一种基于BIM模型的模块化钢结构连接方法及系统与流程

本公开涉及模块化建筑领域，具体涉及一种基于bim模型的模块化钢结构连接方法及系统。

背景技术：

1、模块化建筑是一种越来越受青睐的建筑方法，它通过将建筑分解为独立的模块，然后在工厂中进行生产，最后在现场组装。这种方法可以提高建筑工程的效率、质量和可持续性。

2、钢结构作为一种常用的建筑结构形式，具有强度高、施工速度快、重量轻等优点。在模块化建筑中，钢结构连接的设计和选择对整个建筑的安全性和稳定性至关重要。然而，模块化钢结构的连接设计是一个复杂的过程。工程师需要考虑多种因素，包括连接类型和应力分布等。

3、因此，期望一种优化的模块化钢结构连接方案。

技术实现思路

1、考虑到以上问题而做出了本公开。本公开的一个目的是提供一种基于bim模型的模块化钢结构连接方法及系统。

2、本公开的实施例提供了一种基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其包括：

3、在bim模型中创建模块化钢结构第一连接方案和模块化钢结构第二连接方案；

4、使用有限元分析来得到所述模块化钢结构第一连接方案和所述模块化钢结构第二连接方案的应力分布图以得到第一应力分布图和第二应力分布图；

5、对所述第一应力分布图和所述第二应力分布图进行局部应力模式特征分析以得到第一局部应力分布特征向量的序列和第二局部应力分布特征向量的序列；

6、构造所述第一局部应力分布特征向量的序列的应力分布邻接特征矩阵且构造所述第二局部应力分布特征向量的序列的应力分布邻接特征矩阵以得到第一应力分布邻接矩阵和第二应力分布邻接矩阵；

7、通过基于深度神经网络模型的应力分布拓扑特征提取器分别对所述第一应力分布邻接矩阵和所述第二应力分布邻接矩阵进行特征提取以得到第一应力分布邻接拓扑特征矩阵和第二应力分布邻接拓扑特征矩阵；

8、将所述第一局部应力分布特征向量的序列和所述第一应力分布邻接拓扑特征矩阵进行基于图结构的局部应力分布特征交互分析以得到第一方案全局应力分布特征矩阵，并将所述第二局部应力分布特征向量的序列和所述第二应力分布邻接拓扑特征矩阵进行基于图结构的局部应力分布特征交互分析以得到第二方案全局应力分布特征矩阵；以及

9、对所述第一方案全局应力分布特征矩阵和所述第二方案全局应力分布特征矩阵进行特征比较来确定模块化钢结构第一连接方案是否优于模块化钢结构第二连接方案。

10、例如，根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其中，对所述第一应力分布图和所述第二应力分布图进行局部应力模式特征分析以得到第一局部应力分布特征向量的序列和第二局部应力分布特征向量的序列，包括：

11、将所述第一应力分布图和所述第二应力分布图进行图像分块处理以得到第一局部应力分布图的序列和第二局部应力分布图的序列；以及

12、将所述第一局部应力分布图的序列和所述第二局部应力分布图的序列分别通过基于卷积神经网络模型的应力局部模式特征提取器以得到所述第一局部应力分布特征向量的序列和所述第二局部应力分布特征向量的序列。

13、例如，根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其中，所述深度神经网络模型为卷积神经网络模型。

14、例如，根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其中，将所述第一局部应力分布特征向量的序列和所述第一应力分布邻接拓扑特征矩阵进行基于图结构的局部应力分布特征交互分析以得到第一方案全局应力分布特征矩阵，并将所述第二局部应力分布特征向量的序列和所述第二应力分布邻接拓扑特征矩阵进行基于图结构的局部应力分布特征交互分析以得到第二方案全局应力分布特征矩阵，包括：

15、将所述第一局部应力分布特征向量的序列和所述第一应力分布邻接拓扑特征矩阵，以及，所述第二局部应力分布特征向量的序列和所述第二应力分布邻接拓扑特征矩阵分别通过基于图卷积神经网络模型的局部应力分布特征交互器以得到所述第一方案全局应力分布特征矩阵和所述第二方案全局应力分布特征矩阵。

16、例如，根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其中，对所述第一方案全局应力分布特征矩阵和所述第二方案全局应力分布特征矩阵进行特征比较来确定模块化钢结构第一连接方案是否优于模块化钢结构第二连接方案，包括：

17、计算所述第一方案全局应力分布特征矩阵和所述第二方案全局应力分布特征矩阵之间的差分特征矩阵；以及

18、将所述差分特征矩阵通过基于分类器的方案评估器以得到评估结果，所述评估结果用于表示模块化钢结构第一连接方案是否优于模块化钢结构第二连接方案。

19、例如，根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其中，将所述差分特征矩阵通过基于分类器的方案评估器以得到评估结果，所述评估结果用于表示模块化钢结构第一连接方案是否优于模块化钢结构第二连接方案，包括：

20、将所述差分特征矩阵按照行向量或者列向量展开为分类特征向量；

21、使用所述基于分类器的方案评估器的全连接层对所述分类特征向量进行全连接编码以得到编码分类特征向量；以及

22、将所述编码分类特征向量输入所述基于分类器的方案评估器的softmax分类函数以得到所述评估结果。

23、例如，根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其中，还包括训练步骤：用于对所述基于卷积神经网络模型的应力局部模式特征提取器、基于卷积神经网络模型的应力分布拓扑特征提取器、所述基于图卷积神经网络模型的局部应力分布特征交互器和所述基于分类器的方案评估器进行训练。

24、例如，根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其中，所述训练步骤，包括：

25、获取训练数据，所述训练数据包括在bim模型中创建的模块化钢结构第一训练连接方案和模块化钢结构第二训练连接方案；

26、使用有限元分析来得到所述模块化钢结构第一训练连接方案和所述模块化钢结构第二训练连接方案的应力分布图以得到第一训练应力分布图和第二训练应力分布图；

27、将所述第一训练应力分布图和所述第二训练应力分布图进行图像分块处理以得到第一训练局部应力分布图的序列和第二训练局部应力分布图的序列；

28、将所述第一训练局部应力分布图的序列和所述第二训练局部应力分布图的序列分别通过所述基于卷积神经网络模型的应力局部模式特征提取器以得到所述第一训练局部应力分布特征向量的序列和所述第二训练局部应力分布特征向量的序列；

29、构造所述第一训练局部应力分布特征向量的序列的应力分布邻接特征矩阵且构造所述第二训练局部应力分布特征向量的序列的应力分布邻接特征矩阵以得到第一训练应力分布邻接矩阵和第二训练应力分布邻接矩阵；

30、通过所述基于卷积神经网络模型的应力分布拓扑特征提取器分别对所述第一训练应力分布邻接矩阵和所述第二训练应力分布邻接矩阵进行特征提取以得到第一训练应力分布邻接拓扑特征矩阵和第二训练应力分布邻接拓扑特征矩阵；

31、将所述第一训练局部应力分布特征向量的序列和所述第一训练应力分布邻接拓扑特征矩阵，以及，所述第二训练局部应力分布特征向量的序列和所述第二训练应力分布邻接拓扑特征矩阵分别通过所述基于图卷积神经网络模型的局部应力分布特征交互器以得到所述第一训练方案全局应力分布特征矩阵和所述第二训练方案全局应力分布特征矩阵；

32、计算所述第一训练方案全局应力分布特征矩阵和所述第二训练方案全局应力分布特征矩阵之间的训练差分特征矩阵；

33、对所述训练差分特征矩阵进行优化以得到训练优化差分特征矩阵；

34、将所述训练优化差分特征矩阵通过所述基于分类器的方案评估器以得到分类损失函数值；以及

35、基于所述分类损失函数值对所述基于卷积神经网络模型的应力局部模式特征提取器、所述基于卷积神经网络模型的应力分布拓扑特征提取器、所述基于图卷积神经网络模型的局部应力分布特征交互器和所述基于分类器的方案评估器进行训练。

36、例如，根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法，其中，对所述训练差分特征矩阵进行优化以得到训练优化差分特征矩阵，包括：

37、对所述训练差分特征矩阵的各个特征值进行基于特征值间距离的聚类以得到聚类特征集合；以及

38、基于所述聚类特征集合，对所述训练差分特征矩阵进行基于聚类后的特征类内和类外表征优化以得到所述训练优化差分特征矩阵。

39、本公开的实施例还提供了一种基于bim模型的模块化钢结构连接系统，其包括：

40、连接方案创建模块，用于在bim模型中创建模块化钢结构第一连接方案和模块化钢结构第二连接方案；

41、有限元分析模块，用于使用有限元分析来得到所述模块化钢结构第一连接方案和所述模块化钢结构第二连接方案的应力分布图以得到第一应力分布图和第二应力分布图；

42、局部应力模式特征分析模块，用于对所述第一应力分布图和所述第二应力分布图进行局部应力模式特征分析以得到第一局部应力分布特征向量的序列和第二局部应力分布特征向量的序列；

43、矩阵构造模块，用于构造所述第一局部应力分布特征向量的序列的应力分布邻接特征矩阵且构造所述第二局部应力分布特征向量的序列的应力分布邻接特征矩阵以得到第一应力分布邻接矩阵和第二应力分布邻接矩阵；

44、特征提取模块，用于通过基于深度神经网络模型的应力分布拓扑特征提取器分别对所述第一应力分布邻接矩阵和所述第二应力分布邻接矩阵进行特征提取以得到第一应力分布邻接拓扑特征矩阵和第二应力分布邻接拓扑特征矩阵；

45、特征交互分析模块，用于将所述第一局部应力分布特征向量的序列和所述第一应力分布邻接拓扑特征矩阵进行基于图结构的局部应力分布特征交互分析以得到第一方案全局应力分布特征矩阵，并将所述第二局部应力分布特征向量的序列和所述第二应力分布邻接拓扑特征矩阵进行基于图结构的局部应力分布特征交互分析以得到第二方案全局应力分布特征矩阵；以及

46、特征比较模块，用于对所述第一方案全局应力分布特征矩阵和所述第二方案全局应力分布特征矩阵进行特征比较来确定模块化钢结构第一连接方案是否优于模块化钢结构第二连接方案。

47、根据本公开的实施例的基于bim模型的模块化钢结构连接方法及系统，其通过在bim模型中创建模块化钢结构的不同连接方案，并在后端引入基于人工智能的数据处理和分析算法来进行不同连接方案的应力分布分析，从而实现更加精确的连接方案推荐。这样，能够对于不同的模块化钢结构连接方案中的应力分布进行智能评估来自动化推荐钢结构连接方案，不仅提高了bim的应用智能性，也为模块化钢结构的连接提供了决策支持。