（机械设计及理论专业论文）基于图形理解的建筑工程量信息获取原理、方法及其应用研究.pdf

摘要 计算机辅助建筑工程量信息获取技术经过近二十年的研究，形成了基于数据交换文 什、图形输入等方法，并在实际中得到了较广泛的应用，但这些方法离根本解决工程量信 息自动获取的目标还相当遥远。咎其根本原因在r 现有的工程避信息获取方法和计算机辅 助建筑设计没有很好地集成和形成一体化；本文在分析该领域的研究现状和存在问题的基 础上，提出了一种新的基丁图形理解的j j 鼍量信息获取方法，不仅对建筑图样的计算机理 解具有定的理论价值，而且将对拌造价管理工作的改革和发展、建筑业计算机应用的 深入起剑推动作h j ，并具有广阔的应只j 前景。 基r 图形理解的r 程量信息获取方法，实质是在对施j ：图进行图形理解的基础上，识 圳出建筑物的各种功能部件，广义上是建筑剧弹的计算机理解和三维重建方法研究。j 论文 第一章面向幽形理解对施【：圈语义从表达方式、投影关系、尺寸约束等不同层次进行了分 昕- 门纳山建筑图样和机械图样视图表达方式的主要区别，针对现有的二维重建策略在建 筑劁样圈形理解中的局限性，提出了针对建筑图样的基r 知识的建筑图理解策略。 建筑幽样和机城图洋的一个显并区别是：反映建筑物功能部件形状信息的平、立、削 面蚓时常不住同一张图纸中0 论文第二章从功能部件的视图表达方式入手，分析了面向功 能部件幽彤信息完整表达的不同种类腌i 幽组合形式，归纳出了功能部件的视图关联特征， 提t j 了基r 视图关联的i ：程量信息获取方法。以土石方工程量为例，给出了功能部件对应 剀形信息的理解策略、具体算法和应州实例。利用基于中心线最大连通域搜索技术，判别 墙基础的类i g ，提出了建立视图尺寸关系树以获取施t ：图中图形实体尺寸的方法。 建筑幽掸和机械图样的另一个显著区别是：建筑图样的理解要从建筑物视图中识别出 某类特定的工j 能部件，为了提高图形理解的有效性，减小图形信息的搜索空间论文第四 章提出了f 陧特征类的概念和基于【：程特征类的f 程昔信息获取方法。i ：程特征类用以实 现对施f ：图的图形信息进行分离并以面向对象的方式进行表达：通过对1 二程特征类对象的 图形实体进行分析提出了特征实体和关联实体的概念建立了r 程特征类对象幽形实体 f 司的内庄关联，为f 一程特征类对象的实例化提供了切入点。 建筑幽样形体形：状的表达方式丰富、多样，建筑图样的很多标注中蕴涵形体的形状信 息、并且这些标注具有明显的视图特点。论文第五章通过分析施上图中的标注和建筑物功 能部件的关联特征，提出了基于标注实体功能语义的工程量信息获取方法。、结合钢筋量 ： 拌量统计，分析了这些标注的特点、i , u , n 方法和所蕴涵的j ：程量信息的获取方法，并采用 模糊逻辑对建筑结构图中钢筋线跟踪和钢筋形状的识别进行了研究。 基r 上述的研究 ：作，第六章介绍了所开发的基于图形理解的“建筑c a d 与( 概) 浙江大学博士学位论文基于图形理解的建筑工程量信息软取原理、方法及其应用研究 预算一体化软竹系统”的组成、结构和各模块的功能，以及系统运行的一些实例。验证了 论文中理论和技术方法的可行性、有效性和先进性。一 瑗后，在第七章总结了本文在建筑图样计算机理解、基于施工图理解的工程量信息获 取技术研究和应用等方面的研究成果，并展望了未来的研究方向。 、本文研究得到了杭州市重大工业攻关项目( 项目编号：9 9 1 1 2 8 0 9 - 】) 的资助。 关键词：计算机辅助工程量信息获取，计算机辅助建筑设计，工程图样，施工图，图形理 解，表达方式，投影关系，尺寸关系树，工程特征类，模板匹配，模糊逻辑 i i a b s t r a c t c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n gq u a n t i t yi n f o r m a t i o ne x t r a c t i n gi s s t i l lf a rf r o mt h ea i ma r e r a l m o s tt w e n t yy e a r s r e s e a r c h ，t h o u g hs o m ee x t r a c t i n gm e t h o d sh a v eb e e nd e v e l o p e da n da p p l i e d i n p r a c t i c e ，s u c ha s 。d a t ae x c h a n g ef i l e ”a n d “d r a w i n g si n p u t ”，e t c t h ek e yp r o b l e mi st h a tt h e e x i s t i n gm e t h o d sa n dc o m p u t e r a i d e da r c h i t e c t u r ed e s i g n ( c a a d ) a r en o tw e l ii n t e g r a t e d o nt h e b a s i so ft h ea n a l y s i so fi t ss t a t u sq u oa n dt h ep r o b l e m sr e m a i n e d ，an e wm e t h o di sp u tf o r w a r di n t h i sd i s s e r t a t i o nt h er e s e a r c hh a si m p o r t a n tv a l u eo fa r c h i t e c t u r a ld r a w i n gu n d e r s t a n d i n g ，a n di t w i l la l s o p r o m o t e t h ei n n o v a t i o na n dd e v e l o p m e n to fp r o j e c tc o s tm a n a g e m e n t ，c o m p u t e r a p p l i c a t i o n si na r c h i t e c t u r ef i e l di nd e p t h ，a n dm o r e o v e r , i t w i l lh a sh u g ef o r e g r o u n di np r a c t i c e t or e a l i z e e n g i n e e r i n gq u a n t i t ) i n f o r m a t i o n e x t r a c t i n g b a s e do n s h o pd r a w i n g s ， r e c o g n i z i n gd i v e r s i f i e df u n c t i o n a lc o m p o n e n t si ns h o pd r a w i n g sb a s e d o nd r a w i n gu n d e r s t a n d i n g i se s s e n t i a l w h i c hi si nf a c tam e t h o do f 。e n g i n e e r i n gd r a w i n gc o m p u t e ru n d e r s t a n d i n g o r 。t h e 3 dr e c o n s t r u c t i o n ”i ng e n e r a l i nc h a p t e r2 ，w ea n a l y z es h o pd r a w i n g sh i e r a r c h i c a l l ys u c ha s p r o j e c t i o nr e l a t i o n ，e x p r e s s i o nm o d e a n dd i m e n s i o nr e s t r i c t i o n e t c ；c o n c l u d et h em a i nd i f f e r e n c e b e t w e e nm e c h a n i c a la n da r c h i t e c t u r a ld r a w i n g s ，b a s e do ni t ，s t r a t e g i e so fk n o w l e d g e b a s e d e n g i n e e r i n gd r a w i n gc o m p u t e ru n d e r s t a n d i n g a i ma ts h o pd r a w i n g sa r ei n t r o d u c e d o n ed i s t i n c td i f f e r e n c eb e t w e e nm e c h a n i c a la n da r c h i t e c t u r a ld r a w i n g si s ，v i e w s ，w h i c h e x p r e s so n et y p eo f f u n c t i o n a lc o m p o n e n t s ，a r en o ti no n ep a p e r , i ng e n e r a l ，w h e n a l lo f t h ev i e w s i si nt h es a m ep a p e r , t h em e t h o d sa i ma tm e c h a n i c a ld r a w i n g ss u c ha se n g i n e e r i n gd r a w i n g c o l n p u t e ru n d e r s t a n d i n go r “t h e3 dr e c o n s t r u c t i o n ”c a nb e u s e di na r c h i t e c t u r a ld r a w i n g s i n c h a p t e r3 ，a m e t h o dt oe x t r a c t e n g i n e e r i n gq u a n t i t y i n f o r m a t i o nb a s e do nr e l a t i n gv i e w si s i n t r o d u c e d u n d e r s t a n d i n gs t r a t e g i e s o fd r a w i n gi n f o r m a t i o nr e l a t e dt oe n g i n e e r i n gq u a n t i t y , d e t a i l e da l g o r i t h m sa n di t sa p p l i e de x a m p l ea r ea l s oi n t r o d u c e da tt h es a m e t i m e a n o t h e rd i s t i n c td i f f e r e n c eb e t w e e nm e c h a n i c a la n da r c h i t e c t u r a ld r a w i n g si s ，t h ea i mo f a r c h i t e c t u r a l d r a w i n gu n d e r s t a n d i n g i st o r e c o g n i z e o n et y p eo ft h e g i v e nc o m p o n e n t s ，f o r i m p r o v i n gt h ev a l i d i t yo fd r a w i n gu n d e r s t a n d i n g r e d u c i n gt h e s e a r c hs c o p e ，i nc h a p t e r4 ，t h e c o n c e p to f e n g i n e e r i n gf e a t u r ec l a s s i sp u tf o r w a r d ，w h i c hi sh o p e df o rs e p a r a t i n gd r a w i n g s i n f o r m a t i o nr e l a t e dt o e n g i n e e r i n gq u a n t i t y , e x p r e s s i n g t h e d r a w i n g i n f o r m a t i o ni n o b j e c t o r i e n t e dm o d e t h r o u g ht h ea n a l y s i so fe n t i t i e si ne n g i n e e r i n gf e a t u r ec l a s so b j e c t ，n o t i o n so f f e a t u r ee n t i t ya n dr e l e v a n c ye n t i t ya r ei n t r o d u c e d ，r e l e v a n c ye n t i t yo p e n so u tt h e r e l a t i o n s b e t w e e ne n t i t i e so fe n g i n e e r i n gf e a t u r ec l a s so b j e c t ；f e a t u r ee n t i t ys u p p l i e st h ew a y i np o i n to f e n g i n e e r i n gf e a t u r ec l a s so b j e c ti n s t a n t i a f i o n c o n s i d e r i n gt h es h a p ee x p r e s s i o nm o d e s a r em o r ed i v e r s i f o r m ，d i s p e r s e d ，a n dc o m p j e xi n s h o pd r a ，i n g ，m a n 3 ，n o t a t i o n s i n s h o pd r a x 、i n g c o n t a i ns h a p ei n f o r m a t i o n ，a l s ow i t hd i s t i n c t c h a r a c t e r i s t i c s ，an e wm e t h o do fe x t r a c t i n ge n g i n e e r i n gq u a l i t yb a s e do nn o t a t i o n e n t i t i e s f u n c t i o n a ls e m a n t i c si s p u t f o r w a r di nc h a p t e r5 c h a r a c t e r i s t i c s ，r e c o g n i t i o na n de n g i n e e r i n g e x t r a c t i n gm e t h o d so f t h en o t a t i o n sa r ea n a l y z e dw i t ha ne x a m p l eo fs t e e lb a r sq u a l i t y ，t r a c k i n g a n ds h a p er e c o g n i t i o nm e t h o d so f s t e e lb a r si i n e sa r ei n t r o d u c e da tt h es a m et i m e b a s e do nt h er e s e a r c hw o r ka b o v ea l l ，a “c a a da n db u d g e t a r y - b u d g e ti n t e g r a t i o ns o f t w a r e s y s t e m ”b a s e do nd r a w i n g su n d e r s t a n d i n g i si n t r o d u c e di n c h a p t e r6 ，i n c l u d i n g i t s b u i l d u p s t r u c t u r ea n dm a i nf u n c t i o n s ，a l s ow i t hs o m ee x a m p l e s ，w i t c ht e s t i f i e st h ef e a s i b i l i t y ，v a l i d i t ya n d a d v a n c e m e n to f t h et e c h n o l o g ya n dm e t h o d sp r e s e n t e di nt h ed i s s e r t a t i o n f i n a l l y , t h ed e v e l o p m e n to fa r c h i t e c t u r a ld r a w i n g sc o m p u t e ru n d e r s t a n d i n g ，t e c h n o l 0 9 5 7 r e s e a r c ho nc a a da n db u d g e t a r y - b u d g e ti n t e g r a t i o nb a s e do n d r a w i n gu n d e r s t a n d i n g i s s u m m a r i z e da n dt h ef u t u r er e s e a r c hw o r ki sp u tf o r w a r d k e y w o r d s ：c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n gq u a n t i t y i n f o r m a t i o ne x t r a c t i n g ，c o m p u t e ra i d e d a r c h i t e c t u r ed e s i g n ( c a a d ) ，e n g i n e e r i n gd r a w i n g s ，s h o pd r a w i n g s ，d r a w i n gu n d e r s t a n d i n g e x p r e s s i o nm o d e ，p r o j e c t i o nr e l a t i o n ，d i m e n s i o nr e l a t i o nt r e e ，e n g i n e e r i n gf e a t u r ec l a s s e s t e m p l a t em a t c h i n g ，b l u rl o g i c 1 1 引言 第一章绪论 随着信息技术的迅猛发展和世界市场由相对封闭到日益开放的转变，企业的竞争环境 发生了巨大的变化，缩短产品开发周期、降低产品生产成本、提高产品质量己成为企业生 存和发展的关键。由于产品设计决定了产品的内在和外在品质，因此设计方法是关系到企 业能否适应生存环境的变化和解决面临的问题，能否提高企业产品竞争力的决定性因素。 产品设计和建筑工程设计是设计方法学研究的重要领域。产品| 几计可以描述为将一组 功能需求转化为一个贝体实现结构的过程，是一个包含多种学科知识府用的分析与综合系 统，系统的输入是能量、材料、信号等，输出是符合特定要求的物理实体p 。它涉及到技 术、经济、社会、环境等诸多因素，需要个人经验和灵感的广泛参与，是一个复杂的系统 i ：程，日前对设计系统中间的变化规律还没有十分有效的描述方法。现在一般认为p “p ： 产品设计是一个问题求解( p r o b l e m s o l v i n g ) 过程，它利用已有知识、资源和现成产品来 刨造新的产品( p r o d u c t ) 和过程( p r o c e s s ) 。 产品设计自从上个世纪 十年代形成系统化设计( s y s t e m a t i cd e s i g n ) 方法以来，为 了探究设计的本质与觇律，形式地表达设计过程，抽象化( 以h u b k a 等人| 4 7 】【5 0 1 为代表) 和模式化( 以p a h l 和b e i t z i “1 为代表) 一直是设计方法学研究的重点。在计算机辅助设计 技术广为采_ l j 以前，人们通过对机械产品设计过程的阶段划分和层次化表达，提出了框图 化的过f ￥描述方法和条目化的设计准则。c a d 技术在 产品设计中的应用，特别是现代设计与制造技术的不 断涌现，不仅大大提高了设计师进行产品设计的能力， 而且深刻地改变了产品设计过程的摸式，产品信息建 漠技术与产品设计过程相结合，更能反映产品设计的 本质和特点。 建筑m ￥设计是人们为满足某种功能要求而进行 的建筑方案设计、结构设计和施工组织设计的综合过 程，涉及城市规划、建筑、结构、给排水、采暖、通 风葺三碉、电气和概预算等许多专业。长期以来产品 设计和建筑 程设计的设计过程部是按阶段顺序进行 的，产品设计遵循：概念设计一详细设计一工艺设计 图1 1建筑产品设计过程模式 ， 浙江大学博士学位论文基于图形趔斛的建筑工程量信息扶取凉理、方法及其应用研究 一加j j 制造一实验验证一设计修改的顺序：建筑工程设计过程一般要经历方案设计一初步 | 殳计一施丁图设计等儿个阶段，建筑产品设计的过程模式如图11 所示。 设计过程实际上是设计概念与产品设计信息的逐步演进过程，从h j 户需求开始直到完 成全套技术文件构成了一个产品的设计全过程。不同设计阶段之间的模型转化和信息继承 是过程演进的本质，设计过程的每个阶段都是在上一阶段设计结果的基础上产品设计信息 的逐步进化，产品设计的过程性和继承性特点，表现了对产品设计信息和设计过程诸要素 的继承和演化，如图l2 所示。建筑产品设计的过程性年继承性主要表现在以下两个方面： ( 1 ) 建筑l 程设计从需求分析到详细设计的全过程中，各个阶段彼此之间相互关联、 相互影响、相互反馈，任一设计阶段都是对前一阶段的继承与发展，设计的当前阶段离不 开上一阶段的支持： ( 2 ) 在建筑产品信息建模进化中当前模型包含的产品信息及其设计过程是建模修 改和进化的重要依据。 熹算1 竺： 设计阶段卜_ 一 生 望2 伉臣 设计阶段2 卜一 竺擎叫信鼙 设计阶段n - 卜_ f 设计阶段n 设计过程诸要素：设计师，产品基础，设计方法，材料，设备，施工方法，环境 幽】2 建筑丁程设计的过程性和继承性 产品设计和建筑工程设计的设计过程和方法虽然不尽相同，但它们有一个共同点：r 程图形是设计概念和产品设计信息的一种主要表现形式，其中主要是采h 正投影画法的投 影视图机械和建筑1 ：程图样，由于工程图本质上是面向人理解的，是以低层次的图形 元素如直线、圆等来表示高层次的基于知识的设计和制造特征等因而难以形成对图纸统 一、正确的理解。为了充分有效地利用早期的产品设计成果，实现机械产品c a d c a p p c a m 的集哎，机械图样的计算机理解和三维重建被用来识别图形中具有特定工程意义的设计和 制造特征，并进而实现二维的工程图到三维模型的转化。由于机械图样和建筑图样的共同 投影特点，通过图形理解实现建筑图样中建筑物功能部件的识别、建筑物三维结构数据模 0 的重建不仅是可能的【6 3 】【6 4 i 【“1 ，而且还将为建筑工程设计各专业和设计过程各个阶段的产 品设计信息交换、继承及各专业的集成提供新的途径，建筑工程设计过程和产品设计信息 演进如图13 所示。 2 第一章绪论 概算li预算 设计草图等h 初步最汁文件卜一叫详细l 设计文件李黼设计信息 产计划f 设计信息 方案竣计卜_ 叫初步设计卜_ 叫详细设计r 叫生产、施工l 设计阶段 堡垫堡! 】i 塑三望垦生 结构设计l k 电暖通设计i 塑里! ! 纠设计任务 施3 2 组织等i 图1 3 建筑工程设计过程和设计信息演进 随着计算机技术、信息技术和网络通讯技术的发展，计算机辅助技术( c a x ) 已经广泛 地应用_ f 建筑业的各个方面。建筑业主要的计算机应用系统可门纳为：计算机辅助设计与 制造( c a d c a m ) ：计算机辅助施i i ( c a c ) ：管理信息系统( m i s ) ：城市地理信息系统( u g i s ) 等。c a d 技术的发展推动了建筑l + 程设计领域的革命，并覆盖了建筑、结构、给排水、电 气、采暖通风等建筑工程设计的整个过程。计算机辅助施工( c a c ) 技术应片j 于管理和辅 助施 。项目建i 殳的全过程，涉及概预算、_ 程项目管理和施i i 组织等施工领域的各个方面。 由于现行c a d 软件的过程建模和产品信息建模能力的不足，使得目前绝大多数c a d 系统仅局限y - 建立产品几何模型擅长设计阶段中某一时刻产品形体的表示，在描述产品 设计的工干旱意义和动态过程方面显得十分乏力，不能充分利用产品设计的过程信息，造成 了图形设计与产品设计过程的割裂”8 l ( 3 9 ”。所以，传统c a d 系统主要是用作为绘图工具 而不是设计工具，设计备阶段的模型转化和信息继承难以顺畅地进行，同时也给软件的集 成带来了极大的团难。因此，建筑工程中c a d 技术的应用，虽然有效地提高了设计质每和 效率，但由rc a d 技术与方案设计( 前期) 和概预算、生产施工( 后期) 缺乏应有的融合 能力，阻碍了建筑业c a d 技术应用向深的层次发展，难以满足智能c a d 的三大功能特征 i 【42 1 ( i ) 完整性：仨设计过程的各个阶段均能辅助设计师的设计活动： ( 2 ) 灵活性：对于产品设计中所涉及的任何对象均能为设计师提供辅助手段： ( 3 ) 集成性：可与其它相关的信息处理系统如c a m 、c a c 等防同运作。 本文的研究内容是在上述背景下提出的，主要目的是提供一种面向设计过程信息的： 程量信息获取方法，通过图形理解继承并充分利用建筑“ 程设计的过程信息，实现概预算 i 。挥茸信息获取的自动化，促进建筑工程设计和概预算编制的有机结合和一体化，提高计 算机辅助建筑r ：程设计的完整性和灵活性。在基于图形理解的1 = 程量信息获取技术中，施 浙江人学博士学位论文基于幽形理解的建筑工程量信息歌取原理、方法及j 应用研究 工图是工程量信息的载体，圜形理解是工程晕信息获取的手段。 1 2 基于图形理解的工程量信息获取研究的意义 ( 1 ) 实现建筑工程设计全过程的集成化和一体化 建筑= 程没计全过程的集成化是设计的各阶段和各专业之间信息获取、交换、共享和 处理的集成，即信息流的整体化，将设计的各阶段及涉及的各专业有机地形成个整体【9 ， 并形成高层次的c a d 系统，将使c a d 应用向深的层次发展，从而更高地提高设计生产率。 8 0 年代，由于计算机在企业的产品设计、生产制造、经营管理中深入、广泛的应用， 市场竞争的加剧及新的生产组织及管理方式的出现，导致了c a d c a p p c a m 与m i s 的集 成化系统计算机集成制造系统( c i m s ) 的成功应用，其功能包括了企业从市场预测、 产品设计、加工制造、生产管理到售后服务的全部生产经营活动的控制。 国外8 0 年代中期开始把c i m s 的思想移植到建筑业，近年来，日本提出开发建筑生 产( 设计、生产、施：1 综合信息化技术，它的特征是设计、生产、施，r 之间实现电子信息 交换并以计算机自动控制的机械系统代替一般的机械丁具，实现建筑生产方式的新变革。 美国提出了便于工程项目各个参与者信息共享的“i 。程项目综合信息系统”( i p i s ) 以改 变目前图纸交换j 程项目信息，而造成的信息分散、损失以及错误等现象。 圈14 建筑物产品模型标准的目标 国外建筑f 一程领域在8 0 年代开始的设计全过程一体化研究，从信息的集成和高水平 4 第一章绪论 c a d 的开发两方面着手，提出了诸多设计阶段的数据模型，分析设计全过程的自动化设施 方法还进行了建筑物产品模型标准的研究，如图i 4 所示 ”】。同时，致力于开发通用服 务系统，支持全球建筑设计信息交换，并研究了建筑工程模式与图形数据交换统一标准。 国外多种c a d 平台部可以支持从方案到逼真的效果显示，从建筑、结构、到设各的全过程 设计。基r 图形理解的丁程量信息获取对于实现c a d 与c a m 、c a c 的集成具有重要意义。 ( 2 ) 实现建筑生产全过程的协同化 在发达国家，工程及制造领域计算机技术的应用，不但实现了产品殴计全过程的集成 化和一体化，而且向产品生产的全过程控制扩展和深入。 建筑生产( 设计、生产、施，【) 的信息量比任何行业都多，建筑生产三个主要环节的 信扈，流如下：首先要将传统的设计图和设计说明书改变为电子信息媒体，并通过计算机集 成制造系统( c i m s ) 将设计信息传递刮i 厂，进行部件生产。此外，还要通过计算机集成 施1 2 ( c l c ) 系统将没计信息应用于施工作业，并实现施j 二过程机械化、自动化；通过计算机 集成运输( c i t ) 系统实现构件币材料向施i 现场运输的信息化。 程量信息获取和工程量统计是实现建筑生产的三个主要环节设计、生产和施i ： 协同化的重要纽带。实现基于图形理解的工= 程量信息获取和建筑c a d 与概预算一体化就能 够从设计环节陕速地进行【程量统计，并为生产、施工和计划管理提供相应的i 程量、资 金、材料消耗等资源数据。 ( 3 ) 从根本上改变概预算专业的工作模式 建筑产品详细设计阶段的产品设计文件施， 图是对建筑产品的完整描述，其中包 含了慨预雉工程量的所有信息，而现有的概预算工程量信息获取方法都没有很好地加以利 用。实现基于图形理解的工程量信息获取和工程量统计，就意味着可以从产品设计过程的 设计文件中实现信息的继承和方便快捷的工程量统计，并从根本上改变现有概预算专业的 工作模式。 1 3 现有工程量信息获取方法概述 目前，建筑工程溉预算工程量信息获取主要有以f 四种方法刚【1 1 3 1 ： ( i ) 公式法、直接输入法：根据施工图( 蓝图) 手工计算工程量，然后输入计算机。 这种方法1 作量大，而且容易出错。 ( 2 ) 图形输入法：通过输入【程图纸数据，相当于在计算机上重新绘制一遍工程图 纸同时把各种附加属陛输入计算机。如输入一道墙体信启，除了输入墙体的种类、长度、 浙江大学博士学位论文基于图形理解的建筑工程量信息获取蟓理、方注及其应用研究 高度、厚度外，还需输入墙上门窗洞口尺寸信息、种类信息，墙面、墒裙、踢角线信息等， 然后由计算机完成统计计算。 ( 3 ) 表达式、数据关联法：表达式是由数字、变量、函数、运算符组成的数学计算 式。它具有直观、灵活、方便、能够实现工程间数据联系( 数据关联) ，从而实现一量多用 等优点。 由丁- 上述三种方法均不是从设计过程的产品设计文件中获取工稃量信息，冈而无法实 现c a d 与概预算的集成。 ( 4 ) 数据交换文件法：针对建筑和结构建模数据文件和数据库自动获取丁程量信启、 并完成工程量的自动统计。 1 3 1 基于数据交换文件的工程量信息获取方法 p k p m 系列设计软件对图形的几何* n 3 l = j l n 信息是以数据文件来描述的，各专业间的 接口和转换也都是以数据文件交换为主线进行工作，自形成一套以数据文件为核心的工作 模式。a b d 系列软件对图形的几何信息是以图形文件存放，而图形的非几何信息是以数据 库和数据文件存放，各专业间的数据交换是以图形文什、数据库和数据文件二种形式并存。 p k p m 和a b d 之间及其各专业与1 ：程量概预算之间通过核心数据交换文件进行数据交换 和传递，如图1 5 所示。 p 鹏d 系列软件数据接口 图1 5 基于数据交换文件的工程量信息获取方法 1 3 2 基于产品信息模型的工程量信息获取方法 第一章绪论 随着现代设计与制造技术的不断发展，先进的c a d 系统将为设计师提供一个数字化、 集成化、协同化、智能化、网络化的产品开发环境，产品信息建模已经成为计算机辅助没 计的核心技术，建摸技术与设计方法相结合，使得仅包含几何信息、的产品定义数据由按一 定形式组织的产品数据结构，完整地提供各应用领域要求的对应产品信息，包含整个产品 生命周期所涉及到的信雇、的产品模型所取代。 建立建筑产品的信息交换标准，将创造一个开放的系统环境通过公共的产品描述语 言实现建筑各专业的集成。为了实现项目整个生命周期的各个阶段中参与者之间信息的全 球通信和共同使用，国际上正在协同努力进行着产品数据标准化 作，即标准项目模型， 通过这个模犁支持异种计算机系统应用f 司信息共享。其中主要的是i s o 的s t e p 标准和i a i 的i f c 际准现部致力于制定国际的通用建筑语言，用于建筑工程计算机辅助工作的协调和 通信，这种标准在：悔米会代替现行的建筑分类系统，作为c a d 系统、a 1 系统和数据库系 统的信息标准。 1 ) s t e p 集成产品信息模型 s t e p 集成产品信息模型( i p i m i n t e g r a t e dp r o d u c ti n f o r m a t i o nm o d e l ) 是完整意义上的 产品信息筷豫，它是对几何模型”i 、特征模型【“1 1 1 6 1 1 7 2 1 及其相关建模技术旧的 综合平i i 扩鼹，该馍型不仅描述设计和制造过程中各个应用领域需求的产品信息，而且也描 述捧个顶域的专家设计经验和设计知识。目前j s o1 0 3 0 3 ( s t e p t h es t a n d a r df o rt h e e x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ) 是进行集成产品信息建模的理想工具和方法。 s t e p 集成产品信息模型的体系结构可以看作三层【1 0 1 【2 1 h 7 6 h ”1 ，如图16 所示。最上层 是应用层，包括应用协议及对应的抽象测试集，这是与应用有关并面向具体应用的一个层 次：第二层是逻辑层，包括集成资源是一个从实际应用中抽象出来的完整的产品模型 并与具体应用无关；最底层是物理层，包括实现方法并给出了具体的计算机实现形式。可 以看出，s t e p 集成产品信息模型不仅包括几何与拓扑特征、材料特征、形位公差特征和管 理支持特征，还包括支持各应用领域的语义信息以及各应用领域的知识性数据等。 目前，基rs t e p 标准的集成产品信息模型在应用系统的开发和实施中已经相当广泛 删删f 1 4 j f r s 1 7 邮 那3 1 1 “1 1 洲州8 8 1 1 8 9 1 1 9 0 1 1 9 1 j 。gm e s s i a h 和gt r i c o m i 采用s t e p 标准的i p i m 开发了一个面向制造应用的程序语言环境( m a p l e ) ，利用m a p l e 环境将机器人工业的不 同应h 工具集成起来【”i ：m a s h w o r t h 和m s b l o o r 等通过对i p i m 的应用实现了支持产品 配置管理的信息管理系统1 2 4 j ；aj c t r a p p e y 和一h l i u 等利用s t e p 标准的e x p r e s s 形式 化建模语言建立了印刷电路扳( p c b ) 的装配模型【2 “，该模型是面向对象的，并用面向对象 数据库( o o d b m s ) 技术实现了p c b 的自动装配：在国内由清华大学c a d 中心开发的 g h c a d m i s 系统实现s t e p 标准的三层应用和c a d f e a c a p p c a m 的完整集成p ；浙江 人学人【。智能研究所采用s t e p 标准的i p i m 实现了c a d c a p p c a m 的集成”“，并实际应 浙江入学博士学位论义基于图形理洲的建筑工程量信息款取原理、方_ i 上及乳应用研究 用到自主版权的g s 系列c a d 商品化软件中，现在又推出了集成化更高的g s p d m 软件： s t e p 应用协议被产业需求驱动并面向建筑各专业”j ，如l b o u r d e a u 等人开发了基于s t e p 标准的面向集成建筑的通h 数据模型i d m ( i n 【e g r a t i o nd 缸a m 、o d e l ) 6 7 o 总之，随着计算机 集成制造系统的发展和应用，s t e p 集成产品信息模型在国内外的发展和应用方兴未艾。 图16s t e p 集成产品信息模型的体系结构 2 ) i f c ( i n d u s t r y f o u n d a t i o nc l a s s e s ) 产业基础类 对于fa e c 产业，可互操作性产业联盟i a i ( t h ei n d u s t r ya l l i a n c ef o ri n t e r o p r a b i l i t y ) 开发了一个和s t e p 平行的产业标准i f c ( i n d u s t r yf o u n d a t i o n c l a s s e s ) 1 6 9 7 0 1 9 ”，作为跨专 业和技术应用之问信息共享的基础。 f c 中的规范说明表示支持计算机的项目模型的兆享 8 第一章绪论 数据结构，每种规范说明称为“类”，描述有公共特征的“事物”的范围。i a i 定义的类称 为“产业基础类”，简称i f c s 。i f c s 定义c a d 系统之间智能的关于a e i c 对象交换的数据 结构，目的是提供一种可供整个建筑生命周期内各专业间智能对象共享的高级“公共语言”， 使用于全球建筑产业，包括有关c a d 厂家。i f c s 为“项目模型”交换所用，定义的是墙、 门、窗等类，其使用的实例称为对象，i a i 为i f c s 的共享项目数据定义两种标准格式：标 准e x p r e s s 文件格式和使用i d l 的分布式对象说明。i f c 最终将与s t e p 的建筑结构核心 摸删b c c m ( b u i l d i n gc o n s t r u c t i o nc o r em o d e l ) 合并。 i f c 的体系结构是一个四层结构，分别为资源层、核心层、互操作层和领域应用层。 资源层庄最底层，可以破其它层的类来引用。资源层中所有的资源表达个别事物的概念， 可分通用资源、度量资源、几何资源、性质类型资源和性质资源。核心层在第二层，提供 i f c 对象模型的基本结陶和定义被 f c 对象模型高层规定的最抽象概念。核心层叉分核心 和核心扩展两部分。互操作层位于第三层，主要是两个或两个以上的领域，应用模型定义共 h j 概念和对象的模块的规定。第四层是领域应用层，提供a e c f m 领域过程或应用类型的 需要范同内的进一步模型细节。图17 为i f c 的体系结构。 o i le 。高i 瓦蒜、l卜：矗i 五=l 二t 操作层 即而一弓| | 帅 。 。卜 考一层 图17i f c 的体系结构 9 w i l e 大学博j 。学位论文基于图形理解的建筑工程量信息获取原理、方法及其应用研究 核心模型是i f c 的中心，其中有三种不同的i f c 元素类：i f c 装配元素类 ( 1 f c a s s e i n b l e d e l e m e n t ) 、i f c 制造元素类( i f c m a n u f a c t u r e d e l e m e n t ) 和i f c 空间元素类 ( i f c s d a c e e l e m e n t ) 。i f c 类、对象以及对象之间的约束关系如图1 1 8 所示i j 。 i f c 的建筑项目建模标准化工作已进入实践阶段，当今世界许多软件开发商已在开发 基于i f c 的产品，如a u t o d e s ki f ci m p o r t e x p o r tu t i l i t yp r e v i e w 软件，英国的n e w n h a m 等 人开发了基于扩展1 f c 模型的产品搜寻系统a r r o w o “。 圈1 8 一个l f c s p a c e 由一个l f c w a l l 限制 基f - s t e p 或i f c 标准的集成产品信窟、模型，可以将建筑各专业共同所需耍的专业对 象建立在统一的属性数据库基础上f ”i ，改变了以通用的几何实体表示专业对象的事实， 将从根本上解决建筑设计各阶段和各专业之间的集成问题，并实现方便快捷的工程量信息 获取。 1 3 3 基于图形理解的工程量信息获取方法 虽然基于s t e p 和i f c 标准的建筑产品集成信息建模，是实现工程量信息自动获取和 建筑c a d 与概预算一体化最理想的方法和根本途径，但s t e p 和i f c 的建筑项目建模标准 化工作刚进入实践阶段，还有许多工作要做。基于数据交换文件的方法利用建筑和结构建 模数据，自动获取概预算的大部分工程量信息，原则上是一种实现工程量信息自动获取的 理想方法。但由于目前的各种建筑和结构c a d 软件