建築設計系統與方法

2023-05-13 08:10:06

專利名稱：建築設計系統與方法
技術領域：
本發明涉及建築的計算機輔助設計，更特別是涉及便於建築模塊化結構計算機輔助設計的系統和方法。
背景技術：
傳統建築方法(例如磚混建築)的一些特性使其不適於快速和/或低成本發展， 例如當被運用到軍事行動時或者響應自然災害時。特別是，這樣傳統建築結構需要使用很多熟練工人，例如磚匠、混凝土工、泥水匠、水管工、木匠等等。當中偏遠區域建築建築物時， 與需求熟練工人相關的問題就會更嚴重。建築過程是勞工和材料密集型，耗時且昂貴的。為響應更適於建築的快速低成本發展，公開號為No. W02005/1M049的國際申請揭示一種建築的模塊化結構，其具有牆體模塊、樓面布置圖模塊、天花板模塊以及屋頂模塊。這一結構為可運輸模塊設置，其無需在建築前進行大範圍現場製備。就這樣，模塊化建築可以快速現場組裝，而無需熟練工人。公開號為No. WO 2005/124049的國家申請以及相應的每個專利申請no. 11/629，702，在這裡作為參考。可基於需要來確定模塊化建築的尺寸和形狀。而模塊化結構的機動性也會使得建築工序放緩。每個被建築的結構必須先被設計。當設計完成，必須準備組件類型數量詳細目錄。所需組件必須被收集、包裝、運輸到建築地點。傳統起草和計算機輔助設計(CAD)技術幫助建築師和設計師完成技術製圖。然而這些系統依賴於熟練使用相關設計技術以及下述技術領域的個體。所得圖紙也需要專業人
士解釋。因此需要提供一個非專業操作人員可使用的方法，其可以設計模塊化建築。這樣的方法可以為用戶提供所設計的建築的最終外觀，並驗證最終建築設計滿足標準要求，例如工程強度標準，而無需用戶具有相應的專門技術。基於本發明的目標，提供一種方法和系統輔助或使得非本領域熟練操作者可以設計一個模塊化建築。本發明實施例非限制性地涉及模塊化建築結構設計，其利用了 WO 2005/124049號國際專利申請所公開的原理和成分。

發明內容
一方面，本發明提供一種從選自預設模塊化元件類型的模塊化元件自動生成建築結構規範的方法，所述方法包括如下步驟接收代表用戶生成的平面圖的計算機可讀輸入數據，其包括複數個依照規則網格設置的模塊化元件；處理所述輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據，其包括基於平面圖的從所述模塊化元件建造該建築的規範；以及生成至少一個輸出文件，所述文件包括用於建造依照建築規範數據的建築第信肩、O
本發明的實施例可以利用模塊化建築建造的特別限制，例如有限的可用模塊化元件類型，以及約束模塊化元件發布方法和相互連接，以避免過分地建築設計自動化，進而使得相對不熟練的操作人員可以設計出滿足相關設計標準的完整建築。優選實施例中，所述處理輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據的步驟包括驗證輸入數據代表一個閉合建築結構平面圖和/或識別所述平面圖的閉合區域。這一步驟有助於防止用戶設計不切實際、不適當和/或結構不健全的建築。用於識別所閉合區域的優選方法包括一個或多個步驟掃描規則網格以識別初始模塊化牆體元件位置，以及從初始模塊化牆體元件開始，通過鄰接模塊化牆體元件的周界以識別所閉合區域。特定的建築設計可包括牆內區域和/或不包括清晰分割區域或房間的部分，相應的，用於穿過周界的算法可包括一個或多個可能路徑，用於多個模塊化牆體元件鄰接的情況。處理輸入數據以產生計算機可讀建築規範數據的步驟優選還包括基於輸入數據所示平面圖而生成建築屋頂建築規範的步驟。本發明實施例的常見特效是屋頂結構的設計和規範可以完全自動化完成，從而使得操作這可以不用投入與此相關的任何複雜任務。在優選實施例中，完成生成屋頂建造規範只需要平面圖。在優選實施例中，生成屋頂建造規範包括確定屋頂線的高度和位置，所述屋頂線包括屋脊、四坡頂和/或屋頂排水溝。特別優選的算法包括一個或多個如下步驟掃描所述規則網格以識別初始屋頂元件位置，從所述初始屋頂元件開始，穿過與初始屋頂元件處於同一高度的一系列鄰接屋頂元件。以此方法，所述算法有效地識別了一套屋頂"等高線"。更優選的，所述算法便於確定如下屋頂線複數個四坡頂，其由從所述建築物一個外角開始逐漸增高的斜線限定；零個或多個屋脊，其由非閉合的等高路徑限定；以及零個或多個屋頂排水溝，其由從所述建築物一個內角開始逐漸增高的斜線限定。優選實施例中，生成屋頂建造規範進一步包括生成屋頂支撐結構建造規範。優選方案中，生成所述屋頂支撐結構規範包括確定複數個第一支撐部件(例如拉長的桁架，例如編織桁架)布局，所述部件沿與所述規則網格平行的側向和橫向線定位，並被設置在一個水平結構上。所述方法優選進一步包括確定複數個第二支撐部件(例如其他拉長的桁架，例如波浪狀桁架)的布局，所述部件沿所述屋頂周線和相應最近屋頂線之間的漸高線定位。對於包括一個或多個屋頂排水溝的結構，所述方法進一步包括複數個第二支撐部件的布局，所述部件沿屋頂排水溝和相應最近的屋脊/四坡頂之間的漸高線定位。生成屋頂支撐結構規範還包括確定複數個第三支撐部件(例如適宜的支柱)的布局，所述部件位於所述屋頂中，並從沿與所述規則網格平行的側向和橫向線定位的第一支撐部件上的節點開始延伸。處理輸入數據的步驟優選還包括確定建造所述建築所需的所有連接的位置、類型和特性。建築設計自動化確保操作人員無需掌握技巧和知識來識別和指定建造所述建築所需的全部連接。
自動生成的輸出文件可包括一個或多個零件目錄，其包括所有建造所述建築所需的組件和模塊化元件；費用清單，包括所有建造所述建築所需的組件和模塊化元件的價格；以及建造所述建築的說明。本發明優選實施例中，所述方法包括進一步的驗證所述建築建造符合相關設計標準，例如結構強度標準，的步驟。在另一方面，本發明提供一個計算機可實施系統用於從選定類型的的模塊化元件生成建築建造規範，所述系統包括一個或多個處理器；至少一個輸入界面可操作地連接到處理器；至少一個輸出界面可操作地連接到處理器；以及至少一個儲存介質，其包含處理器執行的程序指令，所述程序指令使得處理器執行如下步驟通過至少一個輸入界面接收計算機可讀輸入數據，所述數據表現用戶生成的平面圖，所述平面圖包括複數個依照規則網格設置的所述模塊化元件；處理所述輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據，其包括從依照所述平面圖的模塊化元件的建築建造規範；以及在所述至少一個輸出界面生成至少一個輸出文件，該文件包括用於依照建築規範數據建造建築的信息。優選的，所述輸入和輸出界面包括至少一個網絡界面以便將一個或多個處理器連接到一個數據網絡，其中輸入數據和輸出文件通過數據網絡在所述系統和終端用戶之間傳送。在特別優選的實施例中，所述數據網絡是網際網路，所述系統提供基於全球資訊網的建築設計服務。這使得用戶可以從任何可訪問網際網路的地方，利用傳統瀏覽器訪問所述建築設計服務。另一方面，本發明提供一種計算機可實施系統或設備用於從選定類型的模塊化元件生成建築建造規範，所述系統或設備包括接收計算機可讀輸入數據的裝置，所述數據代表用戶生成的平面圖，其包括依照規則網格設置的複數個所述模塊化元件；處理輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據的裝置，其包括依照所述平面圖的模塊化元件的建築建造規範；以及生成至少一個輸出文件的裝置，該文件包括用於建築規範數據建造建築的信息。在另一方面，本發明提供計算機可讀介質，其具有計算機可執行指令，其可使得計算機執行基於本發明實施例的方法。特別是，所述計算機可讀介質可以是光碟(例如CD或 DVD盤)、磁碟(例如軟盤或硬碟)或固態設備(例如USB快閃記憶體)或類似設備，所述介質上存儲有安裝和/或可執行指令代碼，以電腦程式的形式來實施所述建築設計方法。下述本發明優選實施例的描述可以使得本領域技術人員了解本發明進一步的特性和優點，所述實施例並非限制前述或所附權利要求所限定的本發明的範圍。


參照附圖對本發明實施例進行描述，其中圖1 (a)是可用本發明發明設計的建築的局部剖面圖；圖1 (b)示出建築示範性平面圖；圖2 (a)和2b)是表現本發明系統結構和建築的框圖；圖3 (a)和3 (b)是依照本發明實施例生成建築建造規範方法流程圖；圖4是基於本發明實施例的算法細節流程圖，所述算法用於確定區域是否閉合；圖5是算法細節流程圖，所述算法是圖4中算法的一個步驟用於確認下一個點；圖6是算法細節流程圖，所述算法是圖4中算法的一個步驟用於找到連接樓面布置圖模塊；圖7(a)_7(e)示出圖1(b)平面圖依照圖4_6所示算法進行操作的示意圖；圖8是算法細節流程圖，所述算法用於放置屋頂元件並確定建築屋頂線，所述建築是基於本發明實施例的；圖9是算法細節流程圖，所述算法是圖8算法一個步驟，用於移動到下一個鄰接屋頂方塊；圖10是算法細節流程圖，所述算法是圖8算法一個步驟，用於掃描下一個屋頂方塊；圖11是圖1(b)平面圖依照圖8-10所示流程圖的算法的操作示意圖；圖12是算法細節流程圖，所述算法用於確定在基於本發明實施例的建築中第一類屋頂支撐桁架的位置；圖13是算法細節流程圖，所述算法用於確定在基於本發明實施例的建築中第二類屋頂支撐桁架的位置；圖14是算法細節流程圖，所述算法用於確定在基於本發明實施例的建築中屋頂支撐柱的位置；圖15是算法細節流程圖，所述算法用於確定在基於本發明實施例的建築中連接類型；圖16是算法細節流程圖，所述算法是圖15算法的一個步驟用於找到一個連接方案；圖17示出基於本發明實施例設計的依照圖1(b)平面圖的建築的3維圖形模型。
具體實施例方式圖1(a)示出建築局部剖面圖，所述建築基於WO 2005/124049國際申請所公開的系統的模塊化元件而建造。所述模塊化元件包括牆板(10) —個地板組件(60)，一個天花板組件(94)和一個屋頂組件(96)。本發明用於幫助用戶使用這些和相關模塊化元件設計建築。特別是，本發明的實施例提供一種計算機輔助設計系統，其在模塊化建築結構規範和設計中利用模塊化結構元素。圖1(b)示範一個模塊化建築結構示範性平面圖100。為便於說明，平面圖100中的所有模塊化牆體元件為厚牆板。然而，在實踐中可以包括其他內部或外部模塊化元件，例如門窗，所有這些模塊化元件均可視為"牆體元件"，其用於閉合所述建築的內部區域。所述建築平面圖100包括外牆102，104，106，108，110，112。平面圖100內部包括
73個分別封閉的區域114，116，118。所述內部區域114具有由模塊化牆板120，122，124限定的內部結構。所述3個區域114，116，118由內牆126，128，130，132彼此隔開，這些牆體也都由模塊化牆板構成。所有構成平面圖100的模塊化元件被布局於概念化的網格134(其穿越平面圖100的整體，雖然圖中只是示範性給出了左上角部分)。基於本發明的實施例， 用戶在計算機可實施系統輔助下可以設計如圖1(b)所示的具有圖100這樣平面圖的建築。圖2(a)為示意圖，其代表用於本發明的網絡系統結構200。所述網絡系統200包括伺服器計算機系統202，該系統可由一個或多個用戶計算機系統，例如204，206，通過例如網際網路208這樣的計算機網絡訪問。優選實施例中，已知的通訊協議(例如TCP/IP)和軟體應用(例如具有插入即用組件的網絡瀏覽器軟體)可以常規方法通過所述網絡208訪問所述伺服器202。所述系統200中，所述伺服器202由單一計算機組成，下面給出其結構和操作細節。應該明白，這一示範性實施例只是最簡單的應用，在其它實施例中，所述伺服器202可以包括多個互聯或通過網絡連接的計算機和/或處理器(未示出)。典型伺服器202包括至少一個處理器210，其具有隨機存取存儲器212，用於保存程序指令和與伺服器202提供的服務操作相關的過度數據。處理器210還可操作地連接有其他存儲設備214，例如一個或多個硬碟，用於長期存儲程序，以及存儲所述伺服器202常規操作數據，並執行本發明的實施例，下面進行詳述。在任何時間，所述存儲器212含有一個程序指令216主體，當其被處理器210執行時，實現所述伺服器202所有功能。這包括常規系統操作功能，以及與本發明實施例相關的特殊功能，下面參照圖2(b)進行描述。更特別的，圖2(b)是一個框圖218，其示範出本發明實施例軟體結構。所述軟體使得網絡伺服器220可利用常規網絡瀏覽器通過網際網路208從客戶端計算機204，206訪問。 所述網絡伺服器可訪問資料庫222，例如MySQL 資料庫，所述資料庫被物理儲存在儲存介質 214。所述軟體還包括模塊224，該模塊包括工程測試引擎和文件生成包。模塊2M管理所述建築設計和驗證過程，以及含有基於用戶需要的建造建築所用信息的輸出數據文件。在優選實施例中，模塊2M利用自動控制界面2 以便訪問結構工程軟體模塊228 的功能。特別的，結構工程軟體2 可以是整合有R)rmSysTM結構工程軟體的Multiframe 。 Multiframe 軟體在Microsoft Windows 環境中提供自動控制界面，其可通過Visual Basic訪問。結構工程軟體2 可進行已完成的建築設計的結構測試和驗證，例如關於工程強度和穩定性要求。基於優選實施例，設計軟體組件被認為是可在用戶/客戶端計算機204，206上運行的。特別是，一個Java 程序從網絡伺服器220下載到客戶端計算機204，206，並且在網絡瀏覽器環境中運行。所述Java 程序為用戶提供一個設計界面以進入建築設計，以平面圖的形式，並開始不同的設計步驟，對此下文參照圖3-17進行詳述。還應理解，在這一特定軟體結構中，下面給出細節的一些算法可以在客戶端計算機204，206上運行的程序執行，也可以在，所述伺服器202上運行的軟體中執行，或者在兩個位置上結合。本發明具有所述計算機環境的實施例均在本發明保護範圍內。
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在本發明優選實施例中，所述Java 程序提供一個圖形用戶界面，通過這一界面用戶可以進入平面圖形式的設計，如圖1(b)所示，並看到整個設計過程的中間和最終結果。所述圖形用戶界面為用戶提供一個網格134其由規則排列的正方形單元組成，每個單元有與模塊化建築結構中所用牆模塊10尺寸相應的邊。例如，在特定實施例中，每個網格單元的邊與600mm的牆模塊一致。所述圖形用戶界面使得用戶可以繪製2維建築平面圖，例如網格134中的100。用戶可以選擇元件，例如牆板、窗戶和門(均可視為牆模塊化元件)以便布置所需平面圖。對於用戶設計的一個限制是所有元件必須沿方網格的一個邊延伸，所有元件必須或彼此平行或彼此垂直。類似的，牆體長度必須是單元網格尺寸(例如600mm)的倍數。當用戶通過圖形用戶界面進入建築平面圖，存儲於客戶端計算機(例如204)和/ 或所述伺服器計算機202存儲器的計算機可讀輸入數據將其設置為用戶生成的平面圖。進一步的處理步驟基於由此設置的輸入數據而進行。用於生成相應建築的建造規範的方法如圖3(a)中流程圖300所示。特別的，所述輸入平面圖數據302是指在步驟304被處理的， 以便生成計算機可讀建築規範數據，其包括依照用戶定義平面圖從模塊化元件建造建築規範。生成的規範可用於形成一個或多個輸出建築規範數據文件306。所形成的輸出數據文件可非限制的包括用於表現完整建築設計的計算機可讀數據文件，計算機和/或人類可讀輸出文件，該文件指明最終建築結構的特性、特徵和/或性質，例如所需組件目錄、建造所述建築指南、建築結構特徵、建築成本等等。圖3(b)流程圖給出優選的建築規範生成程序304的細節。平面圖數據308在在步驟310被分析以驗證其代表閉合建築結構。在步驟312自動生成一個屋頂規範。在步驟 314生成屋頂支撐規範。程序304生成最終建築規範316。現在描述前述程序步驟所用算法。圖4所示優選實施例的流程圖400給出算法細節，該算法用於確定建築平面圖是否為完全閉合區域。概括地說，所述算法包括掃描布局有平面圖的完整網格，以識別用戶所設置模塊化牆體元件的位置。在優選實施例在，所述掃描程序從網格左上角開始，並依照從左到右從上到下的順序以便找到未處理的樓面布置圖模塊。一旦識別到未處理的模塊，所述算法有效地"跟隨"相應閉合區域的牆體以確認該程序回到初始識別模塊。其他閉合區域然後被其他未處理模塊連續網格掃描而識別。一旦到達網格末端(即，右下角)程序結束。更特別的，所述算法400通過確定網格上平面圖左上點在步驟402開始。常規掃描程序在步驟404檢查以確認是否識別到未處理的樓面布置圖模塊，如果沒有則掃描的下一個點在步驟406確認。依照步驟408的判定持續此循環直到網格末端。圖5流程圖給出用於確認下一點的所述算法406的細節。到此算法的輸入502是當前網格點和相應樓面布置圖模塊。如果在網格點上沒有模塊(即，所有鄰接網格線是空的)則輸入模塊為零。在這一情況下，轉到步驟504-步驟506，其沿著網格右側掃描下一個點。這樣掃描步驟通過判定508重複，直到所有未處理樓面布置圖模塊被找到或者到達網格末端。更特別的，步驟510是檢查步驟，其查看是否到達平面圖的右手邊。如果沒有，則未處理的樓面布置圖模塊掃描繼續沿網格直到右邊。如果到達右邊，則在步驟512進行檢查以確認是否到達平面圖網格底部。如果沒有，則當前點下降一個網格單元，並回到網格最左邊。當到達網格末端且沒有識別到未處理的樓面布置圖模塊，控制路逕到步驟518，其設定下一個點為零。或者，如果在步驟508發現未處理的樓面布置圖模塊，則該模塊相應點變為下一個點。回到步驟504，如果所述算法406在當前點通過一個有效樓面布置圖模塊，則下一個點被確定，在步驟522，作為唯一輸入當前點相對末端的點。因此，步驟522執行跟隨平面圖牆體模塊的程序，無論是否有其他模塊構成之前已經處理的牆體。所述算法406的輸出 520是下一個處理的點。回到圖4中所述算法400，一旦在步驟404識別到一個未處理的樓面布置圖模塊， 轉到步驟410，其功能是驗證和採集相應閉合區域。為做到這一點，在步驟412使用一種算法來識別所有樓面布置圖模塊鄰接當前點。在步驟414進行檢查，如果是鄰接的模塊則轉到步驟416，在該步驟檢查確定是否所述算法是否回到網格點，該點與轉移到步驟410的初始未處理平面圖模相應。如果是這樣，則閉合區域被確認，轉移到步驟418，標記該區域為閉合區域。如果沒有到達起始網格點，轉到步驟410繼續進行區域採集程序。如果在步驟 414沒有識別到鄰接模塊，則區域採集程序到達"終結端"，是不能找到完成路徑回到初始網格點的。這是預示一個未閉合區域，轉到步驟420以標記其為未閉合。貫穿前述程序，所述算法保持在先處理點隊列422，以及用於識別標記閉合和非閉合區域的區域採集信息424。圖6流程圖給出發現鄰接樓面布置圖模塊412的程序的更多細節。算法的輸入 602是一個樓面布置圖模塊，其位於當前調查下的區域的周界。在步驟604通過掃描網格上周圍單元方塊邊以生成樓面布置圖模塊清單。清單上第一樓面布置圖模塊然後被確定。在步驟606，如果所確定的樓面布置圖模塊與初始輸入樓面布置圖模塊不同，則在步驟608進行檢查以確定是還不是一個鄰接樓面布置圖模塊。可以理解，平面圖中網格上多個鄰接樓面布置圖模塊代表"連接"。在連接處，存在多個可能的路徑，其中任一或全部可位於閉合區域的周界。因而所述算法412必須確保所有這些可能的路徑可以被檢查到。這樣，在步驟610任何連接模塊都被添加到點隊列422。在步驟612中清單中下一個樓面布置圖模塊被選中。轉到判定步驟606，在該步驟中下一個樓面布置圖模塊再次與初始輸入602樓面布置圖模塊進行比對。當步驟606所檢查的當前樓面布置圖模塊與輸入樓面布置圖模塊相同，在步驟 614進行一個檢查以確定是否為清單上最後一個樓面布置圖模塊。如果不是，則這裡還有其他需要檢查的鄰接模塊，並轉到步驟612。然而，一旦輸入模塊是最後一個模塊，則所有可能的鄰接模塊都被檢查到，轉到步驟616。在這一點所述算法412，所述點隊列422包括所有可能的下一個點可沿鄰接模塊化牆體元件訪問到。在步驟616 「最左側」模塊被選定，相應的點從隊列422移出。最左側模塊將是一個模塊化牆體元件，其沿著網格延伸到左側，如果存在，或者如果沒有，則下一個將是向上元件，然後是向下元件，最後是向右元件。算法的這樣特殊選擇是沿閉合區域逆時針通過。在判定步驟618，進行檢查以確定是否有相關模塊在步驟616被識別。如果是這樣，則被識別的模塊是輸出620。如果不是，"最左側"模塊將為零，並產生一個零輸出 622。後一個結果與步驟414中沒有鄰接模塊相應，這樣在步驟420做此區域被標記為未封閉。圖7(a)_7(e)示出所述算法400識別平面圖100的三個閉合區域114，116，118的操作。圖7(a)的702描述所述算法的初始狀態，在該狀態下平面圖100的左上點700被識
10別。所述算法根據"最左側"規則從這一點繼續，如箭頭704所示，直到到達連接706。所述算法再次從最左側可能的方向開始，直到到達終結端707。然而，連接706處的其他可能鄰接模塊路徑還留在點隊列422，因此其被移出該隊列，所述算法如圖7(b)的圖708所示。特別的，所述算法如箭頭710所示沿所述牆體模塊元件向下進行，直到連接712， 在這一點最左側路徑算法導致分區1 被跟隨，直到到達端點713。再次，從連接712還有其他可替代的路徑，所以所述算法回到這一點並繼續，如圖7(c)的圖714所示。特別的，所述算法基於最左側判定規則限制繼續饒箭頭716所示路徑回到初始點700，因此區域114被識別為閉合區域。如圖7(d)中圖718所示，下一點決定算法繼續識別未處理的模塊化牆體元件，其含有連接點720的鄰接(即，到右邊)，閉合區域算法400繼續饒該區域的周界，如箭頭722 所示，進而識別閉合區域116。最後，如圖7(e)的圖7 所示，所示下一點決定算法406識別一個未處理的鄰接點7 的模塊化牆體元件(即，在其右側)，從該處，所示閉合區域算法400以逆時針方向繼續，如箭頭7 所示。結果最終識別閉合區域118。已經驗證所述建築平面圖100包括一個有效閉合區域，自動設計程序進行步驟 312生成適當的屋頂規範。用於在優選實施例中的所述算法如圖8-10中流程圖所示。通常，這一算法是基於觀察屋頂通常由複數個傾斜屋頂元件組成，在這些不同元件上會存在多個等高線(即，線性"等高線"片段)，最終在結構最高點界定一個或多個屋頂線和/或頂點。通過從所述建築的外周(如平面圖100中的外牆102，104，106，108，110，112)開始， 整個外部屋頂結構和屋頂線可以被確定。用於確定屋頂線的整體算法800如圖8所示。在優選實施例中，確定屋頂線的所述算法800運行使用具有單元方塊的長度為主網格長度一半的網格設計所需建築。這樣， 在優選實施例在有一個600mm的基礎網格，所述屋頂線確定算法800在300mm網格上運作。 利用這一點，確保建築的每個牆體覆蓋每個網格方塊。另外，所述算法800開始於一個所述建築外牆外的(更小的)網格方塊，進而為所述建築限定300mm的屋簷。所述算法然後繞一系列饒所述建築屋頂外部的路徑而行，彼此相差90度方位。每個路徑上每個點與等高屋頂相對應。當起始點到達一個特定路徑，即，當在相應高度的屋頂被完全穿過，所述算法通過一個小(300mm)網格步驟移入(並向上)，然後再次沿著繞所述建築外周的路徑前行。更特別的，如流程圖800所示，所述算法通過確定網格上平面圖左上點在步驟802 開始運行，即一個(小)網格單元指向點700(平面圖外牆左上點)的上方和左向。因為這一第一點被觀察到是未處理的(因為所述算法剛剛開始)，控制路徑從判定步驟804轉到進一步檢查806，是否該點位所述建築平面圖的一個角落。如果是(為所述建築平面圖100 的左上點)所述算法分配一個從所述角落發出的斜向屋頂線，即從左上方到右下方。在步驟810中，在相應網格點生成適當的屋頂方塊。步驟812的檢查用於確定是否所述算法在目前屋頂水平面返回初始屋頂方塊。如果不是，轉到程序814，其識別並移動到當前水平面上的下一鄰接方塊，這樣所述算法800將繼續圍繞所述建築的外周，S卩，回到步驟804。如果在步驟812已經確認已經到達當前水平面上的初始點，則轉到程序816，其掃描所述建築圖以識別在與(小)屋頂網格相應的下一個最高水平面的下一個將被處理的屋頂方塊。一旦到達網格末端，即沒有未處理的屋頂方塊，步驟818的檢查結果是所述算法800被結束。貫穿所述算法800到操作，屋頂方塊820清單被保持，其記錄在步驟810所產生的所有屋頂元件。圖9的流程圖給出確定下一鄰接屋頂方塊的程序814更多的細節。程序814的輸入902是當前方塊，在步驟904所述算法試圖在最左側的方向上調整當前坐標。在步驟 906，進行檢查以探知是否所得坐標是否與未處理的屋頂方塊一致。如果如此，則此屋頂方塊被輸出908做下一個鄰接方塊。或者，在步驟910所述算法檢查是否鄰近當前方塊902 的所有可用方塊已經被處理。如果不是，則重複步驟904、906以及(如果需要)910直到或者每個未處理的鄰接屋頂方塊被識別(並輸出908)或者所有這些可用鄰接方塊已經被處理。後一個結果在所述算法正常操作中不會發生，但是這樣例外時通過在步驟912中設定下一鄰接方塊為零。參考圖10，示出用於掃描下一個屋頂方塊的程序816的流程圖。輸入1002是當前點，所述算法816的基本策略是在步驟1004開始檢索這一點的右側。在步驟1006進行檢查以確定是否這一新點是平面圖周界內未處理的點。如果不是，在步驟1008進行進一步檢查以探明是否到達平面圖的(右手)邊界。如果不是在1004進一步轉向右，否則進行檢查1010以確定是否當前點是在平面圖的底部。如果不是，在在步驟1012將當前點轉向下一個屋頂方塊單元(即，初始王朝尺寸一半)，並在步驟1012回到所述網格最左側邊界。還應理解，對下一方塊的掃描是從左到右，從上到下進行的。如果在此程序任一階段由檢查1006識別到平面圖周界內部一個未處理點，則這一點被輸出1014做下一待處理點。如果在識別到平面圖底部右手角時沒有發現這樣的點， 則在步驟1016將下一點設為零，此零值是輸出1014。圖11是圖標1100，其示意出圖1(b)平面圖在圖8-10所示算法的初始操作。所述算法從平面圖1102左上點開始。從這裡其移動"最左側"鄰近的未處理屋頂方塊，其位於點1102正下方，然後如路徑1104所示繞屋頂周界逆時針方向前行。一旦路徑回到初始點1102，掃描算法816開始搜索右側，然後向下，查找第一未處理點，該點位於平面圖周界內一個初始點1102下方和右側屋頂單元，即點1106。再次，所述算法814逆時針方向圍繞周界追索定高屋頂相應路徑1108。這以程序持續到所有恆定高度的"等高線"都被追索。在每個路徑每90度轉則點，例如1104、1108，斜向屋頂線被標記為808。以此方法所有上升屋頂線都被識別。例如屋頂線1110是四坡頂，其從所述圖右上角開始抬升。另一類屋頂線是屋頂排水溝1112。圖1100所示是水平屋脊1114，以及一個屋頂頂點1116。所有這些特點被所述屋頂線算法800完全確定。另外當完成所述算法，屋頂所在區域內的每個網格交叉點具有與之相關的高度。通常，所有屋頂線落入圖1100所示例的種類1110、1112、 1114中的一個。特別的，從所述建築一個外角向上延伸的屋頂線界定一個四坡頂。從所述建築一個內角向上延伸到屋頂線限定一個屋頂排水溝。一個恆定高度未閉合路徑界定一個屋脊。回到圖3(b)，一旦一個屋頂規範312被生成，所有程序中下一步驟是生成屋頂支撐規範314。這樣的目的是確定在哪、如何定位屋頂的支撐部件。基於優選實施，支撐部件包括拉長的桁架。用於確定這些桁架位置的算法的細節中圖12、13的流程圖1200、1300中示出。
優選的，每個桁架長度是基礎長度的整數倍數，其本身是初始網格尺寸的整數倍數。在優選實施例中，例如桁架基本長度單位是1200mm，S卩，初始網格尺寸的2倍。桁架部件相對於所述建築圖或沿平行於下方網格的線的側向或橫向線設置，(「水平"或"垂直")。桁架部件的起始和截至點必須位於覆蓋的桁架網格上，在優選實施例中其為單位長度(1200mm)兩倍於下方網格(600mm)的網格。所述算法1200的目標因此是識別所有成對桁架端點，在端點之間設有相應編織桁架。所述算法1200優選利用單一參照物，通常是平面圖中所述建築的左上角。在這一方案中，包括支撐桁架的天花板模塊將直接位於屋頂的相應支撐桁架下方。在步驟1202從屋頂方塊清單820中選出第一屋頂方塊。根據檢查1204，如果此屋頂方塊位於角落，下一個步驟1206是堅持是否這一方塊與參照點(即左上角)有正確的相對距離。相對正確的距離是基本單元桁架長度的倍數，即優選實施例中1200mm及其倍數。如果是在這一情況下， 在步驟1208所述算法1200確定當前屋頂方塊和之前角落屋頂方塊之間的距離，並且在步驟1210形成這些連續角落屋頂方塊點之間的編織桁架，在步驟1212其被添加到相應清單 1214。所述算法然後在步驟1216選擇所述清單820的下一個屋頂方塊。所述算法1200連續運用這一方法，直到在步驟1218確定已經到達清單中最後一塊屋頂方塊。所述算法1200的結果是編織桁架清單1214，其包括一套排列在側向和橫向方向上的支撐桁架，其均沿屋頂的相應連續角落之間等高線設於屋頂內。應該理解，通常，所述算法1200依照等高線(例如圖11中路徑1104、1108)而行，並沿這些路徑中的部分(無需全部)設置支撐編織桁架。不選擇在全部等高路徑上設置相應支撐桁架的原因是這些路徑是指一個較小的網格(在優選實施例中300mm)確定的，而桁架則是依照一個大網格(在優選實施例中1200mm)設置的。在另一實施例中，因為相應網格可具有同樣單元尺寸，支撐桁架可以被設於所述等高路徑中的每一個上。雖然所述算法1200沿屋頂結構內等高線設置編織桁架支撐，圖13的流程圖給出細節的算法1300是將瓦楞桁架沿屋頂表面下的變高線設置。在步驟1302，所述算法1300 首先在清單820中選擇第一對屋頂方塊。所述算法1300穿過屋頂周界，相應的當其被發現後截至，在步驟1304，選定的屋頂方塊不在周界水平面。所述算法首先進行步驟1306，該步驟檢查是否所選定的屋頂方塊位於內角。如果不是，則在步驟1308所述算法訪問所述屋頂線清單822，並確認在當前屋頂方塊位置沿與所述周界垂直的方向到最接近的內部屋頂線的距離。或者，如果屋頂方塊位於內角處，所述屋頂線清單822訪問到步驟1310，以便確認在垂直於屋頂排水溝(例如圖11中的屋頂線1112)方向上與最近內部屋頂線的距離。在任一情況下，在步驟1312中在當前選定屋頂方塊和步驟1308/1310中識別的最近屋頂線之間形成支撐瓦楞桁架。在步驟1314將這一瓦楞桁架添加到相應清單1316。在步驟1318選定下一對屋頂方塊，通過步驟1304繼續所述算法，直到周界水平面上的所有屋頂方塊都被處理。生成屋頂結構的最後階段是識別支撐屋頂支柱的適當位置及相應節點。特別是， 在優選實施例中所設計的建築物中，支撐桁架部件由從節點開始延伸到支柱保持在位置。 每個節點由兩個支柱支撐，所述支柱等長且與特定節點處的屋頂等高。一個支柱的方向是從節點朝向最近的所述建築周界，另一個則是朝向相反方向。所有支柱穿過相同側向距離。 用於實現這一設計目標的常用程序首先識別桁架部件中一個上的適宜初始節點，然後選擇連續節點，所述連續節點具有預設的間隔。相應對準的節點被置於每個第二平行支撐編織桁架元件上，通過插入織桁架元件，節點被側向偏移一個半節點的距離。這使得節點呈現鑽石型圖案。這樣程序完成編織桁架元件沿側向對準，並重複識別在橫向對準的編織桁架元件的適宜節點。所述算法1400用於定位節點和支柱，其細節顯示在圖14的流程圖中。首先在步驟1402中左上角的第一屋頂方塊從屋頂方塊清單820中被選定。在步驟1404中進行檢查以確定所選定的屋頂方塊與參照點之間的距離是否正確。所謂"正確距離"的確定方法與於確定編織桁架布局的所述算法1200的步驟1206所用方法一致。這樣確保每個節點是位於一個編織桁架支撐部件上。在步驟1406進行進一步檢查以確定是否屋頂方塊與之前設置的節點處於相應距離。這一距離與預設節點間隔一致，並確保節點被按需設置間隔。只有當所有測試1404、1406都通過，才轉向步驟1408，在這一步驟中相應的成對支柱線以及節點高度被制定。在步驟HlOthe產生節點並添加到節點清單1412，然後在步驟1414生成支柱並添加到支柱清單1416。在步驟1418，清單820中下一個屋頂方塊被選中，如果其在步驟1420未被確定為最後一個屋頂方塊，則節點和支柱確定算法繼續，直到所有屋頂方塊被處理。為生成最終建築規範316，需要考慮構成這一結構的每個獨立元件是如何與其他元件連接的。特別是，這些元件由連接點連接，至少部分連接點以角度的形式表徵，不同的被連接元件在該處結合。優選實施例中，所有可能的連接類型和角度被儲存在資料庫中，被稱為連接"方案"，每個方案具有唯一識別碼。對每個連接方案而言，資料庫還包括例如所需連接元件細節、成本、重量等信息。圖15、16所示流程圖1500、1508給出建築設計中確定所有連接類型的算法。在所述算法1500的起始部分，第一步驟1502從所述建築設計所有元件清單1504中選擇第一元件，並識別第一相應元件端點。在步驟1506，檢索清單1504以便識別所有其他元件共享同一端點坐標。明顯的，共享同一端點坐標的元件是在該點被連接的。在步驟1508，所述算法嘗試在資料庫1510中找到一個相應連接方案。假定存在如步驟1512所確定的方案，在步驟1514從資料庫1510抽出相應連接類型信息。如果沒有存在的方案，例如元件所需連接是非常規的，則在步驟1516將相應新方案添加到資料庫 1510。在步驟1518進行檢查以確定是否最後一個元件端點已經被處理。如果不是，在步驟1520從元件清單1504中選擇一個新的元件端點。否則結束所述算法。圖16顯示出尋找連接方法的程序1508的更多細節。如前所述，連接方案包括至少2個或更多元件沿其間角度被連接。相對角度可以有連接幾何來確定，特別是通過三角形算法。連接可存在於結構元件之間(規範如前述)，或者可被連接到所述建築的非結構性部件，例如屋頂元件截止到簷槽、或者牆體元件截止到門口。在後一情況下，連接角可設為零。為找到相應連接方案，從構成所述連接點元件中找到鑰匙元件1602。為便捷搜索資料庫，每個連接方法被關聯到一個特定建築元件，然後其作為進入資料庫的鑰匙。連接角和連接部件，可以隨後參照所進入的鑰匙而被確定。這樣，在步驟1604中生成鑰匙元件連接類型並添加到當前連接方案1606。在步驟1610，在連接清單1608中識別第一元件，在步
14驟1612中確定這一元件的類型。所選元件連接到鑰匙元件的角度是在步驟1614中計算。 元件角度和類型在步驟1616添加到方案1606中。而連接元件清單1608中還有其他元件， 如在步驟1618所確定的，所述算法步驟1620繼續在連接清單中確定下一個元件，然後重複步驟1612、1614和1616直到所有元件被處理。最終結果是在資料庫1510中一個元件連接方案1606對應一個連接方案。每個建築元件的長度可以進一步通過相關幾何和/或三角公式來確認。元件組合，例如桁架和支柱，可具有不同的長度，可涉及連接多種小尺寸部件。相應的，可以使用不同資料庫表，其含義基本元件長度相關信息，以及對兩個或多個元件連接的說明，當需要時，達到所需長度。一旦所述建築設計完成，和/或所述建築設計程序中在適當的點，所述設計會被測試以便確定預設的標準，例如結構強度標準，是否被遵守。特別是，參照圖2 (b)， 儲存在資料庫222中的設計結構信息通過工程測試引擎2M訪問，然後通過自動界面2 進入結構工程軟體組件228。所述結構工程軟體2 被用於由相關工程代碼測試所述結構。 或者，加上，通過使用結構工程軟體2 所得預設規則可被儲存在資料庫222中，並被工程測試引擎2M使用以便驗證設計滿足相應結構標準。圖17示出一個使用計算機軟體可實施的本發明實施例的建築設計的3維圖形模型1700，並與圖1(b)所示平面圖100相一致。許多通過前述方法和算法(參照圖4-16)所得的結構設計特點可以在"線框"模型1700在觀察到。外牆，例如110，是清晰可見的。此外，以全自動方式生成的完整屋頂設計1702，也可見，其包括內部支撐結構元件。線框模型 1700中清晰表示了所述屋頂線，包括，例如，四坡頂1110，屋頂排水溝1112，和屋脊1114。在線框模型1700中還可清晰看到的是編織桁架，例如1704，瓦楞桁架，例如1706， 節點，例如1708，支柱，例如1710，包括自動生成的屋頂支撐結構。一旦最終設計完成並被確認，相關輸出文件被生成。特別是，可生成一個零件目錄，其包括建造所述建築所需所有組件和模塊化元件。有利的是，所述零件目錄可以以任何所需順序設置。特別是，生成零件目錄時以建造所述建築所需部件順序設置。這樣部件可以建造所需的順序來包裝運輸，這樣先需要的部件在後需要的部件之前被解封。這樣便於最終建築物的有效包裝、運輸、解封、建造。額外的輸出數據和文件也可被生成，包括費用清單、建造所述建築所需的組件和模塊化元件的價格和/或所有相關的。還可以有輸出文件，其包括相關的建造所述建築的說明。這些示範性輸出文件並不是限制，還應理解其他信息，例如結構數據，以及其他設計數據和統計也可被生成、儲存和/或輸出，作為整個計算機輔助設計程序的一部分。可以理解，這裡雖然給出本發明的示範性實施例，但其並不限制由權利要求所限定的本發明的保護範圍。
1權利要求
1.一種從選自預設模塊化元件類型的模塊化元件自動生成建築結構規範的方法，所述方法包括如下步驟接收代表用戶生成的平面圖的計算機可讀輸入數據，其包括複數個依照規則網格設置的模塊化元件；處理所述輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據，其包括依照所述平面圖從模塊化元件建造建築的規範；以及生成至少一個輸出文件，其包括依照所述建築規範數據建造建築所用信息。
2.如權利要求1所述方法，其中所述處理輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據的步驟包括驗證輸入數據代表一個閉合建築結構平面圖和/或識別所述平面圖的閉合區域。
3.如權利要求2所述方法，其中識別閉合區域包括一個或多個如下步驟掃描規則網格以識別初始模塊化牆體元件位置，並從所述初始模塊化牆體元件開始， 穿過鄰接模塊化牆體元件周界以識別閉合區域。
4.如權利要求3所述方法，其中當遇到有多個塊化牆體元件情況下穿越周界包括如下一個或多個可能路徑。
5.如權利要求1所述方法，其中處理輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據的步驟進一步包括生成基於所輸入數據的平面圖的建築屋頂的建造規範。
6.如權利要求5所述方法，其中生成屋頂建造規範包括確定屋頂線的高度和位置，所述屋頂線包括屋脊、四坡頂和/或屋頂排水溝。
7.如權利要求5所述的方法，其中生成屋頂建造規範包括一個或多個步驟掃描規則網格以識別初始屋頂元件的位置，以及從所述初始屋頂元件開始，穿過與之相同高度處的連續鄰接屋頂元件。
8.如權利要求7所述的方法，其中確定屋頂線包括複數個四坡頂，其由從所述建築物一個外角開始逐漸增高的斜線所限定；零個或多個屋脊，其有等高非閉合路徑限定；以及零個或多個屋頂排水溝，其有從所述建築一個內角開始逐漸增高的斜線所限定。
9.如權利要求5所述方法，其中生成屋頂的建造規範進一步包括生成屋頂支撐結構的建造規範。
10.如權利要求9所述的方法，其中生成所述屋頂支撐結構規範包括確定複數個第一支撐部件的布局，所述支撐部件沿平行於規則網格線的側向和橫向線設置，並被置於水平結構。
11.如權利要求9所述方法，其中生成所述屋頂支撐結構規範包括確定複數個第二支撐部件的布局，所述部件沿屋頂和相應最近屋頂線直接漸高線設置。
12.如權利要求11所述的方法，其進一步包括確定複數個第二支撐部件的布局，所述部件沿屋頂排水溝與相應最近的屋脊或四坡頂之間的漸高線設置。
13.如權利要求9所述的方法，其中生成屋頂支撐結構規範包括確定複數個第三支撐部件的布局，所述部件設於所述屋頂內，並從沿平行於規則網格線的側向和橫向線設置第一支撐部件上的節點開始延伸。
14.如權利要求1所述的方法，其中所述處理輸入數據的步驟進一步包括確定建造所述建築所需所有連接的位置、類型和特性。
15.如權利要求1所述方法，其中自動生成的輸出文件包括一個或多個 零件目錄，其包括建造所述建築所需所有組件和模塊化元件；費用清單，其包括建造所述建築所需所有組件和模塊化元件的價格；以及建造所述建築的說明。
16.如權利要求1所述的方法，其進一步包括驗證所述建築滿足相關設計標準的步驟， 所述標準例如結構強度標準。
17.一種計算機可實施系統，其用於從預設類型中選定的模塊化元件生成建築建造規範，所述系統包括一個或多個處理器；至少一個輸入界面，其可操作地連接到處理器； 至少一個輸出界面，其可操作地連接到處理器；至少一個儲存介質，其由所述處理器執行的程序指令，所述程序指令使得所述處理器執行如下步驟通過所述至少一個輸入界面接收代表用戶生成的平面圖的計算機可讀輸入數據，其包括依照規則網格設置的複數個所述模塊化元件；處理所述輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據，其包括一個依照所述平面圖的源自所述模塊化元件的建築結構規範；以及在所述至少一個輸出界面生成至少一個輸出文件，其包括依照建築規範數據的用於建築結構的信息。
18.如權利要求17所述的系統，其中所述輸入和輸出界面包括至少一個網絡界面，其將一個或多個處理器連接的數據網絡，通過所述數據網絡在系統和終端用戶之間傳輸輸入數據和輸出文件。
19.如權利要求18所述的系統，其中所述數據網絡是全球資訊網，所述系統提供基於網絡的建築設計服務。
20.一種計算機可實現的系統或設備，其用於從預設類型中選定的模塊化元件生成建築建造規範，所述系統或設備包括接收計算機可讀輸入數據的裝置，所述數據代表一個用戶生成的平面圖，所述平面圖包括依照規則網格設置的複數個所述模塊化元件；處理所述輸入數據以生成計算機可讀建築規範數據的裝置，所述規範數據包括源自依照所述平面圖的所述模塊化元件的建築建造規範；以及生成至少一個輸出文件的裝置，所述文件包括依照建築規範數據建造建築所用的信息。
21.一種計算機可讀介質，其收錄有計算機可執行指令，當所述指令執行時使得一個計算機執行如權利要求1-16中任一所述的方法。
全文摘要
一種自動化方法(300)和系統(200)，其生成一個基於平面圖(100)並使用選自預設類型的模塊化元件(10，60，94，96)的規範或建造建築(1700)。代表用戶生成的平面圖(100)的計算機可讀輸入數據被接收(302)，其由依照規則網格(134)設置的模塊化元件構成。所述輸入數據被處理(304)以生成計算機可讀規範數據，該數據包括依照平面圖(100)的源自模塊化元件的建造建築規範。至少一個輸出文件被生成(306)，其包括依照所述建築規範數據建造建築所用信息。本發明可以設計模塊化建築結構，其可由無建築設計和/或結構工程特殊技巧的用戶迅速且廉價地應用。所述系統和方法特別適用於用於偏遠區域以及軍事行動或響應自然災害時所用的建築。
文檔編號G06Q50/00GK102165450SQ200980125402
公開日2011年8月24日 申請日期2009年6月30日 優先權日2008年6月30日
發明者尼可·託馬斯·薩斯維爾, 拉塞爾·喬治·貝利, 泰其·麥德森 申請人:三腳架組件私人有限公司