基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质，先构建每个组成部分的BIM模型，再将所有组成部分的BIM模型组装起来形成输水发电系统BIM模型，基于输水发电系统BIM模型，在三维可视化场景下进行设计属性信息的自动提取以及拓扑数据结构的自动构建；通过三维可视化方式反映了输水发电系统真实建筑物之间的空间拓扑关系，可有效地解决传统水力学仿真计算软件可视化程度低的问题；数据集合中包含水力学计算分析所需参数，实现了设计建模与分析计算的数据互通，避免了信息孤岛；通过分类编码和标准化桩号标识，快速自动创建拓扑数据结构，解决了传统方式拓扑结构识别程序繁琐、效率低下等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质
本专利技术属于水电站水力学计算
，尤其涉及一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质，用于输水发电系统BIM模型属性数据的自动提取和建筑物空间拓扑结构的自动识别。
技术介绍
输水发电系统是水电站的重要组成部分，其水力学计算主要内容包括输水发电系统沿线水头损失计算和水力机械过渡过程计算。水头损失计算分为沿程水头损失计算和局部水头损失计算，对每个部位进行精确的水头损失计算，是为整个输水发电系统结构和机电设计提供准确的依据。水力机械过渡过程是指水电站输水发电系统中的水流从一种稳定工况或状态过渡到另一种工况或状态的瞬态变动过程。对水力机械过渡过程进行分析计算的目的，主要在于确定各种控制工况条件下，相应的水轮机组的转速上升值，调压室的最高、最低水位，引水管道以及蜗壳中水锤压力上升值等参数值。这些参数值决定着水轮机组的最佳调节规律，并对确定水电站的结构设计起到了指导性作用。水力机械过渡过程能否尽量安全和平稳地进行是水电站能否达到优化运行目的的关键之一。当前阶段，水电站水头损失和水力机械过渡过程的计算理论与方法均比较成熟，且随着计算机技术的快速发展，手工计算方式逐步被各类计算软件程序替代。输水发电系统由进水口、隧洞、蜗壳、尾水管、调压井、闸门等建筑物组成，其水力学计算和过渡过程计算都需要对建筑物的拓扑关系进行分析与识别。因此，图形化、可视化仿真成为水电站水力学计算软件的重要发展趋势之一。目前国内水电行业内成熟的水力学仿真计算软件在图形可视化和拓扑数据结构构建方面仍存在以下不足：1)可视化方式以二维图形为主，可视化程度较低；2)拓扑结构识别程序繁琐、效率低下；3)无法反映水电站真实管线拓扑关系；4)软件相对独立，结构化的数据无法直接对外交互。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法、系统、设备及介质，以解决传统水力学计算可视化程度低，拓扑结构识别程序繁琐、效率低下，以及结构化数据无法直接对外交互的问题。本专利技术提出的一种基于BIM模型的拓扑数据结构自动创建方法，基于三维可视化场景，自动提取输水发电系统BIM模型的属性数据，自动分析构建输水发电系统各建筑物属性数据的拓扑结构，数据结构可直接用于输水发电系统水力学计算分析。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，包括以下步骤：步骤1：按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成所述输水发电系统的各个组成部分；步骤2：分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型；所述设计属性信息包括ID、分类编码、桩号以及水力学计算分析所需参数；所述ID表示设计BIM模型的编号，所述分类编码表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型，所述桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置；步骤3：将所有组成部分的设计BIM模型进行组装，得到输水发电系统BIM模型；步骤4：对所述输水发电系统BIM模型进行自动检索，根据分类编码自动识别出每个组成部分的建筑物类型，并提取每个组成部分的设计属性信息，由所有组成部分的设计属性信息构成数据集合；步骤5：对数据集合中的桩号进行解译，自动识别输水发电系统各个组成部分的拓扑结构，实现拓扑数据结构的自动构建。本专利技术中，先构建每个组成部分的BIM模型，再将所有组成部分的BIM模型组装起来形成输水发电系统BIM模型，基于输水发电系统BIM模型，在三维可视化场景下进行设计属性信息的自动提取以及拓扑数据结构的自动构建，构建的拓扑数据结构可直接用于输水发电系统水力学计算分析；该方法通过三维可视化方式反映了输水发电系统真实建筑物之间的空间拓扑关系，可有效地解决传统水力学仿真计算软件可视化程度低的问题；数据集合中包含水力学计算分析所需参数，实现了设计建模与分析计算的数据互通，避免了信息孤岛；通过分类编码和标准化桩号标识，快速自动创建拓扑数据结构，解决了传统方式拓扑结构识别程序繁琐、效率低下等问题。进一步地，所述步骤1中，输水发电系统的各个组成部分包括防涡梁段、矩形扩散段、闸门段、直管段、弯管段、渐变段、分岔段、事故闸门室、球阀室、隧洞段、大井段、连接管、水轮机以及发电机。进一步地，所述步骤2中，每个组成部分的设计BIM模型采用参数化建模软件创建，所述参数化建模软件包括：进水口参数化模块，用于参数化创建常规电站进水口、抽水蓄能电站进/出水口防涡梁段、矩形扩散段和闸门段的设计BIM模型；调压室参数化模块，用于参数化创建调压室隧洞段、连接管和大井段的设计BIM模型；渐变段参数化模块，用于创建各种类型渐变段的设计BIM模型；水工隧洞参数化模块，用于创建隧洞直管段、弯管段的设计BIM模型；岔管参数化模块，用于创建岔管的设计BIM模型；事故闸门室参数化模块，用于创建事故闸门室的设计BIM模型；具体创建步骤为：在每个模块中输入对应组成部分的结构设计参数和水力学计算分析所需参数，即可创建该组成部分的设计BIM模型。进一步地，所述步骤5的具体实现过程包括：步骤5.1：提取所述数据集合中每条设计属性信息，提取所述设计属性信息中的桩号，对所述桩号进行解析，得到与该桩号对应的水力单元序号、引水主洞、引水支洞、尾水主洞、尾水支洞和桩号值；所述桩号包括桩号序号、桩号前缀和桩号值；步骤5.2：根据所述步骤5.1桩号的解析结果，将每条设计属性信息按照水力单元、引水系统和尾水系统、主洞和支洞进行分组；步骤5.3：根据分类编码检索岔管对应的设计属性信息，提取岔管的设计属性信息中的桩号，对所述桩号进行解析，得到供水方式、机组台数以及主洞桩号序号与支洞桩号序号的关联关系，从而确定水力单元的数量以及所有水力单元组合方式；步骤5.4：将岔管按照主管段和支管段进行拆分，并添加至所述步骤5.2的分组中，得到分组数据；步骤5.5：根据所述步骤5.3水力单元组合方式，对步骤5.4的分组数据进行组合与合并，得到水力单元数据组；步骤5.6：创建二维数组，将所述步骤5.5的水力单元数据组存储于所述二维数组中，得到所述拓扑数据结构。进一步地，所述步骤5.2中，分组的具体实施过程为：步骤5.21：根据桩号前缀将每条设计属性信息分为四组；步骤5.22：在每组内按照桩号序号进行分类；步骤5.23：对于每一组数据按照桩号值大小进行排序。本专利技术还提供一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建系统，包括：划分单元，用于按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成所述输水发电系统的各个组成部分；参数化建模单元，用于分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型；所述设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成所述输水发电系统的各个组成部分；/n步骤2：分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型；/n所述设计属性信息包括ID、分类编码、桩号以及水力学计算分析所需参数；所述ID表示设计BIM模型的编号，所述分类编码表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型，所述桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置；/n步骤3：将所有组成部分的设计BIM模型进行组装，得到输水发电系统BIM模型；/n步骤4：对所述输水发电系统BIM模型进行自动检索，根据分类编码自动识别出每个组成部分的建筑物类型，并提取每个组成部分的设计属性信息，由所有组成部分的设计属性信息构成数据集合；/n步骤5：对数据集合中的桩号进行解译，自动识别输水发电系统各个组成部分的拓扑结构，实现拓扑数据结构的自动构建。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照建筑物类型对输水发电系统进行模块化划分，得到构成所述输水发电系统的各个组成部分；
步骤2：分别创建每个组成部分的BIM模型，并对每个组成部分的BIM模型附加设计属性信息，得到每个组成部分的设计BIM模型；
所述设计属性信息包括ID、分类编码、桩号以及水力学计算分析所需参数；所述ID表示设计BIM模型的编号，所述分类编码表示设计BIM模型对应组成部分的建筑物类型，所述桩号表示设计BIM模型对应组成部分在输水发电系统中的相对位置；
步骤3：将所有组成部分的设计BIM模型进行组装，得到输水发电系统BIM模型；
步骤4：对所述输水发电系统BIM模型进行自动检索，根据分类编码自动识别出每个组成部分的建筑物类型，并提取每个组成部分的设计属性信息，由所有组成部分的设计属性信息构成数据集合；
步骤5：对数据集合中的桩号进行解译，自动识别输水发电系统各个组成部分的拓扑结构，实现拓扑数据结构的自动构建。


2.如权利要求1所述的基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于：所述步骤1中，输水发电系统的各个组成部分包括防涡梁段、矩形扩散段、闸门段、直管段、弯管段、渐变段、分岔段、事故闸门室、球阀室、隧洞段、大井段、连接管、水轮机以及发电机。


3.如权利要求1所述的基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于：所述步骤2中，每个组成部分的设计BIM模型采用参数化建模软件创建，所述参数化建模软件包括：
进水口参数化模块，用于参数化创建常规电站进水口、抽水蓄能电站进/出水口防涡梁段、矩形扩散段和闸门段的设计BIM模型；
调压室参数化模块，用于参数化创建调压室隧洞段、连接管和大井段的设计BIM模型；
渐变段参数化模块，用于创建各种类型渐变段的设计BIM模型；
水工隧洞参数化模块，用于创建隧洞直管段、弯管段的设计BIM模型；
岔管参数化模块，用于创建岔管的设计BIM模型；
事故闸门室参数化模块，用于创建事故闸门室的设计BIM模型；
具体创建步骤为：在每个模块中输入对应组成部分的结构设计参数和水力学计算分析所需参数，即可创建该组成部分的设计BIM模型。


4.如权利要求1~3中任一项所述的基于BIM模型的拓扑数据结构创建方法，其特征在于：所述步骤5的具体实现过程包括：
步骤5.1：提取所述数据集合中每条设计属性信息，提取所述设计属性信息中的桩号，对所述桩号进行解析，得到与该桩号对应的水力单元序号、引水主洞、引水支洞、尾水主洞、尾水支洞和桩号值；
所述桩号包括桩号序号、桩号前缀和桩号值；
步骤5.2：根据所述步骤5.1桩号的解析结果，将每条设计属性信息按照水力单元、引水系统和尾水系统、主洞和支洞进行分组；
步骤5.3：根据分类编码检索岔管对应的设计属性信息，提取岔管的设计属性信息中的桩号，对所述桩号进行解析，得到供水方式、机组台数以及主洞桩号序号与支洞桩号序号的关联关系，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴含，卢铝柱，赵路，覃玉兰，王炳豹，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43