CN110032804B - 基于bim、mr与3dp技术结合的工程信息系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统，该系统的搭建过程是：第一步、利用BIM技术在计算机中逐步搭建工程相关的待分析建筑模型，并获取建筑全生命周期的信息数据；第二步、利用SQL Server数据库按照不同分类记录该建筑模型的建筑全生命周期的信息数据；第三步、将MR设备佩戴在使用者眼部，使用MR技术进行展示和智能分析，在MR设备的屏幕上包括BIM模型模拟模式、全息投影成型模式及智能分析模式选项，通过MR设备选择进入不同的工作模式；第四步、将3D打印设备与上述的计算机连接，使用3DP技术进行BIM模型防灾模型和建筑模型的打印。解决了BIM技术在应用时对于建筑全生命周期的信息数据传递不连续、衔接不协调、分析不智能和表达不直观等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统。
背景技术
BIM即Building Information Modeling，意为建筑信息模型，包含了建筑工程项目从规划、勘察、概念设计、细节设计、分析、出图、预制、施工、施工物流、运营维护和拆除或者翻新的全生命周期的所有信息，这些信息包括了地理位置、工程背景、设计信息、施工信息、材料来源、运营维护数据和拆除翻新等信息。
MR即Mixed Reality,意为混合现实，是一项新兴的技术，它是通过全息图，将现实环境与虚拟环境相互混合。合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境，在新的可视化环境里物理和信息数据共存，并实时互动。
3DP即3D Printing，意为3D打印，是一种快速成形的技术，它以数字模型文件作为打印基础，使用粉末状金属或塑料等可以粘合的材料，利用逐层堆积的方法来构建物体形状，他与普通的打印技术原理相同。
SQL Server数据库是美国Microsoft公司推出的一种关系型数据库系统，是一个可扩展的、高性能的、为分布式客户机/服务器计算所设计的数据库管理系统，实现了与WindowsNT的有机结合，提供了基于事务的企业级信息管理系统方案。
当前，土木工程行业的许多企业正在尝试将建筑信息模型中，包含的所有信息进行统一的采集、处理、表达和分析，并且为此开发出了很多的系统，如陕西葛兰岱尔网络科技有限公司所开发的WebGL轻量化BIM引擎、轻量化BIM协同平台和施工阶段BIM协同管理平台，上海红瓦信息科技有限公司所开发的建模大师、族库大师和协同大师。通过使用这些系统可以发现，这些系统只是在建筑的整个生命周期的某个阶段发挥作用，在各个阶段之间的链接与协调上，还未建立起一个完整的系统，来承载建筑全生命周期的整个数据流。
另外，对于信息数据的表达，还停留在传统的计算机屏幕展示，三维环境的立体化展示还没有应用至建筑项目中来，并且数值分析时需采用传统的数值分析软件进行大量的建模和分析工作，工作量繁重。在建筑全生命周期的各阶段表达来说，出图方式大多采用传统的二维图纸或者计算机屏幕漫游等，表达不直观，提取图纸上信息数据时操作不方便。
有鉴于此，亟需一种基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统，记录建筑物全生命周期的所有信息数据，快捷的传递BIM技术的整个信息数据流，在建筑项目中将现实与虚拟相结合起来，然后通过MR技术进行环境立体化智能分析，并可展示给多方用户，同时在出图时可以3D打印出附带信息数据的实体比例模型。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统，该基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统通过利用SQLServer数据库，记录建筑全生命周期的各项数据并在施工的不同阶段进行传递，解决了BIM技术在应用时对于建筑全生命周期的信息数据传递不连续、衔接不协调、分析不智能和表达不直观等问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统，该系统的搭建过程是：
第一步、利用BIM技术在计算机中逐步搭建工程相关的待分析建筑模型，并获取建筑全生命周期的信息数据；
第二步、利用SQL Server数据库按照不同分类记录该建筑模型的建筑全生命周期的信息数据，按照施工前后不同阶段将全生命周期信息数据进行划分，即施工前的各项工程信息为施工信息、施工中的建筑构件材料为建筑模型自身属性信息、施工后的设备维护信息为设施环境状态信息；
所述施工信息包括工程信息及项目信息，
所述建筑模型自身属性信息包括模型信息、材料信息、构件信息及进度计划信息，
所述设施环境状态信息包括地理环境、周围环境及工程设施信息；
第三步、将MR设备佩戴在使用者眼部，MR设备与存储有上述建筑模型及相关信息的计算机连接，使用MR技术进行展示和智能分析，在MR设备的屏幕上包括BIM模型模拟模式、全息投影成型模式及智能分析模式选项，通过MR设备选择进入不同的工作模式；
(1)若进入BIM模型模拟模式，则以第三人视角在BIM技术模拟的建筑环境中进行漫游，通过MR设备模拟第三人的移动；MR设备通过读取计算机中SQL Server数据库的数据，在进行漫游时能将数据库中所有的相关信息同步，根据选择来将需要的信息展示在MR设备的屏幕上，以供查看和校验；
(2)若进入实际工程中时，当看到实际构件时MR设备读取SQL Server数据库中模型项目的各项信息，通过MR设备选择，展示当前需要的构件信息在MR设备屏幕上；打开全息投影成型模式，增加已经在SQL Server数据库中但现实的项目中还未存在的下一步需要建造的构件，用来判断现有的构件位置和尺寸是否合适；
(3)预先在计算机中设置好MR技术场景，在BIM模型模拟模式下通过操作MR设备进入智能分析模式，对当前BIM模型进行防灾分析，将防灾模拟后产生变化的BIM模型数据在SQL Server数据库中建立Table进行存储并更新原有数据库，得到BIM模型防灾模型；在实际工程中，通过操作MR设备，选择智能分析模式，对当前实际工程进行环境分析，实际工程环境分析的结果在MR设备上实时显示，同时将该分析结果储存在SQL Server数据库中；
第四步、将3D打印设备与上述的计算机连接，使用3DP技术进行BIM模型防灾模型和建筑模型的打印：
(1)按照项目要求选择施工不同阶段BIM模型进行3D打印，在项目召开阶段性的会议时，进行展示，供工程参与的各方制定下一步的施工计划；
(2)选择数据库智能分析的防灾模拟后产生变化的BIM模型防灾模型，进行3D打印，在召开专家会议时进行分析，确保工程的安全施工；
(3)选择数据库中的实际工程环境的分析结果进行3D打印，供工程的监测人员查看分析。
MR技术场景包括不同类型建筑地震作用场景、风载荷场景、火灾场景、不同采光场景、室内声环境场景和室内空气质量场景。
与现有系统相比，本发明的有益效果是：通过BIM、MR和3DP技术的结合，基于SQLServer数据库建立了一套可以传递、协调、分析和表达建筑全生命周期的信息数据的工程信息系统。首先，利用BIM技术来进行模型的建立，将关于建筑的各项信息通过SQL Server数据库进行记录，这将有利于建筑各项信息随时进行存储、读取、修改和删除。然后，使用MR技术进行BIM模型的立体化展示可以将SQL Server数据库中存储的构件信息与模型构件一对一对应展示，在实际工程利用MR技术的全息投影成型可以进行环境立体化的展示，并同时可读取SQL Server数据库中的数据与工程等的实际构件进行信息的对应展示。使用MR技术可以对建筑进行智能分析，在BIM模型中可以进行地震、风荷载和火灾等防灾模拟分析，在实际工程中可以进行采光、室内声环境和室内环境质量的环境模拟分析。最后，通过3DP技术利用SQL Server数据库中记录的信息数据进行BIM模型、防灾分析模型和智能分析结果的打印。三项时下最先进的技术结合应用，对于土木行业来说是一项主要的突破，使得工程的设计施工更加的智能，大大的提升了行业的科技水平。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统，该系统的搭建过程是：
第一步、利用BIM技术在计算机中逐步搭建工程相关的待分析建筑模型，并获取建筑全生命周期的信息数据；
第二步、利用SQL Server数据库按照不同分类记录该建筑模型的建筑全生命周期的信息数据，按照施工前后不同阶段将全生命周期信息数据进行划分，即施工前的各项工程信息为施工信息、施工中的建筑构件材料为建筑模型自身属性信息、施工后的设备维护信息为设施环境状态信息；
所述施工信息包括工程信息及项目信息，
工程信息：规划信息、勘察信息、地质信息、周围环境信息、地理位置信息和相关政策信息等；
项目信息：建设方信息、建筑方信息、监理方信息、招投标信息、总承包信息、项目负责人员信息和分包信息等；
所述建筑模型自身属性信息包括模型信息、材料信息、构件信息及进度计划信息，
模型信息：建筑类别、安全等级和防火等级等；
材料信息：预算信息、来源信息、等级信息、总用量信息和实时用量信息等；
构件信息：类别信息、数量信息和尺寸信息等；
进度计划信息：总体规划和实时进展等；
所述设施环境状态信息包括地理环境、周围环境及工程设施信息，
地理环境：日照信息、季节信息、降雨信息、扬尘信息和PM2.5信息等；
周围环境：沉降信息和裂缝信息等；
工程设施：地下水位、构件应力和构件位移等。
第三步、将MR设备佩戴在使用者眼部，MR设备与存储有上述建筑模型及相关信息的计算机连接，使用MR技术进行展示和智能分析，在MR设备的屏幕上包括BIM模型模拟模式、全息投影成型模式及智能分析模式选项，通过MR设备选择进入不同的工作模式；
(1)若进入BIM模型模拟模式，则以第三人视角在BIM技术模拟的建筑环境中进行漫游，通过MR设备模拟第三人的移动；MR设备通过读取计算机中SQL Server数据库的数据，在进行漫游时能将数据库中所有的相关信息同步，根据选择来将需要的信息展示在MR设备的屏幕上，以供查看和校验；
(2)若进入实际工程中时，当看到实际构件时MR设备读取SQL Server数据库中模型项目的各项信息，通过MR设备选择，展示当前需要的构件信息在MR设备屏幕上；打开全息投影成型模式，可增加已经在SQL Server数据库中但现实的项目中还未存在的下一步需要建造的构件，用来判断现有的构件位置和尺寸是否合适；
(3)预先在计算机中设置好MR技术场景，在BIM模型模拟模式下通过操作MR设备进入智能分析模式，对当前BIM模型进行防灾分析，将防灾模拟后产生变化的BIM模型数据在SQL Server数据库中建立Table进行存储并更新原有数据库，得到BIM模型防灾模型；在实际工程中，通过操作MR设备，选择智能分析模式，对当前实际工程进行环境分析，实际工程环境分析的结果在MR设备上可以实时的显示，同时将该分析结果储存在SQL Server数据库中；
BIM模型防灾分析：
①地震作用
对于甲类建筑和乙类建筑，分别按照比本地设防烈度低一度的地震作用、和本地设防烈度相同的地震作用、比本地设防烈度高一度的地震作用逐一进行地震模拟；
对于丙类建筑和丁类建筑，分别按照比本地设防烈度低一度的地震作用、和本地设防烈度相同的地震作用逐一进行地震模拟；
②风荷载
通过SQL Server数据库中的信息数据，计算机自动选取合适的SQL Server数据库中相关参数(即数据库中施工前的周围环境信息，具体参数的数值依照建筑规范选取)，按照wk＝βgzμsμzw0计算风荷载标准值，并分别按照0.9wk、wk和1.1wk进行风荷载模拟；
(βgz为阵风系数，按GB-50009-2001规定采用；μs为风荷载体型系数，一般墙面区取1.2,墙角区取2.0；μz为风压高度变化系数，按GB-50009-2001规定采用；w0为基本风压(KN/m2),按GB-50009-2001规定采用)
③火灾
对于耐火等级为一级的建筑构件，使用耐火极限-0.2h、耐火极限-0.1h和耐火极限进行火灾模拟；
对于耐火极限为二级的建筑构件，使用耐火极限-0.25h、耐火极限-0.1h和耐火极限进行火灾模拟；
对于耐火极限为三级的建筑构件，使用耐火极限-0.3h、耐火极限-0.1h和耐火极限进行火灾模拟；
对于耐火极限为四级的建筑构件，使用耐火极限进行火灾模拟；
实际工程环境分析：
①采光，按照GB-50033-2013所规定的的窗地面积比和采光有效进深，使用全息投影成型来模拟建筑采光，分析建筑是否符合采光要求；
②室内声环境，采取25dB、30dB、40dB、50dB和75dB的噪声级别在建筑的不同位置进行噪音模拟，分析建筑的防噪能力；
③室内空气质量，在建筑中利用全息投影成型将空气中颗粒进行颜色标识，根据某种颜色的密度情况，分析室内空气质量。
第四步、将3D打印设备与上述的计算机连接，使用3DP技术进行BIM模型防灾模型和建筑模型的打印：
(1)按照项目要求选择施工不同阶段BIM模型进行3D打印，在项目召开阶段性的会议时，可以进行展示，供工程参与的各方制定下一步的施工计划；
(2)选择数据库智能分析的防灾模拟后产生变化的BIM模型防灾模型，进行3D打印，在召开专家会议时可以进行分析，确保工程的安全施工；
(3)选择数据库中的实际工程环境的分析结果进行3D打印，供工程的监测人员查看分析。
本发明中的智能分析是指，在漫游时可以与最初设计好的建筑模型(BIM模型)环境进行互动，通过改变建筑模型所处的受力状态等观察模型的动态变化和临界值等；通过起初建筑模型的搭建进度计划规则来观看模型的整体动态演示，也可在环境立体化展示中自定义规则来观看施工模拟的动态演示变化。
所述的BIM技术需要借助BIM技术软件，可以采用行业内一些主流软件，如欧特克公司的Revit软件；
所述的设施状态需要利用采集仪器进行采集，如人工使用全站仪、测斜仪和应力计等，或者利用行业内无线监测器进行采集，如北京浩坤公司的裂缝传感器、振弦式埋入应变计和激光位移传感器等。
所述的MR技术进行环境漫游展示时，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
所述的3DP打印模型时，采用3D打印机进行三维模型的打印，并通过计算机进行整理附带信息，再通过普通打印机打印附带信息。在施工的关键节点处或者结构的关键节点处的模型3D打印，附带打印关键点信息；阶段性的完成施工任务的模型3D打印，并附带打印汇总信息，如主体结构完成后，3D打印出主体结构模型。
本发明中设备包括了计算机、设施状态采集仪器(如全站仪、测斜仪、应力计、裂缝传感器、振弦式埋入应变计和激光位移传感器等)、MR技术设备(如Magic Leap)、3D打印机和普通打印机等。上述设施状态采集仪器的安装方式同现有建筑施工中的规范要求，各设备的连接使用方式均为现有技术。
本发明在建筑全过程生命周期中借助SQL Server数据库实时进行记录更新、并能即时调用，实现了整个过程数据传输的连续性，衔接的一致性。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (2)
1.一种基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统，该系统的搭建过程是：
第一步、利用BIM技术在计算机中逐步搭建工程相关的待分析建筑模型，并获取建筑全生命周期的信息数据；
第二步、利用SQL Server数据库按照不同分类记录该建筑模型的建筑全生命周期的信息数据，按照施工前后不同阶段将全生命周期信息数据进行划分，即施工前的各项工程信息为施工信息、施工中的建筑构件材料为建筑模型自身属性信息、施工后的设备维护信息为设施环境状态信息；
所述施工信息包括工程信息及项目信息，
所述建筑模型自身属性信息包括模型信息、材料信息、构件信息及进度计划信息，
所述设施环境状态信息包括地理环境、周围环境及工程设施信息；
第三步、将MR设备佩戴在使用者眼部，MR设备与存储有上述建筑模型及相关信息的计算机连接，使用MR技术进行展示和智能分析，在MR设备的屏幕上包括BIM模型模拟模式、全息投影成型模式及智能分析模式选项，通过MR设备选择进入不同的工作模式；
(1)若进入BIM模型模拟模式，则以第三人视角在BIM技术模拟的建筑环境中进行漫游，通过MR设备模拟第三人的移动；MR设备通过读取计算机中SQL Server数据库的数据，在进行漫游时能将数据库中所有的相关信息同步，根据选择来将需要的信息展示在MR设备的屏幕上，以供查看和校验；
(2)若进入实际工程中时，当看到实际构件时MR设备读取SQL Server数据库中模型项目的各项信息，通过MR设备选择，展示当前需要的构件信息在MR设备屏幕上；打开全息投影成型模式，增加已经在SQL Server数据库中但现实的项目中还未存在的下一步需要建造的构件，用来判断现有的构件位置和尺寸是否合适；
(3)预先在计算机中设置好MR技术场景，在BIM模型模拟模式下通过操作MR设备进入智能分析模式，对当前BIM模型进行防灾分析，将防灾模拟后产生变化的BIM模型数据在SQLServer数据库中建立Table进行存储并更新原有数据库，得到BIM模型防灾模型；在实际工程中，通过操作MR设备，选择智能分析模式，对当前实际工程进行环境分析，实际工程环境分析的结果在MR设备上实时显示，同时将该分析结果储存在SQL Server数据库中；
第四步、将3D打印设备与上述的计算机连接，使用3DP技术进行BIM模型防灾模型和建筑模型的打印：
(1)按照项目要求选择施工不同阶段BIM模型进行3D打印，在项目召开阶段性的会议时，进行展示，供工程参与的各方制定下一步的施工计划；
(2)选择数据库智能分析的防灾模拟后产生变化的BIM模型防灾模型，进行3D打印，在召开专家会议时进行分析，确保工程的安全施工；
(3)选择数据库中的实际工程环境的分析结果进行3D打印，供工程的监测人员查看分析。
2.根据权利要求1所述的基于BIM、MR与3DP技术结合的工程信息系统，其特征在于，MR技术场景包括不同类型建筑地震作用场景、风载荷场景、火灾场景、不同采光场景、室内声环境场景和室内空气质量场景。
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