鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)的BIM營(yíng)銷系統(tǒng)研發(fā)

滿延磊1 張其林1 張金輝

(1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092； 2.上海同磊土木工程技術(shù)有限公司，上海 200433)

1 前言

鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的專業(yè)性非常強(qiáng)，在目前的鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中，營(yíng)銷人員一般并非土木工程專業(yè)出身，而土木工程專業(yè)出身的設(shè)計(jì)人員一般并不懂營(yíng)銷，營(yíng)銷人員與設(shè)計(jì)人員之間交流有限，這給鋼結(jié)構(gòu)營(yíng)銷造成了很大障礙[1-4]。

同時(shí)業(yè)主一般也并非出身于土木工程專業(yè)，故營(yíng)銷人員與業(yè)主之間的溝通往往也不順暢。如果能夠提高營(yíng)銷人員與業(yè)主之間的溝通效率，則會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)營(yíng)銷帶來非常大的改觀，從而提高鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

本文從BIM角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套聯(lián)系設(shè)計(jì)人員、營(yíng)銷人員、業(yè)主的BIM營(yíng)銷系統(tǒng)，此系統(tǒng)提高了設(shè)計(jì)人員、營(yíng)銷人員、業(yè)主的溝通效率，使得鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的宣傳效果得到很大程度的提升。

2 研究現(xiàn)狀

BIM理念在我國(guó)建筑業(yè)已經(jīng)興起，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和地產(chǎn)公司紛紛成立BIM技術(shù)小組，如中國(guó)建筑科學(xué)研究院、清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院、中建國(guó)際建設(shè)有限公司、中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院、上?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)集團(tuán)等。同時(shí)，北京、上海、廣州等地的專業(yè)BIM咨詢公司在建筑項(xiàng)目生命周期的各個(gè)階段(包括策劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)和改造升級(jí)等)都開始了BIM技術(shù)的應(yīng)用[5-8]。但是目前BIM在營(yíng)銷過程中應(yīng)用仍然有限。主要表現(xiàn)在以下方面[9-13]：

1) BIM的營(yíng)銷系統(tǒng)中參與的主體有限。一般主體仍是營(yíng)銷人員與業(yè)主，設(shè)計(jì)人員沒有參與到營(yíng)銷過程中；

2) BIM的應(yīng)用深度不夠，對(duì)營(yíng)銷幫助作用有限。目前仍然是用主流的多個(gè)BIM軟件來進(jìn)行相互獨(dú)立的工作，然后各自形成設(shè)計(jì)結(jié)果給業(yè)主展示，從本質(zhì)上說這并不是一個(gè)完整的BIM系統(tǒng)，并且此BIM應(yīng)用也并非完全針對(duì)營(yíng)銷。

基于此，本文設(shè)計(jì)了一套基于BIM的營(yíng)銷系統(tǒng)，此系統(tǒng)聯(lián)系了設(shè)計(jì)人員、營(yíng)銷人員以及業(yè)主，通過將設(shè)計(jì)、展示、營(yíng)銷有機(jī)地融為一體，提高了溝通效率，提升了營(yíng)銷效果。

3 BIM營(yíng)銷系統(tǒng)的架構(gòu)

BIM營(yíng)銷系統(tǒng)總共分為四部分組成：鋼結(jié)構(gòu)初設(shè)平臺(tái)、Web平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心以及網(wǎng)絡(luò)傳輸。如圖1所示。

3.1 鋼結(jié)構(gòu)初設(shè)平臺(tái)

初設(shè)平臺(tái)供設(shè)計(jì)人員使用。在營(yíng)銷過程中特別是招投標(biāo)過程中的模型屬于初設(shè)階段，因此對(duì)精度要求并不是很高。但是需要實(shí)時(shí)給業(yè)主演示，因此需要保證時(shí)效性，建模效率要求很高。

圖2是門式剛架的快捷建模示例，設(shè)計(jì)人員輸入關(guān)鍵參數(shù)之后能夠很快的生成一個(gè)門式剛架模型。

圖1 營(yíng)銷系統(tǒng)的組成

圖2 門式剛架快捷建模

3.2 Web平臺(tái)

Web平臺(tái)為BIM模型的展示平臺(tái)，基于Web的BIM展示平臺(tái)有以下功能：

1)營(yíng)銷人員與設(shè)計(jì)人員通信以及營(yíng)銷人員與業(yè)主的通信。營(yíng)銷人員在平臺(tái)上發(fā)起求助，將業(yè)主需求發(fā)送給設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)人員接受請(qǐng)求對(duì)模型進(jìn)行快速設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)完成之后通知業(yè)主進(jìn)行查看。

2)項(xiàng)目展示。展示的項(xiàng)目包括設(shè)計(jì)人員按照業(yè)主需求設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，同時(shí)在招投標(biāo)過程中，業(yè)主都非常關(guān)心企業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過儲(chǔ)存歷史模型，可以在Web平臺(tái)中對(duì)歷史項(xiàng)目進(jìn)行展示。項(xiàng)目展示包括三維實(shí)體模型展示，以及用料統(tǒng)計(jì)等。

3)公司的其他信息展示。公司的簡(jiǎn)介、形象宣傳片等。

3.3 網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心

鋼結(jié)構(gòu)初設(shè)平臺(tái)與Web平臺(tái)共享一個(gè)數(shù)據(jù)中心，由于鋼結(jié)構(gòu)初設(shè)平臺(tái)與Web平臺(tái)分別處于不同的物理位置，二者均通過網(wǎng)絡(luò)來訪問數(shù)據(jù)中心。

4 數(shù)據(jù)傳輸與交換

4.1 工程模型的JSON表示

本系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)于云端數(shù)據(jù)庫(kù)中，鋼結(jié)構(gòu)初設(shè)平臺(tái)、Web平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)交換與傳輸是一個(gè)難點(diǎn)。本系統(tǒng)采用JSON格式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。JSON(JavaScript Object Notation)是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，易于閱讀和編寫，同時(shí)也易于機(jī)器解析和生成，已廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)傳輸中[14]。

4.1.1 基本信息的JSON表示

基本信息包括：構(gòu)件編號(hào)、構(gòu)件類型、構(gòu)件數(shù)量，數(shù)量單位、構(gòu)件規(guī)格等信息。以下是一個(gè)包含兩個(gè)桿件的JSON文件示例：

工程1 : [

“編號(hào)”: “桿件1”, “類型”:”柱”, “數(shù)量”:”2”, “數(shù)量單位”:”噸”, “規(guī)格”:”Q235”},

“編號(hào)”: “桿件2”, “類型”:”梁”, “數(shù)量”:”1.5”, “數(shù)量單位”:”噸”, “規(guī)格”:”Q345”}

]

}

4.1.2 三維實(shí)體信息的JSON表示

三維實(shí)體分為參數(shù)表示法以及邊界表示法。參數(shù)表示法用少量的參數(shù)來描述實(shí)體，例如拉伸實(shí)體可以通過拉伸面以及拉伸方向來表示，旋轉(zhuǎn)實(shí)體可以通過旋轉(zhuǎn)面以及旋轉(zhuǎn)軸來表示。邊界表示法通過實(shí)體表面的三角面片來進(jìn)行擬合。兩種方法的對(duì)比如表1所示。

表1 參數(shù)表示法與面片擬合法對(duì)比

在鋼結(jié)構(gòu)體系中，常會(huì)遇到特殊形狀的實(shí)體，比如螺栓以及被切割后的桿件等，用參數(shù)描述困難，因此本文采用邊界表示法。雖然邊界表示法的精確度低，但是在web平臺(tái)中實(shí)體僅用來顯示，實(shí)際的體積、用量等均由初設(shè)平臺(tái)導(dǎo)出，因此精確性對(duì)本系統(tǒng)并無影響。本文采用第三方開源的Gmsh來進(jìn)行網(wǎng)格劃分，Gmsh劃分網(wǎng)格時(shí)可以指定精度，從而控制數(shù)據(jù)量的大小。三角網(wǎng)格面片用以下格式表示：

[面1的頂點(diǎn)1，面1的頂點(diǎn)2, 面1的頂點(diǎn)3，面2的頂點(diǎn)1，面2的頂點(diǎn)2，面2的頂點(diǎn)3…, ]

如圖3所示的長(zhǎng)方體，三面片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)如下(僅示例可見部分)：faceList[]=[1,2,4,2,3,4,2,6,3,2,5,6,3,6,4,6,7,4]

圖3 三角面片存儲(chǔ)示例

最終將三維實(shí)體轉(zhuǎn)換成JSON格式示例如下：

“三維實(shí)體”:[

{“構(gòu)件編號(hào)”: ”桿件1”, 頂點(diǎn):[

[0,0,0],[1,0,0],[1,0,1],[0,0,1],[1,1.5,0],[1,1,5,1],[0,1.5,1]]

面:[

1,2,4,2,3,4,2,6,3,2,5,6,3,6,4,6,7,4

]}]

將三維實(shí)體轉(zhuǎn)換成JSON格式之后便能夠在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，從而方便鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)、Web平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換。

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

模型數(shù)據(jù)解析為JSON格式，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器，然后在服務(wù)器端用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存。圖4與圖5分別為構(gòu)件與三維實(shí)體的ER圖，表示其在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，由于JSON的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身比較強(qiáng)，因此數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)與JSON相對(duì)應(yīng)即可。在構(gòu)件中，“編號(hào)”為其主鍵。在三維實(shí)體中，“編號(hào)”為其主鍵，“構(gòu)件編號(hào)”為其外鍵，表示構(gòu)件與三維實(shí)體的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于數(shù)據(jù)庫(kù)不能儲(chǔ)存數(shù)組，頂點(diǎn)與面的編號(hào)數(shù)組均儲(chǔ)存為字符串。

圖4 構(gòu)件的ER圖

圖5 三維實(shí)體的ER圖

4.3 Web平臺(tái)的數(shù)據(jù)展示

將模型存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中后，Web平臺(tái)從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型的顯示。本文用WebGL來進(jìn)行Web端的三維實(shí)體相關(guān)功能的開發(fā)[15-16]，WebGL支持用三角面片來表示實(shí)體，WebGL從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取出實(shí)體數(shù)據(jù)后可以直接來進(jìn)行三維顯示，下面是相關(guān)核心代碼：

//頂點(diǎn)數(shù)組

var vertices = new Fload32Array[

x1,y1,z1,x2,y2,z2,x3,y3,z3…

];

var vertexBuffer = gl.createBuffer();

gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);

gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);

//面片數(shù)組

var indices=new Uint16Array[

a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3…

];

var indexBuffer = gl.createBuffer();

gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);

gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint8Array(indices), gl.STATIC_DRAW);

5 BIM營(yíng)銷系統(tǒng)的案例展示

本系統(tǒng)為上海同磊土木工程技術(shù)有限公司與精工鋼構(gòu)集團(tuán)合作開發(fā)。此系統(tǒng)改變了精工鋼構(gòu)的營(yíng)銷現(xiàn)狀，由傳統(tǒng)的“PPT二維宣傳”模式變成了以BIM模型為中心的全方位宣傳。

圖6是BIM營(yíng)銷的工作流程。系統(tǒng)管理員將公司的宣傳資料錄入到系統(tǒng)之中，以供營(yíng)銷人員對(duì)外展示。資料包括公司的歷史工程模型、宣傳海報(bào)、宣傳視頻等。

營(yíng)銷人員在對(duì)外宣傳特別是招投標(biāo)中，業(yè)主經(jīng)常會(huì)提出自己的需求，比如給出場(chǎng)地條件、基本的使用需求等，希望能夠盡快知道大致的用鋼量、造價(jià)、建成之后的實(shí)際效果等等。此時(shí)營(yíng)銷人員通過系統(tǒng)向設(shè)計(jì)人員求助，設(shè)計(jì)人員通過專業(yè)的初設(shè)平臺(tái)快速設(shè)計(jì)出滿足業(yè)主需求的模型，然后將模型傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，供營(yíng)銷人員給業(yè)主展示。如果業(yè)主已經(jīng)不在現(xiàn)場(chǎng)，則可以通知業(yè)主登錄BIM營(yíng)銷系統(tǒng)進(jìn)行查看。

圖6 BIM營(yíng)銷的工作流程

圖7為鋼結(jié)構(gòu)初設(shè)平臺(tái)設(shè)計(jì)出的廠房模型。點(diǎn)擊提交模型則將模型上傳到數(shù)據(jù)中心，打開Web瀏覽器可以查看模型的三維展示，如圖8所示。

圖7 初始平臺(tái)

圖8 Web平臺(tái)

同時(shí)營(yíng)銷人員和業(yè)主可以通過移動(dòng)端比如手機(jī)或者Pad隨時(shí)隨地的查看模型，圖9展示了在手機(jī)瀏覽模型。

圖9 手機(jī)端展示

Web端可以查看整個(gè)工程的造價(jià)與用量，造價(jià)與用量通過表格的形式展示。圖10為在Web上查看用量。Web端具有對(duì)外宣傳的功能，可以將宣傳資料以及歷史模型導(dǎo)入到系統(tǒng)。圖11為宣傳案例展示。

圖10 用量統(tǒng)計(jì)

圖11 宣傳案例

6 結(jié)論

本文針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)設(shè)計(jì)了一套營(yíng)銷系統(tǒng)，使得營(yíng)銷人員與業(yè)主的溝通更加直接，同時(shí)使設(shè)計(jì)人員也參與到了營(yíng)銷過程之中，增加了鋼結(jié)構(gòu)制作企業(yè)對(duì)業(yè)主的展示效果。此系統(tǒng)基于BIM理念研發(fā)，有以下幾大優(yōu)勢(shì)：

1) 信息完備性

此系統(tǒng)包含的信息更加全面，不僅包含了傳統(tǒng)的企業(yè)對(duì)外宣傳資料，同時(shí)包含了歷史設(shè)計(jì)案例庫(kù)以及設(shè)計(jì)人員實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)的案例。

2) 可視化

將歷史模型、初設(shè)模型通過Web平臺(tái)三維展示給業(yè)主，使業(yè)主能夠直觀的看到設(shè)計(jì)結(jié)果，增加溝通效率。

3) 協(xié)調(diào)性

由于營(yíng)銷人員、設(shè)計(jì)人員、業(yè)主可能分別處于不同的地理位置，通過網(wǎng)絡(luò)通訊聯(lián)系起來，一起協(xié)調(diào)完成整個(gè)營(yíng)銷工作。

4) 共享性

鋼結(jié)構(gòu)初設(shè)平臺(tái)、Web平臺(tái)共享一套數(shù)據(jù)，模型可以在PC瀏覽器、手機(jī)、PAD上進(jìn)行隨時(shí)隨地的查看，使得對(duì)外宣傳時(shí)脫離了具體的軟件。