一种基于BIM技术的项目辅助划分方法与流程

本技术属于划分领域，尤其涉及一种基于bim技术的项目辅助划分方法。

背景技术：

1、随着建筑信息模型（bim）技术在建筑工程全生命周期中的广泛应用，其已成为多专业协同设计、施工过程管理和后期运维维护的重要数字化载体。现代建筑工程规模不断扩大，结构体系和机电系统日益复杂，一个完整的bim模型通常包含大量建筑、结构及机电构件。为满足大型项目中多团队并行协作、软硬件资源合理分配以及施工工序精细化管理等需求，需要将庞大复杂的全局bim模型合理划分为若干子工作集或项目分区。由于bim构件不仅具有明确的三维空间分布，还存在系统连接拓扑关系，并在实际建造过程中受到施工工序次序约束，因此，项目划分不能仅依据单一空间维度进行处理。

2、在现有bim项目管理实践中，模型构件的工作集划分通常依赖工程人员经验，或者仅按照楼层标高、空间网格、专业类别等单一规则进行切分，难以统筹考虑构件之间的空间邻近关系、系统拓扑关系和施工时序关系。该类划分方式容易割裂原本应当协同处理的构件集合，并可能在机电管线系统、承重结构等关键系统路径上产生不合理的逻辑断裂，从而增加后续协同修改、信息核对和施工组织的管理成本，甚至引发施工冲突和返工问题。因此，如何结合bim构件的多维关联信息，从全局角度实现兼顾空间合理性、系统连续性和施工协同性的项目辅助划分，成为bim技术深化应用过程中亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中bim模型项目划分依赖人工经验、单一空间或专业规则，难以统筹构件空间邻近、系统拓扑和施工时序关系，易造成关键系统路径逻辑断裂的问题，第一方面，本发明提供了一种基于bim技术的项目辅助划分方法，包括以下步骤：

2、获取bim模型各构件的几何信息、系统信息和施工信息，构建包含归一化空间坐标、系统拓扑编码及施工流程次序的多维特征向量，基于所述多维特征向量，计算构件间的空间距离、拓扑关联度及施工邻近度，通过可调权重参数加权融合计算综合连接强度，生成全局连接强度矩阵；

3、以各构件的空间坐标为中心，构建形态受全局连接强度矩阵调节的各向异性势场基函数，将所有势场基函数线性叠加形成覆盖模型空间的标量势场，将所述标量势场取反形成反转标量势场，求解梯度为零且海森矩阵正定的局部极小值点集作为聚类中心，利用三维分水岭算法提取相邻聚类中心间的分水岭曲面作为初始分割边界，得到初始划分方案；

4、根据基于预设截断节点的关键系统路径完整性约束对所述初始划分方案进行校验，若存在逻辑断裂点，则提取逻辑断裂点两侧构件的特征参数，以及所述两侧构件当前所属分割区域的聚类标签及对应聚类中心的空间坐标作为断裂样本，利用启发式优化算法调整所述可调权重参数并返回所述基于所述多维特征向量计算构件间的空间距离、拓扑关联度及施工邻近度的步骤进行迭代，直至满足所述关键系统路径完整性约束，输出工作集划分结果。

5、可选地，所述构建包含归一化空间坐标、系统拓扑编码及施工流程次序的多维特征向量，包括：

6、提取各构件外包围盒的中心位置，将所述中心位置的各维度的坐标数值减去模型全局对应维度的最小极值后，除以所述维度的极差值，得到所述归一化空间坐标；

7、读取各构件在项目分类树中的层级路径，按自顶向下的顺序用统一位数的十六进制码进行填充拼接，生成相同长度的所述系统拓扑编码；

8、获取各构件在施工进度计划中的计划开工时间，计算所述时间与项目总开工时间的时间差绝对值作为天数，生成所述施工流程次序；

9、将所述归一化空间坐标、经数值化映射的系统拓扑编码和施工流程次序依次拼接为一个数值型的一维数组，构成所述多维特征向量。

10、可选地，所述基于所述多维特征向量，计算构件间的空间距离、拓扑关联度及施工邻近度，包括：

11、利用任意两个构件的归一化空间坐标，计算二者之间的欧氏距离作为所述空间距离；

12、从左至右逐位比对任意两个构件的系统拓扑编码，统计从首位开始连续相同的字符个数，将所述个数除以编码总长度的比例值作为所述拓扑关联度；

13、计算任意两个构件的施工流程次序的差值绝对值，将所述绝对值除以预设时间常数，取所得商的相反数的自然指数作为所述施工邻近度。

14、可选地，所述通过可调权重参数加权融合计算综合连接强度，生成全局连接强度矩阵，包括：

15、初始化空间权重、拓扑权重和施工权重三个独立的可调权重参数，且约束三者之和为一；

16、将任意两个构件间的所述空间距离加入预设偏置常数后取倒数并进行归一化处理，得到空间邻近度，将所述空间邻近度、所述拓扑关联度以及所述施工邻近度分别与对应的所述可调权重参数相乘并求和，得到两个构件间的综合连接强度；

17、遍历bim模型中的所有构件组合，计算每一对构件间的综合连接强度，按构件索引映射至矩阵对应位置，生成所述全局连接强度矩阵。

18、可选地，所述以各构件的空间坐标为中心，构建形态受全局连接强度矩阵调节的各向异性势场基函数，包括：

19、对任一构件，基于所述全局连接强度矩阵中所述构件对应的行向量，排除所述构件自身对应的矩阵元素后，寻找与所述构件综合连接强度最大的目标构件；

20、将所述构件指向所述目标构件的空间向量作为所述势场基函数的主轴方向；

21、采用三维高斯函数作为所述势场基函数，将所述函数在所述主轴方向上的方差设置为与所述构件对应的最大综合连接强度正相关的正数值，在所述高斯函数的正交方向上的方差设置为预设的常数。

22、可选地，所述根据基于预设截断节点的关键系统路径完整性约束对所述初始划分方案进行校验，若存在逻辑断裂点，则提取逻辑断裂点两侧构件的特征参数，以及所述两侧构件当前所属分割区域的聚类标签及对应聚类中心的空间坐标作为断裂样本，包括：

23、提取bim模型中属于同一机电管线系统、物理相连且内部不包含预设截断节点的构件集合构成关键系统路径；

24、检查同一关键系统路径中的所有构件是否划分至相同的聚类标签；

25、若存在属于同一关键系统路径但划分至不同聚类标签的相邻构件，则判定所述相邻构件的连接处为逻辑断裂点；

26、将所述逻辑断裂点两侧的构件的特征参数，以及所述两侧构件当前所属分割区域的聚类标签及对应聚类中心的空间坐标，共同提取为断裂样本。

27、第二方面，本发明还提供了一种基于bim技术的项目辅助划分系统，包括以下模块：

28、生成模块，用于获取bim模型各构件的几何信息、系统信息和施工信息，构建包含归一化空间坐标、系统拓扑编码及施工流程次序的多维特征向量，基于所述多维特征向量，计算构件间的空间距离、拓扑关联度及施工邻近度，通过可调权重参数加权融合计算综合连接强度，生成全局连接强度矩阵；

29、构建模块，用于以各构件的空间坐标为中心，构建形态受全局连接强度矩阵调节的各向异性势场基函数，将所有势场基函数线性叠加形成覆盖模型空间的标量势场，将所述标量势场取反形成反转标量势场，求解梯度为零且海森矩阵正定的局部极小值点集作为聚类中心，利用三维分水岭算法提取相邻聚类中心间的分水岭曲面作为初始分割边界，得到初始划分方案；

30、划分模块，用于根据基于预设截断节点的关键系统路径完整性约束对所述初始划分方案进行校验，若存在逻辑断裂点，则提取逻辑断裂点两侧构件的特征参数，以及所述两侧构件当前所属分割区域的聚类标签及对应聚类中心的空间坐标作为断裂样本，利用启发式优化算法调整所述可调权重参数并返回所述基于所述多维特征向量计算构件间的空间距离、拓扑关联度及施工邻近度的步骤进行迭代，直至满足所述关键系统路径完整性约束，输出工作集划分结果。

31、进一步地，所述构建包含归一化空间坐标、系统拓扑编码及施工流程次序的多维特征向量，包括：

32、提取各构件外包围盒的中心位置，将所述中心位置的各维度的坐标数值减去模型全局对应维度的最小极值后，除以所述维度的极差值，得到所述归一化空间坐标；

33、读取各构件在项目分类树中的层级路径，按自顶向下的顺序用统一位数的十六进制码进行填充拼接，生成相同长度的所述系统拓扑编码；

34、获取各构件在施工进度计划中的计划开工时间，计算所述时间与项目总开工时间的时间差绝对值作为天数，生成所述施工流程次序；

35、将所述归一化空间坐标、经数值化映射的系统拓扑编码和施工流程次序依次拼接为一个数值型的一维数组，构成所述多维特征向量。

36、进一步地，所述基于所述多维特征向量，计算构件间的空间距离、拓扑关联度及施工邻近度，包括：

37、利用任意两个构件的归一化空间坐标，计算二者之间的欧氏距离作为所述空间距离；

38、从左至右逐位比对任意两个构件的系统拓扑编码，统计从首位开始连续相同的字符个数，将所述个数除以编码总长度的比例值作为所述拓扑关联度；

39、计算任意两个构件的施工流程次序的差值绝对值，将所述绝对值除以预设时间常数，取所得商的相反数的自然指数作为所述施工邻近度。

40、进一步地，所述通过可调权重参数加权融合计算综合连接强度，生成全局连接强度矩阵，包括：

41、初始化空间权重、拓扑权重和施工权重三个独立的可调权重参数，且约束三者之和为一；

42、将任意两个构件间的所述空间距离加入预设偏置常数后取倒数并进行归一化处理，得到空间邻近度，将所述空间邻近度、所述拓扑关联度以及所述施工邻近度分别与对应的所述可调权重参数相乘并求和，得到两个构件间的综合连接强度；

43、遍历bim模型中的所有构件组合，计算每一对构件间的综合连接强度，按构件索引映射至矩阵对应位置，生成所述全局连接强度矩阵。

44、进一步地，所述以各构件的空间坐标为中心，构建形态受全局连接强度矩阵调节的各向异性势场基函数，包括：

45、对任一构件，基于所述全局连接强度矩阵中所述构件对应的行向量，排除所述构件自身对应的矩阵元素后，寻找与所述构件综合连接强度最大的目标构件；

46、将所述构件指向所述目标构件的空间向量作为所述势场基函数的主轴方向；

47、采用三维高斯函数作为所述势场基函数，将所述函数在所述主轴方向上的方差设置为与所述构件对应的最大综合连接强度正相关的正数值，在所述高斯函数的正交方向上的方差设置为预设的常数。

48、进一步地，所述根据基于预设截断节点的关键系统路径完整性约束对所述初始划分方案进行校验，若存在逻辑断裂点，则提取逻辑断裂点两侧构件的特征参数，以及所述两侧构件当前所属分割区域的聚类标签及对应聚类中心的空间坐标作为断裂样本，包括：

49、提取bim模型中属于同一机电管线系统、物理相连且内部不包含预设截断节点的构件集合构成关键系统路径；

50、检查同一关键系统路径中的所有构件是否划分至相同的聚类标签；

51、若存在属于同一关键系统路径但划分至不同聚类标签的相邻构件，则判定所述相邻构件的连接处为逻辑断裂点；

52、将所述逻辑断裂点两侧的构件的特征参数，以及所述两侧构件当前所属分割区域的聚类标签及对应聚类中心的空间坐标，共同提取为断裂样本。

53、本发明通过提取bim模型构件的空间、系统拓扑和施工时序等多维特征，并加权融合生成全局连接强度矩阵，以表征构件之间的综合关联关系。在此基础上，构建各向异性势场并结合三维分水岭算法提取划分边界，使离散构件关联能够转化为连续空间划分模型，有利于提高工作集划分的合理性。进一步地，通过关键系统路径完整性约束进行闭环校验，在发现逻辑断裂时利用启发式优化算法调整权重参数，降低管线或关键路径被不合理截断的概率，从而提升项目辅助划分的准确性和工程适用性。