计算机辅助设计中的重用方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计在建筑领域中的应用，具体来讲是一种计算机辅助设计中的设计元素的重用方法及装置。

背景技术

建筑工程设计时，通常为每个单体的每个标准层分配一张图纸(下文也称为“目标图纸”)。由于不同标准层间和不同单体间存在相同的设计元素，为了表达这些重复设计元素，设计人员通常采用“复制-粘贴”的方法在图纸间形成图元数据复本。这些复本相互独立，缺乏联系，因而在设计变动时，需要逐一修改以维护复本的一致性，成倍增加了工作量。

为了避免这种重复工作，计算机辅助设计软件平台提出了一些方法。如AutoCAD提出的“块”功能。块是绘制在几个图层上的不同颜、线型和线宽特性的图形对象的组合。每个AutoCAD的Dwg图形文件都具有一个称作“块定义表”的不可见数据区域。块定义表存储全部的块定义，包括块的全部关联信息。在图形中插入块时，所参照的就是这些块定义。插入块的同时也就插入了块参照。因为AutoCAD并不是简单地将信息从块定义复制到绘图区域，相反，它建立了块参照与块定义间的链接。因此，如果修改块定义，所有的块参照也自动更新(来自AutoCAD 2004帮助：用户文档中关于“块概念”的表述)。

因此，设计人员可以将可能重复使用的设计内容制成块，在重复处插入块参照来取代原先的“复制-粘贴”模式。当需要修改时，用户可以利用其“在外编辑”功能，从一处块参照打开块定义完成对块的修改，而所有的块参照也根据新的块定义自动更新，从而避免了对重复处逐一修改的重复操作。

然而该技术的缺点在于，未考虑建筑工程设计信息的重复特点，没有提取设计元素的可重用属性，如主题、适用的单体和标准层等，因而不能充分分离出可重用的设计元素集合；同时，在需要插入某块时，没有直接的参数确定该块是否适用于该处，需要靠对其工程意义的理解进行判断，可靠性差且效率低；对于已经插入的块，当需要修改时，难以确定其已被插入的位置，因此无法确定修改将要作用的范围，重用的可靠性低。因此将“块”等技术直接用于设计重用时，需要设计者自行管理重用过程和属性，其效率和可靠性有待提高。本发明将AutoCAD中“块”的技术作为本发明的现有技术合并于此。

发明内容

为了解决现有技术的上述缺陷本发明提供一种计算机辅助设计中的重用方法，所述的方法包括：选取部件，所述的部件为适用于1种主题内、1或复数个标准层、1或复数个同单体的可重用设计信息；定义所述的部件的属性，所述的部件的属性至少包括主题、适用单体以及适用标准层；根据预存部件的属性对所述的预存部件进行组装。

本发明还提供一种计算机辅助设计中的重用装置，所述的装置包括：部件创建模块，用于提供交互界面，用于选取可重用设计信息作为部件，并定义所述部件的属性，所述 的部件的属性至少包括主题、适用单体以及适用标准层；组装模块，用于根据预存的部件的属性对部件进行组装。

本发明的有益之处在于采取本发明的方法及装置可以更为有效的重用设计内容，减轻劳动强度，加快设计速度，提高设计质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为不同主题叠加为目标图纸的示意图；

图2为一个“柱定位与配筋图”目标图纸层化为三个主题的工程实例；

图3为单体定义方法的示意图；

图4A至4C为显示在不同单体中提取可重用单元的方法的示意图；

图5A至图5C为不同标准层提取可重用单元的方法的示意图；

图6为本发明的方法的流程图；

图7为本发明的装置的架构图；

图8A为本发明实施例中的一部件；

图8B为图8A中的部件在标准层中的示意图；

图9A为本发明实施例中的一部件；

图9B为图9A中的部件在标准层中的示意图；

图10A为本发明实施例中的一单体标准层部件；

图10B为图10A中的单体标准层部件在标准层中的示意图；

图11A为本发明实施例中的一单体标准层部件；

图11B为图11A中的单体标准层部件在标准层中的示意图；

图12A为本发明实施例中的一单体主题标准层；

图12B为图12A中的单体主题标准层部件在标准层中的示意图；

图13A为本发明实施例中的一单体主题标准层；

图13B为图13A中的单体主题标准层部件在标准层中的示意图；

图14为本发明实施例中的一单体主题标准层；

图15为本发明实施例中的一单体标准层目标图纸；

图16为本发明从部件组装到单体标准层目标图纸的完整过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明用于实现对建筑工程项目内设计元素的重用。本发明中的可重用单元为在主题内部不同单体和标准层间重用的设计信息。本发明的主题为设计信息的内容种类；标准层为具有相同布置的楼板平面；单体为具有相同外包边界的各主题的部件集合组成的合集。(上述概念在下文中具体解释)。

本发明设计了“主题”概念来层化目标图纸上的设计内容。主题是设计信息的内容种类。每种目标图纸是多种主题叠加的结果，如图1所示，104表示某目标图纸，它是主题101、102、103层叠加的结果。图2是一个“柱定位与配筋图”目标图纸层化为三个主题的工程实例，其中目标图纸的局部204是由“轴线”主题201、“柱墙”主题202与“柱墙标注”主题203叠加而成。本发明要求设计内容必须也只能归入工程所含主题中的一个主题，因此不同主题的可重用单元没有交集，所有主题的可重用单元的合集即为全部设计信息。

某个主题也可被重用于多个目标图纸。表1中的示例显示了结构工程所具有的主要目标图纸、主题及其包含关系(表格中的圆点表示该对应行的目标图纸含有对应列的主题)。

表1

根据表1所示的主题到目标图纸的构成关系可知，某些主题可能出现在多种目标图纸中，因此主题的设立实现了在不同目标图纸间重用主题的目标。

如不采用主题对目标图纸先行层化，则可提取到的可重用单元较少，所提取到的可重用单元适用范围也较小。这是由于各主题因其不同的工程意义，而在各自范围内的可重用单元的划分边界和适用范围(即可用于哪些标准层和单体)均不同。图1描述了各个主题内可重用单元边界的不同及主题对于增加可重用单元个数的作用，图中101、102、103对应某单体某标准层的三个不同主题，其内多边形表示分离出的可重用单元，不同主题内可重用单元的不同形状表示其具有不同的边界。图中，从3个主题中共提取到13个可重用单元(101有5个，102有3个，103有5个)，如果取消主题这一数据层次，设计信息将糅合成104的状态，则可分离出的可重用单元只有2个。取消“主题”信息层次在减少可获得的可重用单元的同时，使得提取到的可重用单元的信息量增加，适用范围减小，可重用性降低。因此必须在各个主题内提取可重用单元，才能使提取到的可重用对象适用于更多的标准层和单体。

建筑工程的设计过程涉及多个工种。每个工种具有固定的若干目标图纸和若干主题，而各种目标图纸所需的主题组合也是固定的。因而可以在相同工种的不同项目之间重用。本发明利用该特性实现目标图纸对所需主题自动搜索与组装。

主题作为设计信息的分类标准可以根据工程师的理解来确定，但为了满足设计重用的要求，需遵循本发明制定的如下方法：

1.如果两个主题内的从所有标准层和单体中提取到的可重用单元边界和适用范围均相同且两两对应，即两个主题的可重用单元的划分结果相同；同时两个主题对应的目标图纸也完全相同时，这两个主题应合并。

2.如果两个主题对应目标图纸不完全相同，即某主题所属的某目标图纸不需要另一个主题，则这两个主题不能合并。例如，虽然“柱墙”与“柱墙标注”即使具有相同的可重 用单元划分结果，但由于“柱墙”还将用于结构平面布置图，而“墙柱标注”并不用于结构平面布置图，因而两者不能合并。

建筑通常由多个楼层构成，具有相同布置的楼层被归纳成标准层。本发明要求将标准层间内容相同且相对于标准层参照点的位置、姿态也相同，即在这些标准层上可完全重叠的内容提取出来形成适用于多个标准层的可重用单元。如贯通各标准层的柱子、楼梯和具有相同设计的房间等。“内容相同”是指集合所含的图形元素的个数、种类、属性、相对于标准层参照点的位置和对应的工程意义均相同。“参照点”是指某个具有参照意义的固定点，如某两个轴线的交点。“相对位置”是指集合相对于参考点的(x，y，z)相对坐标。“姿态”是指集合相对与坐标系转动参数和镜像关系。

从确定可用于多个标准层的可重用单元的要求可知，由于可重用单元相对于各个标准层参照点是具有完全相同的信息，因此只要叠加各个标准层自身的相对位置参数，即可无需调整的完成从适用于多标准层的可重用单元到各个标准层的组装。

图5A至图5C示意的是从同一个单体的不同标准层提取可重用单元的过程。从图中可见501、502、503为3个标准层，斜纹部分是3个标准层的相同部分，将被提取成适用于3个标准层的可重用单元；砖纹部分是501、503标准层的相同部分，将被提取成适用于501、503标准层的可重用单元；而其它部分将被提取成适用于所在标准层的可重用单元。

传统意义上的“单体”即指建筑外墙形成的闭环所包含的内容。该定义对于设计重用过于狭窄。本发明“单体”设计为：当每个主题在每个标准层内均选择某些可重用单元各自组成一个集合，如果这些集合(分属各个主题的各个标准层)具有相同的外包边界，则这些集合的合集可被划分成一个单体。如图3所示的301、302、303是3个主题。如果301中所选择的竖虚线内部的3个可重用单元所组成的集合，与302中所选择的竖虚线内部的1个可重用单元所组成的集合，与303中所选择的竖虚线内部的2个可重用单元所组成的集合具有公共边界(即竖虚线)，且该工程只有这3种主题，且该公共边界在各标准层中也均存在，那么该公共边界内的分属各个主题和标准层的所有可重用单元构成一个单体，如304所示。传统意义上的单体由于具有外墙这也物理边界，因此满足本发明提出的识别要求，按本发明提出的要求更便于发现和划分出具有重用价值的单体。

本发明要求将单体间经平移(即相对位置调整)、旋转、镜像(即姿态调整)后可完全重叠，且在所有单体的重用过程中采取相同形式的内容提取出来形成适用于多个单体的可重用单元，如不同单体中的相同户型或平面布局等。因此，适用于多个单体的可重用单元相对于各个单体参照点的位置、姿态可能均不相同。“内容相同”是指集合所含的图形元素的个数、种类、属性、相对某参考点的位置和对应的工程意义均相同。“参照点”是指某个具有参照意义的固定点，虽然不同单体轴线系统不同，较难用某两个轴线的交点来作为参照点，但仍然可以选取单体间有关联的某个位置作为参照点。“相对位置”是指集合相对于参考点的(x，y，z)相对坐标。“姿态”是指集合相对与坐标系转动和镜像关系。适用于多个单体的可重用单元在用于不同单体时可能采用不同的形式，如复制(即在某个单体中插入多次该单元的块参照)，若其种类(平移复制还是镜像复制)、复本的个数、复本的位差中的一项或多项不相同则均属形式不同。具有不同重用形式的设计信息集合必须分成不同的可重用单元，以便设定不同的重用方式参数。

图4A至图4C示意的是从适用于某个标准层组合的不同单体中提取可重用单元的 过程和不同重用方式对该过程的影响。从图中可见401、402、403为3个单体。斜纹部分、砖纹部分、L形部分均适用于3个单体，且经过位置、姿态调整可以完全重合。但3个部分的重用形式各不相同，斜纹部分在3个单体中的相对位置、姿态、复本的个数(均只有1个)均相同；而L形部分在401和402中采用了“镜像复制”形式，且镜像的方向不同，复本的个数也不同(401和402中为2个，403中为1个)；砖纹部分采用了“平移复制”形式，且平移量不同，复本的个数也不同(401和402中为2个，403中为1个)。因此三个部分虽然具有相同的主题和适用的标准层和单体，但却因具有重用方式的不同而分属3个可重用单元。

因此，适用于多个单体的可重用单元在用于某个单体时必须对位置、姿态和形式进行调整，才能完成重用，本发明设置“单体”正是为了追加和管理这些调整信息。

综合上述方法，本发明所要提取的可重用单元是适合于某一个主题、一个或复数个标准层、一个或复数个单体的设计信息集合，并可以以块定义的方式存储在块定义表中。适合于多个标准层的内容是相对于这些标准层公共参照点完全相同的内容，可相对于该参照点直接插入块参照即完成重用；而适用于多个单体的内容需对插入的块参照进行一系列调整才能完成重用。因此，图纸中的任何设计信息必须且只能从属于一个可重用单元。

提取到的可重用单元采用其所属主题、可适用的标准层和单体这三大重用属性作为其标识特征，在筛选时充当直接依据，据此控制其重用过程。这与其它根据可重用单元的其它特性确定其适用性的方法不同。本发明中，可重用单元可适用的范围(即可用于哪个主题、哪些标准层和哪些单体)是有限和确定的，且在创建时就确定下来，是实现自动化筛选方法的基础；在其块参照插入到其所适用的图纸后，用户在任意块参照处，通过读取其重用属性即可了解对其的修改可能同步更新的范围，从而有效的控制了重用过程。

本发明在获取可重用单元方案中通过层化和重复信息提取将所有设计信息划分成可重用单元，其目标是将这些可重用单元重用到适用的目标图纸中，完成设计信息的拼装和叠加。实际操作中，本发明利用计算机辅助设计软件平台提供基本功能，如AutoCAD环境下，采用块定义作为可重用单元的载体，用插入块参照来实现重用过程。

为了实现自动组装过程，本发明提出的方案有四种组装对象构成的具有三层组装结构，可根据重用属性自动完成可重用单元的选取、分配和传输、组装工作。组装的4种对象包括：。

1.部件(即选取的可重用设计信息)：含有适用某主题的1或复数个单体、1或复数个标准层的设计信息；相应的，所含的重用属性中，适用的主题个数为1个，适用的单体个数为1或复数个，适用的标准层个数为1或复数个。

2.单体标准层部件：含有适用某主题某单体1或复数个标准层的设计信息。相应的，所含的重用属性中，适用的主题个数为1个，适用的单体个数为1个，适用的标准层个数为1或复数个。具有搜索部件的功能，搜索时，选取适用主题和标准层相同，所适用的1或复数个单体中包含本单体标准层部件所对应的1个单体的部件。

3.单体主题标准层：含有适用某主题某单体某标准层的设计信息。相应的，所含的重用属性中，适用的主题个数为1个，适用的单体个数为1个，适用的标准层个数为1个。具有搜索单体标准层部件的功能，搜索时，选取适用主题和单体相同，所适用的1或复数个标准层中包含本单体主题标准层所对应的1个标准层的单体标准层部件。

4.单体标准层目标图纸：含有某单体某标准层的某种目标图纸。相应的，所含的 重用属性中，应含的主题个数为1或复数个，适用的单体个数为1个，适用的标准层个数为1个。具有搜索单体主题标准层的功能，搜索时，选取适用单体和标准层相同，本单体标准层目标图纸所需的主题对应的单体主题标准层。

组装的的三层结构包括：

1.将适合某主题多个单体多个标准层的部件重用到各个单体该主题具有相同适用标准层的“单体标准层部件”；

2.单体标准层部件仍然适用于多个标准层，因此接下来是将其重用到各个标准层该主题该单体的“单体主题标准层”；

3.单体主题标准层已含有某主题某单体某标准层的完整信息，因此，接下来是根据目标图纸所需主题的关系，选取所需主题的单体主题标准层进行叠加，生成该单体该标准层的某种目标图纸。

在实施本发明时，虽然设计重用需要将设计元素零件化，然后在不同的标准层或单体中重复使用，但用户无需以“先获得全部零件，再组成成整体”的方式在设计之初确定所有的重用部件。相反的，用户可以不考虑设计重用的问题先绘制形成一定量的设计信息，可以是一张或多张图纸的局部或全部，在其设计不断深入的过程中，随着其对某些设计信息重用性的发现和挖掘，按照本发明提出的方法逐步形成目标图纸，非常符合建筑设计的工作规律和相关设计人员的思维习惯。所不同的是，用户需按主题、标准层和单体三大重用属性重新考虑图纸信息的构成方式，并修正一些绘制习惯，如分主题绘制各个单体和标准层的图纸，而不宜绘制含有所有主题的图纸。

如图6所示，本发明的方法包括：

步骤S601：选取部件，所述的部件为适用于1种主题内、1或复数个标准层、1或复数个同单体的可重用设计信息；

步骤S602：定义所述的部件的属性，所述的部件的属性至少包括主题、适用单体以及适用标准层；

步骤S603：根据预存的部件的属性对所述的预存部件进行组装。

如图7所示，本发明的装置700包括：

部件创建模块701，用于提供交互界面，来选取可重用设计信息作为部件，并定义所述部件的属性，所述的部件的属性至少包括主题、适用单体以及适用标准层；

组装模块702，用于根据预存部件的属性对部件进行组装。

在本发明一实施例中，先以同一主题的两个部件的组装为例：

用户通过部件创建模快701提供的交互界面选取绘制的可重用设计信息作为部件(步骤S601)，并定义部件属性，所述的部件的属性至少包括主题、适用单体以及适用标准层，将所述的部件存入存储单元中。如图8A所示，用户在柱墙主题中选择了可重用单元作为部件001，将部件的属性设置为“柱墙/1/1、2”即，所述的部件001为柱墙主题，适用于单体1，标准层1、2。图8B为部件001所在标准层1或2的示意图，其中阴影部分为部件001的位置；如图9A所示，用户在柱墙主题中选择了可重用单元作为部件002，将部件的属性设置为“柱墙/1、2、3/1、2”即，所述的部件002属于柱墙主题，适用于单体1、2、3，标准层1、2。图9B为部件002所在标准层1或2的示意图，其中阴影部分为部件002的位置(步骤S602)。

接下来，根据预存的部件的属性对所述的预存部件进行组装(步骤S603)：搜索预存的具有相同主题及相同适用标准层范围的部件，根据搜索到的部件的适用单体属性划分出对应于每个适用单体的部件组；将所述的部件组中的部件以参照的方式组装成对应于每个单体的单体标准层部件，所述的每个单体标准层部件具有对应于1个主题、1个单体与1或复数个标准层的属性。

举例来说，当选取的部件仅包括部件001、002时，所述的组装模块702的第一搜索子模块，搜索出部件001、002具有相同主题(“柱墙”)及相同适用标准层范围(“1、2”)，根据搜索到的部件001、002的适用单体属性划分出对应于每个适用单体(单体1、单体2、单体3)的部件组，分别是：

第一部件组(对应于单体1)，包括部件001，002；

第二部件组(对应于单体2)，包括部件002；

第三部件组(对应于单体3)，包括部件002。

所述的组装模块702的第一组装子模块将所述的部件001、002按上述部件组以参照的方式组装成对应于每个单体的单体标准层部件，所述的每个单体标准层部件具有对应于1个主题、1个单体与1或复数个标准层的属性。图10A为部件001、002组装成的属性为“柱墙/1/1、2”的单体标准层部件011(由第一部件组组装)，图10B为该单体标准层部件011所在标准层1或2的示意图。所述的部件002因为还可适用于单体2、3，因此所述的部件002还要参与组成属性为“柱墙/2/1、2”及“柱墙/3/1、2”的单体标准层部件，如果没有其他的部件具有与部件002相同的主题及适用标准层范围，所述的部件002则自己组成属性为“柱墙/2/1、2”及“柱墙/3/1、2”的单体标准层部件(分别由第二部件组、第三部件组组装)。

在本发明另一实施例中，所述的对预存的部件进行组装进一步包括：搜索预存的具有相同主题与相同适用单体属性的单体标准层部件，根据将搜索到的单体标准层部件的适用标准层属性划分出对应于每个标准层的单体标准层部件组；将所述的单体标准层部件组中的单体标准层部件以参照的方式组装成对应于每个标准层的单体主题标准层，所述的每个单体主题标准层具有对应于1个主题、1个单体与1个标准层的属性。

举例来说，图11A所示为一单体标准层部件012，属性为“柱墙/1/1、2”，单体标准层部件012与上述单体标准层部件011为同一工程中的设计内容，也是通过如上所述的过程从部件组装而来，图11B为单体标准层部件012所在标准层1或2的示意图。以下仅以上述两个单体标准层部件为例来说明本实施例。本发明的装置700的组装模块702还包括第二搜索子模块，所述的第二搜索子模块搜索预存的具有相同主题与相同适用单体属性的单体标准层部件011、012，根据将搜索到的单体标准层部件011、012的适用标准层属性划分出对应于每个标准层(标准层1，标准层2)的单体标准层部件组，分别是：

第一单体标准层部件组(对应于标准层1)，包括单体标准层部件011，012；

第二单体标准层部件组(对应于标准层2)，包括单体标准层部件011、012；

装置700的组装模块702还包括第二组装子模块，所述的第二组装子模块将所述的单体标准层部件011、012按上述单体标准层部件组以参照的方式组装成对应于每个标准层(标准层1、标准层2)的单体主题标准层111(由第一单体标准层部件组装)、112(第二单体标准层部件组装)，如图12A，13A所示，图12B及13B分别标识所述的单体主题标准 层111、112在标准层2、3中的示意图。所述的单体主题标准层111、112具有对应于1个主题、1个单体与1个标准层的属性，单体主题标准层111、112的属性分别为“柱墙/1/1”，“柱墙/1/2”。类似于上一实施例，所述的单体标准层部件也可自己组成单体主题标准层。

在本发明又一实施例中，所述的对预存的部件进行组装还进一步包括：搜索预存的具有相同适用单体以及相同适用标准层属性的单体主题标准层；将所述的单体主题标准层以参照的方式组装成单体标准层目标图纸，所述的单体标准层目标图纸对应于1或复数个主题、1个适用单体及1个适用标准层。

图14所示为一属性为“轴线/1/1”的单体主题标准层211，仅以单体主题标准层211，及前述的单体主题标准层111为例来说明本实施例。本发明的装置700的组装模块702还包括第三搜索子模块，所述的第三搜索子模块搜索到具有相同适用单体(“1”)以及相同适用标准层(“1”)属性的单体主题标准层211、111；装置700的组装模块702还包括第三组装子模块，所述的第三组装子模块将所述的单体主题标准层111、211以参照的方式组装成单体标准层目标图纸，所述的单体标准层目标图纸对应于1或复数个主题、1个适用单体及1个适用标准层，如图15所示。

本发明装置700中的组装模块702中的第一组装子模块，还可包括一位置姿态信息设置子模块，用于在组装过程中设置部件的位置、姿态信息，并将上述位置姿态、信息提供给第一组装子模块，使部件组装后具有精确的位置及姿态。本发名的重用方法及装置在处理2个以上部件时，其实施过程与上述实施例类似，本领域的技术人员应可理解，此处不再赘述。

图16为本发明从部件组装到单体标准层目标图纸的完整过程示意图，结合该图可更加清楚地理解本发明。

本发明的有益之处在于：本发明提出的方法有效的分解了原本杂糅的设计信息，并提取出可重用单元，挖掘了项目内设计信息的重用潜力；将重复出现的信息归纳成可重用单元，用可重用单元的映像替代原本需要重复复制生成的冗余设计数据，减少了绘制目标图纸所需的设计数据；用可重用单元的映像而非直接的数据复制结果表示重复处的设计信息，使得重复处的信息来源于同一套数据对象，实现了数据的一致性，可从根本上保证各个重复处保持一致，并可实现重复处的自动更新；采用显式记录的可重用单元重用属性使其重用过程更便于控制。相比于其它一些设计重用方法，本发明中可采用单元可适用的范围是确定的，用户在设计的任何阶段均可借助显式记录的重用属性获取可重用单元被哪些对象重用，并由此判断对可重用单元的修改是否会影响其重用特性。这在实际应用中使得可重用单元的更新变得十分方便和可靠。采用多层次逐层组装的方法有序的安排各种设计参数的设定，使得重用过程结构清晰，数据结构稳定，筛选与组装有章可循，组装步骤中有两项不需要人工干预，一项需要简单的人工干预，便于实现程序化和自动化。本发明的上述优点集体实现了减轻劳动强度，加快设计速度，提高设计质量的目标。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。