(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 202111566322.9 (22)申请日 2021.12.20 (71)申请人 中国人民解 放军陆军工程大 学 地址 210000 江苏省南京市秦淮区后标营 路88号 (72)发明人 杨启亮　李苏亮　邢建春　陈寅　 孔琳琳　陈文杰　邹荣伟　 (74)专利代理 机构 北京力量专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 11504 代理人 王鸿远 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种建筑信息物理模型及其构建方法 (57)摘要 一种建筑信息物理模 型及其构建方法， 为建 筑智能运维、 数字孪生城市建设、 建筑环境动态 模拟等提供 理论与技术支撑， 建筑物理实体向虚 拟实体的映射， 建立物理世界与信息世界的双向 数据流动， 实现建筑信息物理模 型与建筑物理实 体间的耦合、 链接， 达到状态的同步一致。 所述建 筑信息物理模型由建筑静态模型、 建筑物理模 型、 建筑交互模型相 互耦合和演化集成， 包含建 筑静态模型表示、 建筑物理模型拟合、 建筑交互 模型构建、 建筑物理模型演化、 虚实交互闭环实 现。 本发明基于物联网、 人工智能、 大数据等新一 代信息技术， 通过建筑信息物理模 型及其构建方 法， 在信息空间复刻物理空间建筑实时状态， 实 现对建筑物理实体的感知、 预测、 信息共享和动 态交互。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 114398697 A 2022.04.26 CN 114398697 A 1.一种建筑信 息物理模型， 其特征在于， 所述建筑信 息物理模型包括建筑静态模型、 建 筑物理模型、 建筑交 互模型， 建筑静态模型是对建筑的静态信 息的反映， 建筑静态模型在信 息世界中用于标识相应 的建筑物理实体， 是建筑物理实体在信息世界的存在描述； 建筑物理模型 是对建筑物理行为内在规 律的刻画， 包括时变特性和功能特性； 建筑交互模型基于建筑静态模型与建筑物理模型， 是建筑信息物理模型的核心部分， 从运动角度刻画了建筑物理实体与建筑信息物理模型的反馈交 互行为。 2.根据权利要求1所述的建筑信 息物理模型， 其特征在于， 时变特性描述建筑物理实体 在时间维度上 的结构疲劳、 材料老化损耗的规律； 功能特性则描述建筑物理实体对外界刺 激作何动态响应， 是建筑物理实体在信息世界的内涵描述。 3.根据权利要求1所述的建筑信 息物理模型， 其特征在于， 建筑交互模型的核心是基于 “感知‑控制‑执行”的闭环， 其中的控制逻辑体现了建筑信息物理模型的智能性， 是建筑物 理实体在信息世界的生命力描述。 4.根据权利要求1所述的建筑信息物理模型， 其特征在于， 所述建筑静态模型， 将建筑 静态信息映射为一种 结构化的数据模型， 再使用图像引擎渲染数据模型， 直观呈现建筑真 实状态。 5.根据权利要求1所述的建筑信息物理模型， 其特征在于， 所述建筑物理模型， 由一个 或多个反 映所研究物理过程中变量关系的多项式组成； 其中， 多项式的各项系数基于智能 算法进行参数识别， 并随着时间推移伴随物理建筑真实状态迭代更新。 6.根据权利要求1所述的一种建筑信息物理模型， 其特征在于， 所述建筑交互模型， 包 括感知器实体、 控制器实体、 执 行器实体以及动画实体。 7.基于权利要求1 ‑6任一项所述建筑信息物理模型的构建方法， 其特征在于包括如下 步骤： 步骤1， 建筑静态模型表示， 建立建筑物 理实体3D数字模型， 将建筑外观、 材质与结构的 数据从一种标准 化的格式数据渲染为可视化图像； 步骤2， 建筑物 理模型拟合， 基于建筑物 理过程， 选择相关系数高， 同时易于观察与控制 的变量， 建立求解目标变量的多项式， 利用历史数据对多项式进 行参数辨识， 得到满足误差 阈值的数 学表达式作为建筑物理模型的内核； 步骤3， 建筑交互模型构建， 基于建筑物理实体运维目标， 将交互过程中可能发生的各 类动作进行归纳整理， 完成各类物理实体与虚拟实体的映射匹配， 定义建筑交互模型 的动 作集与信息流； 步骤4， 建筑物理模型演化， 基于建筑物 理实体真实状态数据与建筑物 理模型预测数据 的比对结果， 当二者误差超过可接受阈值， 影响控制策略的正确性与最优性时， 重复步骤2 中的参数辨识过程， 更新拟合多 项式系数； 步骤5， 虚实交互闭环实现， 基于步骤3所构建的建筑交互模型与建筑物理实体间的映 射关系， 以及实际信息流向， 结合物联网平台实现建筑信息物理模型的物联接口， 遵循接口 标准与现场通讯协议进行代码实现， 实现数据与指令的上 行下载。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114398697 A 2一种建筑信息物理模型及其构建 方法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种面向智慧建筑应用场景的建筑模型构建技术， 属于建筑与土木工 程技术领域， 具体涉及一种建筑信息物理模型及其构建方法。 背景技术 [0002]随着人们对建筑安全、 舒适、 方便、 节能等要求的不断提高， 有关智慧建筑的研究 和应用不断涌现。 智慧建筑旨在 追求更低的能源消耗和更智能的生命周期管控， 因此， 对于 建筑实时状态与未来演 变趋势的感知与预测成为智慧建筑研究中的热点， 而这首先需要一 种逼真度高、 具 备计算能力的数字化模型的支持。 [0003]建筑信息 建模(Building Informat ion Modeling,BIM)是土木 建筑领域目前广泛 应用的技术手段之一， 通过构建标准且机器可读的信息模型， BIM技术为建筑设计、 施工、 管 理、 维护等阶段提供了先进的信息 收集与共享手段， 其所提供的建筑信息模型成为建筑物 理与功能特性的标准数字化表示， 主要用于工程可视化、 碰撞检测和模型漫游 等应用场景， 并在降低经济开销， 缩短工期等方面取得了可观的效果。 然而， 面向建筑生命周期中不断增 长的流程复杂性与数据多样性， BIM侧重于建筑几何形状、 位置关系、 质量管理的定义与刻 画能力已经不能满足智慧建筑发展， 尤其是运 维阶段需要。 传统BIM模 型对建筑静态信息刻 画并不包含建筑物理系统动态运行机理， 因此缺少对建筑物理实体状态的实时精确呈现， 相关人员要掌握建筑状态还需要借助其他技术手段， 增加了建设与学习成本； 智慧建筑的 智能性体现在其能够自主综合当前各类数据做出有益于建筑运维的判断， 这要求基于BIM 的运维系统具有匹配的计算能力， 能够以实时数据、 历史数据为输入， 通过智能控制逻辑， 做出适当优化和精确预测， 但传统的BIM模型本质上是一种标准数据集， 不具备复杂计算能 力， 也难以向建筑物理实体反馈计算结果， 与物理世界形成交互。 由于传统BIM模型注重数 据的集成与融合， 对 模型开发过程较少关注， 导 致模型开发要求门槛较高， 流 程复杂。 [0004]针对上述问题挑战， 不断有研究提出有 关BIM的扩展问题。 在 3D BIM模型所提供的 视觉呈现与控制的基础上， 通过扩展描述维度， 增加建筑设施生命周期的每个阶段所需的 多方面设计信息得到nD  BIM模型。 在传统3D模 型中增加时间维度所得到的4D  BIM模型使相 关人员可以从时域角度对建筑数据进 行呈现和分析； 成本作为BIM的第5维度也得到了研究 者和业界普遍认可， 而在5D之上的更多维度， 则 在不同的项目中有着不同的认识， 例如为解 决铁路道岔系统生命周期中的数据共享问题而建立的6D  BIM模型， 是在传统BIM模 型3个维 度的基础上， 增加了时间规划、 成本开销以及碳排放量等3个维度而构建的。 但BIM 设计的初 衷是伴随建筑从设计到废弃的生命周期， 而nD  BIM模型， 尤其是4D、 5D  BIM模型更多局限于 施工准备和施工过程中， 因为这些阶段更加强调不同部门间的协调与 交流， 这无疑简化了 各部门的数据交互成本， 带来了大量的信息汇报。 但进入运 维阶段， 设计和施工阶段的大部 分信息丢失， BIM模 型回归3D， 仍要面临前文 所述的问题挑战。 而且这种以扩展维度、 构件叠 加的改进方法缺少通用性， 主要集中在某一特定工程实践中， “BIM+”模型关注的问题领域 较小， 模型之间差异化大， 内联性不强， 模型间的交互还需要额外开发数据接口， 这无疑增说　明　书 1/6 页 3 CN 114398697 A 3