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申请/专利权人：深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司

摘要：本发明提出一种基于BIM模型仿真的数字孪生平台构建方法，属于仿真数字技术领域。包括以下步骤：S1.对BIM模型进行预处理；S2.将BIM模型导入数字孪生平台，修正和优化导入数字孪生平台的BIM模型、对场景进行渲染、在场景中添加事件元素，场景发布形成交互式浏览访问方式；S3.标注连通域、解析BIM模型，获取可通行区域，对动态模型进行仿真；S4.将动态仿真模型与BIM静态模型同步更新；S5.生成仿真结果，仿真时集成数字孪生平台的紧急事件响应。本发明提供详实的建筑物理信息，仿真专注于时间维度的动态演化，分离之后，BIM和仿真软件各自发挥专长，大幅提升仿真效率，重复利用BIM模型，缩短仿真准备时间。

主权项：1.一种基于BIM模型仿真的数字孪生平台构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.对BIM模型进行预处理，包括：检查BIM模型的完整性包括将BIM模型中的元素与项目需求进行匹配和将模型中的GIS信息与项目位置进行比对；检查BIM模型中的几何错误、重复元素、元素的属性信息、元素自交线和缺口，并进行修改；基于要素清理和闭合空间检查优化BIM模型；S2.将经过预处理的BIM模型导入数字孪生平台，修正和优化导入数字孪生平台的BIM模型、对场景进行渲染、在场景中添加事件元素，场景发布形成交互式浏览访问方式，具体包括：数字孪生平台导入：在数字孪生平台导入BIM模型，使导入的模型保留原始几何、材质和其他属性信息；模型修正与优化：确保BIM模型的材质和贴图在数字孪生平台中正确映射，根据平台需求，调整BIM模型的布局和摆放；场景渲染：设置场景光源，使场景中有光照，在场景中添加摄像机，确定视角和观察点，根据需要添加人员流动、设备运动，以模拟实际场景；用户交互设计：在数字孪生平台中添加用户界面元素，将UI元素与相应的场景操作或功能绑定，实现用户交互；在场景中添加火灾、紧急疏散事件元素，添加行人引导、模拟行人疏散或导航场景的效果；场景发布：将编辑后的数字孪生场景发布到平台，使场景能够在线访问，生成访问链接；S3.标注连通域、解析BIM模型，获取可通行区域，对动态模型进行仿真，具体包括：连通域标注：在BIM模型中添加3D对象立方体，作为连通域的模型，标识模型属性为ifc_connection_domain，在模型提取过程中作为两个可行域的通行区域，连通两个可行域；在针对联通两个楼层的连通域中，将连通域放置在楼梯扶梯入口位置，将楼梯单独分离成一个空间结构，上下两层均存在连通域，连通域连接楼梯扶梯及两侧楼板，形成可行域之间的连通线；解析BIM模型，获取可行区域：将BIM模型导出为ifc文件，通过ifcopenshell获取模型几何结构及层次关系，按照楼板高度进行楼层划分；获取楼层高度：遍历每一个楼板结构，获取楼板几何信息，提取楼板上表面空间几何高度信息，将所有楼板高度信息进行拟合，在误差范围内的楼板高度进行统一，拟合所有楼板的楼层分布信息，输出楼层数据，包含楼层id及楼层高度信息；并针对每一个楼层的结构体进行高度赋值，定义每个楼板高度；获取楼板空间结构：遍历每一个楼板结构，获取楼板几何信息，对楼板外环轮廓和内环轮廓分别进行提取；外环轮廓的提取：获取楼板模型的外环轮廓坐标，作为楼板的外环坐标，使用凸包算法对楼板轮廓进行提取；内环轮廓的提取，从楼板下的IfcEntity属性为IfcOpeningElement的构件，构件为多边形内环，获取该构件所有点坐标构成的外环多边形点集，后续置为闭合障碍物进行输出，不允许行人通过；获取楼板内部障碍物几何空间：根据楼板内部构件层次关系，依次遍历每个楼板内部除了属性为ifc_connection_domain及连通域外的构件，获取构件几何空间数据，将构件所有几何点坐标进行投影，映射到楼板高度，获取构件构成的几何多边形外环，将外环构成加载到楼板几何空间内环，每个楼板内部行人可行区域为外环空间减去内环部分的空间；获取连通域空间几何信息：对标识的连通域空间进行遍历，获取连通域平面几何，并与楼板进行交集计算，当连通域与两个楼板空间存在交集，则两个可行域连通，计算两个楼板相交区域，提取长度最长边的公共边，作为空间连通线进行输出；当连通域只与一个楼板空间存在交集，则说明连通域连接楼板与外部空间，即连接线为出口，几何信息为连通域与楼板之间相交区域公共边，重复操作，获取所有连通域数据；获取楼梯扶梯空间几何信息：根据楼板内部构件层次关系，依次遍历每个楼板内部属性为ifc_connection_domain的楼梯扶梯，获取每个楼梯扶梯空间几何，并计算出口与楼梯和出口与扶梯两个几何多边形交集，如果相交，提取公共边，补充连通域数据，将定位为出口的连通域修正为连接楼梯与楼板之间的连接线，获取楼梯楼板空间几何数据，几何数据作为行人可行域进行输出；输出BIM模型提取的空间建模数据：将楼板空间几何的内环进行遍历，作为障碍物输出线性信息；将楼板空间几何的外环进行输出，作为空间可行域几何数据；将楼梯扶梯空间几何构成的多边形空间进行输出，也作为连接楼层间的可行域几何数据；将连通域相交线的门线性信息进行输出，作为仿真空间中的门数据；验证空间几何信息：将获取到的几何信息通过接口导入到仿真平台中，在仿真平台上构建对应的几何实体，重新构建墙、楼板对象，验证几何转换的正确性；S4.将动态仿真模型与BIM静态模型的空间信息绑定及实时状态同步与更新，具体包括：将S3中输出结果作为仿真系统输入，进行仿真模型空间建模，并针对仿真模型进行初始化，同步BIM模型中楼梯方向、扶梯速度和闸机方向初始数据；定义数字孪生平台和仿真模型之间的接口；制定数字孪生平台空间模型和仿真模型之间的数据映射规则，确定数据元素在两个模型之间需要同步的内容；将实现了接口和映射逻辑的动态仿真模型与BIM静态模型进行集成；基于数字孪生平台中交互式浏览访问方式，实现用户与BIM模型进行交互；S5.构建数字孪生系统与仿真系统事件响应机制，通过连通域生成个体出行链信息，根据出行链对个体出行轨迹进行模拟仿真，将仿真结果与行人模型绑定，实时映射空间与行人状态，具体包括：根据可行域与门之间的连接关系，建立空间结构图，每个可行域和门都是图中的节点，连接他们的门是可行域的边；选择生成出行链的起始和目标出入口，使用路径搜索算法，从起始入口搜索到目标出口的路径，生成出行路径外再生成出行时间，出行时间根据仿真时间进行生成，范围为仿真开始时间到仿真结束时间之间，基于个体id，出行路径，出行时间形成简单的出行链，将出行链与提取出的仿真空间模型作为仿真参数对空间进行仿真，生成仿真结果；仿真结果包括行人外观、每时刻点位及方向数据和每时刻速度信息，将仿真结果中的个体出行数据传递到数字孪生平台，并在平台中创建相应的行人模型，并进行行人运动状态绑定；集成数字孪生平台的紧急事件响应，通过数字孪生平台中的接口，向仿真引擎发送请求进行事件仿真。

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