高层建筑结构的优化设计主要包括结构建模和结构优化两个部分。在结构建模阶段，需要设计师从建筑平面图中人工读取建筑相关信息，包括几何图元、封闭区域、建筑元素等，随后采用建模软件进行结构构件的自动布置和荷载施加，由此完成结构计算模型的生成，这个过程高度依赖人工，建模工作量大且效率低下。 本研究提出一种建筑结构图纸信息识别与结构自动建模的方法，旨在变革传统依赖人工解读图纸、手动建立计算模型的设计流程，实现从二维设计图纸到三维参数化结构分析模型的自动化、智能化转换。该方法的成功应用，将极大提升结构设计的效率与准确性，减少人为错误，并为后续的结构优化及数字化提供高质量、可计算的数据基础，可推动建筑结构设计迈向全流程数字化与智能化。
建筑平面图信息识别核心在于自动读取以矢量形式表达的二维建筑图纸中的建筑相关信息，高层钢结构的图纸信息识别与结构自动建模工作流程见下图：
为了统一建筑信息识别，本课题制定了详尽的图层命名与属性映射规则标准，该标准不仅规定了“墙”、“窗”、“门”、“轴线”、“文本”等基本元素所在的图层名称，也定义了每个图层内图形元素的属性。例如，“WALL”图层包含代表墙体轮廓的线段，每条线段通过其两个端点的坐标来描述:“WIINDOW”图层则包含门和窗轮廓的线段与弧线，其图层通过几何属性(质心坐标、长度、旋转角度)定义了门窗等洞口的位置和尺寸；“SPACE”图层通过文本方式，承载了房间功能（如“卧室“、“客厅”）等关键语义信息；“AXIS”和“DOTE”图层通过线段和几何属性（坐标、长度、旋转角度）定义了轴线的位置及其相邻距离。
因此，在制定的图层标准基础上，通过图层分析法对DXF矢量文件的数据信息进行解析，可以提取得到墙体、窗户、门洞、轴线、区域功能等基本图元，能够精准地获得各类元素的几何与属性信息。该提取过程并非简单的图形抓取，而是基于特征的类型识别，例如，对于墙体，该方法识别的是具有特定线型和长度的线段：对于门窗洞口，该方法则识别封闭的多段线或图块，并计算其边界框和方向角。所有这些被提取的信息都被转化为结构化的数据（如列表），并存入内存中，以备后续的模型重建使用。通过这种标准化方法，确保了信息提取的准确性和一致性。
获得离散的几何图形元素后，需要理解它们之间的空间逻辑关系及其语义，即构建一个表达建筑空间拓扑的模型。为了从二维CAD图纸中检测得到不同的功能区域，需要提取得到墙体和洞口的中心线，其主要步骤如下:
1.获取建筑轴线坐标。根据图层集合“AXIS”中获取的线段确定轴线的方向和位置，包括水平轴与纵向轴两类轴线。记录轴线图层中线段的端点坐标值，当线段两端点x坐标相同时，该轴线标记为纵向轴并记录其x坐标。由此可以识别得到建筑平面图中的所有轴线，形成一个完整的正交轴线网格，作为整个结构模型定位的基准。
2.获取建筑门窗洞口中心线。通过图层集合“WINDOW”中获取的线段得到旋转角度，由此确定洞口方向，例如，角度信息为0和180°代表水平方向的洞口。其次，通过线段的长度信息，将中心坐标沿轴向的正负两个方向各平移总长度的一半，获得中心线的两个端点。
3.获取建筑墙体中心线。基于专家经验，墙体中心线的获取需要将代表同一片墙体两侧的平行线段进行配对，其配对依据是两条线段在长度和端点位置上的相似性，具体需要进行以下两步：（1）检测线段并配对形成墙体分段;（2）获取每段墙体中心线的两个端点坐标。这一过程充分模拟了工程师的思维过程，将杂乱的线段转化为清晰的、具有拓扑关系的线框模型。
楼面荷载、结构构件是根据建筑区域的功能来确定和布置的，例如，由于表面铺装的不同，卫生间和卧室的恒载和活载会有较大的不同，而且在不同的标准层，楼面荷载也可能不同，构件所在的位置也会有所区别。因此，为了得到用于力学分析的结构模型的楼面荷载分布，以便于进行结构参数化建模过程中的结构构件自动布置，对区域进行语义分割尤为重要。为了获得区域功能，基于获得的所有中心线，识别出由这些中心线围合而成的各个封闭区域，采用数学图论基本原理进行表达，具体而言，将整个中心线网络视为一个“图”，其中线的端点是“顶点”，中心线是“边”。由此可通过封闭区域检测法进行区域分割，具体步骤如下：
1.建筑墙体和门窗中心线合并。为了降低计算成本并消除墙体转角处洞口对几何线段的影响，将得到的洞口中心线与墙体中心线进行合并，具体步骤为:(1)随机选择一个门/窗洞口；（2）依次将其线段的端点与相邻墙体的端点进行配对，当墙体线段的任何端点与所选洞口的任意端点坐标相同时，则将该墙体记录在一个列表中，由此可记录得到与该洞口相连的所有墙体线段;（3）将该洞口的中心线与列表中那些共点的墙体中心线合并;（4）对所有洞口都进行上述操作，记录下所有洞口的相连墙体线段。将处理后的中心线（包括合并了洞口中心线的墙体中心线）转化为图数据结构。
2.建筑封闭区域识别。采用顺时针轮廓识别方法检测并识别合并后的洞口及墙体线段，即沿着中心线进行顺时针方向的遍历，记录经过的中心线，由此得到封闭区域，当遍历路径回到起点时，即识别出一个封闭多边形，其代表一个建筑封闭区域（如卧室、厨房等），见下图，具体步骤为:（1)随机选择一条合并后的洞口及墙体线段，作为初始线段;（2）按照顺时针方向，确定该线段的起点和终点:（3）记录与所选线段终点相连的所有其他线段，其中，将顺时针方向的那条线段标记为下一条线段，其确定规则见下表，共有四种情况。以第一种情况为例进行说明，当该线段为水平线段且其指向x正方向时，从与之相连的所有线段中找出具有端点y坐标最小的线段，将其作为该线段顺时针方向的下一条线段。其他情况类似，具体规则详见下表。（4）重复步骤（1）~（3），直至所选线段形成一个封闭区域，当前区域即为顺时针方向检测出的最小区域;（5）重复上述步骤，可检测得到出所有封闭区域。
3.建筑封闭区域功能标注。每个封闭区域的功能通过其内部或附近的文本标签（如“卧室”）进行自动标注。具体而言，利用图层集合“SPACE”中获取的信息，提取出每个能够代表区域类型的文本数据，并且提取出该文本中心点所在的位置坐标，通过该坐标对其所属区域进行判断，即封闭区域的功能为位于它所在包围框内部的区域类型文本。由此可对所有封闭区域的建筑功能进行标注。
4.建筑封闭区域连通性分析。根据数学图论基本原理，采用连通分量分析法，结合度中心性进行区域分割，该中心性定义为:
式中，dci为区域i的度中心性；g为区域总数；Mij为区域zi与区域z之间的区域连接矩阵值，其具体定义见上式。基于区域所在线段的坐标，及门洞线段的坐标，可判断出区域与门洞的包含关系。在此基础上，当两个封闭区域共同包含同一扇门时，可将其视为连通，由此可得到封闭区域的连通关系图，其中，节点代表封闭区域，边代表门连接。其示例见下图，0号区域为中心区域，通常为过道区域，其度中心性数值最高，11号区域与4号、19号区域相连通，12号区域与3号、18号区域相连通，17号区域与1号、2号区域相连通，这样的组合区域通常为一个套间，这三个套间通过0号区域即过道相连通等。该连通关系图揭示了建筑的交通流线，为后续的荷载分布和结构构件布置等应用提供了数据基础。
