面向BIM的母线自动设计技术研发

• 作 者: 刘冲
• 出 处: 华南理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: BIM 母线自动设计 RRT*算法 多目标优化

母线在现代化建筑的高低压配电系统中扮演着非常重要的角色,但是目前母线系统的设计仍然以人工方式的二维绘图为主。随着建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)概念的提出和推广,建筑模型的数字化程度大大提高,现有的母线设计模式已经不能很好地满足三维建筑信息集成和设计自动化的要求。本文在BIM软件平台上,针对母线设计的工程实际,在现有计算机智能算法的基础上,对三维环境下母线自动化设计的关键技术进行了研究,解决了母线自动布局和自动分段问题,开发了从布局设计到BOM生成的全流程母线自动化设计软件。论文的相关工作促进了母线行业融入BIM的发展潮流,对提高母线设计的自动化和智能化程度具有较高的工程应用价值。论文的主要研究工作概括如下:(1)在分析和总结现有母线设计方式及核心问题的基础上,面向BIM技术的发展,提出了基于Revit平台的母线自动化设计系统方案和总体框架。(2)针对母线设计工程实际,在快速扩展随机树(RRT*)算法的基础上,提出并实现了母线的自动布局算法。该算法提出了基于corner点的扩展策略,解决了原始RRT*算法节点扩展方向随机的问题,使得生成的母线路径平直,满足工程需求。此外,采用贪心算法对母线路径进行进一步的优化,使得回路总长度最短,弯头最少而且能够满足工程中对母线朝向的特殊要求。最后通过和RRT*算法、BRRT*算法的仿真结果对比分析并结合实例验证了算法可行性。(3)根据母线安装和制造方面的要求,总结并提炼出母线分段问题的变量和约束,建立了针对母线分段的多目标优化数学模型。在NSGA-II多目标优化算法的基础上,提出了决策变量按照回路段进行局部变异的策略,解决了NSGA-II算法在处理母线分段的标准长度最多和非标弯头最少这两个优化目标时,容易陷入局部最优和种群多样性不足的问题。对于母线分段问题,本算法和相关算法的计算结果比较表明,本算法在可行解的质量和多样性方面具有一定的优势。(4)作为以上各项研究成果的工程实践和验证,基于Revit平台采用C#开发了母线自动化设计系统。该系统覆盖了从布局设计到BOM生成的完整母线设计流程。通过获取Revit建筑信息模型的数据,建立了母线布局环境,并利用所开发的自动布局算法以及自动分段算法,实现BIM平台下的母线自动化设计。设计结果采用Revit的族实例呈现,并由Revit平台实现BOM的输出。