基于BIM的复杂管网安装模拟方法及系统与流程

本发明涉及计算机辅助设计与施工模拟，具体涉及基于bim的复杂管网安装模拟方法及系统。

背景技术：

1、随着建筑信息模型（building information modeling，bim）技术在工程建造领域的深入应用，复杂管网系统的三维可视化模拟已成为解决管道密集排布、空间交叉受限等问题的关键手段，模拟精度与过程合理性直接关系到施工效率与工程质量。尤其在船舶动力舱、工业厂房等场景中，管网安装涉及多专业、多阶段的交叉作业，安装顺序与空间协调的复杂性显著增加，对基于bim的模拟方法提出了更高的动态适应能力要求。

2、目前，普遍采用的bim管网安装模拟方法主要聚焦于静态三维空间位置的碰撞检测与净距分析，通过一次性的整体建模检查管道、桥架等构件之间的几何干涉，从而优化设计布局。这种方式能够有效识别设计阶段的明显空间冲突，但对于安装过程的时序特征缺乏建模能力，通常将各管段的安装视为相互独立的静态任务，未考虑不同安装阶段之间的空间耦合关系以及施工精度在阶段间的传递效果，前期安装对后续作业空间的动态压缩效应以及安装误差的逐级累积影响，导致后续管段安装冗余不足，严重影响了施工效率与模拟的准确性。

技术实现思路

1、为了解决现有方法未考虑不同安装阶段之间的空间耦合关系以及施工精度在阶段间的传递效果，严重影响了施工效率与模拟的准确性的技术问题，本发明的目的在于提供基于bim的复杂管网安装模拟方法及系统，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明提供基于bim的复杂管网安装模拟方法，该方法包括：获取管网安装现场的初始参数；初始参数包括每一管段的设计安装信息，以及初始可用空间冗余信息；根据每一管段的设计安装信息，将所有管段划分为多个安装阶段；根据每一安装阶段所需的安装空间信息，以及初始可用空间冗余信息，生成阶段影响系数集；阶段影响系数集中的每一阶段影响系数用于量化一个前序安装阶段组合一个后续安装阶段的约束程度；获取每一安装阶段的实际安装信息，并根据实际安装信息与设计安装信息，确定每一安装阶段的阶段安装误差；根据每一安装阶段的阶段安装误差以及阶段影响系数集，确定当前安装阶段的误差累积效应，并基于误差累积效应与预设阈值的比较结果，生成用于指导当前安装阶段施工的预警信息。

3、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法具体包括：根据预设的多个评价维度，对每一管段进行评分；评价维度包括管道类型、管径尺寸、空间交叉复杂度和安装高度；基于每一评价维度的预设权重，对每一管段在多个评价维度的得分进行加权求和，确定每一管段的综合优先级得分；将每一管段的综合优先级得分从高到低进行排序，基于得分的数值进行聚类，每一类簇归入同一个安装阶段，将所有管段划分为多个安装阶段。

4、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法具体包括：根据每一安装阶段内所有管段的设计安装信息，确定每一安装阶段所需的安装空间体积；根据前序安装阶段所需的安装空间体积以及前序安装阶段开始施工前的剩余可用空间冗余信息，确定前序安装阶段的空间占用率；根据前序安装阶段与后续安装阶段在空间上的操作包络区域的重叠体积，以及后续安装阶段所需的安装空间体积，确定前序安装阶段与后续安装阶段之间的空间重叠度；当空间占用率大于第一预设阈值或空间重叠度大于第二预设阈值时，采用预设的第一权重对空间占用率进行加权，采用预设的第二权重对空间重叠度进行加权，并将加权后的空间占用率与加权后的空间重叠度进行累加，将累加结果作为前序安装阶段组合后续安装阶段的阶段影响系数；当空间占用率不大于第一预设阈值且空间重叠度不大于第二预设阈值时，将前序安装阶段组合后续安装阶段的阶段影响系数设定为预设的无效值；遍历所有具有前序后续关系的安装阶段组合，生成阶段影响系数集。

5、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法具体包括：根据每一安装阶段内每一管段的设计坐标、管径以及管长信息，并结合预设的操作余量，确定每一管段在三维空间中的理论操作包络体积；所述操作余量用于为施工操作预留安全空间；根据每一安装阶段内所有管段之间的空间交叉关系，确定管段之间操作包络区域的空间重叠部分体积；将每一管段的理论操作包络体积之和减去操作包络区域的空间重叠部分体积，确定每一安装阶段所需的安装空间体积。

6、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法具体包括：通过三维激光扫描仪获取每一安装阶段的现场点云数据；将现场点云数据与预设的建筑信息模型进行配准，提取每一安装阶段内每一管段的实际安装坐标；根据每一管段的实际安装坐标与设计安装信息中的设计坐标，确定每一管段的个体安装误差；对每一安装阶段内所有管段的个体安装误差进行均值化处理，确定每一安装阶段的阶段安装误差。

7、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法具体包括：确定与当前安装阶段之间的阶段影响系数大于预设影响阈值的多个目标前序安装阶段；获取每一目标前序安装阶段的阶段安装误差，以及每一目标前序安装阶段组合当前安装阶段的阶段影响系数；对每一目标前序安装阶段的阶段安装误差与对应的阶段影响系数的乘积进行累加，将累加结果确定为当前安装阶段的误差累积效应。

8、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法具体包括：获取当前安装阶段在进行安装前的剩余可用空间冗余信息；当剩余可用空间冗余信息小于当前安装阶段所需的安装空间体积与预设倍数的乘积时，生成第一预警信息；第一预警信息用于提示安装空间不足；获取行业规范允许的安装误差阈值，当误差累积效应达到安装误差阈值的预设比例时，生成第二预警信息；第二预警信息用于提示需提高当前安装阶段的安装精度控制标准。

9、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法具体包括：根据每一管段的实际安装坐标与其设计安装信息中的设计坐标，确定每一管段在三维空间各坐标轴方向上的位置偏差；根据各坐标轴方向上的位置偏差，确定每一管段的综合位置误差，将每一管段的综合位置误差作为每一管段的个体安装误差。

10、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，该方法还包括：在完成每一安装阶段后，根据安装阶段内所有管段所占用的空间体积，更新剩余可用空间冗余信息；将安装阶段的划分结果、阶段影响系数集以及误差累积效应导入建筑信息模型的四维模拟模块，生成多阶段动态安装模拟过程；在动态安装模拟过程中，当生成的预警信息触发时，调整后续安装阶段中管道的设计安装参数，并基于调整后的参数重新进行模拟。

11、第二方面，本发明提供基于bim的复杂管网安装模拟系统，系统包括：存储器、处理器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述任意一项方法的步骤。

12、本发明具有如下有益效果：

13、本发明通过将管网安装过程分解为多个阶段，并量化前序阶段对后续阶段的空间约束程度，同时引入基于实际扫描的安装误差与误差累积效应计算，实现了从静态碰撞检测到动态过程模拟的跨越。能够提前识别因前期安装占用空间而对后期施工造成的冗余压缩风险，并基于误差累积与预设阈值的比较结果主动生成预警信息，从而指导现场施工调整。与现有仅关注静态净距的模拟方法相比，显著降低了大空间复杂管网安装中因空间动态压缩和误差传递导致的返工率，提升了施工效率与模拟的准确性。从而解决了现有方法未考虑不同安装阶段之间的空间耦合关系以及施工精度在阶段间的传递效果，严重影响了施工效率与模拟的准确性的技术问题。