BIM軟件系統(tǒng)模型間智能聯(lián)動(dòng)機(jī)理探究

周宗澤張師定申俊昕

（1.上海同豪土木工程咨詢(xún)有限公司，上海 200092；2.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650041）

BIM軟件系統(tǒng)由若干軟件組成，無(wú)論各軟件模型間，或是同一軟件各模型間，常因?qū)I(yè)功能要求其實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)。智能聯(lián)動(dòng)是通過(guò)協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)運(yùn)作，使系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，便于統(tǒng)一分析處理，以實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)間的協(xié)同工作，使各子系統(tǒng)間完成智能聯(lián)動(dòng)，更大地發(fā)揮各子系統(tǒng)的作用，使多個(gè)子系統(tǒng)真正結(jié)合成為一個(gè)有機(jī)的大系統(tǒng)。

為清楚地研究系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)機(jī)理，筆者撇開(kāi)具體專(zhuān)業(yè)個(gè)性、抽取聯(lián)動(dòng)共性，建立了BIM軟件系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)的概念模型。

一、物理系統(tǒng)中的模型

軟件系統(tǒng)是對(duì)物理世界的抽象刻畫(huà)，是系統(tǒng)理論在數(shù)字技術(shù)中的體現(xiàn)。為了不失一般性，建議概念系統(tǒng)僅包括兩個(gè)模型，或者兩個(gè)子系統(tǒng)；進(jìn)一步假設(shè)兩個(gè)模型分別為長(zhǎng)方體模型及球體模型（選擇實(shí)體幾何，便于直觀理解）。

假設(shè)該物理系統(tǒng)的參考坐標(biāo)系為空間直角坐標(biāo)系，即系統(tǒng)坐標(biāo)系O-XYZ，如圖1所示。

該系統(tǒng)狀態(tài)可用式（1）表達(dá)。

二、物理系統(tǒng)中的模型參數(shù)化

為了便于系統(tǒng)信息化及智能化，需依據(jù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，將該物理系統(tǒng)參數(shù)化，即系統(tǒng)所有模型參數(shù)化。

（一）長(zhǎng)方體模型參數(shù)化

長(zhǎng)方體模型參數(shù)化包括幾何參數(shù)化與非幾何參數(shù)化，結(jié)果如下。

1.長(zhǎng)方體模型幾何參數(shù)：L——長(zhǎng)度（可變參數(shù)），與X軸平行；W——寬度（可變參數(shù)），與Y軸平行；H——高度（不變參數(shù)），與Z軸平行。

2.長(zhǎng)方體模型位置參數(shù)：長(zhǎng)方體的一個(gè)表面位于坐標(biāo)面YOZ內(nèi)，保持不變。

3.長(zhǎng)方體模型自身幾何約束：長(zhǎng)方體各相鄰表面相互垂直。

筆者建議將攜帶不變參數(shù)之長(zhǎng)方體模型稱(chēng)為初始模型，即半成品模型。（注：對(duì)于長(zhǎng)方體模型非幾何參數(shù)，由于其不涉及幾何聯(lián)動(dòng)，而且易處理，這里從略。）

長(zhǎng)方體模型參數(shù)化結(jié)果可用式（2）表達(dá)。

1.2.2 培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn) ①基本護(hù)理操作技能培訓(xùn)，按照上海市《護(hù)理臨床教程》第2版的操作評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。②社區(qū)站點(diǎn)專(zhuān)科技能培訓(xùn)，統(tǒng)一按照第二軍醫(yī)大學(xué)出版社頒布的《社區(qū)公共衛(wèi)生工作手冊(cè)》所規(guī)定的工作內(nèi)容。

（二）球體模型參數(shù)化

球體模型進(jìn)行參數(shù)化包括幾何參數(shù)化與非幾何參數(shù)化。

1.球體模型幾何參數(shù)：R——半徑（可變參數(shù)）。

2.球體位置參數(shù)：（x0，y0，z0）——球心位置坐標(biāo)，假定其在坐標(biāo)系XOY面內(nèi)（即z0=0），并且固定不動(dòng)。

3.球體自身幾何約束：球面任一點(diǎn)距球心之距離=該球體半徑。（注：對(duì)于球體模型非幾何參數(shù)，由于其不涉及幾何聯(lián)動(dòng)且易處理，這里從略。）

球體模型參數(shù)化結(jié)果可用式（3）表達(dá)。

三、系統(tǒng)模型正向設(shè)計(jì)路線(xiàn)

深挖工程知識(shí)及BIM技術(shù)，筆者提出系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)過(guò)程包括智能建模子過(guò)程與模型聯(lián)動(dòng)子過(guò)程，如圖2所示。

智能建模子過(guò)程中，將設(shè)計(jì)過(guò)程分為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)與特殊設(shè)計(jì)；將設(shè)計(jì)構(gòu)思過(guò)程模擬為“控制參數(shù)驅(qū)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則庫(kù)”之過(guò)程；巧妙地將經(jīng)驗(yàn)規(guī)則庫(kù)之“后件”關(guān)聯(lián)到“標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)”或“模型參數(shù)庫(kù)”，從而實(shí)現(xiàn)智能創(chuàng)建初始BIM模型。

模型聯(lián)動(dòng)子過(guò)程中，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采取人-機(jī)交互式修改BIM模型；對(duì)于特殊設(shè)計(jì)，采取功能性分析/檢驗(yàn)及優(yōu)化（局部?jī)?yōu)化）BIM過(guò)程，然后與關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行聯(lián)動(dòng)優(yōu)化。通過(guò)完成以上兩個(gè)子過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了正向設(shè)計(jì)，而輸出結(jié)果——BIM模型即可滿(mǎn)足交付標(biāo)準(zhǔn)。

四、模型間關(guān)聯(lián)

系統(tǒng)的兩個(gè)模型間發(fā)生的聯(lián)系，包括幾何方面的聯(lián)系與非幾何方面的聯(lián)系，以便系統(tǒng)在滿(mǎn)足功能要求的前提下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。其中幾何方面的聯(lián)系（即模型裝配）較為復(fù)雜。

不失一般性，假設(shè)該系統(tǒng)中兩個(gè)模型間幾何關(guān)聯(lián)規(guī)則如下：無(wú)論系統(tǒng)參數(shù)數(shù)值作何變化，始終保持長(zhǎng)方體與球體相切。（注：參數(shù)數(shù)值變化范圍由領(lǐng)域?qū)＜襾?lái)定，其最低要求是：保持幾何體在概念上成立。）

由幾何關(guān)聯(lián)規(guī)則得到式（4）：

不失一般性，假設(shè)在該幾何關(guān)聯(lián)規(guī)則下，領(lǐng)域?qū)＜姨岢鰞?yōu)化目標(biāo)函數(shù)如式（5）所示，形成系統(tǒng)優(yōu)化模型：

功能函數(shù)V長(zhǎng)方體=L×W×H

V球體=4/3×π×R3

約束條件：見(jiàn)式（1）～（4）

幾何關(guān)聯(lián)函數(shù)：R=xo-L或L=xo-R

圖1O-XYZ系統(tǒng)坐標(biāo)系內(nèi)長(zhǎng)方體模型與球體模型智能聯(lián)動(dòng)之概念模型

圖2 系統(tǒng)模型正向設(shè)計(jì)技術(shù)路線(xiàn)

該參數(shù)化系統(tǒng)可由智能軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化（子系統(tǒng)優(yōu)化類(lèi)同）。

五、參數(shù)化系統(tǒng)之聯(lián)動(dòng)

將系統(tǒng)模型參數(shù)化，并建立參數(shù)化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)改變一個(gè)可變參數(shù)數(shù)值，則其余參數(shù)自動(dòng)（按規(guī)則）調(diào)整；當(dāng)需要改變多個(gè)參數(shù)數(shù)值時(shí)，則依次改變，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)（互操作），從而生成一個(gè)新系統(tǒng)，即系統(tǒng)新?tīng)顟B(tài)。

六、BIM系統(tǒng)運(yùn)作機(jī)理

綜上分析，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)是系統(tǒng)最優(yōu)化與動(dòng)態(tài)適應(yīng)性之表現(xiàn)。筆者提出BIM軟件系統(tǒng)運(yùn)作機(jī)理，以參數(shù)化模型描述專(zhuān)業(yè)實(shí)體，建立系統(tǒng)初始狀態(tài)；依據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則，通過(guò)參數(shù)驅(qū)動(dòng)模型，生成專(zhuān)業(yè)模型；基于參數(shù)化模型間智能規(guī)則，通過(guò)相關(guān)參數(shù)化模型間之聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模型間協(xié)調(diào)，即系統(tǒng)整體最優(yōu)。

為了進(jìn)一步探索BIM技術(shù)，本文基于系統(tǒng)理論，用系統(tǒng)理論對(duì)BIM軟件系統(tǒng)做了初步探索，并深度挖掘了BIM軟件系統(tǒng)模型間智能聯(lián)動(dòng)機(jī)理。依賴(lài)BIM技術(shù)，系統(tǒng)理論發(fā)揮的作用越來(lái)越大。