收藏本站
《西安建筑科技大学》 2015年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于BIM的智能化辅助设计平台技术研究

李智杰  
【摘要】:数字化的建筑设计方案已在建筑领域中大量存在并得到广泛应用,对其中蕴含的丰富知识财富和经验积累加以有效再利用具有重要意义。借助计算机技术构建智能化的辅助设计平台并应用于工程项目的辅助设计或建筑设计辅助教学,可为建筑设计人员从已有的数字化设计案例中获取建筑知识、学习设计经验和设计规范、激发设计灵感、辅助建筑设计构思、重用部分设计等提供工具支持,使得建筑设计及学习过程更加高效、便捷和愉悦,是提升计算机辅助建筑设计效率和质量的一种有效途径。BIM是利用数字技术表达建筑的几何、物理和功能信息,以支持建筑物全生命周期管理的信息资源共享技术。BIM模型是BIM技术的核心,随着BIM技术的蓬勃发展和广泛应用,BIM模型的数量将会越来越多,合理地利用这些资源能够有效地缩短设计周期、降低设计成本并提高设计质量。案例推理(CBR)是一种智能化设计理论,其基本原理是通过对以往类似问题的求解经验(即案例)进行推理来解决当前问题,利用该理论建立基于BIM的智能化辅助设计平台的关键问题是模型的特征选取与表达、分类与检索方法的构建。BIM模型的一种重要特征是隐含有大量的建筑空间关系信息,而目前广泛采用的以关键词作为检索条件的方法仅仅适用于语言能够描述的情况,建筑空间关系则难以用语言刻画,因此研究建筑空间关系的计算机表达方式是对BIM模型进行有效检索的前提。图论是描述现实世界事物间关系的数学及计算机理论,建筑学科以图论为基础产生了空间句法理论用来表达建筑空间关系并进行分析,因此利用空间句法理论和图论建立属性关系图可为建筑空间关系提供计算机表达方式。利用属性关系图开展BIM模型分类与检索研究的难点在于构建运行速度快、准确率高的非精确图匹配方法,而这同时也是计算机学科进行图数据分类和检索的研究热点与难点问题之一。本文以建筑设计方案的知识再利用为研究目标,以CBR理论为指导,以BIM模型为研究对象,针对BIM模型中隐含的建筑空间关系信息,运用图论和空间句法理论的基本原理,通过研究建筑空间关系的图模型形式化表达和自动提取算法,将基于建筑空间关系的BIM模型分类与检索问题转化为图匹配问题,进而研究相适应的基于图核和图嵌入的非精确图匹配方法,在此基础上研究基于功能气泡草图的BIM模型检索方法和原型系统的构建,为计算机辅助建筑设计提供更高效的服务。论文工作主要包括以下几个方面:1.建筑空间关系可以通过构造属性关系图模型进行形式化表达,由此产生的量化信息有利于在计算机中进行基于建筑空间关系的智能信息处理。本文借助图论和空间句法理论构造了融合空间句法的属性关系图模型(SSARG),在此基础上提出了建筑空间关系相关属性的形式化表达——建筑空间属性关系图模型(ASARG)及其自动提取算法,进而利用Revit API和C#语言在Revit平台上通过二次开发实现了ASARG的提取和属性计算的相关插件,最后给出了基于XML的BIM图匹配测试库的建立方法和相应的BIM图匹配测试库——BIMGM,为BIM模型分类与检索及其相关研究提供了数据支撑。2.结构模式识别领域中图匹配方法复杂度高,并且缺乏描述图拓扑性质的相关变量,难以满足基于建筑空间关系的BIM模型分类与检索所需的图匹配或通用图匹配的速度要求。本文在SSARG和ASARG的基础上提出了两种图核用于非精确图匹配,通过构造空间句法核和基于最短路径的空间句法核隐式地将图数据空间映射到特征向量空间,使得图之间的相似性度量转化为特征向量空间中的点积,进而利用SVM实现图数据的分类。与其他图匹配方法相比,该方法的复杂度低且分类识别率较高,为仅有拓扑属性的BIM模型或图数据提供了性能较好的基础图匹配方法。3.统计模式识别领域具有丰富的数学工具,而结构模式识别领域却很难对其加以利用,难以满足基于建筑空间关系的BIM模型分类与检索所需的图匹配或通用图匹配的精度要求。本文借鉴图嵌入的基本思想,在SSARG和ASARG的基础上提出了基于拓扑特征与领域特征的图嵌入方法、基于多尺度特征的图嵌入方法和基于改进K-均值聚类的图嵌入方法。通过这些方法将结构模式识别问题转化为统计模式识别问题,进而可以利用统计模式领域拥有的丰富数学方法实现非精确图匹配。与其他图匹配方法相比,上述方法均采用的是统计的方法并有效利用了基于空间句法理论构造的图拓扑特征,因此算法复杂度较低且分类识别率高,为具有拓扑属性和领域属性的BIM模型或图数据提供了性能较好的基础图匹配方法。4.BIM模型中隐含有大量的建筑空间关系信息,而传统的BIM模型检索方法却未加以有效利用,并且缺乏相应的检索接口。本文在上述方法的基础上提出了一种基于功能气泡草图的BIM模型检索方法并构造了原型系统。通过手绘和矢量功能气泡草图实现检索条件输入,进而提取草图中建筑空间的拓扑和领域属性等信息构造ASARG模型,借助基于图嵌入的特征提取方法将ASARG转换到特征向量空间,最后通过构造特征向量空间中的相似性度量函数实现了基于建筑空间关系的BIM模型的检索方法。在上述步骤的基础上构造了原型系统,并通过实验验证了方法的有效性,为构建基于功能气泡草图的BIM模型检索提供了关键技术。本研究为基于BIM的智能化的辅助设计平台提供了基础理论和核心技术,也为海量建筑信息的智能数据处理提供了基础方法。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP391.41

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 张红;王新生;余瑞林;;空间句法及其研究进展[J];地理空间信息;2006年04期
2 高岩琰;李早;;基于空间句法理论的小区内部可达性研究[J];工程与建设;2014年02期
3 樊永生;;基于空间句法的空间拓扑区域中心评判研究[J];电脑知识与技术;2013年31期
4 易增林;李本新;肖高铭;余伟平;;空间句法在城市形态分析中的作用[J];测绘通报;2008年02期
5 周永望;田朝前;李敏;;基于三维空间句法的城市空间通视性分析[J];计算机工程与应用;2014年01期
6 厉旭东;赵晓琴;孙毅中;;GIS与空间句法的集成及空间形态结构量化分析——以南京师范大学仙林校区为例[J];南京师大学报(自然科学版);2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李云飞;荣丽华;刘胜宾;;基于空间句法的区位分析初探——以呼和浩特如意总部基地规划设计为例[A];规划创新:2010中国城市规划年会论文集[C];2010年
2 赵刚;王金岩;左长安;董睿;;济南商业中心时空变迁研究——空间句法与历史—地理描述分析的结合性互证[A];多元与包容——2012中国城市规划年会论文集(04.城市设计)[C];2012年
3 夏海山;吴一强;;基于空间句法的城市轨道交通对地下商业布局的影响研究——以北京市为例[A];规划创新:2010中国城市规划年会论文集[C];2010年
4 吕耿;;空间句法在城市规划与设计中的应用初探——以哈尔滨三马地区空间策略规划为例[A];和谐城市规划——2007中国城市规划年会论文集[C];2007年
5 胡乃彦;;对低生活成本住区街道的空间句法解析[A];转型与重构——2011中国城市规划年会论文集[C];2011年
6 周晗;;基于空间句法的长沙城市意象分析[A];城市时代,协同规划——2013中国城市规划年会论文集(02-城市设计与详细规划)[C];2013年
7 邓凌云;黄军林;陈健;;基于空间句法的长沙商业中心演变研究[A];规划引领下的新型城市化研究——2009年湖南省优秀城乡规划论文集[C];2009年
8 史宜;杨俊宴;;城市中心区空间区位选择的空间句法研究——以南京为例[A];转型与重构——2011中国城市规划年会论文集[C];2011年
9 杨滔;;从空间句法的角度看参与式的空间规划[A];城市时代,协同规划——2013中国城市规划年会论文集(03-城市总体规划)[C];2013年
10 余伟平;;空间句法在城市形态分析中的应用[A];华东地区第十次测绘学术交流大会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李智杰;基于BIM的智能化辅助设计平台技术研究[D];西安建筑科技大学;2015年
2 孙鹏;空间句法理论与传统空间分析方法对中国古典园林的对比解读—承德避暑山庄空间环境研究[D];北京林业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴泉晓;基于空间句法原理的青海郭麻日历史文化名村空间特征研究[D];长安大学;2015年
2 何烨;基于空间句法的西安大华1935空间布局研究[D];西安建筑科技大学;2015年
3 彭益旻;基于空间句法的商业综合体与城市过渡空间研究[D];西南交通大学;2015年
4 孙雅婷;基于空间句法的武汉市综合性公园绿地可达性研究[D];华中农业大学;2015年
5 高祥;步行视角下广州市北京路历史街区的空间句法规划应用研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
6 胡扬;室外商业街中步行者路径选择与环境的关联性研究[D];合肥工业大学;2015年
7 茹逸;基于空间句法的城市空间研究[D];中央美术学院;2016年
8 林楠;空间句法视角下广州村庄公共空间规划更新对策研究[D];广东工业大学;2016年
9 潘宇飞;基于空间句法的高铁枢纽邻接区空间研究[D];西南交通大学;2016年
10 张洋洋;基于空间句法量化分析的室内空间环境分析与再设计[D];郑州大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026