作:箍筋采购到场、圆盘机;人员:2 人一组. 再如 ,根据模板算量结果(包括每个构件的模板 数量、位置、形状、尺寸等) ,可统计出各类定型复合 木模板的周料成本和裁剪量 ,进一步可计算出所需 人工数量和裁剪时间. 4) 网络计划图的最终生成 在经过基于 3DDBM 的时间计算和逻辑关系分 析之后 ,可以自下而上地逐层自动生成项目网络计 划图 ,其流程如图 10 所示. 下面以主体的结构混凝 土工程为例. 图 10 网络计划图生成流程 Fig. 10 Generation of network plan drawing ①各类构件作业分别生成 ,根据柱实际所用的 钢筋 ,及前述计算方法自动计算得到钢筋作业中各 单元作业的实际持续时间 ,从而获得柱钢筋子作业 ·6 · 智 能 系 统 学 报 第 3 卷
第1期 杨若瑜，等：三维数字建筑的自动生成和应用技术研究 ·7 网络计划图（图11(a).然后，根据柱的模板/混凝 其他类型构件（梁、板等）均可作相似处理。 土算量结果，计算出模板/混凝土作业中每一子作业 ②同层同类构件网络的生成.由于同一层中施 的实际持续时间，并由钢筋、模板、混凝土作业的顺 工班组往往少于同类的构件数量，施工中可以根据 序施工关系，综合得到柱构件的网络计划图，如图 人员及设备资源对构件分批、批内并行、批间串行的 11(b)所示 方法对单网络进行合并」 柱钢筋柱钢筋搭 柱钢筋 柱钢筋 ③不同层网络的合并.建筑是自下而上逐步施 调直 接料 制作 绑安装 ② ④ 工的过程.按己在数据库中定义的逻辑约束，可自动 T T T T 将子作业网络计划图中的节点进行对应和合并，如 (a)柱钢筋子作业网络计划图 图12中可以看出，梁板混凝土作业2结束后，可进 管 入柱墙钢筋作业.另外，考虑到资源的冲突，即钢筋 。作安装 ①T②万③④ ⑤ 作业班组在完成二层施工后，才进行三层的钢筋作 整 业施工，等等.依次类推，可获得整个建筑工程主体 混凝土养护 ④+ 网络计划图， 文中设计实现了VHRecQS的一个子系统Ar 柱混柱混 凝土 toCPMS(图I3),即按照上述方法读取3DDBM并 上浇注 养护 ③ 自动绘制施工进度网络计划图，并因此可以进行资 源冲突的处理和网络计划的优化处理等. (b)柱构件网络计划图 图11网络计划图例 Fig.11 Examples of network plan drawing 柱/墙钢 柱/墙模板 等待柱墙梁板同步节点 柱/墙混凝土 筋作业2 作业2 同步进行混凝土浇注2 作业2 -② -③ + T 梁/板模板 梁/板钢筋 梁/板混凝土 作业2 作业2 作业2 ① +④ 柱1墙钢筋 柱/墙模板 等待柱墙粱板同步节点 柱/墙混凝土 1一作亚3 作业3 同步进行混凝土浇注3 作业3 ② 3 +④ + T 梁/板模板 梁/板钢筋 梁/板混凝土 计作业3 作业3 作业3 ② ③ →① 图12多层作业级网络计划图 Fig.12 Network plan drawing of multi-layer projection 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
网络计划图 (图 11 (a) ) . 然后 ,根据柱的模板/ 混凝 土算量结果 ,计算出模板/ 混凝土作业中每一子作业 的实际持续时间 ,并由钢筋、模板、混凝土作业的顺 序施工关系 ,综合得到柱构件的网络计划图 ,如图 11 (b) 所示. 图 11 网络计划图例 Fig. 11 Examples of network plan drawing 其他类型构件(梁、板等) 均可作相似处理. ②同层同类构件网络的生成. 由于同一层中施 工班组往往少于同类的构件数量 ,施工中可以根据 人员及设备资源对构件分批、批内并行、批间串行的 方法对单网络进行合并. ③不同层网络的合并. 建筑是自下而上逐步施 工的过程. 按已在数据库中定义的逻辑约束 ,可自动 将子作业网络计划图中的节点进行对应和合并. 如 图 12 中可以看出 ,梁板混凝土作业 2 结束后 ,可进 入柱墙钢筋作业. 另外 ,考虑到资源的冲突 ,即钢筋 作业班组在完成二层施工后 ,才进行三层的钢筋作 业施工 ,等等. 依次类推 ,可获得整个建筑工程主体 网络计划图. 文中设计实现了 V HRecQS 的一个子系统 Au2 toCPMS(图 13) ,即按照上述方法读取 3DDBM 并 自动绘制施工进度网络计划图 ,并因此可以进行资 源冲突的处理和网络计划的优化处理等. 图 12 多层作业级网络计划图 Fig. 12 Network plan drawing of multi2layer projection 第 1 期 杨若瑜 ,等 :三维数字建筑的自动生成和应用技术研究 ·7 ·
智能系统学报 第3卷 [2]董玉德.工程图纸识别与理解的研究现状分析[J].合肥 工业大学学报（自然科学版），2005,28(1)：2933。 DON G Yude.Analysis of research status of engineering drawings recognition and interpretation [J ]Journal of Hefei University of Technology (Natural Science), 2005,28(1):2933. [3]KASTURI R,BOW S T.A system for interpretation of line drawings[J].IEEE Transactions on Pattern Analy- sis and Machine Intelligence,1990,12(10):978-992 [4]胡笳，杨若瑜，曹阳，等.基于图形理解的建筑结构三 维重建技术U].软件学报，2002,13(9)：1873-1880 图13 AutoCPMS自动生成的网络计划图 HU Jia,YANG Ruoyu,CAO Yang,et al.3D recon- Fig.13 Network plan drawing generated by AutoCPMS struction technology for architectural structure based on 6结束语 graphics understanding[J ]Journal of Software,2002,13 (9):18731880 建筑业信息化从CAD开始，应用范围扩大到 [5]杨华飞，杨若瑜，路通，等.计算机辅助建筑结构算量技 设计、算量、管理等各方面，但是建筑业本身的特殊 术与软件U].计算机辅助设计与图形学学报.2007,19 性（相关设计专业多、施工管理分散等）造成相关技 (6):748756 术一直没有很大的突破，而建筑业本身必然十分期 YANG Huafei,YANG Ruoyu,LU Tong,et al.Com- puter-aided budgeting technique and software in architec- 待能更彻底更有效的解放业界人工劳动的软件产 ture structure[J ]Journal of Computer-Aided Design& 品.文中因此做了一些更具针对性的理论研究和应 Computer Graphics,2007,19(6):748-756. 用实验 [6]ZHANGJ P,ANSON M,WANG Q.A new 4D man 文中设计实现了VHRecQS系统，完成了建筑 agement approach to construction planning and site space 结构图的识别和理解、3DDBM的生成和存储（数据 utilization [C]//Proceedings of 8th International Confer- 库).然后，在VHRecQS系统内进一步实现了钢筋、 ence on Computing in Civil and Building Engineering. 模板、混凝土三量合一的自动计算，以及可视化的三 Stanford,CA,2000. 维钢筋自动翻样.另外，文中设计实现了A 作者简介： toCPMS子系统，读取VHRecQS输出的3DDBM 杨若瑜，女，1977年生，副教授，博士，硕 士生导师.江苏省计算机学会CAD及图形 模型，完成施工进度网络计划图自动生成.对一套二 学专业委员会委员.主要研究方向为图形识 维建筑设计图，一次性识别后生成三维数字建筑模 别和智能决策等，在国内外重要刊物上发表 型，后续多项工作即可从中“各取所需”并对模型进 论文近20篇被SCI、EI检索多篇 行自动更新和维护，最大限度的实现了信息共享，整 合和简化了原本分散、低效的工作流程；尤其是可针 蔡士杰，男，1944年生，教授，博士生导 对施工过程中的各种变更等提供实时的分析和调 师，江苏省计算机学会CAD及图形学专业委 整，从而初步实现了四维的量化建筑施工管理 员会主任，《CAD及图形学学报》编委，政府特 综上所述，文中在不改变当前建筑设计习惯的 殊津贴获得者.主要研究方向为计算机图形 前提下，提出了一种可以大幅度提高建筑业相关工 学，CAD.UI、图形识别和理解.先后获国家教 作效率的系统性方法，进行了较详细的设计方案研 委江苏省科技进步二等奖、高等学校自然科 究并予以实现.相关技术还值得继续深入的研究并 学二等奖等.发表学术论文百余篇，出版专著 可拓展到审图、建筑协同设计等方面 5部 参考文献： [1]TOMBRE K,LAMIRO YB.Graphics recognition-from re-engineering to retrieval [C]//ICDAR.Edinburgh, UK:IEEE Computer Society,2003. 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
图 13 AutoCPMS 自动生成的网络计划图 Fig. 13 Network plan drawing generated by AutoCPMS 6 结束语 建筑业信息化从 CAD 开始 ,应用范围扩大到 设计、算量、管理等各方面 ,但是建筑业本身的特殊 性(相关设计专业多、施工管理分散等) 造成相关技 术一直没有很大的突破 ,而建筑业本身必然十分期 待能更彻底更有效的解放业界人工劳动的软件产 品. 文中因此做了一些更具针对性的理论研究和应 用实验. 文中设计实现了 V HRecQS 系统 ,完成了建筑 结构图的识别和理解、3DDBM 的生成和存储 (数据 库) . 然后 ,在 V HRecQS 系统内进一步实现了钢筋、 模板、混凝土三量合一的自动计算 ,以及可视化的三 维钢 筋 自 动 翻 样. 另 外 , 文 中 设 计 实 现 了 Au2 toCPMS 子系统 ,读取 V HRecQS 输出的 3DDBM 模型 ,完成施工进度网络计划图自动生成. 对一套二 维建筑设计图 ,一次性识别后生成三维数字建筑模 型 ,后续多项工作即可从中“各取所需”并对模型进 行自动更新和维护 ,最大限度的实现了信息共享 ,整 合和简化了原本分散、低效的工作流程 ;尤其是可针 对施工过程中的各种变更等提供实时的分析和调 整 ,从而初步实现了四维的量化建筑施工管理. 综上所述 ,文中在不改变当前建筑设计习惯的 前提下 ,提出了一种可以大幅度提高建筑业相关工 作效率的系统性方法 ,进行了较详细的设计方案研 究并予以实现. 相关技术还值得继续深入的研究并 可拓展到审图、建筑协同设计等方面. 参考文献 : [ 1 ] TOMBRE K , LAMIRO Y B. Graphics recognition 2 from re2engineering to retrieval [ C ]/ / ICDAR. Edinburgh , U K:IEEE Computer Society ,2003. [2 ]董玉德. 工程图纸识别与理解的研究现状分析[J ]. 合肥 工业大学学报(自然科学版) ,2005 ,28 (1) :29233. DON G Yude. Analysis of research status of engineering drawings recognition and interpretation [J ]. Journal of Hefei University of Technology ( Natural Science ) , 2005 ,28 (1) :29233. [3 ] KASTURI R , BOW S T. A system for interpretation of line drawings[J ]. IEEE Transactions on Pattern Analy2 sis and Machine Intelligence , 1990 , 12 (10) : 9782992. [4 ]胡 笳 ,杨若瑜 ,曹 阳 ,等. 基于图形理解的建筑结构三 维重建技术[J ]. 软件学报 ,2002 ,13 (9) :187321880. HU Jia , YAN G Ruoyu , CAO Yang , et al. 3D recon2 struction technology for architectural structure based on graphics understanding[J ]. Journal of Software ,2002 ,13 (9) :187321880. [5 ]杨华飞 ,杨若瑜 ,路 通 ,等. 计算机辅助建筑结构算量技 术与软件[J ]. 计算机辅助设计与图形学学报. 2007 , 19 (6) :7482756. YAN G Huafei , YAN G Ruoyu , LU Tong , et al. Com2 puter2aided budgeting technique and software in architec2 ture structure [J ]. Journal of Computer2Aided Design & Computer Graphics , 2007 , 19 (6) :7482756. [6 ]ZHAN GJ P , ANSON M , WAN G Q. A new 4D man2 agement approach to construction planning and site space utilization [C]/ / Proceedings of 8th International Confer2 ence on Computing in Civil and Building Engineering. Stanford , CA , 2000. 作者简介 : 杨若瑜 ,女 ,1977 年生 ,副教授 ,博士 ,硕 士生导师. 江苏省计算机学会 CAD 及图形 学专业委员会委员. 主要研究方向为图形识 别和智能决策等 ,在国内外重要刊物上发表 论文近 20 篇 ,被 SCI、EI 检索多篇. 蔡士杰 ,男 ,1944 年生 ,教授 ,博士生导 师 ,江苏省计算机学会 CAD 及图形学专业委 员会主任《, CAD 及图形学学报》编委 ,政府特 殊津贴获得者. 主要研究方向为计算机图形 学、CAD、UI、图形识别和理解. 先后获国家教 委、江苏省科技进步二等奖、高等学校自然科 学二等奖等. 发表学术论文百余篇 ,出版专著 5 部. ·8 · 智 能 系 统 学 报 第 3 卷
