Разработка модуля автоматического сопоставления чертежей с цифровой информационной моделью здания

В данной статье я разберу принцип работы разработанного нашей командой инструмента для верификации чертежей с цифровой информационной моделью зданий.

Какие существуют подходы к верификации чертежей и ЦИМ и программные продукты для этого?

Сверка 2D-чертежей с ЦИМ критически важна для точности ведомостей объемов работ. Сегодня эту задачу решают двумя способами, оба из которых имеют ограничения:

1. Ручная верификация: визуальное сравнение модели и чертежей.

Плюсы: не требует ПО и спец. навыков.

Минусы: крайне трудоемка, подвержена человеческому фактору, данные невозможно систематизировать.

2. Верификация через САПР: проверка внутри системы проектирования.

Плюсы: высокая точность и прозрачность.

Минусы: нужны дорогие лицензии и глубокие знания ПО. Кроме того, госсектор ограничен в использовании иностранного софта.

Единственный существующий продукт с элементами автоматизации — швейцарская платформа Revizto. Но это инструмент для общей визуализации и координации, а не узкоспециализированный модуль прямой алгоритмической сверки чертежа с моделью.

Наша гипотеза и требования к ПО, позволяющему оптимизировать процесс верификации ЦИМ здания с чертежами. 

Гипотеза: создание специализированного алгоритма автоматического сопоставления, основанного на компьютерном зрении и анализе семантических данных, позволит в автоматическом режиме с точностью не менее 95% выявлять и классифицировать рассогласования между векторными элементами чертежей и объектами ЦИМ.

Ключевые положения:

1. Распознавание контекста: алгоритм способен отличать несущие конструкции от отделочных элементов на основе анализа веса линий, типов штриховки и пространственного положения.

2. Иерархия проверок: система реализует многоуровневую верификацию — от грубого позиционирования до точного параметрического сравнения.

3. Адаптивное обучение: механизм машинного обучения позволяет системе улучшать точность распознавания на основе предыдущих проверок.

Функциональные требования:

1. Распознавание и парсинг чертежей:

• автоматическое определение масштаба и системы координат чертежа;

• распознавание слоев (layers) и их семантического назначения;

• классификация векторных примитивов (линии, дуги, сплайны) по типам строительных элементов;

• извлечение текстовых аннотаций и их привязка к графическим элементам.

2. Сопоставление геометрии:

• сравнение контуров с допуском ±5 мм в масштабе проекта;

• определение соответствия пространственных позиций;

• анализ пересечений и коллизий между элементами;

• проверка полноты отображения элементов модели на чертежах.

3. Верификация атрибутов

• сопоставление маркировок и обозначений;

• проверка соответствия материалов и спецификаций;

• контроль соблюдения условных обозначений.

Технические требования:

1. Точность и производительность:

• точность распознавания: ≥95%;

• время обработки одного листа: < 60 секунд;

• поддержка параллельной обработки multiple sheets.

2. Алгоритмические требования:

• использование R-tree для пространственного индексирования;

• реализация алгоритмов computational geometry для сравнения контуров;

• применение NLP для анализа текстовых аннотаций.

3. Обработка исключений:

• фиксация частично распознанных элементов;

• классификация типов несоответствий по критичности;

• генерация рекомендаций по устранению ошибок.

Интерфейсные требования:

1. Визуализация процесса:

• интерактивная карта соответствий/несоответствий;

• интерактивная карта соответствий/несоответствий;

• дерево прогресса проверки в реальном времени.

2. Настройка параметров:

• регулировка чувствительности обнаружения;

• настройка весов различных типов проверок;

• профили проверки для разных дисциплин (архитектура, КМ, ОВВК).

Метрики успешности реализации:

• полнота охвата: 98% элементов модели должны быть корректно сопоставлены;

• точность позиционирования: средняя погрешность ≤ 3 мм;

• производительность: обработка типового этажа ≤ 5 минут;

• минимизация ложных срабатываний: ≤ 5% от общего числа обнаруженных несоответствий

Такой модуль позволит перевести трудоемкий процесс визуального сравнения в автоматизированный режим с контролируемым качеством результатов.

Разработка первого блока специализированного модуля для верификации чертежей с ЦИМ в ПО BIMIT.

Обоснование программного комплекса

Исследуем и проанализируем, что такое BIM-технологии на примере наиболее востребованной в этой сфере программы — Revit. Этот комплекс создает возможности как для архитектурно-строительного проектирования, так и для проектирования строительных конструкций. В отличие от CAD-систем Revit воспринимает и распознает элементы проекта не как связанные друг с другом линии, а как объемные параметрические объекты. Создавая в программе стену не нужно прочерчивать ее структуру из линий, достаточно выбрать на панели функцию “стена” и найти в предложенном списке стену с необходимыми характеристиками, после, при помощи этой функции можно создавать планы, фасады и объемную модель.

Фактически, проектирование в Revit воспроизводит этапы строительства в той же последовательности. Привычное проектирование с помощью линий уходит на задний план, а создание проекта производится с помощью процесса моделирования.

Revit создает узлы посредством маневрирования 2D и 3D видами или загрузкой их из связанных программ. Что в полной степени дает понимание о наличии взаимосвязей видов, планов и разрезов и реального их расположения в 3D-модели.

Revit характеризуется как часто используемое ПО, поэтому было принято решение разрабатывать плагин, интегрирующийся в него.

Описание идеи

В программном продукте Revit представлены инструменты для работы с планами, разрезами, сечениями и листами. Следовательно, вся информация по расположению элементов на виде и видов на листах содержится. В API планы, сечения и виды определяются классом View, листы определяются классом ViewSheet. Так как между всеми описанными элементами есть взаимосвязи, то их можно определить или рассчитать их расположение в абсолютных координатах и вычислить точное расположение в модели.

Определения

Определения, используемые в описании технической части:
1. Базовая точка (BasePoint в API). Все координаты в модели будут относительно нее.

2.  BoundingBox — параллелепипед, в пределах которого находится геометрия объекта.

Подготовительный этап – базовая точка

1. Необходимо получить данные базовой точки проекта BasePoint, координаты и еще смещение от модели. Это делается, потому что все координаты модели задаются относительно неё.

2. Из данных базовой точки получаем её угол поворота относительно 0 координат.

3. Дополнительно достаем смещение модели от базовой точки, это условия частного случая, когда модель смещена от базовой точки.

Работа с видами

Все узлы, планы, сечения и разрезы располагаются на элементах класс View, далее описывается блок работы с ними

1. Делается запрос в базу и достаются элементы View, с фильтрацией и отсеиванием из коллекции DrawingSheet, ThreeD и Legend. Так как у нас нет необходимости их сопоставлять.

2. У каждого вида в API есть описание его расположения относительно модели, которые мы получаем.

3. По каждому виду определяются данные векторов Up и Normal, которые задают расположение вида в модели.
4. Достаем информацию о BoundingBox по каждому расположенному виду. BoundingBox задает границы вида, который в последствии будет расположен в модели.

5. Отдаем полученный вид в границах на печать в PDF или JPEG. Если речь про сопоставление в ПО BIMIT, то данные передаются в печать в JPEG с указанием необходимого DPI

6. К выданному виду на печать, добавляем данные по центру BoundingBox  и расположению BasePoint

Сопоставление с моделью

Все виды, обработанные ранее, передаются в ПО BIMIT в формате JPEG.

Интерфейс и отображение.

Плагин встраивается в интерфейс Revit (рис. 1). После открытия и авторизации выходит общая рабочая панель с настройками (рис.2).

В панели слева отображаются все проекты, которые будут экспортироваться. В центральной панели происходит выбор проекта в системе BIMIT, куда будут передаваться экспортируемые IFC файлы. В правой панели происходит выбор видов для экспорта, которые будут выгружаться в BIMIT и автоматически сопоставляться с моделью.

В BIMIT сопоставленные виды хранятся в инструменте «Совмещенные чертежи» (Рис. 3), работа с ними происходит через это же окно. Они автоматически сопоставлены с моделью в IFC формате (Рис. 4.).

Основные выводы, перспективы развития и ограничения. Проведенная исследовательская работа, разработка и успешное тестирование подтвердили актуальность и высокую практическую значимость задачи автоматизации контроля качества чертежей, выпускаемых на основе ЦИМ. В рамках исследования был успешно разработан и протестирован специализированный модуль автоматического сопоставления видов, создаваемых в ПО Revit и расположенных на листах ПД, экспортируемых из Revit с ЦИМ, загружаемой в среду BIMIT в формате IFC.

Куда мы идём дальше?

1. Мультиплатформенность: интеграции модуля в другие САПР-системы, такие как Tekla, Renga, Civil, Archicad и другие;

2. Интеграция с другими модулями работы с цифровыми моделями;

3. Прохождение экспертизы без выпуска графической части проектной документации, а на основании документации IFC и BCF контейнера с сопоставленными видами;

4. Развитие в сторону предиктивного анализа и управления качеством.

Заключительный тезис

В долгосрочной перспективе развитие подобных инструментов является необходимым шагом на пути к созданию полностью автоматизированного и самоконтролируемого цикла выпуска проектной документации, что соответствует принципам сквозной цифровизации строительной отрасли. Предложенный модуль служит практической основой для движения в этом направлении.