（仪器科学与技术专业论文）建筑消防工程图的信息获取和识别技术研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 由于现在的建筑物审查需要耗费大量的入力物力，在日益讲究效益的今天， 消防审查的效率已经不能完全跟上时代的发展。利用计算机来辅助审查建筑工程 项目将是今后发展的方向。但是到目前为止，还没有一个完整实用的计算机辅助 审查系统，其中的原因是很多的，最主要的是建筑审查规范和建筑图形理解的复 杂。为了解决这个问题，本文在理解建筑消防规范的基础上对建筑消防工程图加 以理解，利用计算机辅助技术，以期解决建筑物消防审查中的关键问题。本文的 主要工作如下： 在了解建筑施工图的图示特点、内容的基础上，对建筑施工图的语义、理解 策略、建筑消防审查等内容进行了详细的分析，为后面的工程图的理解打下了良 好的基础；根据施工图的表达特点，利用面向对象的程序设计方法，采用c + + 语 言，得出了消防特征类的层次模型；对d x f 文件格式进行深入的分析，并给出了 读取d x f 文件的方法；在读取d x f 文件和对d x f 文件的格式熟悉了解的基础上， 对消防设施的图形识别方法进行了研究，提出了实效的图形识别的方法。然后在 图形识别方法研究的基础上，又给出了消防符号信息提取的实现方法；并且给出 了识别系统的具体实现方案，对系统的核心技术进行了研究并进行了具体的编程 实现，讨论了系统存在的问题与解决办法及对系统的进一步完善；在文章最后通 过读取一个实际的建筑工程消防图的d x f 文件，对图形进行识别理解，通过得到 的结果证明了消防特征模型的正确性和本文的识别方法的有效性。 通过本文的研究，能够对建筑工程图进行自动读图，并能对图中的消防设施 的符号信息进行自动识别，为后续的计算机辅助审查系统的研究打下了良好的基 础。 关键词：建筑工程图，消防设施，自动识别，d x f 文件 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 s y s t e m a t i cr e s e a r c ha n d l a i da g o o df o u n d a t i o nf o rt h ef o l l o w - u pc o m p u t e r k e y w o r d ：a r c h i t e c t u r ee n g i n e e r i n gd r a w i n g ，f i r ec o n t r o lf a c i l i t y , d i s c e r na u t o m a t i c a l l y , d x ff i l e i i i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t b e c a u s e b u i l d i n gc e n s o r s h i pn o w n e e dc o n s u m eal a r g ea m o u n to f m a n p o w e r a n d m a t e r i a l s t h ee f f i c i e n c yo f b u i l d i n g sf i r e se x a m i n ec a n ta l r e a d yt o t a l l yk e p tp a c ew i t h t h et i m e s i tw i l lb ead i r e c t i o nt h a tw i l lb ed e v e l o p e di nt h ef u t u r et om a k eu s eo f c o m p u t e r t oa s s i s ta n de x a m i n et h eb u i l d i n gp r o j e c t b u tu pt i l ln o w , i th a s n ta ni n t a c t a n d p r a c t i c a lc o m p u t e rs y s t e m t oa s s i s tt h ee x a m i n i n g ，r e a s o n sa m o n gt h e m b e l o n g t oa l o t ，b u ta m a i no n et oe x a m i n es t a n d a r da n dt h a tf i g u r eu n d e r s t a n db u i l d i n gc o m p l i c a t e d f o rs o l v i n gt h ep r o b l e m ，b a s e do nt h eu n d e r s t a n d i n gc r i t e r i o no fa r c h i t e c t u r a ld e s i g n f i r e sp r e v e n t i o n ，w eu n d e r s t a n dt h ea r c h i t e c t u r a li c h n o g r a p h yt h i st e x t , b yu s i n gt h e t e c h n o l o g yo fc o m p u t e r - a i d e d ，t o s o l v et h ek e yp r o b l e mo ff i r ec o n l l o lc e n s o ro f c o n s t r u c t i o n t h e g r o u n d w o r k o f t h i st e x ti sa sf o l l o w s ： i n u n d e r s t a n d i n g t h e g r a p h i cp r e s e n t a t i o n c h a r a c t e r i s t i co ft h ec o n s t r u c t i o n d r a w i n g o ft h e b u i l d i n g ，f o u n d a t i o n o fc o n t e n t a tb u i l d i n gt h es e m a n t e m e so f c o n s t r u c t i o nd r a w i n g ，b u i l d i n gc o n s t r u c t i o nd r a w i n g su n d e r s t a n d i n gt a c t i c sa n dc o n t e n t g o n eo n d e t a i l e da n a l y s i su n d e r s t a n d i n g h a v el a i dag o o df o u n d a t i o nf o rt h ef o l l o w i n g u n d e r s t a n d i n g o f t h ec o n s t r u c t i o nd r a w i n g ；a c c o r d i n gt ot h ee x p r e s s i o nc h a r a c t e r i s t i co f t h ec o n s t r u c t i o nd r a w i n g ，u t i l i z et h et e c h n o l o g yo f o o p , a d o p t c - t - bl a n g u a g ea n dd r a w t h el e v e lm o d e l so ff i r ec o n t r o lf e a t u r e ；i tc a r r i e so nd e e pa n a l y s i st od x ff i l ef o r m a t g i v ea n d am e t h o do f r e a dd x ff i l e o nt h eb a s i so f r e a d i n gd x ff i l ea n df a m i l i a rw i t h u n d e r s t a n d i n g t ot h ef o r mo fd f i l e s t u d yt ot h ep a t t e r nr e c o g n i t i o nm e t h o d so ff i r e c o n l r o lf a c i l i t y i tp u tf o r w a r dt h em e t h o d o f p a t t e r nr e c o g n i t i o no f t h e a c t u a le f f e c t a t p a t t e mr e c o g n i t i o nf o u n d a t i o n w h om e t h o d s t u d y , g i v e af i r e p r e v e n t i o ns y m b o l i m p l e m e n t a t i o nm e t h o dw h oi n f o r m a t i o nd r a w ；g i v ea n dp u b l i s hr e c o g n i t i o ns y s t e m c o n c r e t et or e a l i z es c h e m e ，s t u d ya n dc a r r i e dt h ek e y t e c h n o l o g yi ns y s t e mo n c o n c r e t e p r o g r a m m i n gr e a l i z a t i o n h a v ed i s c u s s e dp r o b l e m a n dt h es o l u t i o na n d p e r f e c t i n g f l l r t h e rt ot h e s y s t e me x i s t i n gs y s t e m a t i c a l l y ；p a s s a n dr e a do n er e a ld x ff i l e a r c h i t e c t u r e e n g i n e e r i n gd r a w i n g s a tl a s ti i lt h e a r t i c l e , g o o na n dd i s c e r na n d u n d e r s t a n da n dp r o v ef i r ec o n t r o le x p r e s st h ee x a c t l e s sa n dt od i s c e r nt h ev a l i d i t i e so f m e t h o dt h i st e x t so f m o d e l b yf a c i l i t yt h r o u g h r e s u l tt h a tr e c e i v et of i g u r e t h r o u g ht h er e s e a r c ho f t h i st e x t ，c a nb et oi n t e r p r e t i n gb l u e p r i n t sa u t o m a t i c a l l y i nt h ea r c h i t e c t u r ee n g i n e e r i n gd r a w i n g s a n dg a l ld i s c e r ns y m b o li n f o r m a t i o n ，s u c ha s f i r ep r e v e n t i o n f a c i l i t y w h i l ep u r s u e i n g ，e t c a u t o m a t i c a l l xa s s i s t e da n de x a m i n e d i i 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 1 1 工程语言学的发展概况 语言是人类最重要的思维工具、交际工具和传递信息的工具，是人类特有的 宝贵财富。没有语言，就没有今天的人类社会，更没有高度发达的现代文明。语言 学是对人类语言的科学研究，是一门社会科学。工程语言是语言学的一个重要的 分支。 2 0 世纪中期以来，现代语言学的发展极为迅速。语言是联系十分广泛的现象， 它存在于人的一切活动领域。语言学是科学体系中最接近自然科学的社会科学之 一。现代科技的发展提出了许多与语言有关的问题，要求语言学配合研究，语言 学在现代科学中的地位越来越重要，它与其它学科相互影响，广泛综合，在发展 过程中不断有新的边缘学科涌现，已经出现的边缘学科有：社会语言学、心理语 言学、神经语言学、工程语言学、人类语言学、辅助语言学、文化语言学、地理 语言学、生物语言学、计量语言学、病理语言学、医学语言学、信息语言学、统 计语言学、数理语言学，等等。下面我们介绍一下工程语言学。 工程语言学是语言学与信息学、控制论、数学、物理学、电子学、计算机科 学、自动化技术相结合的多边缘学科，它用工程的方法重点研究语言的结构体系。 2 0 世纪5 0 年代用数学思想和数学方法研究语言，形成数理语言学( m a t h e m a t i c a l l i n g u i s t i c s ) 。7 0 年代语言学又与计算机科学相结合形成了计算语言学 ( c o m p u t a t i o n a ll i n g u i s t i c s ) 。其研究内容主要是： 1 语言信息处理就是借助机器设备，对语言信息进行输入、传递、加工、输 出等处理。 2 语言形式化即按形式分析语言，这涉及到语法形式化，语义形式化以及语言 模式化。 3 机器语言包括一般机器语言，媒介语言与计算机语言。计算语言学是一门 最具现代化特色的边缘学科，在机器翻译、情报检索、国际通用网络、自然语言 理解、语言文字信息处理和计算机辅助外语教学等领域正发挥着越来越大的作用。 1 2 计算机辅助技术 计算机辅助技术是指采用计算机作为工具，辅助人在特定应用领域内完成任 务的理论、方法和技术。它包括了诸如计算机辅助设计( c a d ) ，计算机辅助制造 ( c a m ) 、计算机辅助教学( c a i ) 等各个领域。“辅助”是强调了人的主导作用， 计算机和使用者构成了一个密切交互的人机系统。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 计算机辅助技术在计算机的应用领域不断扩大、应用水平不断提高和计算机 科学技术的快速进展情况下不断深入和拓广发展。c a d 和c a m 首先在飞机、汽车和 船舶等大型制造业应用中趋于成熟，发展了许多共性的技术，开发出许多可供公 用的工具软件和应用软件，其应用逐步推广到机械，电子，轻纺和服装等产品的 制造业以及建筑、土建等工程项目。同时，它的技术和方法也被推广到新的计算 机辅助领域，例如计算机辅助工艺规划( c a p p ) ，计算机辅助测试( c a t ) ，计算机 辅助质量控制( c a q ) 以及应用计算机对制造型企业中的生产和经营活动的全过程 进行总体优化组合的计算机集成制造系统( c i m s ) 。另外，还有用于教学和培训目 的的计算机辅助教学c a i 。 1 9 6 2 年麻省理工学院i e s u t h e r l a n d 的博士论文“s k e t c h p a d ：一个人机通信 的图形系统”第一次提出使设计者可以用光笔和显示屏幕作为媒介以图形方式和 计算机进行交互，这就是最初的交互式图形系统。但s k e t c h p a d 的第一版本只限 于画二维图，不久( 1 9 6 3 年) 由t e j o h n s o n 开发的更新版本可以建立对象的三 维线框模型，因此可以显示出从不同角度观察的透视图，据此可画出工程三视图。 s k e t c h p a d 实现了c a d 的初步目标：利用计算机辅助设计和绘制工程图纸，它所发 展的计算机图形学和人机交互技术，不但是所有计算机辅助系统的基础，而且也 是计算机应用技术中迄今仍非常活跃的两个重要分支。 因为在各种计算机辅助系统的运作过程中都会频繁地涉及到大量信息和数 据，因此数据库管理系统也是它们重要的组成部分，甚至是核心部分。但是目前 已较为成熟的商用数据库管理系统常常不能满足其需要。例如在c a i 系统和应用 于编辑出版领域的c a d 系统中，处理的信息常是多种媒体，因此需要多媒体数据 库；在c a d 或c i m s 环境下提供服务的工程数据库，它的概念模式要描述成成千上 万个不同类型的实体，其相互关联非常复杂，而且不稳定，需经常修改。这些新 型数据库管理系统正处于技术上不断完善并进入实用化的阶段。 以下简述各种计算机辅助技术及其应用情况。 ( 1 ) 计算机辅助设计( c a d ) 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 技术产生于1 9 世纪5 0 年代后期， 它是利用计算机技术的最新成果，辅助工程设计人员进行各种相关的设计工作。 工程设计中存在大量的数据处理、图形处理和数值计算，用传统的设计方法开发 不仅计算精度低、设计周期长，而且效率低下，c a d 是将人机有机地结合起来，使 用计算机硬、软件系统辅助人们对产品和工程进行设计的方法和技术，包括设计、 绘图、工程分析与文档制作等活动，它是一种新的方法与技术，也是一门多学科 综合应用的新技术。 一个设计过程可以简要地归纳为：首先将设计目标形式化为规约。设计师根 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 据规约并运用他的知识，包括基本原理，经验知识和对同类产品已有的了解，建 立设计对象的概念模型。由此概念模型再对照规约进行分析和评估，找出和规约 的偏差，再返回修改概念模型，如此反复循环，直至得到满意的设计或者再进一 步得到最优的设计。设计进程结束输出图纸、逻辑图、电路图和其他设计方案的 描述文档。c a d 的各项技术对于设计全过程的支持是明显和有效的，表现在： 计算机图形学、人机交互技术和合适的数据库将使模型的建立、修改和存 储更方便、高效。 对于不同的设计领域，例如机械设计要求计算结构或零件的强度，要仿真 机构的几何运动；电子设计需要分析电路特性和逻辑功能等，c a d 都有大量的针 对性应用软件可供计算、分析、评估时选用。由此，c a d 极大地提高了设计效率 和质量。 ( 2 ) 计算机辅助制造( c a m ) c a m 的核心是计算机数值控制( 简称数控) 。1 9 5 2 年美国麻省理工学院首先 研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此 后发展了一系列的数控机床，包括成为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中 自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成铣，钻，铰，攻丝等多道工序，这些 都是通过程序指令控制运作的。只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这 种加工灵活性称为“柔性”。加工程序的编制不但需要相当多的人工，而且容易出 错，最早的c a m 便是计算机辅助加工零件编程工作。麻省理工学院于1 9 5 0 年研 究开发数控机床的加工零件编程语言a p t ，它是类似f o r t r a n 的高级语言。增 加了几何定义、刀具运动等语句，应用a p t 使编写程序变得简单。这种计算机辅 助编程是批处理的。8 0 年代初期，由于交互计算机图形学的发展，出现了交互式 图形数控编程系统。这种系统在计算机辅助制图软件的支持下，以人机交互方式 在图形显示器上绘制出加工零件及毛坯，由图形编程软件以人机交互方式产生并 显示刀具加工轨迹，由计算机据此刀位文件直接自动地生成数控程序。 数控除了在机床应用以外，还可以广泛地用于其它各种设备的控制。如冲压 机、火焰或等离子弧切割、激光束加工、自动绘图仪、焊接机、装配机、检查机、 自动编织机、电脑绣花和服装剪裁等，成为各个相应行业c a m 的基础。 c a d 和c a m 的结合c a d c a m 是将设计的描述传递给加工制造环境，自动 转换为加工信息。如上述的交互图形数控编程系统所需编程的零件图形就可以直 接从c a d 数据库中取出，而不必另行绘制，因此可以免去工程图纸等纸面文档的 制各和再人工从中提取加工所需信息等许多费时的工作。 除了上述制造行业以外，在印刷电路板和集成电路芯片设计制造中应用的 c a d c a m 系统( 也称为电子设计自动化系统) 是以数据库为核心，将电路逻辑设 重庆大学硕士学位论文1 绪论 计、逻辑模拟、时序模拟、版图设计、版图验证、掩模生成集成为一体的系统。 ( 3 ) 计算机辅助工艺规划( c a p p ) 在工件图纸设计提交数控机床加工之前，有时还要经过工艺过程规划。即决 定从原材料到工件成品之间的加工顺序和所需机床，刀具等。这项工作需要有丰 富生产经验的工程师进行复杂的规划。计算机辅助工艺规划c a p p 也是运用人机 交互、计算机图形学、工程数据库以及专家系统等计算机科学技术来实现的。c a p p 常是联结c a d 与c a m 的桥梁。在集成化的c a d c a p p c a m 系统中，设计时在 公共数据库中所建立的产品模型不仅仅包含了几何数据，也记录了有关工艺需要 的数据，以供c a p p 采用。c a p p 的设计结果也存回公共数据库中供c a m 进行数 控编程。集成化的作用不仅仅在于省去了人工传递信息和数据，更有利于产品生 产的整体考虑。从公共数据库中，设计工程师可以获得并考虑它所设计产品的加 工信息；制造工程师可以清楚地知道产品的设计需求。全面地考虑这些信息，可 以使产品生产获得更大的效益。 ( 4 ) 计算机集成制造系统( c i m s ) 在计算机集成制造系统c i m s 中，集成化的全局效应更为明显。在产品周期 中的各项作业，都已有了相应的计算机辅助系统，如c a d ，c a p p ，c a m ，c a t ， c a q 等。 这些单项技术“c a x ”原来都是生产作业上的“自动化孤岛”，单纯地追求每 一单项技术上的最优化不一定能够达到企业的总目标缩短产品设计时间，降 低产品的成本和价格，改善产品的质量和服务质量以提高产品在市场中的竞争力。 c 1 m s 就是将技术上的各个单项信息处理系统和制造企业管理信息系统( 如m r p i i 等) 集成在一起，将产品周期中所有有关功能，包括设计、制造、管理、市场等 的信息处理全部予以集成。其关键是建立统一的全局产品数据模型和数据管理及 共享的机制，以保证正确的信息在正确的时刻以正确的方式传递到所需的地方。 c i m s 迸一步的发展方向是支持“并行工程”，即力图使那些为产品生命周期各阶 段服务的专家尽早地并行工作，从而达到全局优化并缩短产品开发周期。 ( 5 ) 计算机辅助教学c c a i ) 计算机辅助技术的另一个重要的应用领域是计算机辅助教学( c a i ) 。在c a i 中，更为广泛地应用多种媒体信息文本、声音、图形、图象、影视的综合处 理、人与计算机的信息交流，以及人工智能技术，以创造良好的学习环境，更好 地调动学生的学习热情和主动性，启发思考，加深理解，促进教育普及并获得良 好地教学效果。 4 重庆大学硕士学位论文 1 3 和本课题相关的研究内容 1 3 1 图样理解 1 图样理解内容 工程图识别理解技术的研究是计算机视觉、计算机图形学和计算机辅助设计 等研究领域相交叉的一个典型课题，它是继承计算机视觉研究领域中的图像处理， 图像识别和图像分析理解的理论基础和成熟算法，针对工程图的特点发展起来的 一项重要的计算机应用技术。 面向工程应用的图样识别理解可以分为三大类： ( 1 ) 光栅图像到矢量图形的矢量化：将工程图通过扫描仪转换为数字化的光 栅图像，进一步可将得到的光栅图像转化为矢量图形： ( 2 ) 相同空间维数之间的图形理解：包括在二维的工程图上进行的图形、尺 寸识别理解及其参数化处理，在三维模型中进行特征识别； ( 3 ) 低维空间到高维空间的图形理解：从二维的工程图通过理解重建三维形 体。 工程图是面向工程应用图形理解的主要处理对象，其作为工程界的技术语言， 包含着大量的信息。 2 图样理解对象 图样理解对象为建筑工程图及机械零件图等。在生产过程中，设计师用能够 准确表达物体形状的图形和各种标注来全面表达设计对象，按照机械制图规范产 生图样。制造者根据制图规范来理解工程图所表达的内容，了解设计师的设计意 图，获取关于产品加工要求、部件装配等信息，并根据产品加工制造经验对这些 信息进行再处理，形成产品工艺、质量检验等信息，组织管理产品的生产过程。 工程图在产品设计和制造过程中所起的上述作用，表明图样内容在专业技术 人员头脑中的映射，不是停留在直线、圆弧等几何或字符级描述上，而是基于这 些描述，根据制图知识和图样相关的专业知识，产生图样的工程意义级的描述。 即需要挖掘图样的工程语义才能更好地理解图样。 1 3 2 施工图工程量统计 施工图工程量统计研究的是基于图样理解的一个重要的研究方向。目前对于 工程量统计的研究涉及到钢筋用量统计、土石方用量统计等方面，目的是实现概 预算工程量信息获取的自动化，促进建筑工程设计和概预算编制的有机统一和一 体化，提高计算机辅助建筑工程设计的完整性和灵活性。 在对图形进行分析研究的基础上，可以利用一定的方法来对图形进行理解， 以达到工程量统计的目的。用到的方法有： ( 1 ) 基于规则的方法。通过总结建筑工程图中钢筋的表示方法、结构特征及 重庆大学硕士学位论文1 绪论 绘图规则，分析图中的各种涉及钢筋的图形元素、符号及其关系，理解各部件信 息，并加以综合，来获取建筑工程钢筋用量。 ( 2 ) 用层次化的图形识别方法来统计钢筋用量。确定钢筋信息表达的类层次 结构，把所有描述框架柱钢筋的信息按照表达特点分别封装在各类中。并通过框 架柱约束尺寸的确定、框架柱标注信息的参数表示、构造信息存储等来得出框架 柱钢筋信息的表达模型。 ( 3 ) 基于特征的图形识别方法。特征识别是从产品的实体模型出发自动识别 出其中具有一定工程意义的几何形状，即特征。 其他还有基于视图关联、工程特征类、标注工程语义等等的工程量信息获取 方法。施工图工程量统计的研究为解决工程中工程量统计的难题提供了重要的解 决途径。 1 4 本文的选题 1 4 1 本系统开发的现实意义 随着计算机应用的普及，计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助制造( c a m ) 等技术应运而生，解放了广大技术人员繁杂的设计工作，大大提高了劳动效率， 成为广大工程技术人员不能离开的助手。然而，各类工程项目完成设计后要通过 各类审查方能实施。例如：建筑物的审查一般要经过规划、消防、环保等几十类 审查( 即人们常说的盖几十个章) 。这些审查目前都是纯粹的人工审查，需消耗大 量的时间和精力，有的建筑设计需要经过一两年才能审批完。其中，有相当的时 间是花费在项目的审查上。所以，采用计算机辅助审查( c o m p u t e r a i d e d c e n s o r ， 即c a c ) 将是解决这一问题的发展方向。但是，目前国内外还未见到实用的c a c 系统。到目前为止，对于该方向的现有研究都处于对一些工程图纸的某些方向的 研究。如对工程图纸的扫描消蓝技术、工程图中线状图形的自动分类与识别以及 工程图符号的提取算法的研究等等，并且在处理方法上都有很大的局限性和不实 用性。对于计算机辅助审查整体、系统以及实用化的应用基础研究在目前的文献 中更是尚未查到。究其原因，c a c 系统除了审查的规范、条款众多而且繁杂外， 其核心问题是计算机对设计图中的图形及文字的理解能力不足，不能满足c a c 系 统的要求。 计算机对c a d 图形及工程语言的理解是一项工作量非常大且又很困难的研究 领域。目前国内外都投入了大量的人力物力开展这一领域的研究，已取得了一定 的成果，但就目前的科学技术水平来说，计算机对丰富复杂的语言文字及图形的 完全理解几乎是不可能的，目前所做的研究都是针对c a d 图形中的某些方面进行 的工作。本课题也是在一个特定的范围( 即建筑物工程图中的消防符号) 内开展 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 研究，以解决上述计算机消防辅助审查中的关键问题。 1 4 2 本论文的工作 由于本系统的开发涉及到多个方面的知识，限于时间和能力问题，本论文主 要对消防符号的表达特点以及在此基础上对于图形识别的方法进行了研究，实现 了消防符号信息的自动提取。研究的具体内容有： ( 1 ) 工程语言知识的研究与理解。 设计图纸是工程师的设计语言，在设计图纸中表现出了工程师的设计思想， 而这种思想是通过工程语言来表现的，为了能够实现对工程图的理解，我们就需 要研究工程语言的知识。 ( 2 ) 建筑设计防火规范的理解。 由于建筑设计防火规范的内容众多，同时在计算机上对于工程图的理解范围 也是有限的，因此我们主要是针对建筑物中的消防及灭火设备的规范进行了理解。 规范的参考依据是中华人民共和国国家标准建筑设计防火规范g b j1 6 8 7 ，以 及中华人民共和国国家标准高层民用建筑设计防火规范g b 5 0 0 4 5 9 5 ，所用版 本均为2 0 0 1 年版。同时还有相应的国家对于建筑消防审查相关方面的规定等内容。 ( 3 ) 建筑工程图中消防符号表达方式的研究。 建筑消防符号的表示方法在建筑工程图制图规范中是有定义的，建筑消防符 号的表示有着自己的特点。我们对建筑工程图进行了研究，在此基础上对建筑消 防符号的特点进行了研究，并定义其特征，通过对特征的识别来达到识别消防符 号的目的。 ( 4 ) 图形识别方法的研究，并进行消防符号信息的提取。 由于本文是以通用的d w g 仍x f 文件格式的工程图为研究对象，因此需对 d x f 文件格式进行深入的分析，并在此基础上对于消防设施的图形识别方法进行 了研究。在图形识别方法研究的基础上，给出了消防符号信息提取的实现方法。 ( 5 ) 识别系统的核心实现。 由于消防设施的识别涉及的内容很多，我们在时间和经验上都有一定的局限， 所以我们的研究也有一定的局限。在最后本文通过读取一个实际的d x f 格式的工 程图，并运行本文的程序来验证图形识别方法的有效性及本文所述方法的有效性。 重庆大学硕士学位论文2 建筑施工图的表达特点及建筑消防审查 2 建筑施工图的表达特点及建筑消防审查 2 1 建筑施工图的图示特点 建筑施工图是用以指导施工的图纸。它将一幢拟建房屋建筑的形状、规模， 以及各部分的结构、构造、装饰做法及材料，用投影方法按照国标的图示规定系 统、完整、详细、准确地表达在图纸上。 第一，施工图是用正投影法绘制的。 房屋建筑施工图的图示方法有如下特点： 在h 面上绘出房屋的平面图，v 、v ，面 上绘出房屋的正立面和背立面图。w 、w ，面上绘出房屋的剖面图及左、右侧立面 图。若房屋较小，可在一张图纸上按投影关系绘出平、立、剖面图，便于读图。 若房屋大、图幅小，平、立、剖面图放不下时，可以分别绘出。 第二，施工图一般都用缩小比例绘制。因为房屋形体都很庞大，图纸小，所 以用缩小比例。但房屋内部的构造有些部位很复杂，在较小比例的平、立、剖面 图中反映不清楚，必须配以较大比例的各种详图才能完整详尽地表达出来。 第三，施工图由于形体大图样小，按投影关系无法一一把各部位表达清楚， 因此可按“建筑制图标准”中规定的画法或工程上习惯的画法表示。 第四，为简化作图，在“国标”中规定了一系列的图形符号( 称为图例) 代 表各种构件、配件及其各种建筑材料，材料做法则常用文字注解的方法表达。同 时为便于读图，“国标”中还规定了各种标注符号，如标高符号、标注符号、各种 构件符号等等。 第五，施工图中，有许多构配件已有标准定型设计，并有标准设计图可供使 用。凡采用标准定型设计之处，只要标出标准图集的编号、图号即可。 2 2 建筑施工图的内容 一套完整的施工图除了图纸目录、设计总说明书外，应包括以下图纸： ( 1 ) 建筑施工图。 建筑施工图简称建施图，一般由基本图和详图所组成。基本图一般包括建筑 总平面图、建筑平面图、建筑立面图和建筑剖面图。这些图都是用来表达建筑全 局内容的图样。详图一般包括墙身剖面图、楼梯图、门窗图及其配件图等。广义 而言建施图是表达一个区域内的建筑的总体布局及单体建筑的形体、规模、构造 情况的图样。 1 建筑平面图 房屋的建筑平面图是房屋建筑的水平剖面，即假想用一个水平刻切平面，沿 房屋建筑窗台板偏上的部位将房屋水平切断，移去剖切平面上面的部分，而后作 重庆大学硕士学位论文 2 建筑旌工图的表达特点及建筑消防审查 留下部分的水平投影，这样所形成的图样叫做房屋的建筑平面图( 简称平面图) 。 2 建筑立面图 房屋的建筑立面图是在与房屋立面相平行的投影面上所作的房屋正立投影所 形成的图样( 简称立面图) ，其主要立面叫做正立面图，其余的立面图相应地叫做 背立面图和侧立面图。但通常也有按房屋的朝向来命名的，如南立面图、北立面 图、东立面图和西立面图等。有时也按轴线编号来命名。房屋的建筑立面图主要 用来表示房屋的外部形状，显示房屋的长度、高度、屋顶的构造形式、门窗洞1 ：3 的位置及外墙面的装饰等内容，所以建筑立面图实际是房屋的外貌图。 3 建筑剖面图 房屋的建筑剖面图是假想用一个垂直于外墙线的铅垂切平面把房屋沿垂直方 向切开后，移去则切平面前面部分，将剩余部分作垂直于剖切平面方向的正投影 所形成的图样( 简称建筑剖面图) 。它分为横剖面图和纵剖面图两种。 建筑剖面图主要表示房屋建筑的内部结构形式和竖向构造情况，如楼层的结 构形式楼地面的构造及标高等。 建筑剖面图的剖切位置一般选择在房屋内部空间变化比较复杂的部位，一般 都通过门厅或楼梯间。为了充分表达房屋内部构造组合情况，往往需要绘制出几 个不同位置或不同方向的剖面图。 4 建筑详图 在建筑施工图中，由于建筑平、立、剖面图绘制的比例一般都较小，对房屋 的细部构造无法表达清楚，所以建筑施工图中除应画出平、立、剖面图这三种基 本图样外，还应画出许多样图，才能满足施工要求。对房屋的细部构造用较大的 比例( 如l ：1 、1 ：2 、1 ：5 、1 ：1 0 、1 ：2 0 等) 将其形状、大小及材料做法详细 地表示出来的图样就叫建筑详图( 简称详图) 。根据表达的部位，详图可分为平面 详图( 如楼梯间、卫生间) 、立面详图( 如门窗图) 或剖面详图( 如墙身剖面图) 。 有时也可用轴测图( 如小配件) 的形式表达详图。详图的特点一是比例大，二是 尺寸标注详尽，三是文字标注清楚。 ( 2 ) 结构施工图。 结构施工图简称结施图，一般它由基本图和详图所组成。基本图一般包括基 础平面图、楼房结构平面图、屋顶结构平面图或柱网平面布置图。详图一般包括 基础、梁、柱、楼梯、雨蓬以及其它的构件图等。结施图一般是表达建筑的承重 结构的构造情况的图样。 ( 3 ) 设备施工图。 设备施工图一般又分为给排水施工图、电气照明施工图、供暖通风施工图和 煤气施工图。这四个专业的施工图都是表达各个专业的管道( 或线路) 和设备件的布 重庆大学硕士学位论文2 建筑施工图的表达特点及建筑消防审查 置及安装构造情况的图样。 设备施工图由基本图和详图所组成。基本图一般由各专业的平面图和系统图组 成。详图一般由设备件的构造图及安装制作图组成，这些图多半都有标准图可直 接选用。 图2 1 建筑施工图示例 f i g 2 1t h es a m p l eo f a x e h i t e e t u r ec o n s t r u c t i o nd r a w i n g 1 0 重庆大学硕士学位论文2 建筑施工图的表达特点及建筑消防审查 建筑施工图是为了满足建设部门的使用功能需要而设计的施工图样；结构施 工图是为了保障建筑的使用安全而设计的施工图样：设备施工图是为了满足建筑 的给排水、电气、采暖通风的需要而设计的图样。在建筑工程设计中，建筑是主 导专业，而结构和设备属配合专业，因此在建筑工程施工图的设计中结构施工图 和设备施工图必须与建筑施工图协调一致。 图2 1 是某建筑施工图的消防平面图中的一部分。 2 3 建筑施工图特征 工程图一般可以分为机械、电气、建筑和土木等四大类，各类图样有共性， 但又有较大的不同，同其他工程图比较起来，建筑施工图样有以下几个显著特征： ( 1 ) 实形性 施工图的度量性较好，而立体感差，实形性正是度量性好的根本基础，从投 影表达来看，诸多表达手段正是为实形性服务的，例如剖视图、剖面图、截面图、 详图的表达等；从尺寸标注来看，实形性为尺寸标注提供了可行性。由于实形性， 在不考虑尺寸标注工程背景时，提供了尺寸处理时尺寸之间的可转换性。非实形 的表达应该通过不同途径予以避免，同时，非实形的表达必然通过某种约定来反 映实形性。 ( 2 ) 封闭性 每一个视图单位，无论是基本视图还是各种剖视图、剖面图、截面图、详图， 其外边界轮廓必然是封闭的边界，波浪线是粗实线轮廓线的一种特殊形态，点划 线是视图对称表达时轮廓线的一种特殊形态。换句话说就是不可能存在挂线的情 形，同一视图也不可能成为分离的几块。这一特征为视图划分和视图关联提供了 基本依据。 ( 3 ) 连续性 视图内部轮廓线一般是连续的，图线之间要么以端点相连，要么图线的端点 落在另外的图线上。一根图线跨越另一根图线时，这两根图线将通过交点分割为 四根图线。 ( 4 ) 视图尺寸协调性 施工图的视图表达和尺寸标注是协调的，而不是冲突的、干涉的。通过视图 尺寸的相互作用，将可以尽可能多地抽取施工图的语义，只注重视图而忽视尺寸 的作用显然是片面的。视图尺寸协调性为施工图理解提供了现实可能性。 重庆大学硕士学位论文2 建筑施工图的表达特点及建筑消防审查 2 4 施工图语义层次分析 2 4 1 形体投影分析 由于对工程图进行分析是形体投影表达的逆过程，因此我们首先分析形态投 影表达的过程，以便从中得到有益的启示。形体投影表达过程可以分为以下四个 步骤： ( 1 ) 形体分析：建筑物( 或构件) 整个形体总是可以分解为由若干基本立体 和扫描体所组成，基本立体包括棱柱、棱锥、圆柱、球体、环体等六类，扫描体 包括平移扫描和回转扫描，组合方式包括叠加方式的相交、相接、相切，切割方 式的截切，以及叠加和切割的混合。 ( 2 ) 确定表达方式；主要包括形体如何放置，选取哪个方向作为主视图的投 影方向，用几个视图来表达，是基本视图还是非基本视图；每个视图采用什么表 达方法，是直接投影的视图还是剖视图、剖面图、截面图或者详图。 ( 3 ) 根据投影关系绘制投影：一般先绘制基本立体在几个视图上的相关投影， 然后再表示出基本立体之间的组合方式，此时设计各种线型表示、剖切表示、各 种规定画法以及习惯画法等。 ( 4 ) 标注尺寸：尺寸标注仍然通过形体分析方式实施，先标注基本立体的定 形尺寸，再标注基本立体之间的定位尺寸，最后标注组合形体的总体尺寸。 和机械图样( 特别是零件图) 相比，在建筑图样的形体投影表达过程中，建 筑的各种功能部件可以看作是基本立体，而整个建筑物则相当于组合形体。 从投影表达的过程分析可知，将形体进行合理的分解是一切后续工作的基础。 与此相仿，如何迅速、有效地识别建筑物的各类功能部件，是施工图计算机理解 过程的关键所在。 2 4 2 工程语义的分类 由于工程图包含的工程语义具有隐含性、经验性和习惯性等特点，因此工程 语义的描述较为困难。由于工程图表达的结果是静态的，而工程图表达的方式是 动态的、可变的，因此，语义分析是施工图计算机理解和建筑物功能部件识别的 基础。工程语义归纳起来有以下几个方面： ( 1 ) 视图和视图关系语义：工程图使用大量的视图表达三维零件的各个方位 面的结构，每个视图系表达一个三维体系在不同方位面上的投影，即“高平齐”、 “长对正”、“宽相等”。 ( 2 ) 线和线型语义：工程图的图形基本实体为各种线实体( 直线、圆、弧及 各种曲线) ，每一类线都有线型，包括粗实线、细实线、虚线、中心线、双点划线、 点划线和剖面线；每一种线型都表达了一定的语义。 ( 3 ) 尺寸及尺寸文本：尺寸是工程图中大量使用的最有意义的实体。尺寸中 重庆大学硕士学位论文2 建筑旌工圈的表达特点及建筑消防审查 的文本具有丰富的语义，例如：m ，g 代表两种不同的螺纹面等等。没有尺寸语义 在很多情况下将不能唯一地表达一个三维体。 ( 4 ) 符号语义：大量的符号用于表达对零件表面的制造要求和信息，例如： 粗糙度符号、形位公差符号、焊接符号等。 ( 5 ) 文本语义：工程图通常使用大量的文字对零件的制造要求甚至结构形状 进行描述，例如：技术要求中的热处理和表面处理的内容，有时甚至在表面上注 明加工要求以及对结构形状的说明等。下面的三个表分别对图形元素及其属性、 尺寸标注分类的语义进行了说明。 表2 1 图形元素的分类及其语义 图形元素的分类包含语义 点其他图元的断点，关键点 直线轮廓线，中心线，过渡线等 圆轴线标注等 表2 ，2 图形元素的线型及其语义 线型分类包含的信息 粗实线可见轮廓线和可见过渡线 细实线尺寸线、尺寸界线、剖面线、指引线等 虚线不可见轮廓线和不可见过渡线 细点划线轴线、对称中心线、轨迹线、节圆及节线 粗点划线特殊要求的线或表明 i双点划线极限位置轮廓线、中断表示等 l双折线表示断裂处的边界线 表2 3 尺寸分类及其语义 尺寸分类特征包含的信息 直径尺寸 。 回转体 半径尺寸 r 过渡圆角、回转体 角度尺寸斜面、圆锥体 线性尺寸纯数字定形、定位 重庆大学硕士学位论文2 建筑施工图的表达特点及建筑消防审查 2 5 施工图图形理解策略 2 5 1 施工图图形理解和机械图样图形理解的区别 施工图理解和现有主要针对机械图样的图形理解在视图环境和图形理解的目 标上都存在很大的差别，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 机械图样的图形理解基本上都是在三视图的视图环境中进行，不论是自 底向上法、自顶向下法或模型引导法等，识别的过程和结果都依赖于视图验证。 而施工图的图形理解环境不只是三视图，也可能是单面视图、双面视图或多视图。 ( 2 ) 机械图样中三视图的位置基本上固定并在一张图纸中，因而视图的关系 图相对来说比较容易建立。而施工图的视图数量变化较大( 从几张至几百张) ，各 个视图的放置位置比较随意并可能根本就