基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域集成開發(fā)平臺的生態(tài)管理研究與應(yīng)用

摘要：探討在工程行業(yè)中通過整合BIM（建筑信息模型）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、物聯(lián)網(wǎng)、低代碼和人工智能等技術(shù)，構(gòu)建一個功能強(qiáng)大的軟件開發(fā)與應(yīng)用集成平臺，從而為工程數(shù)字化工作者提供高效便捷的開發(fā)工具。研究內(nèi)容主要包括該平臺的生態(tài)管理核心部分，通過介紹平臺技術(shù)框架以及實(shí)際案例，深入分析外部能力快速集成、應(yīng)用模塊快速復(fù)用和工程開發(fā)者社區(qū)建立等。

關(guān)鍵詞：開發(fā)環(huán)境；生態(tài)管理；BIM；GIS；物聯(lián)網(wǎng)

一、前言

近年來，我國建筑行業(yè)取得了長足發(fā)展，已成為全球建筑產(chǎn)業(yè)的重要力量。然而，隨著新形勢的不斷發(fā)展以及建筑行業(yè)長期以來對資源投入型路徑依賴，目前和未來的建筑行業(yè)面臨著一系列亟待解決的問題。勞動力資源短缺、老齡化、技能技術(shù)滯后、可持續(xù)發(fā)展能力薄弱、環(huán)境污染和碳排放高企、單位成本高而利潤低、房地產(chǎn)市場需求疲軟這些問題對我國建筑行業(yè)的可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展構(gòu)成重大挑戰(zhàn)[1]。市場環(huán)境復(fù)雜多變，同時人民對美好生活的需求也在不斷提升，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡和不充分問題也日益突出，對我國建筑行業(yè)的未來發(fā)展提出了新的課題，即如何全面提升生產(chǎn)效率和效益，建造成本效益顯著且令人民群眾滿意的建筑。建筑施工企業(yè)迫切需要推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以應(yīng)對行業(yè)內(nèi)外部環(huán)境的變化和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境已經(jīng)無法滿足當(dāng)前行業(yè)的需求，2016年G20杭州峰會首次提倡數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展后，鼓勵企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的政策接踵而至，同時期關(guān)鍵技術(shù)商用普及，企業(yè)數(shù)字化概念全面覆蓋。2019年末，線上辦公與遠(yuǎn)程協(xié)同需求激增，催生健康碼使用等大量數(shù)字化應(yīng)用場景，各行業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型案例涌現(xiàn)，企業(yè)數(shù)字化需求迎來高潮。2022年的一項(xiàng)調(diào)查顯示，超過70%的軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)表示他們需要更現(xiàn)代化的工具和平臺來應(yīng)對快速變化的市場需求。本文研究一款集成BIM（建筑信息模型）+ GIS（地理信息系統(tǒng)）、物聯(lián)網(wǎng)、低代碼開發(fā)和人工智能等多項(xiàng)技術(shù)能力的軟件開發(fā)平臺。通過整合這些前沿技術(shù)，該平臺不僅能夠顯著提高建筑行業(yè)的信息化水平，還能大幅縮短項(xiàng)目開發(fā)和實(shí)施的時間，降低整體運(yùn)營成本。此外，平臺的靈活性和擴(kuò)展性使其能夠適應(yīng)不同規(guī)模和類型的建筑項(xiàng)目需求，支持個性化和定制化的解決方案。這些技術(shù)優(yōu)勢將幫助建筑企業(yè)在激烈的市場競爭中脫穎而出，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展。

二、平臺技術(shù)框架

項(xiàng)目級的開發(fā)平臺定制化程度較高，通用性和復(fù)用性較低。各系統(tǒng)在相互打通的過程中難度大，此外數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，同時存在系統(tǒng)底層重復(fù)建設(shè)、應(yīng)用模塊重復(fù)建設(shè)、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間無法打通等問題。若沒有統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)，難以支撐工程行業(yè)數(shù)字化的可持續(xù)發(fā)展。

在構(gòu)建該軟件開發(fā)平臺時，根據(jù)不同生態(tài)接入方式選取一系列的技術(shù)工具，如功能集成、iframe嵌套、微前端集成等。平臺提供強(qiáng)大的支持和便捷的生態(tài)服務(wù)。這些技術(shù)框架和工具分為四個層次：基礎(chǔ)設(shè)施層、開發(fā)與運(yùn)行層、服務(wù)與管理層以及工具與測試層。

三、外部能力集成

（一）外部系統(tǒng)接入

平臺支持各類外部系統(tǒng)接入，包括現(xiàn)有工程管理系統(tǒng)和其他數(shù)據(jù)孤島系統(tǒng)。例如，用戶可以將工程管理系統(tǒng)直接與平臺對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和功能的無縫整合?？梢暬僮骱喕鞒?，提高效率。此外，平臺通過標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議確保不同系統(tǒng)之間的互操作性，使得各種外部系統(tǒng)能夠高效協(xié)同工作，進(jìn)一步提升平臺的整體性能。

平臺支持對接外部圖形平臺，通過對接BIM+GIS的多圖形引擎，在融合框架上封裝圖形組件，基于圖形化界面進(jìn)行圖形組件的拖拽和配置，最終以低代碼的方式進(jìn)行裝配，解決了單一圖形引擎在不同應(yīng)用場景中的瓶頸問題，充分發(fā)揮 GIS、BIM、虛幻引擎在各自業(yè)務(wù)領(lǐng)域的優(yōu)勢，構(gòu)建了數(shù)據(jù)多源統(tǒng)一、管理高效、承載量大、渲染優(yōu)異、開發(fā)靈活的高性能統(tǒng)一圖形框架。方便接入各類管理系統(tǒng)，在智慧城市、智慧水務(wù)、軌道交通、數(shù)字機(jī)場、能源環(huán)保等多個業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供可靠的圖形基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)圖形平臺從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維體驗(yàn)一致的應(yīng)用，確保項(xiàng)目高效準(zhǔn)確實(shí)施。

（二）數(shù)據(jù)集成與共享

目前各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的構(gòu)建更多是以項(xiàng)目為中心，從下而上地構(gòu)建，缺乏項(xiàng)目全過程管理的統(tǒng)一規(guī)劃，從而使得一些需要在各個系統(tǒng)中統(tǒng)一管理和共享的核心數(shù)據(jù)被分散，無法達(dá)到工程主數(shù)據(jù)全生命周期的管理目標(biāo)。而且，建筑信息模型作為部分核心數(shù)據(jù)的載體，未發(fā)揮出載體作用，導(dǎo)致建筑信息模型與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)“兩張皮”現(xiàn)象，各系統(tǒng)形成數(shù)據(jù)孤島。同時，多階段的工程數(shù)據(jù)構(gòu)成越來越復(fù)雜，跨階段、跨系統(tǒng)的協(xié)同對數(shù)據(jù)質(zhì)量提出更高的要求，行業(yè)內(nèi)對于工程信息數(shù)據(jù)的描述缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)對照和映射關(guān)系復(fù)雜，需要建立一定的數(shù)據(jù)治理體系，才能系統(tǒng)性地提升數(shù)據(jù)管理能力，改善數(shù)據(jù)質(zhì)量，增強(qiáng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的運(yùn)營能力。

在工程項(xiàng)目管理中，數(shù)據(jù)作為核心資源，其重要性不言而喻。為貫通各子系統(tǒng)之間的工程數(shù)據(jù)，更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)在工程項(xiàng)目中的價值，構(gòu)建數(shù)據(jù)集成和共享管理平臺，統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化地管理工程項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)治理，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用能力，為主營業(yè)務(wù)賦能[2]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使得工程現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控成為現(xiàn)實(shí)。通過集成物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器，平臺與設(shè)備的雙向映射與控制，平臺能夠?qū)崟r獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)分析。例如，在項(xiàng)目的建設(shè)階段，通過監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，平臺能夠及時預(yù)警潛在問題，確保工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行。此外，這些數(shù)據(jù)還能作為歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析，為未來的項(xiàng)目管理提供寶貴的參考依據(jù)。

（三）第三方服務(wù)接入

隨著工程行業(yè)的不斷發(fā)展，各類第三方服務(wù)，如數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、人工智能等層出不窮。平臺支持這些外部三方服務(wù)的接入。用戶可以根據(jù)自身需求，靈活選擇和配置第三方服務(wù)，從而提升平臺的功能和性能。

人工智能技術(shù)在平臺中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在智能分析和決策支持方面。通過對工程數(shù)據(jù)的分析，平臺可以提供智能化的建議和預(yù)測，提高工程管理的科學(xué)性和精確性[3]。

大模型數(shù)據(jù)分析技術(shù)的引入，使得平臺能夠?qū)Υ罅康臍v史數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析。例如，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法，平臺可以預(yù)測項(xiàng)目的進(jìn)度和成本，幫助項(xiàng)目管理者做出更好的決策。人工智能技術(shù)不僅能夠提高數(shù)據(jù)分析的效率，還能提供更加精準(zhǔn)的預(yù)測和建議，進(jìn)一步提升平臺的功能支持和用戶體驗(yàn)。

四、應(yīng)用模塊快速復(fù)用

應(yīng)用模塊的快速復(fù)用是平臺生態(tài)管理的核心之一。通過模塊化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化接口，平臺實(shí)現(xiàn)應(yīng)用模塊的高度復(fù)用性，提高開發(fā)效率，降低開發(fā)成本。

（一）標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)

平臺采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊設(shè)計(jì)規(guī)范和接口定義，每個模塊都有明確的功能定義和接口標(biāo)準(zhǔn)，使得模塊之間可以靈活組合和互換。這種標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)不僅提升模塊的復(fù)用性，還降低模塊開發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜度。通過標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，平臺能夠確保各個模塊在不同業(yè)務(wù)場景中的兼容性和互操作性，進(jìn)一步優(yōu)化開發(fā)流程。

（二）模塊庫的建立與維護(hù)

平臺建立完善的模塊庫，系統(tǒng)存儲各類模塊，包括工程類組件、連接器和應(yīng)用模塊等。用戶可以通過模塊庫輕松查找和使用已有的模塊，快速搭建業(yè)務(wù)系統(tǒng)。模塊庫的建立與維護(hù)，不僅方便用戶的使用，還促進(jìn)模塊的共享和復(fù)用，提升平臺的整體開發(fā)效率。模塊庫作為一個集中化的資源庫，為開發(fā)者提供豐富的模塊選擇，減少重復(fù)開發(fā)的工作量。此外，模塊庫還支持版本管理和模塊更新，確保用戶始終能夠使用最新和最穩(wěn)定的模塊版本，從而提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

平臺還具備完善的模塊生命周期管理功能，從模塊的設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試、部署到維護(hù)的整個過程中，平臺提供全方位的支持。通過自動化工具和流程管理，平臺能夠有效地監(jiān)控和管理模塊的生命周期，確保每個模塊在其生命周期內(nèi)始終保持高質(zhì)量和高性能。

五、工程開發(fā)者社區(qū)

平臺通過開發(fā)者社區(qū)和知識共享平臺，促進(jìn)開發(fā)者之間的交流與合作，共同構(gòu)建平臺技術(shù)生態(tài)。

（一）開發(fā)者社區(qū)的建立

平臺通過在線論壇、技術(shù)沙龍、培訓(xùn)課程等方式，建立一個開放的開發(fā)者社區(qū)。在線論壇為開發(fā)者提供一個討論技術(shù)問題、分享開發(fā)心得的場所，用戶可以在這里尋求技術(shù)支持、解決開發(fā)難題。技術(shù)沙龍為開發(fā)者提供面對面交流的機(jī)會，通過主題演講、研討會等形式，進(jìn)一步深化技術(shù)探討和經(jīng)驗(yàn)分享。培訓(xùn)課程由平臺組織，邀請業(yè)內(nèi)技術(shù)專家講授最新的技術(shù)趨勢和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，幫助開發(fā)者不斷提升技術(shù)水平。這種多層次、多樣化的社區(qū)建設(shè)，不僅增強(qiáng)開發(fā)者的參與感和歸屬感，還大大促進(jìn)技術(shù)交流和知識共享。

（二）知識共享與合作

開發(fā)者社區(qū)積極鼓勵開發(fā)者之間的知識共享與合作。通過共享代碼、文檔和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)者可以相互學(xué)習(xí)，共同提升技術(shù)水平。平臺通過社區(qū)發(fā)布技術(shù)文檔、開發(fā)指南、最佳實(shí)踐等資源，為開發(fā)者提供系統(tǒng)化的支持和指導(dǎo)。這些資源不僅涵蓋基礎(chǔ)知識，還包括前沿技術(shù)和創(chuàng)新實(shí)踐，使得開發(fā)者能夠隨時獲取最新的技術(shù)信息。同時，平臺還定期組織線上線下活動，如黑客馬拉松、編程競賽等，通過這些活動促進(jìn)開發(fā)者之間的合作和創(chuàng)新。平臺還鼓勵開發(fā)者提交和維護(hù)開源項(xiàng)目，通過開源項(xiàng)目的共同開發(fā)和維護(hù)，進(jìn)一步推動技術(shù)進(jìn)步和社區(qū)繁榮。

六、平臺開發(fā)案例

目前基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域集成開發(fā)平臺已在多個項(xiàng)目上落地開發(fā)，以智慧工地的勞務(wù)人員管理系統(tǒng)為例，詳細(xì)展示整體開發(fā)流程。

（一）需求分析

智慧工地系統(tǒng)的勞務(wù)人員管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)管理、服務(wù)、監(jiān)督結(jié)合，信息化整合物理上各自獨(dú)立的項(xiàng)目部，實(shí)現(xiàn)勞務(wù)分包商合格名錄共享，黑名單實(shí)時共享，現(xiàn)場勞務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時整合。整體架構(gòu)包括人員及崗位管理、考勤獎懲與工資發(fā)放、人員培訓(xùn)教育、預(yù)警信息管理、外部設(shè)備接入管理等[4]。

（二）項(xiàng)目開發(fā)

1.模型驅(qū)動

模型驅(qū)動的軟件開發(fā)是軟件工程發(fā)展的一個重要方向，是一種以建模和模型轉(zhuǎn)換為主要途徑的軟件開發(fā)方法。模型驅(qū)動工程的優(yōu)勢在于它是更接近于人的理解和認(rèn)識的模型，尤其是可視化模型，有利于設(shè)計(jì)人員將注意力集中在和業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)的信息上，而不用過早地考慮與平臺相關(guān)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。尤其是在面對不同應(yīng)用領(lǐng)域時，模型驅(qū)動方法強(qiáng)調(diào)使用方便靈活的相關(guān)建模語言構(gòu)造系統(tǒng)的模型，基于領(lǐng)域知識實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域?qū)＜?、設(shè)計(jì)人員、系統(tǒng)工程師以及架構(gòu)師等不同人員之間的良好溝通。

平臺根據(jù)對應(yīng)的需求模塊，創(chuàng)建實(shí)體業(yè)務(wù)模型，創(chuàng)建后會在數(shù)據(jù)庫中生成實(shí)際的數(shù)據(jù)物理表，并把對應(yīng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲在平臺中，圖1所示。

同時可在ER圖內(nèi)看到所有模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系，數(shù)據(jù)血緣關(guān)系清晰，方便后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，形成最后的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。平臺提供豐富的低代碼開發(fā)工具，通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)封裝好的組件、可視化界面設(shè)計(jì)器、拖拽式組件庫等工具，可以通過簡單的配置和拖拽操作，快速構(gòu)建出符合業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用程序。

2.能力接入

接入物聯(lián)網(wǎng)模塊，平臺內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入等功能。這些設(shè)備，如考勤機(jī)、身份證閱讀器等通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的通信和數(shù)據(jù)交換，模塊包含設(shè)備中心、接入管理、日志中心等能力，為工程行業(yè)的智能化管理提供支持。

接入圖形模塊，圖形中心以多維圖形引擎融合與圖形組件低代碼構(gòu)建能力，解決多場景應(yīng)用的難題，通過圖形模塊可快速實(shí)現(xiàn)電子圍欄功能。電子圍欄是針對每個勞務(wù)隊(duì)的考勤范圍進(jìn)行規(guī)劃，可以給每個勞務(wù)隊(duì)設(shè)定一個或者多個考勤范圍，設(shè)定好之后，即可通過手機(jī)App或微信小程序進(jìn)行人臉識別考勤。地圖工具欄有六個按鈕，從左至右分別為“拖動地圖”“畫點(diǎn)”“畫圓”“畫線”“畫多邊形”“畫矩形”。每個功能可畫的圍欄形狀如圖2所示。其中，“畫線”和“畫多邊形”在畫完區(qū)域后，需要雙擊鼠標(biāo)表示結(jié)束。

3.模塊復(fù)用

平臺支持模塊復(fù)用，可對已有模塊資源進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，使用模塊復(fù)用策略，可以避免重復(fù)開發(fā)、加快系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，智慧工地的人員管理模塊、勞務(wù)隊(duì)管理模塊都基于已有模塊導(dǎo)入后簡單修改。

七、結(jié)語

著名未來學(xué)大師托夫勒認(rèn)為信息化時代是第三次浪潮，社會以信息技術(shù)為主體，重點(diǎn)是創(chuàng)造和開發(fā)知識[5]。隨著信息技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，信息處理速度顯著提升，信息傳遞和分享變得更加便捷，給生產(chǎn)方式和生產(chǎn)關(guān)系帶來深遠(yuǎn)的變革和升級，同時也極大地改變了人們的生活、工作和學(xué)習(xí)方式。在信息化時代，各行各業(yè)都必須積極擁抱信息化，利用信息技術(shù)優(yōu)化工作流程、提升工作效率和質(zhì)量，推廣“科技悅?cè)?、中和自然”的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)向數(shù)字設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型，推動行業(yè)發(fā)展創(chuàng)新?；诠こ绦袠I(yè)軟件開發(fā)環(huán)境，通過整合BIM+GIS、物聯(lián)網(wǎng)、低代碼開發(fā)平臺和人工智能等技術(shù)，提供強(qiáng)大的基礎(chǔ)能力支持、快速構(gòu)建平臺系統(tǒng)和高效復(fù)用的應(yīng)用模塊，顯著提升開發(fā)效率、降低開發(fā)成本，同時促進(jìn)技術(shù)知識共享。

本文探討該平臺的生態(tài)管理部分，通過平臺技術(shù)框架以及實(shí)際案例重點(diǎn)分析其外部能力快速集成、應(yīng)用模塊快速復(fù)用、工程開發(fā)者社區(qū)等方向。未來平臺將采用基礎(chǔ)底座加多個解決方案的模式，打造產(chǎn)業(yè)數(shù)字化產(chǎn)品和業(yè)務(wù)平臺開發(fā)體系。同時將配套研發(fā)管理平臺對項(xiàng)目進(jìn)行全過程管理，并通過數(shù)字化社區(qū)推動生態(tài)建設(shè)。展望未來，平臺將致力于與其他技術(shù)的深度融合，完善社區(qū)建設(shè)，探索創(chuàng)新商業(yè)模式等，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：中國交通信息科技集團(tuán)有限公司

■ 責(zé)任編輯：王穎振 鄭凱津