BIM云平臺構建技術研究

摘 要：建筑信息模型（Building Information Modeling， 簡稱BIM） 是一種使用三維信息技術建模的新型工作模式。由于現有的BIM云平臺存在的硬件資源無法滿足業務拓展需求、BIM云平臺使用率較低等問題，需要對新的系統進行改良工作。從BIM云平臺的背景出發，從系統的需求分析、性能要求出發，分析系統改良的系統架構、功能模塊設計、關鍵技術，解析云平臺的BIM和GIS結合的相關應用，最后總結系統的建設成果。

關鍵詞：BIM云平臺；云計算；可視化；GIS

中圖分類號：U215.1;TP315 " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2022）10-0010-03

0 引言

隨著計算機、網絡、云計算技術的不斷發展，傳統建筑工程在規劃、設計、施工及運維過程中，已大量使用信息化工具作為輔助手段[1]。然而，隨著項目規模的不斷擴大，復雜程度也不斷增加，傳統的二維圖紙方式已不能滿足多專業協同高效工作的需求[2]。BIM是一種以三維數字技術為基礎，將建筑工程全生命周期內的各種相關信息加以整合并進行有效管理的一種全新工作模式。而作為近些年各行各業的研究熱點的云計算技術，利用其強大的云端計算能力解決了海量異構數據的高效處理問題，使得多用戶間的信息快速存儲、共享成為可能[3]。

現有的BIM云平臺存在的硬件資源，無法滿足業務拓展需求、網絡傳輸延遲、用戶體驗不佳等問題導致BIM云平臺使用率較低[4]，因此需要對BIM云平臺整體方案和技術路線進行改造升級，打造集資源服務、管理服務為支撐的一體化聚合平臺的目標。

1 BIM云平臺構建思路

1.1 系統功能性需求分析

通過需求分析，能夠明確平臺的搭建目的、服務內容和主體功能[5]。BIM云平臺以共享運算資源為核心，以點帶面，充分利用優勢資源，通過云端部署、項目授權使用的方式，形成集實景建模、統一授權、跨平臺協作等為一體的特色服務，實現與BIM門戶、BIM應用需求中心融合的整體服務體系。平臺面向普通用戶、管理員、超級管理員3類用戶，分別提供不同的權限。

BIM門戶以打造集資源服務和管理服務為支撐的一體化聚合平臺為目標，通過認證服務體系構建人才專家庫，為不同類別的用戶提供針對性的信息、資源、學習、大賽等服務，結合魯班平臺、供應鏈金融等業務形成全產業鏈的聚合服務鏈條。BIM應用需求中心主要以為管理人員、設計單位、施工單位的從業技術人員提供平臺化服務為目標，結合BIM設計服務、BIM+GIS數據服務、BIM項目服務，提供用戶及組織機構管理、BIM服務管理、GIS模型管理、項目與人才管理、模型管理、日志管理、資源管理等功能。

1.2 系統性能需求分析

系統實現越復雜，用戶對系統的性能要求就越高，因此系統性能需求分析對于系統的構建有著重要的意義[6]。在系統可用性方面，系統要減少服務冗余，高效管理角色的功能模塊權限，提高相同模塊的復用性；保證數據存儲高可用，確保主庫出現問題后能夠自動切換到從庫，保證數據一致性。在系統易用性方面，要保證系統的易理解性與易操作性。

在系統安全性方面，需遵循最小特權原則，對于請求資源的主體，只應該分配最少的必要權限，而且應該保證賦予權限分配的必要時間最短；各模塊都對用戶輸入數據進行檢查，以保證數據的正確性和適當性；軟件調用組件的時候，應當了解該組件是否存在安全問題；禁止使用過期函數。

在系統可擴展性方面，在設計上必須具有適應業務變化的能力，當系統新增業務功能或現有業務功能改變時，應盡可能地保證業務變化造成的影響局部化。在系統設計中，系統信息的存儲、管理、信息交換等方面都要采用標準化，要支持標準協議、規范、平臺等，做到平臺無關性。

2 BIM云平臺的設計與構建

2.1 系統架構

系統采用分布式Spring Cloud架構，對不同的業務功能模塊進行拆分，每個模塊負責完成自己模塊內的功能[7]。系統架構主要分為5層，分別是用戶層、網關層、業務服務層、基礎服務層和運維層。微服務架構在解決大型軟件復雜性問題上有較為突出的優勢[8]，通過注冊中心保存各服務信息，使得服務與微服務之間的調用更加方便[9]。同時，業務按功能區分以達到高內聚、低耦合的效果，使得開發時有更好的延展性并且減少了模塊間的功能依賴，保證在其中一個模塊出現問題能不影響或較少影響其他模塊的服務[10]。

從功能結構上講，系統由BIM門戶、BIM云平臺構成。BIM門戶以認證體系為基礎匯集BIM用戶，通過普通用戶到BIM人員，最終到BIM專家的成長體系，為不同用戶提供針對性的服務。同時提供資源共享服務，作為連接器鏈接各用戶群，圍繞普通用戶查詢信息，BIM人員使用信息，BIM專家生產信息，對內實現資源匯集，對外實現資源輸出，結合積分體系并借助考核手段達成對個人、企業管理的目的。BIM云平臺以共享資源服務為核心，通過集約化的硬件資源和多個虛擬化的軟件資源，實現一次部署、多項目使用，解決多次重復購買和基層計算資源不足的問題，同時提供跨平臺的協同交互方式，提升用戶體驗，讓操作演示更加友好。

2.2 系統功能模塊設計

系統主要由系統管理、個人中心、項目管理、BIM模型管理、GIS模型管理、BIM+GIS駕駛艙、文件資源管理、人才管理等模塊組成。

系統管理模塊主要由管理員操作，實現登錄人員信息管理，維持系統正常運行所需要的動態路由管理功能；個人中心模塊實現個人信息、通知消息、個人項目、個人積分變動等個人相關信息的內容展示；項目管理模塊實現對BIM項目相關內容的管理，包含項目的認證流程、項目信息管理、項目機構權限分配等功能；BIM模型管理模塊實現對BIM模型相關內容的管理，包含BIM模型的上傳、模型的合并及項目進度的管理等功能；GIS模型管理模塊實現GIS模型轉化、發布、GIS數據管理、物聯網數據接入等功能；BIM+GIS駕駛艙實現整體大屏、部門大屏及項目大屏的內容展示。

2.3 關鍵技術應用

BIM應用服務中心以BIM底層技術、工具服務為基礎，通過模塊化工具服務施工生產，打通上下游產業鏈，實現資源和服務共享；以生態服務為依托，打造包含基于BIM的BIM設計服務（BIM云平臺）、BIM+GIS數據服務、BIM技術服務、BIM項目施工服務等的項目服務中心。

2.3.1 BIM+GIS技術

GIS平臺可以有效地管理大面積的BIM數據，通過數據輕量化引擎，無須安裝任何插件即可直接在網頁和手機打開模型，實現模型的輕量化瀏覽[11]。借助BIM+GIS技術，即可通過可視化方式展示相關進度、人員、安全、機械設備及相關資料等情況。BIM、GIS領域的行業數據標準在其在幾何、語義信息等方面存在較大的差異，在數據映射轉換過程中通常會伴隨大量BIM數據信息的丟失。可以采用從IFC中提取編碼信息轉換為GIS可識別的CityGML編碼語言的方法實現BIM數據與GIS平臺的有效數據集成，保證BIM與GIS的融合。

2.3.2 基于WebGL的模型交互與渲染技術

WebGL內嵌于瀏覽器中，無需搭建任何的開發環境，在多個平臺上應用廣泛。WebGL客戶端渲染相較傳統的瀏覽器Active插件方式具有免安裝、輕量化、易部署的優點。WebGL在瀏覽器渲染展示方面具有明顯的優勢，同時調用Three.js開源引擎可將常用的三維數據格式轉換成自身的object3D對象，簡化了調用網絡接口傳輸JSON三維數據的操作方式。用戶可通過瀏覽器從服務器端下載模型到本地，利用本地的計算能力，通過WebGL驅動訪問顯卡進行模型的交互與渲染。

2.3.3 基于云計算的BIM模型輕量化技術

在遠程服務器端以云計算賦能進行模型的渲染計算，客戶端僅作為一個可以交互的顯示器，將渲染指令發送到服務器同時接收渲染結果。這種方式可以使得對本地計算資源要求降低，可以實現超出本地機器計算能力的大規模模型交互繪制及應用，同時提高數據安全性。構建面向BIM服務的云計算體系，需要實現模型文件輕量化轉換、模型快速可靠傳輸、模型渲染及顯示的關鍵環節，其中模型快速可靠傳輸是在BIM源文件輕量化轉換的基礎上使用壓縮、構件模型流、運用緩存等技術使模型快速可靠地到達接收端。

3 BIM云平臺的應用

普通用戶擁有操作系統中的各項基礎功能的權限，如申請人才認證、新建項目認證、查看個人中心、操作個人項目信息、查看積分變動信息、操作BIM模型、操作GIS服務、填寫人才申請等；有操作系統中的各項與局級相關工作的權限，管理員可以完成普通用戶的操作，也可以操作當前部門下的數據，管理某部門下的人才申請及項目申請的審批操作；超級管理員的工作除了操作上述普通用戶的部分及管理員的操作業務內容外，還有操作配置系統屬性的功能內容，系統管理部分的內容有關系統的正常運行。

3.1 BIM模型管理

BIM模型管理支持單一模型上傳管理、合并模型管理和場景管理。單一模型上傳管理支持本地模型導入或FTP上傳、查詢等功能。合并模型管理支持添加裝配模型、發布模型、管理已發布模型及進行進度方案管理及進度任務管理。場景管理支持對場景信息的增刪改查。

3.2 GIS數據管理

GIS數據管理支持GIS服務管理、模板管理、標簽管理、風險源數據管理、風險明細數據管理、攝像頭管理以及對通過物聯網接入的人員數據和設備數據進行管理。GIS服務管理提供上傳GIS壓縮包，發布服務，實現上述應用功能。

3.3 BIM+GIS駕駛艙

BIM+GIS駕駛艙主要包括集團大屏和項目大屏，主要通過各個維度來展示系統內的統計數據。

集團大屏內容主要展示整體數據的統計內容。具體包括：按照人才類型、單位和專業維度展示BIM人才統計內容；按照是否在建設中統計，通過單位、類別、區域等維度展示BIM項目統計信息；通過BIM人員或項目維度展示BIM的新增趨勢內容；展示BIM投入排名信息。

項目大屏主要展示項目中的各項統計數據：按管理人員或勞務人員分類的人員信息統計一覽，按工種分類的人員投入趨勢統計，按照機構或類別分類設備信息一覽，按照風險等級、風險類別分組展示的安全隱患統計；按照風險等級、風險類別分組展示的危險趨勢統計，可以點擊視頻投放、播放、重播、暫停操作的攝像頭一覽。

4 結語

BIM最大程度整合了社會的有效資源，提高效率和控制力，并且幫助實現可持續發展與綠色設計的理念。在結合GIS技術的基礎上，系統融合云計算，實現模型的輕量化瀏覽，并將項目進度、人員等情況通過可視化方式展示，提升了用戶體驗，有利于用戶對項目信息的整體把控，促進了高效工作；實現了項目企業內部數據共享與協同工作，保障了數據安全，同時降低了對硬件資源的要求。平臺結合GIS技術，在三維信息平臺上進行二次開發，大大提升了平臺的實用價值，在一定程度上滿足了用戶對BIM業務拓展的需求。

參考文獻

[1] 邵韋平，徐衛國，楊明，等.數字時代的建筑技術重構與品質營造[J].當代建筑，2021（03）：8-16.

[2] 武飛.基于BIM的地鐵車站建筑一體化協同設計研究[D].廣州：廣東工業大學，2019.

[3] 袁清潔.基于云計算和大數據技術的醫療信息管理系統研究[J].現代科學儀器，2020（4）：195-199.

[4] 王建偉，高超，董是，等.道路基礎設施數字化研究進展與展望[J].中國公路學報，2020，33（11）：101-124.

[5] 馬瑞祾，王成平，沙馬拉毅.漢彝雙語應急語言資源智能查詢平臺的構建與技術實現[J].西南民族大學學報（自然科學版），2021，47（06）：640-649.

[6] 千瑾璐.基于全局性能測試模型的Web應用系統性能測試研究與應用[D].廣州：華南理工大學，2020.

[7] 陳石定，劉翔，汪應瓊.一種基于微服務架構的突發事件預警輔助決策系統的設計與實現[J].南京信息工程大學學報（自然科學版），2019，11（5）：609-620.

[8] 劉從軍，劉毅.基于微服務的維修資金管理系統[J].計算機系統應用，2019，28（4）：52-60.

[9] 孫宇，周綱.基于微服務架構的資源發現系統平臺構建研究[J].中國圖書館學報，2020，46（1）：114-124.

[10] 李鵬，程建遠.基于微服務的地質保障系統架構與應用[J/OL].煤田地質與勘探：1-10[2021-12-22].

[11] 張純，代成，夏海山.基于數據融合的城市軌道交通規劃理論研究——BIM與GIS一體化研究綜述[J].都市快軌交通，2020，33（4）：14-23.