基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910752761.5 (22)申请日 2019.08.15 (71)申请人 大唐郓城发电有限公司 地址 274799 山东省菏泽市郓城县东溪路 星河国际办公大楼14楼 申请人 中国大唐集团科学技术研究院有限 公司火力发电技术研究院 (72)发明人 张凯李铭王泽璞郝建民 任晓辰邸帅 (74)专利代理机构 北京中南长风知识产权代理 事务所(普通合伙) 11674 代理人 马龙 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于虚拟现实的。

2、火电厂可视化施工管 理系统 (57)摘要 本发明公开了火电厂施工技术领域的一种 基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 包 括场景管理引擎模块， 三维建模引擎模块， 施工 设计引擎模块， 资源管理引擎模块， 文件读写引 擎模块， 人机交互接口， 用于提供用户与场景管 理引擎模块、 三维建模引擎模块、 施工设计引擎 模块、 资源管理引擎模块、 文件读写引擎模块进 行交互， 使用面向对象技术建立了火电厂施工工 程的对象模型， 使得系统更加智能化和人性化， 使用参数化建模方式， 有效地提高了火电厂施工 工程的效率， 简洁、 便捷、 智能的人机交互环境， 有利于用户掌握和使用系统的各项功能， 自动统。

3、 计火电厂施工工程各项资源的使用情况， 方便设 计师在施工效果和施工成本之间取得最优平衡。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 110689605 A 2020.01.14 CN 110689605 A 1.一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 其特征在于： 包括场景管理引擎 模块， 用于负责三维场景的建立、 控制和维护； 三维建模引擎模块， 用于负责在场景中建立、 编辑和维护建筑物的三维模型； 施工设计引擎模块， 用于结合施工进度计划表， 使用三维模型模拟模板实体及相应进 度的施工过程； 资源管理引擎模块， 用于负责对施工工程的各项资源进行统计、 管理和输出； 文件读写引擎模。

4、块， 用于将场景模型保存为XML格式的数据文件， 或者将已有的XML数 据文件读入； 人机交互接口， 用于提供用户与场景管理引擎模块、 三维建模引擎模块、 施工设计引擎 模块、 资源管理引擎模块、 文件读写引擎模块进行交互。 2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 其特征在 于： 所述场景引擎模块包括 显示模块， 包括正交和透视两种显示模式， 在正交模式下， 物体的显示大小与视点的远 近无关， 且不会变形， 在透视模式下， 同一物体在距离视点近时显得大， 在距离视点远时显 得小； 视图控制工具， 用于自由地对视图进行调整， 包括全景、 平移、 缩放、 三维旋转和自。

5、定义 视图， 并实现虚拟漫游操作； 场景漫游工具， 用于模拟前进、 后退、 左转、 右转、 抬头、 低头、 前翻滚、 后翻滚， 左旋、 右 旋、 上平移、 下平移、 左平移和右平移、 放大和缩小漫游动作。 3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 其特征在 于： 所述三维建模引擎模块包括 轴线网建模工具， 用于建立各种矩形和弧形轴线网， 并对其进行增加、 修改和删除编辑 操作， 还用于提供实时预览， 用于在建立轴线网的过程中直观的观察所进行的操作效果； 参数化建模工具， 用于输入梁、 板、 柱、 墙元素构件的特征参数， 在场景中生产构件的三 维模型； 高级建模工具，。

6、 包括截面拉伸工具和导入工具， 截面拉伸工具用于建立在拉伸路径上 具有相同截面的构件， 通过给定的截面形状和拉伸路径生成三维模型； 导入工具用于利用 第三方建模工具或者直接读取已有的模型文件， 并将其导入到场景模型中； 模型编辑工具， 用于通过鼠标在场景中直接进行复制、 平移、 旋转、 缩放和删除操作， 在 属性页中直接修改构件的参数、 基点坐标、 缩放比例、 旋转角度和颜色属性； 辅助建模工具， 包括网格工具， 磁吸工具、 坐标平面限制工具和坐标输入工具， 网格工 具用于用户设置网格在三个坐标平面内间距， 并控制任意网格面的显示和隐藏； 磁吸工具， 用于捕捉网格交点和轴线交点； 坐标平面限制。

7、工具， 用于将鼠标在三维建模场景中的位置 限制在指定的坐标平面内； 坐标输入工具， 用于用户输入精确的相对坐标值和绝对坐标值。 4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 其特征在 于： 在所述高级建模工具中， 第三方建模工具包括Auto CAD或者3DMax， 已有的模型文件包 括3DS、 DXF或者ED。 5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 其特征在 于： 所述模板实体包括基础施工、 主体工程和其他工程， 基础施工包括土方开挖、 混凝土垫 权利要求书 1/2 页 2 CN 110689605 A 2 层、 扎基础钢筋、 浇混凝土、。

8、 回填土， 主体工程包括扎柱钢筋、 支柱梁模板、 浇柱混凝土、 扎梁 板钢筋、 浇梁板混凝土， 其他工程包括拆模板、 砌墙、 内地面、 外墙面、 天棚、 内墙、 屋面。 6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 其特征在 于： 所述资源管理引擎模块包括 资源库管理工具， 由建材库、 人工库和定额库组成， 通过资源库管理工具， 用户可以访 问和编辑资源库中的各项资源， 如查询、 增加、 修改和删除； 资源查询统计工具， 包括模型级别和场景级别的资源查询和统计， 模型级别的查询和 统计以模型作为查询和统计对象， 包括查询和统计各个建筑构件的工程量、 建材用量、 造 价，。

9、 场景级别的查询和统计以资源作为查询和统计对象， 包括查询和统计施工工程中各种 建材、 机械、 人工的使用量或工程总造价。 报表输出， 用于将查询和统计的结果转换成报表， 生成的报表以WORD文件的格式进行 保存或者通过打印机直接打印输出。 7.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 其特征在 于： 所述资源管理引擎模块还包括其他管理的资源， 包括工程量、 材料用量、 机械用量、 人工 用量， 施工成本和施工周期。 8.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 其特征在 于： 所述文件读写引擎模块还支持从3DS、 DXF其他格式的数据文件读取模。

10、型。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110689605 A 3 一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统 技术领域 0001 本发明涉及火电厂施工技术领域， 具体为一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工 管理系统。 背景技术 0002 目前， 国内火电厂施工仿真应用较少， 尤其是在火电厂中。 目前火电厂是一个复杂 的综合过程， 在传统的设计过程中， 施工设计根据建筑图纸构造出虚拟的施工模型， 并将其 设计理念应用于施工模型， 最后以多面视图、 效果图和结构图等手段表达施工效果， 然而， 这种离散的平面表面模式使得客户和施工方难以全面得了解施工效果。 另外， 繁琐的工程 量和造价估算过程也使得。

11、客户难以快速地对装修方案进行评估和比选。 0003 随着计算机应用的不算普及， 设计师普遍使用Auto CAD、 3DMax和Photo shop等软 件辅助进行施工设计， 这种设计模式虽然能够有效提供设计效果图的表现能力和准确度， 但是其仅是通过使用计算机代替手工完成传统的设计过程， 因而仍然无法消除前述的各种 不足。 有鉴于此， 本发明设计了一个集成化的施工现场管理系统， 它能够有效提高施工设计 的效率和质量， 另一方面为设计师搭建一个直观的沟通平台。 此外， 系统提供的资源管理功 能， 使得设计师能够方便地在施工效果和造价之间取得平衡。 0004 基于此， 本发明设计了一种基于虚拟现实的。

12、火电厂可视化施工管理系统， 以解决 上述提到的问题。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管理系统， 以解决 上述背景技术中提出的问题。 0006 为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种基于虚拟现实的火电厂可视化 施工管理系统， 包括 0007 场景管理引擎模块， 用于负责三维场景的建立、 控制和维护； 0008 三维建模引擎模块， 用于负责在场景中建立、 编辑和维护建筑物的三维模型； 0009 施工设计引擎模块， 用于结合施工进度计划表， 使用三维模型模拟模板实体及相 应进度的施工过程； 0010 资源管理引擎模块， 用于负责对施工工程的各项资。

13、源进行统计、 管理和输出； 0011 文件读写引擎模块， 用于将场景模型保存为XML格式的数据文件， 或者将已有的 XML数据文件读入； 0012 人机交互接口， 用于提供用户与场景管理引擎模块、 三维建模引擎模块、 施工设计 引擎模块、 资源管理引擎模块、 文件读写引擎模块进行交互。 0013 优选的， 所述场景引擎模块包括 0014 显示模块， 包括正交和透视两种显示模式， 在正交模式下， 物体的显示大小与视点 的远近无关， 且不会变形， 在透视模式下， 同一物体在距离视点近时显得大， 在距离视点远 说明书 1/5 页 4 CN 110689605 A 4 时显得小； 0015 视图控制工。

14、具， 用于自由地对视图进行调整， 包括全景、 平移、 缩放、 三维旋转和自 定义视图， 并实现虚拟漫游操作； 0016 场景漫游工具， 用于模拟前进、 后退、 左转、 右转、 抬头、 低头、 前翻滚、 后翻滚， 左 旋、 右旋、 上平移、 下平移、 左平移和右平移、 放大和缩小漫游动作。 0017 优选的， 所述三维建模引擎模块包括 0018 轴线网建模工具， 用于建立各种矩形和弧形轴线网， 并对其进行增加、 修改和删除 编辑操作， 还用于提供实时预览， 用于在建立轴线网的过程中直观的观察所进行的操作效 果； 0019 参数化建模工具， 用于输入梁、 板、 柱、 墙元素构件的特征参数， 在场景。

15、中生产构件 的三维模型； 0020 高级建模工具， 包括截面拉伸工具和导入工具， 截面拉伸工具用于建立在拉伸路 径上具有相同截面的构件， 通过给定的截面形状和拉伸路径生成三维模型； 导入工具用于 利用第三方建模工具或者直接读取已有的模型文件， 并将其导入到场景模型中； 0021 模型编辑工具， 用于通过鼠标在场景中直接进行复制、 平移、 旋转、 缩放和删除操 作， 在属性页中直接修改构件的参数、 基点坐标、 缩放比例、 旋转角度和颜色属性； 0022 辅助建模工具， 包括网格工具， 磁吸工具、 坐标平面限制工具和坐标输入工具， 网 格工具用于用户设置网格在三个坐标平面内间距， 并控制任意网格面。

16、的显示和隐藏； 磁吸 工具， 用于捕捉网格交点和轴线交点； 坐标平面限制工具， 用于将鼠标在三维建模场景中的 位置限制在指定的坐标平面内； 坐标输入工具， 用于用户输入精确的相对坐标值和绝对坐 标值。 0023 优选的， 在所述高级建模工具中， 第三方建模工具包括Auto CAD或者3DMax， 已有 的模型文件包括3DS、 DXF或者ED。 0024 优选的， 所述模板实体包括基础施工、 主体工程和其他工程， 基础施工包括土方开 挖、 混凝土垫层、 扎基础钢筋、 浇混凝土、 回填土， 主体工程包括扎柱钢筋、 支柱梁模板、 浇柱 混凝土、 扎梁板钢筋、 浇梁板混凝土， 其他工程包括拆模板、 砌。

17、墙、 内地面、 外墙面、 天棚、 内 墙、 屋面。 0025 优选的， 所述资源管理引擎模块包括 0026 资源库管理工具， 由建材库、 人工库和定额库组成， 通过资源库管理工具， 用户可 以访问和编辑资源库中的各项资源， 如查询、 增加、 修改和删除； 0027 资源查询统计工具， 包括模型级别和场景级别的资源查询和统计， 模型级别的查 询和统计以模型作为查询和统计对象， 包括查询和统计各个建筑构件的工程量、 建材用量、 造价， 场景级别的查询和统计以资源作为查询和统计对象， 包括查询和统计施工工程中各 种建材、 机械、 人工的使用量或工程总造价。 0028 报表输出， 用于将查询和统计的结。

18、果转换成报表， 生成的报表以WORD文件的格式 进行保存或者通过打印机直接打印输出。 0029 优选的， 所述资源管理引擎模块还包括其他管理的资源， 包括工程量、 材料用量、 机械用量、 人工用量， 施工成本和施工周期。 0030 优选的， 所述文件读写引擎模块还支持从3DS、 DXF其他格式的数据文件读取模型。 说明书 2/5 页 5 CN 110689605 A 5 0031 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0032 1、 使用面向对象技术建立了火电厂施工工程的对象模型， 使得系统更加智能化和 人性化； 0033 2、 使用参数化建模方式， 有效地提高了火电厂施工工程的效率， 简洁。

19、、 便捷、 智能 的人机交互环境， 有利于用户掌握和使用系统的各项功能； 0034 3、 基于虚拟现实的火电厂施工工程设计方式， 有助于施工设计师产生更多、 更好 的灵感， 并快速、 直观、 便捷地实现设计意图； 0035 4、 自动统计火电厂施工工程各项资源的使用情况， 方便设计师在施工效果和施工 成本之间取得最优平衡， 促进施工方和客户之间的沟通， 增加客户对施工工程设计方案的 满意程度。 附图说明 0036 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例描述所需要使用的 附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领 域普通技术人员来讲，。

20、 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附 图。 0037 图1为本发明系统原理框图。 具体实施方式 0038 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0039 请参阅图1， 本发明提供一种技术方案： 一种基于虚拟现实的火电厂可视化施工管 理系统， 包括 0040 场景管理引擎模块， 用于负责三维场景的建立、 控制和维护。 当场景或视。

21、图发生变 化时， 该引擎将在视图区重绘场景， 此外， 该引擎提供了丰富的视图控制工具， 允许用于自 由地对视图进行调整， 并实现虚拟漫游等操作。 0041 三维建模引擎模块， 用于负责在场景中建立、 编辑和维护建筑物的三维模型。 该引 擎提供了多种参数化建模工具， 使得用户能够简便、 快捷地建立各种建筑物标准构件， 如 梁、 板、 柱、 墙等。 同时， 该引擎提供了模型编辑工具， 允许用户对已有模型进行平移、 旋转、 缩放、 拷贝、 变参数和删除等操作。 0042 施工设计引擎模块， 用于结合施工进度计划表， 使用三维模型模拟模板实体及相 应进度的施工过程； 其中， 模板实体包括基础施工、 主。

22、体工程和其他工程， 基础施工包括土 方开挖、 混凝土垫层、 扎基础钢筋、 浇混凝土、 回填土， 主体工程包括扎柱钢筋、 支柱梁模板、 浇柱混凝土、 扎梁板钢筋、 浇梁板混凝土， 其他工程包括拆模板、 砌墙、 内地面、 外墙面、 天 棚、 内墙、 屋面。 0043 资源管理引擎模块， 用于负责对施工工程的各项资源进行统计、 管理和输出； 其 中， 其所管理的资源包括其他管理的资源， 包括工程量、 材料用量、 机械用量、 人工用量， 施 说明书 3/5 页 6 CN 110689605 A 6 工成本和施工周期。 由于其他引擎均通过资源库引擎造成对资源库进行操作， 资源库的变 化不会对其他引擎造成。

23、影响， 因而增加了系统的可重构性和可扩展性。 0044 文件读写引擎模块， 用于将场景模型保存为XML格式的数据文件， 或者将已有的 XML数据文件读入。 此外， 该引擎还支持从3DS、 DXF其他格式的数据文件读取模型。 0045 人机交互接口， 用于提供用户与场景管理引擎模块、 三维建模引擎模块、 施工设计 引擎模块、 资源管理引擎模块、 文件读写引擎模块进行交互。 0046 其中， 所述场景引擎模块包括 0047 显示模块， 包括正交和透视两种显示模式， 在正交模式下， 物体的显示大小与视点 的远近无关， 且不会变形， 比较适合在建模时使用； 在透视模式下， 同一物体在距离视点近 时显得。

24、大， 在距离视点远时显得小， 透视模式符合人们的视觉习惯， 因而适合在场景漫游时 使用。 0048 视图控制工具， 用于自由地对视图进行调整， 包括全景、 平移、 缩放、 三维旋转和自 定义视图， 此外系统还定义了10个默认视图， 以方便用户使用， 用户也可以保存自定义视 图， 并可在需要时再次调用， 并实现虚拟漫游操作； 0049 场景漫游工具， 用于模拟前进、 后退、 左转、 右转、 抬头、 低头、 前翻滚、 后翻滚， 左 旋、 右旋、 上平移、 下平移、 左平移和右平移、 放大和缩小漫游动作， 利用这些漫游工具， 用户 犹如置身于实际场景中， 能够全方位地体验施工现场的效果。 0050 。

25、其中， 所述三维建模引擎模块包括 0051 轴线网建模工具， 用于建立各种矩形和弧形轴线网， 并对其进行增加、 修改和删除 编辑操作， 还用于提供实时预览， 使得用户在建立轴线网的过程中能够直观的观察所进行 的操作的效果； 0052 参数化建模工具， 用于输入梁、 板、 柱、 墙元素构件的特征参数， 在场景中生产构件 的三维模型； 系统为这些构件提供了丰富的参数化建模工具， 用户只需要输入对构件的特 征参数， 便能够快速地在场景中生产构件的三维模型。 此外， 系统内置了多种构建模板， 即 预定义的参数集， 从而进一步简化了参数化建模的过程。 0053 高级建模工具， 包括截面拉伸工具和导入工具。

26、， 截面拉伸工具， 通过给定的截面形 状和拉伸路径生成三维模型， 该工具适用于建立在拉伸路径上具有相同截面的构件， 如管 线等， 导入工具用于利用第三方建模工具或者直接读取已有的模型文件， 并将其导入到场 景模型中， 第三方建模工具包括AutoCAD或者3DMax， 已有的模型文件包括3DS、 DXF或者ED。 0054 模型编辑工具， 用于通过鼠标在场景中直接进行复制、 平移、 旋转、 缩放和删除操 作， 在属性页中直接修改构件的参数、 基点坐标、 缩放比例、 旋转角度和颜色属性； 0055 辅助建模工具， 包括网格工具， 磁吸工具、 坐标平面限制工具和坐标输入工具， 网 格工具用于用户设置。

27、网格在三个坐标平面内间距， 并控制任意网格面的显示和隐藏； 磁吸 工具， 用于捕捉网格交点和轴线交点； 坐标平面限制工具， 用于将鼠标在三维建模场景中的 位置限制在指定的坐标平面内； 坐标输入工具， 用于用户输入精确的相对坐标值和绝对坐 标值。 综合使用这些辅助建模工具能够有效的提供建模的效率和质量。 0056 其中， 所述资源管理引擎模块包括 0057 资源库管理工具， 由建材库、 人工库和定额库组成， 通过资源库管理工具， 用户可 以访问和编辑资源库中的各项资源， 如查询、 增加、 修改和删除； 说明书 4/5 页 7 CN 110689605 A 7 0058 资源查询统计工具， 包括模。

28、型级别和场景级别的资源查询和统计， 模型级别的查 询和统计以模型作为查询和统计对象， 包括查询和统计各个建筑构件的工程量、 建材用量、 造价， 场景级别的查询和统计以资源作为查询和统计对象， 包括查询和统计施工工程中各 种建材、 机械、 人工的使用量或工程总造价。 0059 报表输出， 用于将查询和统计的结果转换成报表， 生成的报表以WORD文件的格式 进行保存或者通过打印机直接打印输出。 0060 该系统通过使用虚拟现实技术营造了一个虚拟的三维场景， 并为用户提供在场景 中进行建筑物三维建模、 施工工程设计、 虚拟漫游和资源管理等功能， 系统能够有效提供施 工工程的效率和质量， 同时为设计方。

29、案比选和施工方案制定提供便利。 0061 在本说明书的描述中， 参考术语 “一个实施例” 、“示例” 、“具体示例” 等的描述意指 结合该实施例或示例描述的具体特征、 结构、 材料或者特点包含于本发明的至少一个实施 例或示例中。 在本说明书中， 对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合 适的方式结合。 0062 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。 优选实施例并没有详尽 叙述所有的细节， 也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。 显然， 根据本说明书的内容， 可作很多的修改和变化。 本说明书选取并具体描述这些实施例， 是为了更好地解释本发明 的原理和实际应用， 从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。 本发明仅 受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。 说明书 5/5 页 8 CN 110689605 A 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 110689605 A 9 。