孫東輝，陳 粵，呂征宇

(1.上海欣能信息科技發(fā)展有限公司，上海 200025；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，上海 200233)

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)模型現(xiàn)狀

2014年上海土地規(guī)劃局規(guī)定，除重點(diǎn)地區(qū)和敏感區(qū)域外，建筑高度超過100 m或地上建筑面積超過10萬m2的商業(yè)、辦公、酒店等，并對(duì)城市空間影響較大的大型公共建筑建設(shè)工程必須進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)[1-2]。自數(shù)字化設(shè)計(jì)要求提出以來，上海市新投入的輸變電工程已采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的方式，積累了大量數(shù)字化設(shè)計(jì)成果。與此同時(shí)，在運(yùn)檢管理技術(shù)工作中的數(shù)字化管理需求也逐漸提上了日程。國(guó)網(wǎng)上海市電力公司運(yùn)檢部根據(jù)已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理辦法，吸收了數(shù)字化移交成果的優(yōu)點(diǎn)并結(jié)合BIM技術(shù)[3]，制定了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化設(shè)計(jì)模型移交管理辦法，逐步開展了新投入變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)模型移交工作。在此背景下，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司運(yùn)檢部根據(jù)已有數(shù)字化設(shè)計(jì)模型開展自動(dòng)化轉(zhuǎn)換研究，通過吸收研究過程中大量?jī)?yōu)化數(shù)據(jù)，積累一定的經(jīng)驗(yàn)，并取得顯著成效。

2 數(shù)字化設(shè)計(jì)模型與數(shù)字化輸變電管理模型對(duì)比

數(shù)字化設(shè)計(jì)模型多使用以Revit為代表的BIM軟件建模，其模型構(gòu)建是一個(gè)參數(shù)化的過程。模型的主要目的是為了方便工程信息管理，定位為整合工程生命周期中所需求的信息展示。便于工程設(shè)計(jì)及建設(shè)期間進(jìn)行材料用料管理，工程造價(jià)評(píng)估等工程數(shù)據(jù)驗(yàn)算。Revit建模軟件使用Autodesk Generic材質(zhì)為模型添加紋理。數(shù)字化設(shè)計(jì)模型可以直接導(dǎo)出多邊形格式的模型[3]。數(shù)字化設(shè)計(jì)模型導(dǎo)出后面數(shù)較多，材質(zhì)在展示平臺(tái)中無法識(shí)別。展示時(shí)流暢度及美觀度與數(shù)字化輸變電管理模型差距巨大。運(yùn)檢數(shù)字化輸變電管理模型多使用以3DS Max為代表的多邊形建模軟件(本文論述實(shí)現(xiàn)過程依托3DS Max軟件Script腳本)。

模型以展示外觀為主，不具備數(shù)字化設(shè)計(jì)模型信息管理的功能，但模型細(xì)節(jié)可控性強(qiáng)。在管控展示平臺(tái)中，數(shù)字化輸變電生產(chǎn)管理模型運(yùn)行流暢，模型外觀與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景保持一致，便于管控平臺(tái)用戶結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)使用。因此，在不考慮模型展示效果的前提下，著重優(yōu)化模型面數(shù)和材質(zhì)是能夠快速將數(shù)字化設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入管控展示平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)、運(yùn)維和檢修階段中進(jìn)行使用。

3 自動(dòng)化二次建模方案

3.1 模型面數(shù)二次建模處理方案

3.1.1 截面擠出類型構(gòu)件

在Revit模型中，有許多構(gòu)件的生成方式類似于3DS Max軟件中的擠出命令。鑒于構(gòu)件生成長(zhǎng)短的差異，Revit導(dǎo)出編輯多邊形構(gòu)件面數(shù)往往是3DS Max軟件中以同樣方式生成的可編輯多邊形面數(shù)的數(shù)倍甚至數(shù)百倍。截面擠出類型構(gòu)件二次建模前后比較如圖1所示。截面擠出類型構(gòu)件二次建模前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

圖1 截面擠出類型構(gòu)件二次建模前后比較圖

表1 截面擠出類型構(gòu)件二次建模前后數(shù)據(jù)對(duì)比

在大量?jī)?yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)，擠出類型的構(gòu)件在優(yōu)化過程中仍有規(guī)律可循，其特點(diǎn)如下。

(1)構(gòu)件命名中第一段字符一致者，其生成方式基本一致。

(2)在轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形后，在多邊形層級(jí)命令下。

(3)擠出構(gòu)件首尾兩端，面ID分別是1和2。

(4)擠出構(gòu)件首尾兩端的多邊形結(jié)構(gòu)規(guī)整，可依兩端多邊形重新構(gòu)建模型。

依據(jù)這些特點(diǎn)，可制定優(yōu)化方案如下。

(1)可依照模型結(jié)構(gòu)及名稱，由腳本選出所有擠出類型的構(gòu)件。

(3)將單個(gè)構(gòu)件轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形，刪除首尾兩端以外其他的面，然后使用橋接或擠出命令對(duì)模型進(jìn)行重新構(gòu)建，并重新設(shè)定構(gòu)件的平滑組。

3.1.2 線纜或軟管類型構(gòu)件

在Revit導(dǎo)出模型中，有許多線性構(gòu)件會(huì)被轉(zhuǎn)換為可編輯網(wǎng)格導(dǎo)出。由于線性構(gòu)件的特殊性，Revit導(dǎo)出構(gòu)件面數(shù)會(huì)是3DS Max軟件中以樣條線方式生成的可編輯多邊形面數(shù)的數(shù)十倍甚至數(shù)萬倍。而且，在3DS Max軟件中使用可渲染樣條線方式制作的線性對(duì)象，可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)修改橫截面邊數(shù)，達(dá)到最佳展示效果。

線纜或軟管類型構(gòu)件二次建模前后比較如圖2所示。線纜或軟管類型構(gòu)件二次建模前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

圖2 線纜或軟管類型構(gòu)件二次建模前后圖

表2 線纜或軟管類型構(gòu)件二次建模前后數(shù)據(jù)對(duì)比

在進(jìn)行線性構(gòu)件優(yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)，Revit軟件生成的線性模型其特點(diǎn)如下。

(1)復(fù)合線性構(gòu)件裝換可編輯多邊形后，每條線為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)元素。

(2)多數(shù)情況下，Revit線性構(gòu)件幾何體的兩個(gè)端面均由24個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成。

(3)在構(gòu)成線性構(gòu)件端面的多邊形頂點(diǎn)集中，任何一個(gè)頂點(diǎn)到其他頂點(diǎn)的距離最大值為該線性部件的線徑。

(4)在可編輯多邊形狀態(tài)下，線性部件轉(zhuǎn)折處截面頂點(diǎn)數(shù)大于其他非轉(zhuǎn)折處截面頂點(diǎn)數(shù)。

依據(jù)這些特點(diǎn)，可制定優(yōu)化方案如下。

(1)測(cè)量線性構(gòu)件端面直徑獲得數(shù)據(jù)R；設(shè)定線性構(gòu)件線纜轉(zhuǎn)折處最小頂點(diǎn)數(shù)閾值N。設(shè)定線性構(gòu)件轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間的最小距離閾值L。

(2)將線性構(gòu)件幾何體由可編輯網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形。

(3)依照距離首頂點(diǎn)的距離，索引幾何體元素的所有頂點(diǎn)集進(jìn)行排序。

(4)按照篩選出來的數(shù)據(jù)，從頂點(diǎn)集中依次選出轉(zhuǎn)折處頂點(diǎn)集。求頂點(diǎn)集中心坐標(biāo)值。判斷依據(jù)為：頂點(diǎn)集合中相互之間距離不大于R且集合中元素?cái)?shù)量不小于N的子頂點(diǎn)集。

(5)依照算法獲取到的頂點(diǎn)集中心坐標(biāo)集，篩選出相互之間距離大于L的點(diǎn)，重新生成樣條線。

(6)自動(dòng)設(shè)置樣條線的長(zhǎng)度、分段、材質(zhì)和UV。

3.2 模型材質(zhì)轉(zhuǎn)換

3.2.1 紋理材質(zhì)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換材質(zhì)庫(kù)

Revit軟件DS導(dǎo)出模型中，所有幾何體的材質(zhì)類型均為Autodesk Generic類型的材質(zhì)。在導(dǎo)出過程中材質(zhì)球名稱信息恒定不變。在Revit模型導(dǎo)入3DS MAX軟件后，可在3DS MAX軟件中建立對(duì)應(yīng)材質(zhì)庫(kù)，并根據(jù)材質(zhì)球名稱建立對(duì)照關(guān)系。

因此，要求在Revit軟件中建模時(shí)，材質(zhì)命名需要依照規(guī)范進(jìn)行。在標(biāo)準(zhǔn)的命名規(guī)范下，則可以批量根據(jù)材質(zhì)球名稱，自動(dòng)使用3DS MAX軟件材質(zhì)庫(kù)中的材質(zhì)球替換導(dǎo)入材質(zhì)，并重新賦予幾何體UVW貼圖坐標(biāo)，以達(dá)到提升模型美觀度的效果。

一個(gè)Revit電站導(dǎo)出文件中的典型材質(zhì)球效果如圖3所示。材質(zhì)球?qū)?yīng)替換后效果如圖4所示。

圖3 一個(gè)Revit電站導(dǎo)出文件中的典型材質(zhì)球效果

圖4 材質(zhì)球?qū)?yīng)替換后效果

3.2.2 Revit幾何體材質(zhì)轉(zhuǎn)換Standard材質(zhì)球

對(duì)其他未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)命名的材質(zhì)球，則無法進(jìn)行材質(zhì)自動(dòng)化替換。在研究過程中，為保證Revit模型色彩效果在展示平臺(tái)中正常展示，則需要對(duì)材質(zhì)球中的色值或貼圖進(jìn)行提取，并使用提取到的數(shù)據(jù)生成3DS MAX所使用的Standard材質(zhì)。在以往的工作中，這些步驟通常由人工完成。這形成了替換材質(zhì)球工作量龐大，并且替換過程中容易出錯(cuò)的問題。因此，使用插件進(jìn)行材質(zhì)球自動(dòng)化轉(zhuǎn)換工作是非常有必要的。在詳細(xì)檢索Revit材質(zhì)參數(shù)，并進(jìn)行研究后，總結(jié)部分重要對(duì)照關(guān)系如表3所示。

表3 Revit材質(zhì)與3DS MAX Standard材質(zhì)關(guān)鍵屬性對(duì)照表

由表3中所描述的部分參數(shù)匯總可得出，Revit材質(zhì)具備直接轉(zhuǎn)換為3DS MAX Standard材質(zhì)球的基礎(chǔ)，因此可直接通過Script腳本進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于Revit軟件內(nèi)部固有的參數(shù)化紋理無法導(dǎo)出，因此使用插件自動(dòng)轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)模型在管控平臺(tái)中快速展示，但并不能完全達(dá)到數(shù)字化設(shè)計(jì)模型在Revit軟件的顯示效果。另一方面，Revit軟件在建模時(shí)并不注重對(duì)材質(zhì)進(jìn)行深化編輯。因此，如需提高轉(zhuǎn)換后的材質(zhì)效果，則需要對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)模型材質(zhì)的設(shè)定提出新要求。

4 自動(dòng)化二次建模的效率提升及經(jīng)濟(jì)效益

自動(dòng)化二次建模技術(shù)在數(shù)字化設(shè)計(jì)模型向數(shù)字化輸變電管理模型轉(zhuǎn)換的工作過程中極大地減輕了人工優(yōu)化的工作量，提升了轉(zhuǎn)換工作的效率，使得數(shù)字化設(shè)計(jì)模型能夠快速在生產(chǎn)、運(yùn)維和檢修階段中進(jìn)行使用，可從一定程度上提升電網(wǎng)運(yùn)維管理、設(shè)備檢修、數(shù)字化建模數(shù)據(jù)采集過程中的安全性。

在經(jīng)濟(jì)效益上面，利用數(shù)字化設(shè)計(jì)成果進(jìn)行自動(dòng)化二次建模，所需的建模成本較人工優(yōu)化大幅度降低。以單個(gè)220 kV變電站建模為例，使用自動(dòng)化腳本優(yōu)化每個(gè)電站可節(jié)省的人工成本20人/天，縮短工期30%。同時(shí)自動(dòng)化優(yōu)化在數(shù)字化設(shè)計(jì)模型向數(shù)字化輸變電管理模型轉(zhuǎn)換的工作過程的大量應(yīng)用，必將會(huì)在電力行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，帶來極為特殊的意義。