基于云計算構(gòu)建BIM模型的整體規(guī)劃

郭邦軍

摘 要：基于云計算構(gòu)建BIM模型的核心思想是通過云計算將建筑工程項目全壽命期各階段所有信息集成到一個中央數(shù)據(jù)庫中來，本文正是基于這一核心思想從基于云計算構(gòu)建BIM模型的思路、原則、體系架構(gòu)、模塊構(gòu)成等方面論述基于云計算構(gòu)建BIM模型的整體規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：云計算 BIM 規(guī)則

中圖分類號：F407 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0021-02

1 基于云計算構(gòu)建BIM模型的思路

基于云計算構(gòu)建BIM模型的核心思想是通過云計算將建筑工程項目全壽命期各階段所有信息集成到一個中央數(shù)據(jù)庫中來，解決以上問題的前提是首先解決以下幾個根本問題。

（1）構(gòu)建云計算管理平臺。構(gòu)建云計算管理平臺是基于云計算構(gòu)建BIM模型的第一步，也是最重要的的一步，這也是基于云計算構(gòu)建BIM模型區(qū)別于傳統(tǒng)BIM模型構(gòu)建的重要一點。

（2）構(gòu)建BIM信息模型的實質(zhì)是將各個維度的數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)IFC格式無縫集成到中央數(shù)據(jù)庫中，這個過程主要依靠IT技術(shù)加以實現(xiàn)。所以構(gòu)建BIM模型不僅要從理論角度尋求數(shù)據(jù)的集成本質(zhì)，更要有有效的建模工具。

（3）3D模型（BIM原型系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)集成標(biāo)準(zhǔn)是什么？由于建筑工程項目各參與主體對同一信息的視角可能存在差異，且其所采用的軟件和數(shù)據(jù)格式可能各不相同，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是各專業(yè)數(shù)據(jù)異構(gòu)廣泛存在，這也是構(gòu)建BIM信息模型一直面臨的技術(shù)難題。IFC標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)BIM信息模型各維度之間數(shù)據(jù)集成的標(biāo)準(zhǔn)平臺，對于各種不同的異構(gòu)數(shù)據(jù)，只要基于IFC標(biāo)準(zhǔn)就完全可以與已建立的三維BIM模型進行集成。

（4）BIM模型各個維度的數(shù)據(jù)之間有如何進行定性和定量關(guān)聯(lián)？建筑工程項目管理中各管理要素之間存在著各種復(fù)雜的聯(lián)系，比如成本和進度之間就存在著相互制約的反比例關(guān)系，這些都要求BIM模型在具有自主學(xué)習(xí)功能時還能自主建立歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，這樣BIM模型可以基于此，通過云計算平臺測算出某個維度的變化對其它維度的影響，同時可以相應(yīng)的報告和圖表等方式反饋出來。

2 基于云計算構(gòu)建BIM模型的原則

構(gòu)建BIM模型的目的是為建筑工程項目各參與主體搭建一個共享的信息交流平臺，BIM信息模型平臺要覆蓋建筑全壽命期內(nèi)的幾乎所有信息，所以其承載信息量極大。所以為了有序化管理信息，在構(gòu)建BIM信息模型時應(yīng)遵循以下原則。

（1）規(guī)范性原則?；贗FC的數(shù)據(jù)格式要嚴(yán)格遵循邏輯規(guī)范的原則，且保證所有數(shù)據(jù)源只做單次記錄。

（2）并發(fā)性原則。BIM在實際應(yīng)用中可能會發(fā)生多個用戶同時訪問數(shù)據(jù)庫的情況，所以需要制定嚴(yán)格的機制使用戶能根據(jù)級別順序依次讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

（3）相容性原則。就是保證各專業(yè)各應(yīng)用軟件所輸出的數(shù)據(jù)都能兼容且相互之間不起沖突。

（4）安全性原則。通過嚴(yán)格權(quán)限設(shè)定使用戶只能在權(quán)限范圍內(nèi)對數(shù)據(jù)庫進行相應(yīng)的閱讀或修改操作，并且所有閱讀或修改情況均記錄在云計算平臺上。

（5）擴展性原則。是指BIM模型數(shù)據(jù)庫在設(shè)計時要考慮到未來的拓展情況。

（6）數(shù)據(jù)自動關(guān)聯(lián)原則。BIM模型中數(shù)據(jù)之間有千絲萬縷的聯(lián)系，所以基于云計算構(gòu)建BIM的重要特色就是使各關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的更新是基于云計算情況下的高度關(guān)聯(lián)自動化。

3 基于云計算的BIM模型體系架構(gòu)

BIM信息模型系統(tǒng)最重要的特點就是它能夠集成多維度的數(shù)據(jù)到一個數(shù)據(jù)中心，這就要求系統(tǒng)能夠集成和適應(yīng)各種建筑工程應(yīng)用軟件，用以支持基于BIM模型對各種不同管理要素的有效管理。根據(jù)建筑工程項目本身參與主體眾多，且空間位置獨立分散的特點，所以BIM原型系統(tǒng)采用B/S（即瀏覽器/服務(wù)器）分布式系統(tǒng)。

3.1 B/S體系架構(gòu)

B/S分布式系統(tǒng)—— 即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是對C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下用戶工作界面是通過瀏覽器來實現(xiàn)，只有極少部分事務(wù)邏輯在前端服務(wù)器實現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在Server端實現(xiàn)，這樣做的結(jié)果就大大簡化了客戶端電腦的載荷，也大量減輕了系統(tǒng)維護、升級的成本和工作量。基于目前技術(shù)局域網(wǎng)建立B/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，相對容易把握，且成本也較低廉，

是一次性到位的開發(fā)模式。B/S分布式系統(tǒng)可以能實現(xiàn)所有參與主體在權(quán)限范圍內(nèi)，隨時隨地訪問和操作BIM模型數(shù)據(jù)庫。如圖是B/S系統(tǒng)架構(gòu)圖（圖1）。

采用B/S架構(gòu)的BIM模型系統(tǒng)中有些功能模塊可以按照管理信息系統(tǒng)的模式開發(fā)，并且由云計算管理平臺自帶在原型系統(tǒng)中。這主要是由于市面上各種項目管理軟件已經(jīng)開發(fā)得非常成熟，我們已無必要自行開發(fā)此部分功能模塊。B/S架構(gòu)各層的功能如下。

建筑工程項目管理各管理要素的海量數(shù)據(jù)由最底層的數(shù)據(jù)庫負責(zé)處理，同步觸發(fā)器是實現(xiàn)BIM模型系統(tǒng)的一個重要部件，其主要功能是實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成。中間層用于加載各種應(yīng)用程序，最頂層客戶端界面操作層，主要為用戶提供統(tǒng)一的界面服務(wù)，用戶通過B/S系統(tǒng)鑒定身份識后，能夠在權(quán)限范圍內(nèi)對相應(yīng)的管理模塊進行閱讀和修改操作。針對不相同的應(yīng)用背景與應(yīng)用專業(yè)，只要其遵循共同的IFC標(biāo)準(zhǔn)，所有用戶錄入的數(shù)據(jù)都可以實現(xiàn)無縫集成。

3.2 BIM模型構(gòu)成模塊

BIM模型系統(tǒng)包括項目前期策劃管理模塊、設(shè)計管理模塊、招投標(biāo)管理模塊、進度管理模塊、工程費用管理模塊、質(zhì)量管理模塊、合同管理模塊、變更管理模塊、設(shè)備物資管理模塊、材料管理模塊等。各主要模塊功能如下。

（1）設(shè)計管理模塊。主要支持各專業(yè)間的實時協(xié)同設(shè)計，并安全可靠地保存和維護相關(guān)的設(shè)計成果，同時提供相應(yīng)的查詢功能。

（2）招投標(biāo)管理模塊。包括招標(biāo)公告的發(fā)布，資格預(yù)審和招標(biāo)文件的正式發(fā)布等，并且可以展示評標(biāo)流程等?；谠朴嬎闫脚_本模塊可模擬相關(guān)的程序?qū)φ型稑?biāo)信息進行維護。

（3）進度管理模塊。主要包括各層次進度計劃的制定和控制功能。

（4）費用管理模塊。主要功能是完成項目實施期間的資金計劃制定及控制，以及中期進度款支付管理等。

（5）其它各管理模塊也完全結(jié)合工程項目管理的實際情況來設(shè)計，以滿足用戶的不同功能需求。

4 基于云計算的 BIM模型數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

BIM系統(tǒng)的實現(xiàn)需要借助于基于云計算的專業(yè)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將各種不同來源的異構(gòu)數(shù)據(jù)收集起來并轉(zhuǎn)換成基于IFC的標(biāo)準(zhǔn)格式存儲于BIM模型系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫中。

4.1 數(shù)據(jù)源分析

建筑工程的各種數(shù)據(jù)是構(gòu)建BIM模型的基礎(chǔ)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時要求模型必須做相應(yīng)更新。根據(jù)BIM信息模型的數(shù)據(jù)特點，將其數(shù)據(jù)分成靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)兩類。靜態(tài)數(shù)據(jù)是沒有時間屬性的幾何數(shù)據(jù)，主要用于描述模型固有的形狀特性，也是BIM模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。動態(tài)數(shù)據(jù)是指具有時間屬性的那部分管理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會隨著時間的發(fā)展和項目的不斷推進而動態(tài)產(chǎn)生變化。

4.2 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計

由上述分析可知BIM模型的數(shù)據(jù)分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，在BIM數(shù)據(jù)庫中這些數(shù)據(jù)分別存儲于靜態(tài)表與動態(tài)表之中，靜態(tài)表中存儲的數(shù)據(jù)不會隨工程的進展而發(fā)生任何變化，而動態(tài)表中存儲的數(shù)據(jù)會隨工程的進展而發(fā)生動態(tài)變化，例如進度數(shù)據(jù)和成本費用數(shù)據(jù)等。采用這種動態(tài)數(shù)據(jù)與靜態(tài)數(shù)據(jù)分開存儲的技術(shù)主要是便于數(shù)據(jù)的維護和管理。在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部使用統(tǒng)一編碼來分類存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)，在減小數(shù)據(jù)冗余的基礎(chǔ)之上還有利于靜態(tài)數(shù)據(jù)的多次檢索。而動態(tài)數(shù)據(jù)的特點就是多次動態(tài)加載。根據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)及動態(tài)數(shù)據(jù)這種相異特征將兩種特性的數(shù)據(jù)分開存儲，不僅在加載時減少內(nèi)存資源，同時也有利于數(shù)據(jù)的管理。

4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則

由于數(shù)據(jù)量極其龐大，且數(shù)據(jù)之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，BIM模型系統(tǒng)在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時應(yīng)遵循以下原則。

（1）規(guī)范性原則?；贗FC的數(shù)據(jù)格式要嚴(yán)格遵循邏輯規(guī)范的原則，且保證所有數(shù)據(jù)源只做單次記錄。

（2）并發(fā)性原則。BIM在實際應(yīng)用中可能會發(fā)生多個用戶同時訪問數(shù)據(jù)庫的情況，所以需要制定嚴(yán)格的機制使用戶能根據(jù)級別順序依次讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

（3）相容性原則。就是保證各專業(yè)各應(yīng)用軟件所輸出的數(shù)據(jù)都能兼容且相互之間不起沖突。

（4）安全性原則。通過嚴(yán)格權(quán)限設(shè)定使用戶只能在權(quán)限范圍內(nèi)對數(shù)據(jù)庫進行相應(yīng)的閱讀或修改操作，并且所有閱讀或修改情況均記錄在云計算平臺上。

（5）擴展性原則。是指BIM模型數(shù)據(jù)庫在設(shè)計時要考慮到未來的拓展情況。

4.4 數(shù)據(jù)庫的選擇

在構(gòu)建BIM模型使，由于其涉及主體和專業(yè)眾多，所有信息種類及其繁雜，而且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又非常異化。在實際操作中往往采用先進的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，在數(shù)據(jù)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上引用面向?qū)ο蟮乃枷?，在基于模型對象的基礎(chǔ)上實現(xiàn)各種靜態(tài)幾何數(shù)據(jù)與動態(tài)管理數(shù)據(jù)的集成，主要原因如下。

（1）由于BIM模型是面向?qū)ο蠼⑵饋淼?，每個對象的所有屬性特征都封裝在其內(nèi)部，而且往往對象的數(shù)量要遠遠小于對象屬性的數(shù)量，因此通過基于對象的方式來管理數(shù)據(jù)的方法要簡單許多。

（2）引入了面向?qū)ο笏枷氲臄?shù)據(jù)庫管理模式，所有基于IFC格式的數(shù)據(jù)可以直接存儲于數(shù)據(jù)庫中，而不需要像傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫那樣把數(shù)據(jù)進行多重格式轉(zhuǎn)換。

（3）面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫能夠支持多重的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異化數(shù)據(jù)模型。

（4）面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身具有強大的可擴展性和可兼容性。

5 結(jié)語

基于云計算構(gòu)建BIM模型的整體規(guī)劃是一個繁雜的過程，但只要我們以建筑工程全壽命周期為橫軸，以建筑工程全壽命周期各節(jié)點信息為縱軸，以云計算集成為手段，按照本文所述的規(guī)劃路線圖，就一定能多快好省地構(gòu)建BIM模型。

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