《电子技术应用》
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面向重大复杂工程的网格建模与混合计算关键技术研究
电子技术应用
魏志云1,2,孙耀宗3,杨帆1,2,袁建平1,2,郑波1,2,徐震1,2,杨礼国1,2,王鹏3,孙源2,施金承2
1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 数字工程研究院;2.浙江华东工程数字技术有限公司;3.广联达科技股份有限公司
摘要: 在重大复杂工程的数字化建设过程中,大场景高精度建模与多尺度耦合计算长期面临建模效率低、布尔运算鲁棒性差、几何-拓扑一致性难以保障等关键技术瓶颈。为此,研发了具备完全自主知识产权的网格建模与混合计算组件——CyberMesh,涵盖网格建模、网格计算、网格编辑、网格优化等七个模块。提出复杂网格建模、快速射线求交、高鲁棒自主剪切、网格-实体模型融合等六个核心技术。通过构建混合表达数据结构,CyberMesh实现了几何精度与拓扑连通性的统一表达,支持千万级网格的高效生成与毫米级精度控制。经布尔运算、射线求交、离散建模的对标验证,在运算效率与鲁棒性方面达到甚至优于国际主流商业软件的同等水平。研究成果面向水利水电、海上风电、公路、桥梁、矿山等重大复杂基础设施工程,聚焦数字化设计、施工与运维全生命周期的核心技术需求,为基础设施领域实现技术突破提供有力支撑。
中图分类号:TP391 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.267805
中文引用格式: 魏志云,孙耀宗,杨帆,等. 面向重大复杂工程的网格建模与混合计算关键技术研究[J]. 电子技术应用,2026,52(8):167-175.
英文引用格式: Wei Zhiyun,Sun Yaozong,Yang Fan,et al. Research on key technologies of mesh modeling and hybrid computing for major and complex engineering projects[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(8):167-175.
Research on key technologies of mesh modeling and hybrid computing for major and complex engineering projects
Wei Zhiyun1,2,Sun Yaozong3,Yang Fan1,2,Yuan Jianping1,2,Zheng Bo1,2,Xu Zhen1,2,Yang Liguo1,2,Wang Peng3,Sun Yuan2,Shi Jinchen2
1.Digital Engineering Research Institute, PowerChina Huadong Engineering Co.,Ltd.;2.Zhejiang Huadong Engineering Digital Technology Co.,Ltd.;3.Glodon Company Limited
Abstract: In the digital construction process of major and complex projects, high-precision modeling of large-scale scenes and multi-scale coupled computing have long been confronted with key technical bottlenecks such as low modeling efficiency, poor robustness of Boolean operations, and difficulty in ensuring geometric-topological consistency. To address these challenges, this paper developed CyberMesh, a mesh modeling and hybrid computing component with complete independent intellectual property rights, which covers seven major modules including mesh modeling, mesh computing, mesh editing, and mesh optimization etc. It has proposed six core technologies, including complex mesh modeling, fast ray intersection, highly robust autonomous shearing, and mesh-solid model fusion etc. By constructing a hybrid expression data structure, CyberMesh has achieved a unified expression of geometric accuracy and topological connectivity, supporting the efficient generation of tens of millions of meshes and millimeter-level accuracy control. After benchmarking and verification through Boolean operations, ray intersection, and discrete modeling, it has reached or even surpassed the equivalent level of international mainstream commercial software in terms of operational efficiency and robustness. The research results are oriented towards major and complex infrastructure projects such as water conservancy and hydropower, offshore wind power, highways, bridges, and mines, focusing on the core technical demands throughout the entire life cycle of digital design, construction, and operation and maintenance, providing strong support for achieving breakthroughs in the infrastructure field.
Key words : major and complex projects;mesh modeling;hybrid computing;CyberMesh

引言

在当前我国基础设施建设快速发展的背景下,重大复杂工程对建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术的依赖日益加深。而BIM底层核心技术组件的研发,对于整个工业软件行业乃至整个工程领域都具有至关重要的意义[1-2]。底层组件作为软件的基础技术,其质量和性能直接影响到软件的整体运行效率和稳定性,进而关系到重大工程建设的精准设计和高效建设。

然而在BIM基础技术领域,我国仍面临诸多问题,尤其是在标准程度低的大型基础设施领域,核心技术的缺失严重制约了行业的自主发展。为此,攻克几何造型引擎、约束求解、数据转换、显示渲染等核心技术已是当务之急,其中面向超大型复杂工程的网格建模混合计算更是关键突破口,这些基础技术将为国产BIM平台提供底层核心支撑,而BIM平台又能为基础技术提供丰富的应用场景,通过向上层输出能力,不断反哺底层技术的提升与打磨,形成良性的研发闭环,推动国产BIM平台的自主创新[3]。

进入21世纪以来,网格建模与混合计算技术呈现出组件产品化与算法研究深度融合的趋势。主流商业软件如Spatial 2D/3D Mesh和HyperMesh在网格生成方面各具优势,而开源库如CGAL、MeshLab和OpenMesh则支撑学术探索,两者协同推动多学科融合发展。这些国外组件历经数十年迭代优化,已占据全球市场主导地位,表现出卓越的计算性能和极高的稳定性。相比之下,国内该领域起步较晚,核心技术尚未完全突破,多数国产BIM软件仍基于国外底层组件开发,自主创新的网格建模与混合计算组件稀缺,在性能与稳定性方面与HyperMesh等国外先进组件存在显著差距[4-7]。

我国水利水电、海上风电、公路、桥梁、矿山等重大复杂基础设施工程广泛涉及不规则曲面,对网格算法的鲁棒性与可靠性提出极高要求。因此,亟需开发高级网格造型、围合成体和网格-实体混合计算等功能,以覆盖不同尺度与场景的建模要求。同时,面向大场景与高精细度模型,也需开展网格去重、简化与质量优化等算法研究,全面提升国产BIM平台的网格处理效能与运行稳定性,为其大规模工程应用奠定坚实基础。


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作者信息:

魏志云1,2,孙耀宗3,杨帆1,2,袁建平1,2,郑波1,2,

徐震1,2,杨礼国1,2,王鹏3,孙源2,施金承2

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 数字工程研究院,浙江 杭州 311122;

2.浙江华东工程数字技术有限公司,浙江 杭州 311122;

3.广联达科技股份有限公司,北京 100193)

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