专利名称：工程模型的四维可视化方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种四维建模方法，尤其涉及在大型工程项目中四维模型的可视化方法和系统。
背景技术：
所谓四维(4D)建模，是在建筑的三维(3D)空间模型的基础上引进时间轴来协助完成建筑物的设计与建造，通常借助计算机技术来实现四维数字模型。4D模型并不简单等同于我们经常看到施工企业用计算机虚拟现实技术做出的施工过程模拟效果图。相比之下，4D模型需要达到更深入的技术水平，它要求空间和时间的元素被更加有机整合，其中空间的建筑元素为三维模型，而时间元素指的是工程建设项目的施工进度，四维模型将空间元素在时间元素上展开以拟定合理的施工方案并确定工程各个施工过程的施工顺序、施工持续时间以及相互衔接穿插配合关系。其作用可以提高建造效率，防止不合适的施工顺序导致的建造周期的延长，对建造过程进行实时有效的控制，节约建筑成本。
国际上通行的工程承建模式是项目总承包模式，施工计划的制定基本与设计过程同步开始，最终设计完成时施工计划也基本完成，所以一般在设计阶段就生成4D模型。例如在工程设计时利用PDS软件来建立4D模型，这种方法必须从工程设计一开始就要对4D模型进行同步规划，即要同时对施工计划进行考虑。由工程设计人员来考虑施工问题从而建立4D模型，难度很大，因为这就要求不但要考虑设计问题，还要考虑资源平衡，原料采购等因素，几乎不可能由设计人员单独完成，所以由PDS软件来完成4D模型，复杂且费用相当昂贵。
在国内，设计过程和施工过程相对独立，施工计划的制定一般是由施工单位进行的。施工单位在制定施工计划时，已经有了由工程设计单位提供的完整3D模型，而施工单位可以利用编制工程进度计划的软件来编制施工计划，例如在中小规模的工程中，通常使用MicrosoftProject来产生施工计划，而在大型工程中，则使用PrimaveraProject Planner(P3)来生成施工计划的计划条目。这就为4D模型的建立提供了又一思路，即施工单位可以利用现有3D模型和施工计划来建立4D模型。但是，由于3D模型和施工计划分别由设计单位和施工单位进行制定，在3D模型和施工计划之间没有很好的接口，二者无法实现很好的关联。特别是在大型的工程项目中，3D模型中的物体繁多，施工计划的计划条目的量也很大，要实现实现二者的关联极为困难，导致不能有效地利用现有3D模型和施工进度计划方便地制定出4D模型，这已成为4D建模向更广阔空间发展的主要障碍。
发明内容
本发明利用现有工程3D模型和施工计划条目，创造性地实现3D模型和计划条目的关联，生成4D模型。该方法可由施工单位在施工阶段来完成，让4D模型的设计问题变得更简单，且降低了成本。
本发明提供一种利用计算机建立四维工程模型的方法，将现有三维工程模型划分成多个施工单元，还包括施工计划步骤，根据施工作业的逻辑关系，建立施工计划条目，该计划条目至少对应着时间信息；关联步骤，在三维模型的数据库中，对三维工程模型的每个施工单元增加一个属性，并根据施工逻辑关系，选择与施工单元相对应的计划条目赋值给该施工单元所增加的属性，从而实现所述施工单元与所述计划条目的关联；四维模型生成步骤，按照施工单元所述属性的值对应的时间顺序显示各个施工单元，生成可视化的四维工程模型。
通过本发明提供的方法，当在生成的四维动画模型中发现模型物体碰撞或施工顺序不合理时，可对计划条目进行调整，以减少实际施工中的损失。
本发明还提供一种利用计算机建立四维工程模型的系统，将现有三维工程模型划分成多个施工单元，该系统还包括施工计划模块，根据施工作业的逻辑关系，建立施工计划条目，该计划条目至少对应着时间信息；关联模块，在三维模型的数据库中，对三维工程模型的每个施工单元增加一个属性，并根据施工逻辑关系，选择与施工单元相对应的计划条目赋值给该施工单元所增加的属性，从而实现所述施工单元与所述计划条目的关联；四维模型生成模块，按照施工单元所述属性的值对应的时间顺序显示各个施工单元，生成可视化的四维工程模型。
图1示出了根据本发明实施例的建立四维模型的流程图；图2示出了根据本发明实施例为物体增加属性的流程图；图3示出了根据本发明实施例对物体增加的属性值进行修改的流程图。
具体实施例方式
下面以某一大型工程为例对本发明进行详细介绍，其三维模型和施工计划皆根据该工程进行设计和制定。
图1示出了根据本发明实施例建立工程四维模型的方法的流程图。首先，利用设计方设计完成的三维工程模型，将三维工程模型划分为最小施工单元，最小可划分到物体。三维模型的建立和最小施工单元的划分可以使用现有软件PDS/Microstation等来进行。施工单元可看作是多个物体的集合，同时，根据该工程土建、安装的施工实际情况，编制工程的施工计划，建立工程的施工计划条目清单(即一个数据库)，反映在数据库中该计划条目对应着时间等信息。该施工进度计划可以使用现有软件Primavera Project Planner(P3)等来进行制定。
利用经申请人二次开发的三维浏览软件SmartPlant Review(SPR)导入已被划分成各个最小施工单元的3D模型。SmartPlantReview5.0软件是一个用于交互式浏览大型复杂三维模型的可视化软件，广泛地用于大型工程中，但其不具备修改模型，增加计划关联字段，从而生成4D工程模型的功能。申请人对其进行了二次开发，使其能够关联三维模型的物体和施工计划条目，得以建立4D工程模型。
下面，将结合图2和图3来详细描述在经过二次开发的SPR中如何对物体增加属性并根据施工计划条目对其进行赋值，从而实现施工单元与施工计划的关联的步骤，在图1中，该步骤对应着“关联计划条目与3D模型施工单元”。
图2示出了根据本发明实施例为物体增加属性的流程图。对3D模型的物体增加新的属性是通过对3D模型的数据库进行操作来完成的。该数据库包括labels表，label_names表，label_values表以及linkage表等等。Lables表是包含了三维模型各个物体的各项索引的总表，该表中的一行至少包括了linkage_index(物体名称的索引)、label_name_index(该物体的属性名索引)和label_value_index(该物体的属性值索引)这三项；label_names表中包含了属性的名称；label_values表包含了属性的值，而linkage表中包含了指示三维模型施工单元的值。
首先，在3D模型数据库的labels表中选择一个物体，在lables表中查询该物体的索引label_name_index，然后在label_names表中查询该索引相应的值，判断该表中是否存在值sequence。如果label_names表中不存在值sequence，则在该表中增加sequence，并返回该值sequence的label_name_index。若存在，则直接返回该值sequence的label_name_index。通过上面的步骤，就给3D模型的一个物体添加了一个属性sequence。下面，判断label_values表中是否存在Noseq值，如果label_values表中不存在Noseq值，则在其中增加Noseq，并返回该值Noseq的label_value_index。若存在，则直接返回该值Noseq的label_value_index。通过上面的步骤，就给3D模型的一个物体所添加的属性sequence附上了初值Noseq。反映在数据库中，就为labels表中以linkage_index为代号的物体增加了属性名索引label_name_index和属性值索引label_value_index。对每个物体重复上面的添加属性sequence并附初值的步骤，直到完成所有的物体。
图3示出了根据本发明实施例对属性sequence的值进行修改的流程图。首先将由施工进度计划软件P3编制的计划条目导入到经过二次开发的SPR中，即将计划条目拷贝到SPR下的p3taskname.txt中，使得可以在给物体的属性sequence赋值时从一个下拉列表框中选择该计划条目。用户根据实际需要，编辑选择条件，根据此条件来筛选需要修改属性sequence的值的多个物体，该选择条件的编辑可由普通的选择条件方式来实现。然后选择这些物体相对应的计划条目，此选择步骤需要从计划条目的下拉列表框中进行人工选择来完成。然后，从上面筛选出的多个物体中选出一个物体进行Sequence值的修改。在数据库的linkage表中通过DMRSLlinkage(linkage表中的一个表示物体的值)找到被选出的物体的linkage_index。根据该索引，在lable_names表中查找sequence对应的label_name_index，根据linkage_index和label_name_index这两个索引在labels表中确定要修改的行。在label_values表中查找被选中的条目值所对应的索引，即label_value_index，然后判断在该表中是否有选中的计划条目，若没有，则在label_values表中增加该选中的计划条目的值，并返回该label_value_index。由此在labels表中将由linkage_index和label_name_index所确定的行的label_value_index修改为上述返回的label_value_index。对每个物体重复上面的修改属性值的步骤，直到完成所有的物体。
就这样，完成了对三维模型中所有物体属性sequence的增加并根据施工计划条目完成了对属性值的修改，通过这些步骤，将三维模型中的物体与施工计划条目完成了关联，由于施工单元使用的属性值来自于计划条目，所以能够保证很好的关联。
再回到图1中，施工计划条目与3D模型的物体关联好之后，通过二次开发的SPR将3D模型中的物体按照其属性sequence的值进行分类，并根据属性值对应的时间(按照时间比例)依次显示，以模拟出工程计划和施工进度。
系统在对3D模型进行进度演示的同时，以图片格式记录下演示过程的模型图片。通过动画制作软件将这些图片组织起来，生成视频文件(例如AVI格式的文件)。
播放该视频文件，演示了该工程的3D模型随着施工进度的演变过程，即可视化了4D模型，实现了进度计划的可视化管理。
可以看出，本实施例描述的方法利用了现有的三维模型和施工计划，通过巧妙的计算机接口技术，将二者很好地进行了关联，简单、低成本地实现了四维工程模型的制作。
在进度计划与3D模型的关联过程中或者生成了4D模型以后，可能会发现多条进度计划对应一个施工单元，经过分析，发现进度计划条目划分是合理的，则其原因在于施工单元的划分不够细，应对3D模型进行修改，对其施工单元进行再划分，以符合施工逻辑关系的要求，然后再重复进行上述关联步骤，生成新的4D模型；也可能经过分析，发现是由于进度计划条目过细，则需要对计划条目进行调整，然后再重复进行上述关联步骤，生成新的4D模型。在这个对进度计划条目进行重新调整的过程，也是对实际的施工安排进行调整的过程，具有优化工程施工的效果。
此外，通过可视化的4D模型还可以发现施工进度计划可能出现的其他不合理，例如生成4D模型后，发现由于进度计划的前后逻辑关系不合理造成模型物体碰撞或施工顺序不合理，这些都可以在可视化的4D模型中一目了然，可以根据需要及时对进度计划的逻辑关系进行调整，以符合施工工艺逻辑顺序，避免了在实际施工阶段由于进度计划的不合理造成重大损失，这也是本发明的另一个显著效果。
应当理解，本发明的具体实施方式
旨在用来解释本发明。对本领域技术人员而言，在不脱离本发明的精神和范围之内，可以进行各种形式上和细节上的改变，但都落入在后面提出的权利要求及其等同物的范围之内。
权利要求
1.一种利用计算机建立四维工程模型的方法，将现有三维工程模型划分成多个施工单元，还包括施工计划步骤，根据施工作业的逻辑关系，建立施工计划条目，该计划条目至少对应着时间信息；关联步骤，在三维模型的数据库中，对三维工程模型的每个施工单元增加一个属性，并根据施工逻辑关系，选择与施工单元相对应的计划条目赋值给该施工单元所增加的属性，从而实现所述施工单元与所述计划条目的关联；四维模型生成步骤，按照施工单元所述属性的值对应的时间顺序显示各个施工单元，生成可视化的四维工程模型。
2.根据权利要求1的方法，还包括施工计划调整步骤，当在生成的四维动画模型中发现模型物体碰撞或施工顺序不合理时，对计划条目进行调整。
3.根据权利要求1的方法，所述施工单元由多个物体组成，在关联步骤中对施工单元的每个物体增加属性并根据相应的计划条目给该属性赋值，从而实现所有物体与计划条目的关联。
4.根据权利要求1的方法，在显示各施工单元时，以图片格式记录显示过程的模型图片，并将这些图片组织生成动画文件。
5.根据权利要求1的方法，还包括当在关联步骤中或四维模型生成以后，发现多个计划条目对应一个施工单元时，判断计划条目制定合理，则对三维模型进行修改；若判断三维模型设计合理，则对计划条目进行调整。
6.一种利用计算机建立四维工程模型的系统，将现有三维工程模型划分成多个施工单元，该系统还包括施工计划模块，根据施工作业的逻辑关系，建立施工计划条目，该计划条目至少对应着时间信息；关联模块，在三维模型的数据库中，对三维工程模型的每个施工单元增加一个属性，并根据施工逻辑关系，选择与施工单元相对应的计划条目赋值给该施工单元所增加的属性，从而实现所述施工单元与所述计划条目的关联；四维模型生成模块，按照施工单元所述属性的值对应的时间顺序显示各个施工单元，生成可视化的四维工程模型。
7.根据权利要求6的系统，所述施工单元由多个物体组成，在关联模块中对施工单元的每个物体增加属性并根据相应的计划条目给该属性赋值，从而实现所有物体与计划条目的关联。
8.根据权利要求6的系统，还包括施工计划调整模块，当在生成的四维动画模型中发现模型物体碰撞或施工顺序不合理时，对计划条目进行调整。
9.根据权利要求6的系统，在四维模型生成模块中以图片格式记录显示过程的模型图片，并将这些图片组织生成动画文件。
全文摘要
本发明提供一种建立工程四维模型的方法，利用现有三维工程模型与工程施工计划，为三维工程模型的每个施工单元增加一个属性，并设置该属性的值，使其与工程施工计划条目相关联，然后按照该属性的值对施工单元进行分类，并根据该属性值的顺序演示分类后的施工单元，从而形成四维工程模型。
文档编号G06Q10/00GK101009001SQ20061016847
公开日2007年8月1日 申请日期2006年12月14日 优先权日2006年12月14日
发明者邓晓亮, 年发扬, 胡江, 钟贤军, 徐付奎, 丁祥龙, 刘理成 申请人:中国核工业第二三建设公司