建筑构件智能识别方法研究_李伟青

第32卷第4期2005年7月

浙　江　大　学　学　报(理学版)

Journal of Zhej iang University (Science Edition )

http ://www .j ournals .zj u .edu .cn /sci

Vo l.32No.4Jul.2005

收稿日期:2004-05-31.

作者简介:李伟青(1965—),男,副研究员,博士,主要从事计算机辅助设计,工程图纸处理,图形图像处理等研究.E-mail:w qli@cad.z .

建筑构件智能识别方法研究

李伟青

(浙江大学CAD &CG 国家重点实验室,浙江杭州310027)

摘　要:基于电子版的建筑图纸识别是工程图纸识别领域的一个重要分支.与纸质图纸的扫描识别研究相比较,对电子版图纸识别的研究工作还不够深入.详细分析了经由A ut oCA D 绘制的电子版建筑图纸的绘制特点,提出了一套针对主体构件的智能识别方法,描述了各类构件的识别过程,最后讨论了智能识别方法的特点和下一步的工作.关　键　词:建筑图纸;图纸识别;电子图纸;纸质图纸

中图分类号:T P391 文献标识码:A 文章编号:1008-9497(2005)04-392-07L I Wei-qing(State K ey L ab of CA D &CG ,Zhej iang Univ ersity ,H angz hou 310027,China )

Research into methods of intelligent recognizing architectural components .Jo urnal o f Z hejiang U niver sity (Science Editio n )2005,32(4):392～398

Abstract :Electr onic a rchitectur al dr awing r ecog nitio n technique is a main branch in eng ineering dr awing r ecog ni-tio n field.Co mpar ed with paper dr aw ing r ecog nitio n m ethod,r esea rch into electr onic draw ing recog nition has no t been widely spr ead .T he character istics o f electro nic ar chitectural dr awing s made by A ut oCA D ar e explained .A set of int ellig ent methods o f r ecog nizing main ar chitectural co mpo nent s fr om elect ro nic draw ing s is presented .T he reco gnit ion pr ocesses ar e t hen described in detail.Fina lly,the specialty o f this reco gnit ion technique and the fut ur e w or k a re discussed.

Key words :archit ect ur al dr awing;dr aw ing r ecog nitio n;electr onic dra wing ;paper dra wing

20世纪70年代开始,美、日、欧等发达国家先后对工程图纸智能识别方法进行了卓有成效的探索,至今,研究范围已涉及到机械、建筑、交通、地形地貌、电子电路、气象等多个领域

[1,2]

.80年代末,国

内的一些高等院校和科研机构也开始了对这一重大课题的研究,并取得了一些阶段性成果

[3～5]

.

建筑工程建设过程中实现无纸化设计与信息共享是人们追求的长远目标.目前,鉴于信息技术在建筑业的渗透还不够彻底,人们还很难彻底摒弃传统的设计手段.即便采用了相关的绘图软件,其设计结果在后续各个阶段的利用(如计算施工工程量、编制预算等)仍然无法摆脱人工处理模式.实际上,利用图纸智能识别方法,计算机完全可以对设计图纸的后续处理有较大的作为

[6,7]

.电子版建筑图纸的智能

识别是计算机辅助设计技术在建筑业中的重要应用

之一,通过对构件几何属性的识别,可以为后续的建筑物三维建模、设计评价、工程量计算、工程预算等应用提供数据源,因此,开发基于电子版建筑图纸识别的应用系统显得非常必要.

目前,基于电子版建筑图纸的识别方法主要包括模板匹配[8]

、条件判别[9]

、约束网络[10]

、属性关联

图

[11]

和规则获取

[12]

等,这些方法都存在一些弱点,

如须由用户指定特定模板、识别规则不具有普遍意义、识别成功率不高等等.究其原因,主要有:(1)绘图软件功能的强大和灵活性导致了绘图结果的多样性和复杂性.在屏幕上显示效果完全一样的图形,在计算机内部的表达方式却未必一样,转换成DWG 数据文件后,在文件中的存储方式也不一样.(2)绘图人员的人为因素导致绘制结果的不一致性.用绘图软件绘制形成的图纸,在线素和语义的表达方面

是否合乎规范,与制图人员的经验和个人技术有密切关系.

鉴于电子版建筑图纸的绘制特点,为了高效、准确地提取图纸中的各类主体构件,必须综合考虑各种因素,如制图规则、构件绘制方式、轴线系统类型和布局、构件形状和大小尺寸、线元属性(颜色、线形和图层)、符号串与引出线位置、构件之间位置关系等等.

本文详细讨论了建筑图智能识别系统(AIRS)

中采用的各类主体构件的智能识别方法,包括对柱、梁、墙、板等主体构件和门、窗等建筑构件的提取,以及确定它们之间的拓扑关系.依据电子版建筑图纸的绘制特点,提出了一整套基于几何属性、标注属性、空间属性、拓扑结构、绘制属性等的智能识别方法.本文各小节内容安排如下:第1节简单介绍电子版建筑图纸及主体构件的有关概念,第2节讨论主要的智能识别方法,第3节详细描述各类主体构件的识别过程,最后一节对智能识别方法加以总结并提出进一步完善的设想.

1　电子版建筑图纸及主体构件

1.1　建筑设计工具

目前被用于建筑设计阶段的计算机软件系统通常有两类:

1.1.1　通用绘图软件

Auto CAD是最常见的一个制图工具,它提供了非常完备而强大的二维绘图功能,是CAD绘图工具的典范.

1.1.2　专用设计软件

这一类软件是专门针对建筑设计而开发的,它充分利用建筑行业所具有的特点,为满足建筑设计阶段的具体要求而进行了专门的定制,提供建筑设计所需的特定功能.

1.2　建筑物主体构件

柱、梁、墙、板属于建筑中的主体构件,它们承载了整栋建筑物的荷载.柱子是独立支撑结构的竖向构件,它在房屋中顶住梁和板这两种构件传来的荷载.梁是跨过空间的横向构件,它在建筑物中承担其上的板传来的荷载,再传到支撑它的柱上.墙体是在建筑物中起受力、维护、分隔作用的构件.板是直接承担其上面的平面荷载的平面构件,它支承在梁上或直接支承在柱上,把所受的荷载再传给梁或柱子.另外,门和窗是建筑物中不可缺少的建筑构件,他们

不但有实用价值,还起到了对建筑物的装饰作用.1.3　主体构件的表示形式

建筑图纸通常包含建筑总平面图、建筑施工图、结构施工图、暖卫施工图、电器设备施工图等几类.不同的主体构件,通常在不同的建筑图纸中加以表达.

柱子的详细信息通常由柱子定位图给出.如图1所示,位于轴线交叉处的填充块表示柱子.柱子的定位图表达了柱子的截面形状(如长方形、T形、L 形)、编号(如Z1、Z2)、到轴线的定位尺寸等.

图1　包含有柱子形状、尺子和位置信息的柱子定位图Fig.1　Or ientat ion g r aph including shape,size and po-sitio n infor matio n of pillar s

梁的详细信息通常由某一楼层平面梁整体配筋图给出.如图2所示,互相平行的两条直线段(通常为虚线)表示梁.梁的整体配筋图表达了梁的编号(如KL21(4A)、KL3(2A))、截面形状和大小(如240×370,截面为长方形)、长度、位置、到轴线的定位尺寸、以及配筋情况等.

图2　包含有梁的形状、尺寸和位置的梁的整体配筋图Fig.2　Steel g raph including shape,size and po sition info rmat ion o f girders

墙体的详细信息通常由某一楼层的平面图给出.如图3所示,两条互相平行的处于柱子之间的直线段表示墙体.墙体的两端也可以和其他墙体交接.平面图中表达了墙体的厚度、位置等信息.

板的详细信息通常由板的整体配筋图给出.如图4所示,由柱子、梁和墙体所包围的区域为板.板

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