智慧城市视域下城市级别BIM云平台构建策略研究

叶小建

(广州城市职业学院 城市建设工程系，广东 广州 510405)

智慧城市是指利用信息技术和智能技术，将城市系统线上线下打通，形成完整的硬件系统(城市设施、设备等实体物质)和软件系统(信息系统、物联网等)相结合的智能体，目的是提高城市资源运用效率,提升服务质量，提高人民生活水平[1-5]。建设智慧城市中非常重要的一环就是建筑设施的智能化，即如何运用信息技术和智能技术提升建筑设施的智能化水平[6]。目前对智能建筑的构建仍处于探索阶段，例如引入物联网技术、3D技术、智能构造技术等[7-8]，从现有探索实践来看，比较可靠的一条探索路线是应用BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型技术)。但传统的BIM技术并不能很好地进行并行工程设计和云计算。因此构建基于云平台的BIM，并融合3D等现代建筑技术可以更好地构建符合智慧城市的建筑设施。本文就智慧城市视域下城市级别BIM云平台构建策略进行研究。

一、传统BIM管理模式的不足

BIM借助三维数字技术支持，对建筑项目中的各类信息数据进行整合利用，构建立体数据模型，从而实现对工程项目的数字化表达，确保相关项目的信息可以实现全生命周期的管理和共享目标。这是建筑行业为简化管理，提升对建筑海量数据信息管理效率，解决复杂管理问题的重要举措和新型管理技术。

传统的建筑工程管理中，使用BIM技术多通过两种模式。一种是单机模式，这种模式在使用中，用户都会拥有自己的工作站，只需要将BIM软件安装在工作站中，就可以掌握相关建筑信息，保存数据等。另一种是基于产品数据的管理模式，这种管理模式中，企业都有对应的BIM数据管理平台，可以实现对相关企业内部的模型数据管理，相关用户也可以有自己的图形工作站，在工作站中安装BIM软件。但是区别在于，用户在工作站中完成任务后，借助BIM模型将数据信息传递到PDM服务器中，让服务器进行保管，再开展后续工作。就这一技术的应用问题来看，主要集中在以下三点：

(一)成本高

上述的两种BIM管理模式，都需要借助图形工作站来运行，相应的图形处理以及计算都是需要在本地完成，还有很多时间模型数据也需要存放在本地，这样，用户必须要有高配置图形工作站，需要花费更多的硬件成本。加上BIM软件更新比较快，所以需要不断更新硬件，这会在一定程度上增加成本压力。

(二)数据安全性

传统BIM管理模式应用，相关的数据需要在用户工作站中进行存放，可以实现自由控制、传输和备份等操作，但是数据的安全性是一大问题。

(三)管理问题

在传统BIM模型应用中，相关管理人员需要对用户工作站实施管理和数据维护等，在BIM推广应用中，处理好相关软硬件的问题也具有一定的挑战性。

二、城市级别BIM云平台建设特点和优势

(一) BIM云平台的内涵

云计算技术在上世纪六十年代就开始出现并被应用，云计算是虚拟资源的重要组成部分，该技术应用，可以实现数据虚拟化、动态扩展等资源管理目标。在中国，云计算也是近年来技术研究和开发的重点领域。云存储是云计算技术的一个重要组成部分，云存储系统可以实现大量数据的存储和管理。BIM云平台就是将BIM技术与云计算技术结合形成的含有感知层、存储层、模型层、处理层和应用层等5层级的多功能应用平台(BIM云平台框架详见图1)。BIM云平台是通过对云、大数据、物联网与BIM技术等充分集成后共同发挥价值的应用框架，借此框架服务项目建设、管理[9-10]。

图1 BIM云平台框架图

(二)城市级别BIM云平台构建原理

城市级别BIM云平台建设就是通过BIM技术与虚拟化技术应用，对城市基础模型数据、城市设施模型数据进行整合，从数据采集、互联程度、信息处理、系统架构、智能应用等方面搭建数字平台的过程[11]。城市级别BIM云平台构建原理可以详见图2。

图2 城市级别BIM云平台构架图

(三)城市级别BIM云平台的应用原理

针对建筑行业进行城市级别云平台建设，相关行业可以将BIM应用需要的工作站、计算资源、存储等信息和功能在云端进行布置，相应的模型应用、数据处理和分析都在云端产生，且用户在地面的操作中也不需要安装BIM软件，不需要有很好的图形处理软件，只需要一台普通电脑就可以实现云链接，开展相关工作。

城市级别BIM云平台建设完成后，用户只需要通过电脑鼠标移动和键盘操作就可以将相关指令发布到云端服务器中，由服务器进行处理，对操作后的图像进行压缩，最终还原显示在云端。在这一过程中，地面的电脑不需要参与其中，所以对地面操作电脑没有太高的要求。在具体操作中，需要确保云端硬件功能，关注相关传输速度，在完成优化处理后，促进网络宽带连接。图3为城市级别BIM云平台的基本应用原理图：

图3 城市级别BIM云平台的基本应用原理图

(四)城市级别BIM云平台的优势

1.延展了BIM技术平台的内涵与外延功能

突破目前BIM技术只习惯用于单个项目的工程设计、工程施工、地下管廊、安装工程碰撞检测等单体性功能，突破BIM技术只习惯用于项目管理的3D、4D、5D至nD的项目数据管理功能。

2.深化了BIM技术平台的多维技术的集成[12]

动脉导管开放是早产儿常见疾病，目前早产儿PDA的自然发展过程仍未完全明确,PDA发生的部分高危因素仍存在争议,对PDA是否进行药物、手术干预,何时进行药物、手术干预仍存在争议。尽管已经有大量证据证实动脉导管持续开放可能有害，但是目前尚缺乏关闭PDA治疗方案的远期益处或害处的相关证据。尽管产前激素、肺泡表面活性物质及非创伤性呼吸支持已经得到广泛应用，目前尚无评估动脉导管持续开放对早产儿死亡率及并发症影响的临床试验，近年来关于PDA治疗的研究最大的改变是减少PDA的治疗[3]。

突破传统BIM技术单一平台的应用，深化BIM技术外延接口的功能，利用BIM技术、人工智能、大数据、物联网、云计算及空间地理信息集成等相关信息技术构筑城市级别的BIM云平台。

3.可以为城市提供决策信息

利用BIM云平台的自我收集、自我运算、自我检测、多源异构数据交换的功能[13]，把BIM云平台形成的信息流融入到“城市大脑(城市公共云平台)”，为城市的网格化管理、城市计算、城市模拟、城市应急管理等方面提供高效的决策信息。

三、智慧城市背景下城市级别BIM云平台构建策略

智慧城市在建设过程中最关键的一个环节就是信息化与数字化建设，然而在智慧城市构建过程中，建设工程领域的信息化与数字化发展更是重中之重。城市级别BIM云平台可以自始至终贯穿建设的全过程，支撑建设过程的各个阶段，实现全程信息化、智能化协同模式。城市级别BIM云平台为智慧城市带来无限可能，通过城市级别BIM云平台，可以把存储在城市建设档案资料库中海量的工程蓝图、各种CAD电子图以及过去、现在、将来任意时段城市建设中新的海量工程数据进行自我收集、加工运算、自我检测，最终多源异构转换成为智慧城市公共云平台可以识别的数据和信息，形成城市精细管理的数据库。不管是城市的公共民用建筑、市政工程、城市绿化景观、道路桥梁还是地下管网，城市级别BIM云平台都可以实现城市建筑全寿命周期内的数据协同与信息共享，助力智慧城市的智慧化管理，具体如图4所示。

图4 城市级别BIM云平台助力智慧城市运行架构图

此次城市级别BIM云平台设计的方案中，主要系统模块包含客户端、应用逻辑端以及服务器端。这是城市级别BIM云平台设计中的核心部分。

(一)客户端设计

这一模块的主要功能是为用户提供可靠的数据，并及时提交用户算法代码以及可视化效果展示，并为用户提供人机交互的实际操作功能。客户端的展示是相对简单直接的，相关的数据操作、业务操作等都是在服务器端的，确保客户端能够有效开展相关工作。在系统客户端，可提供输出数据并能够让用户进行交互操作。在设计中，要确保客户端能够同时满足多个客户进入并进行相关操作，提升系统的使用效率。

(二)应用逻辑层

这一层的设计目的是通过对平台的数据以及应用规则的处理，在客户端功能基础上，用户进行数据以及代码的输入，应用逻辑层需要结合用户端的具体指令来进行相关数据的处理。在应用逻辑层中，需要借助应用处理模块功能，对相应指令进行传输，使其到达服务器端，也就是云端。在这一操作中，云端可以对平台的相关处理机制进行使用，也可以借助相应算法来进行操作。在应用逻辑层设计中，需要确保相应结构设计和客户端相对独立，这样在应用逻辑层相关流程和应用规则出现变化的情况下，客户端也可以照常运行，不会受到任何影响。

(三)云端

这一部分结构主要是为客户端提供相关数据格式的识别和转换功能，使一些复杂的不易理解的数据信息能够通过可视化的处理有效呈现，促进相关数据内部格式的改变，最后能够将数据保存到数据库中。在进行服务器端的设计中，还需要保证设计后的服务器端能够满足算法编译功能需要，能够有效分析客户端的代码，实施编译和可视化算法应用。在用户需要实施数据的可视化操作中，服务器端可以在数据库中进行数据的及时有效读取。这里需要用到可视化算法，并让用户来对相应的映射关系进行确定，生成对应的可视化图标。即在服务器端结构模块中，包含格式转换、数据算法、数据保存、算法编译等众多功能模块。所以用户在完成数据以及算法过程中，不需要特别关注相应的可视化过程，相应的系统服务器能够借助异步处理法来进行数据和算法处理，这样可以让用户的系统等待时间大大缩短，让客户端中的客户能够及时进出，避免客户端的过载问题发生。

四、城市级别BIM云平台应用案例分析

(一)实施项目介绍

该建筑案例是某城市在M项目中实施的，通过构建城市级别BIM云平台，获得了相对成功的应用体验。该项目是国内大型施工项目，项目企业员工超过万人，年施工能力也达到百亿元级别。项目企业的业务工作范围比较广，在全国的多个发达省市都有应用。项目建成后，最终呈现的是一个集文化、商务、休闲娱乐、旅游、科技等为一体的会展中心，项目占地规模比较大，相关的建筑类型也比较多样化，分不同的区域，施工比较复杂。

该建筑工程项目中，云平台管理部门领导为企业的工程部总经理，部门中有副经理1人，经理助理2人，技术顾问2人，云平台管理员3人，BIM使用人员8人。

(二)BIM云平台硬件构建

在该项目的BIM云平台中，相关的硬件配置包含以下几类：一是云平台软件系统，这一软件系统可供16人同时在线使用，满足Revit大型三维软件运行要求，在CAD软件使用上，同时30人以上在线使用也可以满足。此外，还配置平台运维工作人员一名。考虑到这一工程项目的建设内容比较多样，项目复杂性比较高，所以相应的BIM建模工作也比较多。对此，选择高性能图形工作站很有必要，这是确保BIM设计以及应用人员工作效率的关键。在处理器上，选择性能优越的最新八核处理器，确保内存足够大，还增加移动硬盘。在系统管理方面，增加管理服务器使用，可以满足平台管理软件的管理操作，相应的接口较多，可以满足多人同时工作。

在系统的网络连接设计中，包含内外部两种网络架构。内部网络通过云管理服务器和其他服务器连接，从存储服务器连接到云端工作站中；而外部网络和项目光纤网络连接，确保传输的有效性。

(三)BIM云平台功能情况

该城市级别BIM云平台的功能比较多，包含软件管理、动态监测、云文件管理、用户权限管理、工具软件管理等。在用户授权完成后，可以自主登录进入平台中，进行相关功能操作。在具体的软件界面中，相关BIM软件可以像电脑桌面一样进行设置，需要哪种软件，只需要进行双击操作就可以启动使用。

为促进用户在云端数据操作中有效应用，在具体的设计中，借助WEB图形化文件管理软件，这种操作习惯和本地Windows中的资源管理模式比较接近。

要为用户提供平台硬件运行的便利性，相应系统也需要提供专门的监控模块，要观察云平台相应服务主机和用户状态，让用户在操作中可以清楚看到主机的负载状态，可以随时掌握CPU、GPU的负载情况。

此外，在进行工具软件的设计上，可以将平台中相应服务器中的应用软件进行整合应用，在设计中，具体到相应软件许可证数量，可以针对软件使用状态进行设计。

最后，对用户权限进行管理，相应用户管理模块可以通过添加、删除、编辑等，为用户软件以及文件访问操作权限进行确认，为用户提供相关统计信息数据。

(四)实现系统结构优化，促进功能实现

在相关BIM云平台构建和应用中，构建好相应的模型后，下一步的功能就是通过软件工程管理以及项目综合管理，在相应软件管理系统中构建相应的C/S框架，而对于项目的综合管理系统，可以使用B/S设计结构，相关数据管理以及模型参数间要确保无缝衔接。在系统结构构建中，以AutoCAD为主要平台，通过相关系统施工，构建项目浏览表。通过项目完整系统的创建、编辑、扩展等功能，建立相应的管理系统，并做好具体的维护工作。最后，实施对比分析，构建动态系统。在完成上述工作中，要借助编辑器以及工序模板来构建相应的工程管理系统，实现对工程施工的计划进度与实施进度的对比，让相关计划进度和实际进度之间实现有效整合，通过动态三维图形展示，把握工程动态数据信息。在相关系统资源动态管理中，要尝试自动计算节点和工程量设计，实现对相关工程施工中各类资源的有效查询和分析，真正满足工程施工的动态管理要求。

(五)实施保障

此次M项目的BIM云平台构建中，相应的实施效果比较理想。要使相关BIM云平台的效果达到最佳，可以采取以下措施：首先，逐渐独立的平台管理部门，针对行政区划进行优化，安排好相关人员，做好各部分工作；其次，制定相应的管理制度，针对云平台的权限管理以及资源分配工作进行细化；最后，为促进这一云平台的有效应用，还需要进一步完善相关培训制度，做好技术顾问，针对相关操作人员开展专业培训工作，确保相关人员对平台的使用和操作能比较熟练地掌握。对BIM设计人员可以开启临时的绿色通道，让相关员工得到针对性培训，促进工作效率不断提升。

随着智慧城市建设加速，在城市建设和管理过程中借助BIM云平台，可以通过相关技术应用，为相关项目管理提供一个动态的三维数据模型，通过对相关功能模块的设计，满足管理需要，为用户提供可靠的信息支撑，促进平台发挥作用，切实解决城市管理中的诸多问题。目前，城市级别的BIM云平台构建已经获得了一些成功的经验，相对于传统BIM模型和技术应用，这种云平台构建，可以让建筑工程管理更加高效、精准，这对于智慧城市建设和发展都具有重要意义。