gis, bim，一种基于bim和gis的变电站模型构建方法

一种基于bim和gis的变电站模型构建方法

【技术领域】

[0001]本发明涉及电力领域，尤其是涉及一种基于BM和GIS的变电站模型构建方法。

【背景技术】

[0002]建筑信息模型(BIM)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，并可利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理。它具有可视化、协调性、优化性、模拟性和信息综合性等特点。它正在引发建筑行业一次史无前例的彻底变革，实现了从传统二维绘图向三维绘图的转变，使建筑信息能更加全面、智能、直观地展现出来。

[0003]BIM技术最初源于三维建筑设计的需要，其应用最初主要面向民用建筑领域，缺乏针对基础市政工程，特别是电力设施等专业工程领域的全面应用。然而对电力系统设施的设计建设而言，构建全生命周期的信息化模型，科学管理电网系统设计建设流程是构建智能电网的重要前提。近些年来，BM技术已经在一些重要的电力工程项目中成功应用，在我国的应用日趋成熟，目前已经在很多重要的大型电力工程项目中获得了成功应用，包括2010年上海世博会的国家电网企业馆项目、国家电网公司上海容灾中心项目、天津永定河变电站设计项目等，均取得了良好的经济效益和社会效益。同时，国内电网三维模型的标准建设工作已经逐步开展，国家电网公司已经开始进行电网三维可视化模型相应行业、公司规范的组织编写工作。因此，BM技术必将在未来的电力工程建设过程中得到快速的推广应用。

【发明内容】

[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法先进、覆盖全面、提高效率的基于BIM和GIS的变电站模型构建方法。

[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

[0006]一种基于BM和GIS的变电站模型构建方法，包括以下步骤:

[0007]I)确定待构建模型的变电站的电气设计范围；

[0008]2)获取待构建模型的变电站的参数数据以及GIS图像信息；

[0009]3)根据B/S网络架构建立基于BM和GIS的三维线路设计平台；

[0010]4)在基于BM和GIS的三维线路设计平台中，通过变电站的参数数据进行BM模型数据库的构建，并且根据GIS图像信息进行空间布局配置；

[0011]5)通过结合空间布局配置和BIM模型数据库进行变电站整体模型构建gis, bim，并且根据变电站整体模型进行展示、查询、检索、定位和安全管理。

[0012]所述的确定需要构建的变电站的电气设计范围的方法为以进线电缆头为起点至以出线电缆头为终点的范围。

[0013]所述的BIM模型数据库包括多个标准构件族，所述的标准构件族均由实际中的变电站组件参数建立。

[0014]所述的标准构件族包括变电站地下电缆线路模型库和地上变压器模型库，所述的变电站地下电缆线路库包括工作井模型、电缆沟模型、排管模型、电缆模型和附属结构模型，所述的地上变压器库包括集线器模型和变压器模型。

[0015]所述的步骤3)中的基于BM和GIS的三维线路设计平台包括GIS服务器、Web服务器、数据库服务器和多个Ie客户端，所述的GIS服务器通过VPN网络与多个Ie客户端连接，所述的Web服务器和数据库服务器通过局域网相互连接，所述的局域网与VPN网络连接。

[0016]所述的GIS服务器与VPN网络，以及局域网与VPN网络之间均设有防火墙。

[0017]与现有技术相比，本发明具有以下优点:

[0018]一、方法先进:本发明将GIS技术和BM技术结合起来，并且应用到了电力工程中，具有可视化、优化性、协同性等优点，不仅可以为后续的运行维护工作向更智能化的方向发展打下基础，也会对整个行业BM技术的可持续发展产生积极影响。

[0019]二、覆盖全面:本方法建立了 BM标准构件族，包括了大部分的变电站实物模块信息，能够更好的在BIM中将变电站模型构建完整，并且配以GIS的空间布局配置，更加直观、真实。

[0020]三、提高效率:本发明采用GIS+B頂信息融合和技术集成这一国际前沿技术，将BIM模型扩展至地下管线部分，并构建基于GIS平台的BM数据表达模型，将建筑BM模型和三维GIS技术进行深度融合，使设计人员能够在三维现场环境中进行相关设计数据的多维度分析、多视角空间校验，提高工作效率和设计质量。

【附图说明】

[0021]图1为本发明的方法流程图。

[0022]图2为电缆线路工程系统划分图。

【具体实施方式】

[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0024]实施例:

[0025]如图1所示，一种基于BM和GIS的变电站模型构建方法，包括以下步骤:

[0026]I)确定待构建模型的变电站的电气设计范围；

[0027]2)获取待构建模型的变电站的参数数据以及GIS图像信息；

[0028]3)根据B/S网络架构建立基于BM和GIS的三维线路设计平台；

[0029]4)在基于BM和GIS的三维线路设计平台中，通过变电站的参数数据进行BM模型数据库的构建，并且根据GIS图像信息进行空间布局配置；

[0030]5)通过结合空间布局配置和BIM模型数据库进行变电站整体模型构建，并且根据变电站整体模型进行展示、查询、检索、定位和安全管理。

[0031]为实现输变电工程的BM应用标准化，输变电工程中的构件形式必须统一学什么技能好，因此需要建立标准构件族库，工程构件应根据相应的系统划分建立族模型，所有构件族的集合称为该工程的构件族库，如图2所示，输电工程中地下电缆线路工程的族库构成。

[0032]在一个工程项目中，族库中的所有族模型都可以在该工程中直接进行引用，项目通过引用族库中的标准模型完成建模，不同构件的引用规则不完全相同:工井、排管等构件可被直接引用到工程项目中，电缆和预埋件等金具附件需嵌入工井、排管族中进行引用，形成标准族。

[0033]当前，数字化技术逐步融入电网设计行业，交互协同设计、三维设计推动电网勘测设计信息化技术不断发展，三维数字化技术应用于输电线路设计工作是当前研宄热点，使设计人员能够在三维现场环境中进行相关设计数据的多维度分析、多视角空间校验，提高工作效率和设计质量gis, bim，一种基于bim和gis的变电站模型构建方法，国内部分电力设计机构研发了基于GIS技术的三维线路设计平台，但在数据管理、业务协同、设计模型库建立和BIM应用领域等方面还存在不足，实现基于GIS的BM设计和管理应用则还未有先例。

[0034]本发明采用+B頂信息融合和技术集成这一国际前沿技术，将BM模型扩展至地下管线部分，并构建基于GIS平台的BM数据表达模型，将建筑BM模型和三维GIS技术进行深度融合，以此形成一体化信息集成平台，该平台架构以面向服务的设计为理念，基于IFC标准和三维地理空间信息平台的集成应用思想和技术方法进行数字化平台架构设计，构建基于B/S网络架构的电力设施BIM应用网络环境，整合空间地理信息资源、电力基础设施BIM模型与属性数据资源，实现电力设施的展示，查询，检索，定位，安全管理等功能，形成一套完善的电力基础设施三维可视化综合应用系统。

[0035]本平台建立了完整的多源异构后台数据库，其中包含有多个表，不同类型的数据由不同的数据表进行存储和管理，在数据入库时将基本数据的每个表都定义唯一的主键，将该主健值存储在参考表中，通过参考表来定义各表之间的数据约束，并对模型的属性数据进行管理和分析，在数据建库中，最大限度减少数据迀移、整理，以降低数据集成工作量，在数据管理中，采用数据总线集成模式对多元

bim受力分析，一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法与流程

本发明涉及建筑工程力学仿真领域，特别涉及一种基于bim信息模型的cae力学仿真的方法。

背景技术：

bim是现如今土木工程、水利工程、建筑工程等领域设计、施工、管理不可缺少的平台。但是直至目前，建立bim建筑信息模型时，这些信息中并没有包含力学信息，一方面在进行前期设计时没有力学信息作为设计的考量，从而降低了设计的效率，另一方面，后期施工阶段不能直观的、实时的看到建筑结构的受力状况，对一些因受力破坏引起的灾害预警达不到效果。

从以上的bim建筑信息模型中我们可以得到bim建筑三维几何模型，以及材料参数等进行力学仿真所需要的参数信息，但是从上得到的bim建筑三维几何模型是不能直接用于cae力学仿真的，因为bim建筑三维几何模型中包含了很多建筑的细节信息，如小孔、细小的槽、小凸台等，这些信息对于cae系统的网格会造成很大的影响。如不对其进行简化处理，不仅严重影响仿真的速度和精度，而且局部畸变单元会导致计算结果的巨大误差，甚至误导设计师得出错误结论。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于bim信息模型的cae力学仿真方法，该方法将建筑结构受力状况的力学信息包含到bim信息模型中，一方面实现bim信息模型系统与cae力学仿真系统之间实现信息的自动传输，保持bim信息模型系统与cae力学仿真系统的信息能进行同步更新；另一方面对后期施工阶段因受力破坏而导致的灾害进行及时的预警。

一种基于bim信息模型的cae力学仿真的方法，具体包括：

s1、将bim建筑三维几何模型通过网格简化系统进行重构，将简化后的bim三维模型导入cae力学仿真系统；

s2、提取bim信息模型系统中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给cae力学仿真系统，并驱动cae力学仿真系统更新；

s3、将更新后的cae力学仿真模型得到的力学信息反馈至bim信息模型，并将计算得到的力学信息从bim信息模型中显示出来。

作为优选，所述网格简化系统包括模型过滤模块、获取构件几何数据模块、获取构件材料参数模块、网格重构模块和数据传输模块；

模型过滤模块，将bim建筑信息模型中针对梁、柱、承重墙等受力的主体结构过滤出来；

获取构件几何数据模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其三维几何参数；

获取构件材料参数模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其材料参数信息；

网格重构模块，对bim建筑信息模型中原有的网格进行网格重构，以适应cae力学仿真；

实时数据传输模块，当bim建筑信息模型中有参数变化，通过实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化系统中，网格简化系统对bim信息模型重新进行计算，最终得到新的cae力学仿真模型，经过模型力学仿真后，将计算得到的力学信息反馈到bim信息模型中显示出来。

作为优选，所述步骤s3中的更新后的cae力学仿真模型得到的力学信息生成时变力学云图，将时变力学云图反通过数据结构的自动转换实时导入bim建筑三维几何模型，在实时bim建筑三维几何模型上显示其时变受力状况。

作为优选bim受力分析，在所述步骤s3中更新后的bim信息模型的时变力学云图中所反映的应力应变位移信息与与标准的应力应变位移情况进行对比、分析、评价其稳定性状况，对更新后的受力状态突变及时预警。

本发明实施例还提供一种基于网格简化系统的重构方法，具体包括以下步骤：

a、网格简化系统通过实时数据传输模块调取bim建筑信息模型；

b、通过模型过滤模块过滤得到建筑主体结构模型；

c、获取构件几何数据模块，自动获取主体结构中的构件获取其三维几何参数；

d、获取构件材料参数模块，自动获取主体结构中的构件获取其材料参数；

e、通过网格重构模块对bim建筑三维几何模型原有的网格进行重构；

f、网格简化系统通过实时数据传输模块将进过上述步骤处理得到的模型导入cae中进行力学仿真。

本发明实施例还提供一种cae力学仿真系统更新方法，具体包括以下步骤：

1)bim信息模型系统完成三维模型的参数化设计，并同时为后续的cae力学仿真分析添加改动的信息参数；

2)通过实时数据传输模块提取bim信息模型系统中改动的数据信息参数，然后将所述改动的数据信息参数保存为cae力学仿真系统可以识别的中间文件；

3)cae力学仿真系统读取所提取改动的数据信息参数，并生成cae参数化模型；

4)在cae力学仿真系统中设置求解参数，然后进行求解操作；

5)在求解完成后将求解后的力学信息结果返回到bim信息模型系统重新调整参数再进行cae分析，如果选择是，则返回到步骤s1，进行模型调整和信息参数的修改，然后继续运行该程序；如果选择否，则结束分析。

作为优选，当bim建筑信息模型的信息参数发生变化，实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化系统中，网格简化系统通过判断改动信息的属性，当网格简化系统判断是主体结构构件的材料参数、几何参数等影响力学仿真的数据变化时，则网格简化系统对bim建筑信息模型重新进行计算，得到新的cae力学仿真模型，反之则不需重新计算。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明将建筑结构受力状况的力学信息包含到bim信息模型中，一方面实现bim信息模型系统与cae力学仿真系统之间实现信息的自动传输，保持bim信息模型系统与cae力学仿真系统的信息能进行同步更新；另一方面通过本发明的应用，建筑设计人员在bim上进行建筑设计时，可以参考到力学信息，提高设计的效率，并且后期施工过程中可对施工中由于受力破坏导致的灾害进行及时的预警。

2、通过本发明所述的基于bim信息模型的cae力学仿真的方法为建筑结构的力学仿真提供高效的方法，避免重复建模，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于bim信息模型的cae力学仿真的方法的系统结构示意图；

图2为本发明所述网格简化系统的组成示意图；

图3为本发明基于网格简化系统的重构方法的原理图；

图4为本发明所述cae力学仿真系统更新方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至4所示，本发明实施例提供一种基于bim信息模型的cae力学仿真的方法，具体包括以下内容：

s1、将bim建筑三维几何模型通过网格简化系统进行重构，将简化后的bim三维模型导入cae力学仿真系统；

s2、提取bim信息模型系统中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给cae力学仿真系统，并驱动cae力学仿真系统更新；

s3、将更新后的cae力学仿真模型得到的力学信息反馈至bim信息模型，并将计算得到的力学信息从bim信息模型中显示出来。

目前，现有的bim建筑三维几何模型是不能直接用于cae力学仿真的，因为bim建筑三维几何模型中包含了很多建筑的细节信息，如小孔、细小的槽、小凸台等，这些信息对于cae系统的网格会造成很大的影响。如不对其进行简化处理，不仅严重影响仿真的速度和精度，而且局部畸变单元会导致计算结果的巨大误差，甚至误导设计师得出错误结论。

进一步地，当更新后的cae力学仿真模型得到的力学信息生成时变力学云图，将时变力学云图反通过数据结构的自动转换实时导入bim建筑三维几何模型，在实时bim建筑三维几何模型上显示其时变受力状况，更新后的bim信息模型的时变力学云图中所反映的应力应变位移信息与与标准的应力应变位移情况进行对比，分析，评价其稳定性状况，对更新后的受力状态突变及时预警。

参见图2所示，本发明实施例提供一种网格简化系统包括模型过滤模块、获取构件几何数据模块、获取构件材料参数模块、网格重构模块和数据传输模块；其中，所述模型过滤模块，由于在bim建筑信息模型中包含了许多力学仿真不需要的部分，所以通过模型过滤模块将bim建筑信息模型中针对梁、柱、承重墙等受力的主体结构过滤出来，本发明实施例中主要利用提供的函数开发针对模型的过滤功能；所述获取构件几何数据模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其三维几何参数，本发明实施例中主要利用.函数读取构件几何数据；所述获取构件材料参数模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其材料参数信息；所述网格重构模块，对bim建筑信息模型中原有的网格进行网格重构，以适应cae力学仿真；所述实时数据传输模块，当bim建筑信息模型中有信息参数变化，通过实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化系统中，网格简化系统对bim信息模型重新进行计算，最终得到新的cae力学仿真模型，模型力学仿真后，将计算得到的力学信息反馈到bim信息模型中显示出来。

参见图3所示，针对网格简化系统本发明实施例还提供一种基于网格简化系统的重构方法，具体包括以下步骤：

a、网格简化系统通过实时数据传输模块调取bim建筑信息模型；

b、通过模型过滤模块过滤得到建筑主体结构模型；

c、获取构件几何数据模块，自动获取主体结构中的构件获取其三维几何参数；

d、获取构件材料参数模块，自动获取主体结构中的构件获取其材料参数；

e、通过网格重构模块对bim建筑三维几何模型原有的网格进行重构；

f、网格简化系统通过实时数据传输模块将进过上述步骤处理得到的模型导入cae中进行力学仿真。

参见图4所示，本发明实施例还提供一种cae力学仿真系统更新方法，具体包括以下步骤：

1)bim信息模型系统完成三维模型的参数化设计，并同时为后续的cae力学仿真分析添加改动的信息参数；

2)通过实时数据传输模块提取bim信息模型系统中改动的数据信息参数，然后将所述改动的数据信息参数保存为cae力学仿真系统可以识别的中间文件；

3)cae力学仿真系统读取所提取改动的数据信息参数，并生成cae参数化模型；

4)在cae力学仿真系统中设置求解参数，然后进行求解操作；

5)在求解完成后将求解后的力学信息结果返回到bim信息模型系统重新调整参数再进行cae分析，如果选择是，则返回到步骤s1，进行模型调整和信息参数的修改，然后继续运行该程序；如果选择否，则结束分析。

其中，当bim建筑信息模型的信息参数发生变化，实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化系统中，网格简化系统通过判断改动信息的属性，当网格简化系统判断是主体结构构件的材料参数、几何参数等影响力学仿真的数据变化时，则网格简化系统对bim建筑信息模型重新进行计算，得到新的cae力学仿真模型，反之则不需重新计算。

本发明利用bim在地铁施工过程的实时三维空间数据，建立可视化三维模型，在具体的地铁施工过程中bim受力分析，一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法与流程，随着地铁施工过程中时间和数据信息的变化，三维可视化建筑模型也在不断地变化，将三维可视化模型导入有限元分析软件中，通过网格简化系统进行适当调整，并设置改动信息的属性，利用应力、应变、位移数据，对模型参数进行重定。根据cae力学仿真系统建立时变有限元模型，并利用实测的应力、应变、位移数据对模型结果进行验证，经过计算可以实时得到cae力学仿真模型，当对参数信息进行修改时，bim三维几何模型也随之改变，省去了建模浪费的时间，可以及时的得到改变后的相应的力学信息，从而削减了成本，显著提高了工作效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结

本发明公开了一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法，包括将BIM建筑三维几何模型通过网格简化系统进行重构，将简化后的BIM三维模型导入CAE力学仿真系统；提取BIM信息模型系统中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给CAE力学仿真系统学什么技能好，并驱动CAE力学仿真系统更新；将更新后的CAE力学仿真模型得到的力学信息反馈至BIM信息模型，并将计算得到的力学信息从BIM信息模型中显示出来。通过本发明的应用建筑设计人员在BIM上进行建筑设计时，可以参考到力学信息，提高设计的效率，并且后期施工过程中可对施工中由于受力破坏导致的灾害进行有效预警，同时避免重复建模，节约成本。

技术研发人员：唐旭海

受保护的技术使用者：武汉市陆刻科技有限公司

技术研发日：2017.05.27

技术公布日：2017.09.29