專利名稱：工程模型的四維可視化方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種四維建模方法，尤其涉及在大型工程項目中四維模型的可視化方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
所謂四維(4D)建模，是在建筑的三維(3D)空間模型的基礎(chǔ)上引進時間軸來協(xié)助完成建筑物的設(shè)計與建造，通常借助計算機技術(shù)來實現(xiàn)四維數(shù)字模型。4D模型并不簡單等同于我們經(jīng)?？吹绞┕て髽I(yè)用計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)做出的施工過程模擬效果圖。相比之下，4D模型需要達到更深入的技術(shù)水平，它要求空間和時間的元素被更加有機整合，其中空間的建筑元素為三維模型，而時間元素指的是工程建設(shè)項目的施工進度，四維模型將空間元素在時間元素上展開以擬定合理的施工方案并確定工程各個施工過程的施工順序、施工持續(xù)時間以及相互銜接穿插配合關(guān)系。其作用可以提高建造效率，防止不合適的施工順序?qū)е碌慕ㄔ熘芷诘难娱L，對建造過程進行實時有效的控制，節(jié)約建筑成本。
國際上通行的工程承建模式是項目總承包模式，施工計劃的制定基本與設(shè)計過程同步開始，最終設(shè)計完成時施工計劃也基本完成，所以一般在設(shè)計階段就生成4D模型。例如在工程設(shè)計時利用PDS軟件來建立4D模型，這種方法必須從工程設(shè)計一開始就要對4D模型進行同步規(guī)劃，即要同時對施工計劃進行考慮。由工程設(shè)計人員來考慮施工問題從而建立4D模型，難度很大，因為這就要求不但要考慮設(shè)計問題，還要考慮資源平衡，原料采購等因素，幾乎不可能由設(shè)計人員單獨完成，所以由PDS軟件來完成4D模型，復雜且費用相當昂貴。
在國內(nèi)，設(shè)計過程和施工過程相對獨立，施工計劃的制定一般是由施工單位進行的。施工單位在制定施工計劃時，已經(jīng)有了由工程設(shè)計單位提供的完整3D模型，而施工單位可以利用編制工程進度計劃的軟件來編制施工計劃，例如在中小規(guī)模的工程中，通常使用MicrosoftProject來產(chǎn)生施工計劃，而在大型工程中，則使用PrimaveraProject Planner(P3)來生成施工計劃的計劃條目。這就為4D模型的建立提供了又一思路，即施工單位可以利用現(xiàn)有3D模型和施工計劃來建立4D模型。但是，由于3D模型和施工計劃分別由設(shè)計單位和施工單位進行制定，在3D模型和施工計劃之間沒有很好的接口，二者無法實現(xiàn)很好的關(guān)聯(lián)。特別是在大型的工程項目中，3D模型中的物體繁多，施工計劃的計劃條目的量也很大，要實現(xiàn)實現(xiàn)二者的關(guān)聯(lián)極為困難，導致不能有效地利用現(xiàn)有3D模型和施工進度計劃方便地制定出4D模型，這已成為4D建模向更廣闊空間發(fā)展的主要障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用現(xiàn)有工程3D模型和施工計劃條目，創(chuàng)造性地實現(xiàn)3D模型和計劃條目的關(guān)聯(lián)，生成4D模型。該方法可由施工單位在施工階段來完成，讓4D模型的設(shè)計問題變得更簡單，且降低了成本。
本發(fā)明提供一種利用計算機建立四維工程模型的方法，將現(xiàn)有三維工程模型劃分成多個施工單元，還包括施工計劃步驟，根據(jù)施工作業(yè)的邏輯關(guān)系，建立施工計劃條目，該計劃條目至少對應(yīng)著時間信息；關(guān)聯(lián)步驟，在三維模型的數(shù)據(jù)庫中，對三維工程模型的每個施工單元增加一個屬性，并根據(jù)施工邏輯關(guān)系，選擇與施工單元相對應(yīng)的計劃條目賦值給該施工單元所增加的屬性，從而實現(xiàn)所述施工單元與所述計劃條目的關(guān)聯(lián)；四維模型生成步驟，按照施工單元所述屬性的值對應(yīng)的時間順序顯示各個施工單元，生成可視化的四維工程模型。
通過本發(fā)明提供的方法，當在生成的四維動畫模型中發(fā)現(xiàn)模型物體碰撞或施工順序不合理時，可對計劃條目進行調(diào)整，以減少實際施工中的損失。
本發(fā)明還提供一種利用計算機建立四維工程模型的系統(tǒng)，將現(xiàn)有三維工程模型劃分成多個施工單元，該系統(tǒng)還包括施工計劃模塊，根據(jù)施工作業(yè)的邏輯關(guān)系，建立施工計劃條目，該計劃條目至少對應(yīng)著時間信息；關(guān)聯(lián)模塊，在三維模型的數(shù)據(jù)庫中，對三維工程模型的每個施工單元增加一個屬性，并根據(jù)施工邏輯關(guān)系，選擇與施工單元相對應(yīng)的計劃條目賦值給該施工單元所增加的屬性，從而實現(xiàn)所述施工單元與所述計劃條目的關(guān)聯(lián)；四維模型生成模塊，按照施工單元所述屬性的值對應(yīng)的時間順序顯示各個施工單元，生成可視化的四維工程模型。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的建立四維模型的流程圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例為物體增加屬性的流程圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例對物體增加的屬性值進行修改的流程圖。
具體實施例方式
下面以某一大型工程為例對本發(fā)明進行詳細介紹，其三維模型和施工計劃皆根據(jù)該工程進行設(shè)計和制定。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例建立工程四維模型的方法的流程圖。首先，利用設(shè)計方設(shè)計完成的三維工程模型，將三維工程模型劃分為最小施工單元，最小可劃分到物體。三維模型的建立和最小施工單元的劃分可以使用現(xiàn)有軟件PDS/Microstation等來進行。施工單元可看作是多個物體的集合，同時，根據(jù)該工程土建、安裝的施工實際情況，編制工程的施工計劃，建立工程的施工計劃條目清單(即一個數(shù)據(jù)庫)，反映在數(shù)據(jù)庫中該計劃條目對應(yīng)著時間等信息。該施工進度計劃可以使用現(xiàn)有軟件Primavera Project Planner(P3)等來進行制定。
利用經(jīng)申請人二次開發(fā)的三維瀏覽軟件SmartPlant Review(SPR)導入已被劃分成各個最小施工單元的3D模型。SmartPlantReview5.0軟件是一個用于交互式瀏覽大型復雜三維模型的可視化軟件，廣泛地用于大型工程中，但其不具備修改模型，增加計劃關(guān)聯(lián)字段，從而生成4D工程模型的功能。申請人對其進行了二次開發(fā)，使其能夠關(guān)聯(lián)三維模型的物體和施工計劃條目，得以建立4D工程模型。
下面，將結(jié)合圖2和圖3來詳細描述在經(jīng)過二次開發(fā)的SPR中如何對物體增加屬性并根據(jù)施工計劃條目對其進行賦值，從而實現(xiàn)施工單元與施工計劃的關(guān)聯(lián)的步驟，在圖1中，該步驟對應(yīng)著“關(guān)聯(lián)計劃條目與3D模型施工單元”。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例為物體增加屬性的流程圖。對3D模型的物體增加新的屬性是通過對3D模型的數(shù)據(jù)庫進行操作來完成的。該數(shù)據(jù)庫包括labels表，label_names表，label_values表以及l(fā)inkage表等等。Lables表是包含了三維模型各個物體的各項索引的總表，該表中的一行至少包括了linkage_index(物體名稱的索引)、label_name_index(該物體的屬性名索引)和label_value_index(該物體的屬性值索引)這三項；label_names表中包含了屬性的名稱；label_values表包含了屬性的值，而linkage表中包含了指示三維模型施工單元的值。
首先，在3D模型數(shù)據(jù)庫的labels表中選擇一個物體，在lables表中查詢該物體的索引label_name_index，然后在label_names表中查詢該索引相應(yīng)的值，判斷該表中是否存在值sequence。如果label_names表中不存在值sequence，則在該表中增加sequence，并返回該值sequence的label_name_index。若存在，則直接返回該值sequence的label_name_index。通過上面的步驟，就給3D模型的一個物體添加了一個屬性sequence。下面，判斷l(xiāng)abel_values表中是否存在Noseq值，如果label_values表中不存在Noseq值，則在其中增加Noseq，并返回該值Noseq的label_value_index。若存在，則直接返回該值Noseq的label_value_index。通過上面的步驟，就給3D模型的一個物體所添加的屬性sequence附上了初值Noseq。反映在數(shù)據(jù)庫中，就為labels表中以linkage_index為代號的物體增加了屬性名索引label_name_index和屬性值索引label_value_index。對每個物體重復上面的添加屬性sequence并附初值的步驟，直到完成所有的物體。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例對屬性sequence的值進行修改的流程圖。首先將由施工進度計劃軟件P3編制的計劃條目導入到經(jīng)過二次開發(fā)的SPR中，即將計劃條目拷貝到SPR下的p3taskname.txt中，使得可以在給物體的屬性sequence賦值時從一個下拉列表框中選擇該計劃條目。用戶根據(jù)實際需要，編輯選擇條件，根據(jù)此條件來篩選需要修改屬性sequence的值的多個物體，該選擇條件的編輯可由普通的選擇條件方式來實現(xiàn)。然后選擇這些物體相對應(yīng)的計劃條目，此選擇步驟需要從計劃條目的下拉列表框中進行人工選擇來完成。然后，從上面篩選出的多個物體中選出一個物體進行Sequence值的修改。在數(shù)據(jù)庫的linkage表中通過DMRSLlinkage(linkage表中的一個表示物體的值)找到被選出的物體的linkage_index。根據(jù)該索引，在lable_names表中查找sequence對應(yīng)的label_name_index，根據(jù)linkage_index和label_name_index這兩個索引在labels表中確定要修改的行。在label_values表中查找被選中的條目值所對應(yīng)的索引，即label_value_index，然后判斷在該表中是否有選中的計劃條目，若沒有，則在label_values表中增加該選中的計劃條目的值，并返回該label_value_index。由此在labels表中將由linkage_index和label_name_index所確定的行的label_value_index修改為上述返回的label_value_index。對每個物體重復上面的修改屬性值的步驟，直到完成所有的物體。
就這樣，完成了對三維模型中所有物體屬性sequence的增加并根據(jù)施工計劃條目完成了對屬性值的修改，通過這些步驟，將三維模型中的物體與施工計劃條目完成了關(guān)聯(lián)，由于施工單元使用的屬性值來自于計劃條目，所以能夠保證很好的關(guān)聯(lián)。
再回到圖1中，施工計劃條目與3D模型的物體關(guān)聯(lián)好之后，通過二次開發(fā)的SPR將3D模型中的物體按照其屬性sequence的值進行分類，并根據(jù)屬性值對應(yīng)的時間(按照時間比例)依次顯示，以模擬出工程計劃和施工進度。
系統(tǒng)在對3D模型進行進度演示的同時，以圖片格式記錄下演示過程的模型圖片。通過動畫制作軟件將這些圖片組織起來，生成視頻文件(例如AVI格式的文件)。
播放該視頻文件，演示了該工程的3D模型隨著施工進度的演變過程，即可視化了4D模型，實現(xiàn)了進度計劃的可視化管理。
可以看出，本實施例描述的方法利用了現(xiàn)有的三維模型和施工計劃，通過巧妙的計算機接口技術(shù)，將二者很好地進行了關(guān)聯(lián)，簡單、低成本地實現(xiàn)了四維工程模型的制作。
在進度計劃與3D模型的關(guān)聯(lián)過程中或者生成了4D模型以后，可能會發(fā)現(xiàn)多條進度計劃對應(yīng)一個施工單元，經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)進度計劃條目劃分是合理的，則其原因在于施工單元的劃分不夠細，應(yīng)對3D模型進行修改，對其施工單元進行再劃分，以符合施工邏輯關(guān)系的要求，然后再重復進行上述關(guān)聯(lián)步驟，生成新的4D模型；也可能經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)是由于進度計劃條目過細，則需要對計劃條目進行調(diào)整，然后再重復進行上述關(guān)聯(lián)步驟，生成新的4D模型。在這個對進度計劃條目進行重新調(diào)整的過程，也是對實際的施工安排進行調(diào)整的過程，具有優(yōu)化工程施工的效果。
此外，通過可視化的4D模型還可以發(fā)現(xiàn)施工進度計劃可能出現(xiàn)的其他不合理，例如生成4D模型后，發(fā)現(xiàn)由于進度計劃的前后邏輯關(guān)系不合理造成模型物體碰撞或施工順序不合理，這些都可以在可視化的4D模型中一目了然，可以根據(jù)需要及時對進度計劃的邏輯關(guān)系進行調(diào)整，以符合施工工藝邏輯順序，避免了在實際施工階段由于進度計劃的不合理造成重大損失，這也是本發(fā)明的另一個顯著效果。
應(yīng)當理解，本發(fā)明的具體實施方式
旨在用來解釋本發(fā)明。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)，可以進行各種形式上和細節(jié)上的改變，但都落入在后面提出的權(quán)利要求及其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用計算機建立四維工程模型的方法，將現(xiàn)有三維工程模型劃分成多個施工單元，還包括施工計劃步驟，根據(jù)施工作業(yè)的邏輯關(guān)系，建立施工計劃條目，該計劃條目至少對應(yīng)著時間信息；關(guān)聯(lián)步驟，在三維模型的數(shù)據(jù)庫中，對三維工程模型的每個施工單元增加一個屬性，并根據(jù)施工邏輯關(guān)系，選擇與施工單元相對應(yīng)的計劃條目賦值給該施工單元所增加的屬性，從而實現(xiàn)所述施工單元與所述計劃條目的關(guān)聯(lián)；四維模型生成步驟，按照施工單元所述屬性的值對應(yīng)的時間順序顯示各個施工單元，生成可視化的四維工程模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括施工計劃調(diào)整步驟，當在生成的四維動畫模型中發(fā)現(xiàn)模型物體碰撞或施工順序不合理時，對計劃條目進行調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述施工單元由多個物體組成，在關(guān)聯(lián)步驟中對施工單元的每個物體增加屬性并根據(jù)相應(yīng)的計劃條目給該屬性賦值，從而實現(xiàn)所有物體與計劃條目的關(guān)聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在顯示各施工單元時，以圖片格式記錄顯示過程的模型圖片，并將這些圖片組織生成動畫文件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括當在關(guān)聯(lián)步驟中或四維模型生成以后，發(fā)現(xiàn)多個計劃條目對應(yīng)一個施工單元時，判斷計劃條目制定合理，則對三維模型進行修改；若判斷三維模型設(shè)計合理，則對計劃條目進行調(diào)整。
6.一種利用計算機建立四維工程模型的系統(tǒng)，將現(xiàn)有三維工程模型劃分成多個施工單元，該系統(tǒng)還包括施工計劃模塊，根據(jù)施工作業(yè)的邏輯關(guān)系，建立施工計劃條目，該計劃條目至少對應(yīng)著時間信息；關(guān)聯(lián)模塊，在三維模型的數(shù)據(jù)庫中，對三維工程模型的每個施工單元增加一個屬性，并根據(jù)施工邏輯關(guān)系，選擇與施工單元相對應(yīng)的計劃條目賦值給該施工單元所增加的屬性，從而實現(xiàn)所述施工單元與所述計劃條目的關(guān)聯(lián)；四維模型生成模塊，按照施工單元所述屬性的值對應(yīng)的時間順序顯示各個施工單元，生成可視化的四維工程模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，所述施工單元由多個物體組成，在關(guān)聯(lián)模塊中對施工單元的每個物體增加屬性并根據(jù)相應(yīng)的計劃條目給該屬性賦值，從而實現(xiàn)所有物體與計劃條目的關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，還包括施工計劃調(diào)整模塊，當在生成的四維動畫模型中發(fā)現(xiàn)模型物體碰撞或施工順序不合理時，對計劃條目進行調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，在四維模型生成模塊中以圖片格式記錄顯示過程的模型圖片，并將這些圖片組織生成動畫文件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種建立工程四維模型的方法，利用現(xiàn)有三維工程模型與工程施工計劃，為三維工程模型的每個施工單元增加一個屬性，并設(shè)置該屬性的值，使其與工程施工計劃條目相關(guān)聯(lián)，然后按照該屬性的值對施工單元進行分類，并根據(jù)該屬性值的順序演示分類后的施工單元，從而形成四維工程模型。
文檔編號G06Q10/00GK101009001SQ20061016847
公開日2007年8月1日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者鄧曉亮, 年發(fā)揚, 胡江, 鐘賢軍, 徐付奎, 丁祥龍, 劉理成 申請人:中國核工業(yè)第二三建設(shè)公司