BIM云平台构建技术研究

张红勇

摘 要：建筑信息模型（Building Information Modeling， 简称BIM） 是一种使用三维信息技术建模的新型工作模式。由于现有的BIM云平台存在的硬件资源无法满足业务拓展需求、BIM云平台使用率较低等问题，需要对新的系统进行改良工作。从BIM云平台的背景出发，从系统的需求分析、性能要求出发，分析系统改良的系统架构、功能模块设计、关键技术，解析云平台的BIM和GIS结合的相关应用，最后总结系统的建设成果。

关键词：BIM云平台；云计算；可视化；GIS

中图分类号：U215.1;TP315                              文献标识码：A                           文章编号：2096-6903（2022）10-0010-03

0 引言

随着计算机、网络、云计算技术的不断发展，传统建筑工程在规划、设计、施工及运维过程中，已大量使用信息化工具作为辅助手段[1]。然而，随着项目规模的不断扩大，复杂程度也不断增加，传统的二维图纸方式已不能满足多专业协同高效工作的需求[2]。BIM是一种以三维数字技术为基础，将建筑工程全生命周期内的各种相关信息加以整合并进行有效管理的一种全新工作模式。而作为近些年各行各业的研究热点的云计算技术，利用其强大的云端计算能力解决了海量异构数据的高效处理问题，使得多用户间的信息快速存储、共享成为可能[3]。

现有的BIM云平台存在的硬件资源，无法满足业务拓展需求、网络传输延迟、用户体验不佳等问题导致BIM云平台使用率较低[4]，因此需要对BIM云平台整体方案和技术路线进行改造升级，打造集资源服务、管理服务为支撑的一体化聚合平台的目标。

1 BIM云平台构建思路

1.1 系统功能性需求分析

通过需求分析，能够明确平台的搭建目的、服务内容和主体功能[5]。BIM云平台以共享运算资源为核心，以点带面，充分利用优势资源，通过云端部署、项目授权使用的方式，形成集实景建模、统一授权、跨平台协作等为一体的特色服务，实现与BIM门户、BIM应用需求中心融合的整体服务体系。平台面向普通用户、管理员、超级管理员3类用户，分别提供不同的权限。

BIM门户以打造集资源服务和管理服务为支撑的一体化聚合平台为目标，通过认证服务体系构建人才专家库，为不同类别的用户提供针对性的信息、资源、学习、大赛等服务，结合鲁班平台、供应链金融等业务形成全产业链的聚合服务链条。BIM应用需求中心主要以为管理人员、设计单位、施工单位的从业技术人员提供平台化服务为目标，结合BIM设计服务、BIM+GIS数据服务、BIM项目服务，提供用户及组织机构管理、BIM服务管理、GIS模型管理、项目与人才管理、模型管理、日志管理、资源管理等功能。

1.2 系统性能需求分析

系统实现越复杂，用户对系统的性能要求就越高，因此系统性能需求分析对于系统的构建有着重要的意义[6]。在系统可用性方面，系统要减少服务冗余，高效管理角色的功能模塊权限，提高相同模块的复用性；保证数据存储高可用，确保主库出现问题后能够自动切换到从库，保证数据一致性。在系统易用性方面，要保证系统的易理解性与易操作性。

在系统安全性方面，需遵循最小特权原则，对于请求资源的主体，只应该分配最少的必要权限，而且应该保证赋予权限分配的必要时间最短；各模块都对用户输入数据进行检查，以保证数据的正确性和适当性；软件调用组件的时候，应当了解该组件是否存在安全问题；禁止使用过期函数。

在系统可扩展性方面，在设计上必须具有适应业务变化的能力，当系统新增业务功能或现有业务功能改变时，应尽可能地保证业务变化造成的影响局部化。在系统设计中，系统信息的存储、管理、信息交换等方面都要采用标准化，要支持标准协议、规范、平台等，做到平台无关性。

2 BIM云平台的设计与构建

2.1 系统架构

系统采用分布式Spring Cloud架构，对不同的业务功能模块进行拆分，每个模块负责完成自己模块内的功能[7]。系统架构主要分为5层，分别是用户层、网关层、业务服务层、基础服务层和运维层。微服务架构在解决大型软件复杂性问题上有较为突出的优势[8]，通过注册中心保存各服务信息，使得服务与微服务之间的调用更加方便[9]。同时，业务按功能区分以达到高内聚、低耦合的效果，使得开发时有更好的延展性并且减少了模块间的功能依赖，保证在其中一个模块出现问题能不影响或较少影响其他模块的服务[10]。

从功能结构上讲，系统由BIM门户、BIM云平台构成。BIM门户以认证体系为基础汇集BIM用户，通过普通用户到BIM人员，最终到BIM专家的成长体系，为不同用户提供针对性的服务。同时提供资源共享服务，作为连接器链接各用户群，围绕普通用户查询信息，BIM人员使用信息，BIM专家生产信息，对内实现资源汇集，对外实现资源输出，结合积分体系并借助考核手段达成对个人、企业管理的目的。BIM云平台以共享资源服务为核心，通过集约化的硬件资源和多个虚拟化的软件资源，实现一次部署、多项目使用，解决多次重复购买和基层计算资源不足的问题，同时提供跨平台的协同交互方式，提升用户体验，让操作演示更加友好。

2.2 系统功能模块设计

系统主要由系统管理、个人中心、项目管理、BIM模型管理、GIS模型管理、BIM+GIS驾驶舱、文件资源管理、人才管理等模块组成。

系统管理模块主要由管理员操作，实现登录人员信息管理，维持系统正常运行所需要的动态路由管理功能；个人中心模块实现个人信息、通知消息、个人项目、个人积分变动等个人相关信息的内容展示；项目管理模块实现对BIM项目相关内容的管理，包含项目的认证流程、项目信息管理、项目机构权限分配等功能；BIM模型管理模块实现对BIM模型相关内容的管理，包含BIM模型的上传、模型的合并及项目进度的管理等功能；GIS模型管理模块实现GIS模型转化、发布、GIS数据管理、物联网数据接入等功能；BIM+GIS驾驶舱实现整体大屏、部门大屏及项目大屏的内容展示。

2.3 关键技术应用

BIM应用服务中心以BIM底层技术、工具服务为基础，通过模块化工具服务施工生产，打通上下游产业链，实现资源和服务共享；以生态服务为依托，打造包含基于BIM的BIM设计服务（BIM云平台）、BIM+GIS数据服务、BIM技术服务、BIM项目施工服务等的项目服务中心。

2.3.1BIM+GIS技术

GIS平台可以有效地管理大面积的BIM数据，通过数据轻量化引擎，无须安装任何插件即可直接在网页和手机打开模型，实现模型的轻量化浏览[11]。借助BIM+GIS技术，即可通过可视化方式展示相关进度、人员、安全、机械设备及相关资料等情况。BIM、GIS领域的行业数据标准在其在几何、语义信息等方面存在较大的差异，在数据映射转换过程中通常会伴随大量BIM数据信息的丢失。可以采用从IFC中提取编码信息转换为GIS可识别的CityGML编码语言的方法实现BIM数据与GIS平台的有效数据集成，保证BIM与GIS的融合。

2.3.2 基于WebGL的模型交互与渲染技术

WebGL内嵌于浏览器中，无需搭建任何的开发环境，在多个平台上应用广泛。WebGL客户端渲染相较传统的浏览器Active插件方式具有免安装、轻量化、易部署的优点。WebGL在浏览器渲染展示方面具有明显的优势，同时调用Three.js开源引擎可将常用的三维数据格式转换成自身的object3D对象，简化了调用网络接口传输JSON三维数据的操作方式。用户可通过浏览器从服务器端下载模型到本地，利用本地的计算能力，通过WebGL驱动访问显卡进行模型的交互与渲染。

2.3.3 基于云计算的BIM模型轻量化技术

在远程服务器端以云计算赋能进行模型的渲染计算，客户端仅作为一个可以交互的显示器，将渲染指令发送到服务器同时接收渲染结果。这种方式可以使得对本地计算资源要求降低，可以实现超出本地机器计算能力的大规模模型交互绘制及应用，同时提高数据安全性。构建面向BIM服务的云计算体系，需要实现模型文件轻量化转换、模型快速可靠传输、模型渲染及显示的关键环节，其中模型快速可靠传输是在BIM源文件轻量化转换的基础上使用压缩、构件模型流、运用缓存等技术使模型快速可靠地到达接收端。

3 BIM云平台的应用

普通用户拥有操作系统中的各项基础功能的权限，如申请人才认证、新建项目认证、查看个人中心、操作个人项目信息、查看积分变动信息、操作BIM模型、操作GIS服务、填写人才申请等；有操作系统中的各项与局级相关工作的权限，管理员可以完成普通用户的操作，也可以操作当前部门下的数据，管理某部门下的人才申请及项目申请的审批操作；超级管理员的工作除了操作上述普通用户的部分及管理员的操作业务内容外，还有操作配置系统属性的功能内容，系统管理部分的内容有关系统的正常运行。

3.1 BIM模型管理

BIM模型管理支持单一模型上传管理、合并模型管理和场景管理。单一模型上传管理支持本地模型导入或FTP上传、查询等功能。合并模型管理支持添加装配模型、发布模型、管理已发布模型及进行进度方案管理及进度任务管理。场景管理支持对场景信息的增删改查。

3.2 GIS数据管理

GIS数据管理支持GIS服务管理、模板管理、标签管理、风险源数据管理、风险明细数据管理、摄像头管理以及对通过物联网接入的人员数据和设备数据进行管理。GIS服务管理提供上传GIS压缩包，发布服务，实现上述应用功能。

3.3 BIM+GIS驾驶舱

BIM+GIS驾驶舱主要包括集团大屏和项目大屏，主要通过各个维度来展示系统内的统计数据。

集团大屏内容主要展示整体数据的统计内容。具体包括：按照人才类型、单位和专业维度展示BIM人才统计内容；按照是否在建设中统计，通过单位、类别、区域等维度展示BIM项目统计信息；通过BIM人员或项目维度展示BIM的新增趋势内容；展示BIM投入排名信息。

项目大屏主要展示项目中的各项统计数据：按管理人员或劳务人员分类的人员信息统计一览，按工种分类的人员投入趋势统计，按照机构或类别分类设备信息一览，按照风险等级、风险类别分组展示的安全隐患统计；按照风险等级、风险类别分组展示的危险趋势统计，可以点击视频投放、播放、重播、暂停操作的摄像头一览。

4 结语

BIM最大程度整合了社会的有效资源，提高效率和控制力，并且帮助实现可持续发展与绿色设计的理念。在结合GIS技术的基础上，系统融合云计算，实现模型的轻量化浏览，并将项目进度、人员等情况通过可视化方式展示，提升了用户体验，有利于用户对项目信息的整体把控，促进了高效工作；实现了项目企业内部数据共享与协同工作，保障了数据安全，同时降低了对硬件资源的要求。平台结合GIS技术，在三维信息平台上进行二次开发，大大提升了平台的实用价值，在一定程度上满足了用户对BIM业务拓展的需求。

参考文献

[1] 邵韦平，徐卫国，杨明，等.数字时代的建筑技术重构与品质营造[J].当代建筑，2021（03）：8-16.

[2] 武飞.基于BIM的地铁车站建筑一体化协同设计研究[D].广州：广东工业大学，2019.

[3] 袁清洁.基于云计算和大数据技术的医疗信息管理系统研究[J].现代科学仪器，2020（4）：195-199.

[4] 王建伟，高超，董是，等.道路基础设施数字化研究进展与展望[J].中国公路学报，2020，33（11）：101-124.

[5] 马瑞祾，王成平，沙马拉毅.汉彝双语应急语言资源智能查询平台的构建与技术实现[J].西南民族大学学报（自然科学版），2021，47（06）：640-649.

[6] 千瑾璐.基于全局性能测试模型的Web应用系统性能测试研究与应用[D].广州：华南理工大学，2020.

[7] 陈石定，刘翔，汪应琼.一种基于微服务架构的突发事件预警辅助决策系统的设计与实现[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2019，11（5）：609-620.

[8] 刘从军，刘毅.基于微服务的维修资金管理系统[J].计算机系统应用，2019，28（4）：52-60.

[9] 孙宇，周纲.基于微服务架构的资源发现系统平台构建研究[J].中国图书馆学报，2020，46（1）：114-124.

[10] 李鵬，程建远.基于微服务的地质保障系统架构与应用[J/OL].煤田地质与勘探：1-10[2021-12-22].

[11] 张纯，代成，夏海山.基于数据融合的城市轨道交通规划理论研究——BIM与GIS一体化研究综述[J].都市快轨交通，2020，33（4）：14-23.