基于云計算構建BIM模型的整體規劃

郭邦軍

摘 要：基于云計算構建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據庫中來，本文正是基于這一核心思想從基于云計算構建BIM模型的思路、原則、體系架構、模塊構成等方面論述基于云計算構建BIM模型的整體規劃。

關鍵詞：云計算 BIM 規則

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

1 基于云計算構建BIM模型的思路

基于云計算構建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據庫中來，解決以上問題的前提是首先解決以下幾個根本問題。

（1）構建云計算管理平臺。構建云計算管理平臺是基于云計算構建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建BIM模型區別于傳統BIM模型構建的重要一點。

（2）構建BIM信息模型的實質是將各個維度的數據以標準IFC格式無縫集成到中央數據庫中，這個過程主要依靠IT技術加以實現。所以構建BIM模型不僅要從理論角度尋求數據的集成本質，更要有有效的建模工具。

（3）3D模型（BIM原型系統）的數據集成標準是什么？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據格式可能各不相同，這樣導致的結果是各專業數據異構廣泛存在，這也是構建BIM信息模型一直面臨的技術難題。IFC標準是實現BIM信息模型各維度之間數據集成的標準平臺，對于各種不同的異構數據，只要基于IFC標準就完全可以與已建立的三維BIM模型進行集成。

（4）BIM模型各個維度的數據之間有如何進行定性和定量關聯？建筑工程項目管理中各管理要素之間存在著各種復雜的聯系，比如成本和進度之間就存在著相互制約的反比例關系，這些都要求BIM模型在具有自主學習功能時還能自主建立歷史經驗數據庫，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，同時可以相應的報告和圖表等方式反饋出來。

2 基于云計算構建BIM模型的原則

構建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，在構建BIM信息模型時應遵循以下原則。

（1）規范性原則。基于IFC的數據格式要嚴格遵循邏輯規范的原則，且保證所有數據源只做單次記錄。

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

（3）相容性原則。就是保證各專業各應用軟件所輸出的數據都能兼容且相互之間不起沖突。

（4）安全性原則。通過嚴格權限設定使用戶只能在權限范圍內對數據庫進行相應的閱讀或修改操作，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模型數據庫在設計時要考慮到未來的拓展情況。

（6）數據自動關聯原則。BIM模型中數據之間有千絲萬縷的聯系，所以基于云計算構建BIM的重要特色就是使各關聯數據的更新是基于云計算情況下的高度關聯自動化。

3 基于云計算的BIM模型體系架構

BIM信息模型系統最重要的特點就是它能夠集成多維度的數據到一個數據中心，這就要求系統能夠集成和適應各種建筑工程應用軟件，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原型系統采用B/S（即瀏覽器/服務器）分布式系統。

3.1 B/S體系架構

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

是一次性到位的開發模式。B/S分布式系統可以能實現所有參與主體在權限范圍內，隨時隨地訪問和操作BIM模型數據庫。如圖是B/S系統架構圖（圖1）。

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

建筑工程項目管理各管理要素的海量數據由最底層的數據庫負責處理，同步觸發器是實現BIM模型系統的一個重要部件，其主要功能是實現異構數據的集成。中間層用于加載各種應用程序，最頂層客戶端界面操作層，主要為用戶提供統一的界面服務，用戶通過B/S系統鑒定身份識后，能夠在權限范圍內對相應的管理模塊進行閱讀和修改操作。針對不相同的應用背景與應用專業，只要其遵循共同的IFC標準，所有用戶錄入的數據都可以實現無縫集成。

3.2 BIM模型構成模塊

BIM模型系統包括項目前期策劃管理模塊、設計管理模塊、招投標管理模塊、進度管理模塊、工程費用管理模塊、質量管理模塊、合同管理模塊、變更管理模塊、設備物資管理模塊、材料管理模塊等。各主要模塊功能如下。

（1）設計管理模塊。主要支持各專業間的實時協同設計，并安全可靠地保存和維護相關的設計成果，同時提供相應的查詢功能。

（2）招投標管理模塊。包括招標公告的發布，資格預審和招標文件的正式發布等，并且可以展示評標流程等。基于云計算平臺本模塊可模擬相關的程序對招投標信息進行維護。

（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合工程項目管理的實際情況來設計，以滿足用戶的不同功能需求。

4 基于云計算的 BIM模型數據庫構建

BIM系統的實現需要借助于基于云計算的專業的數據庫技術，將各種不同來源的異構數據收集起來并轉換成基于IFC的標準格式存儲于BIM模型系統的中央數據庫中。

4.1 數據源分析

建筑工程的各種數據是構建BIM模型的基礎，當數據發生改變時要求模型必須做相應更新。根據BIM信息模型的數據特點，將其數據分成靜態數據和動態數據兩類。靜態數據是沒有時間屬性的幾何數據，主要用于描述模型固有的形狀特性，也是BIM模型的基礎數據。動態數據是指具有時間屬性的那部分管理數據，這些數據會隨著時間的發展和項目的不斷推進而動態產生變化。

4.2 數據庫表設計

由上述分析可知BIM模型的數據分為靜態數據和動態數據，在BIM數據庫中這些數據分別存儲于靜態表與動態表之中，靜態表中存儲的數據不會隨工程的進展而發生任何變化，而動態表中存儲的數據會隨工程的進展而發生動態變化，例如進度數據和成本費用數據等。采用這種動態數據與靜態數據分開存儲的技術主要是便于數據的維護和管理。在數據庫內部使用統一編碼來分類存儲靜態數據，在減小數據冗余的基礎之上還有利于靜態數據的多次檢索。而動態數據的特點就是多次動態加載。根據靜態數據及動態數據這種相異特征將兩種特性的數據分開存儲，不僅在加載時減少內存資源，同時也有利于數據的管理。

4.3 數據庫設計原則

由于數據量極其龐大，且數據之間的關系錯綜復雜，BIM模型系統在設計數據庫時應遵循以下原則。

（1）規范性原則。基于IFC的數據格式要嚴格遵循邏輯規范的原則，且保證所有數據源只做單次記錄。

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

（3）相容性原則。就是保證各專業各應用軟件所輸出的數據都能兼容且相互之間不起沖突。

（4）安全性原則。通過嚴格權限設定使用戶只能在權限范圍內對數據庫進行相應的閱讀或修改操作，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模型數據庫在設計時要考慮到未來的拓展情況。

4.4 數據庫的選擇

在構建BIM模型使，由于其涉及主體和專業眾多，所有信息種類及其繁雜，而且數據結構又非常異化。在實際操作中往往采用先進的數據管理技術，在數據基于IFC標準的基礎上引用面向對象的思想，在基于模型對象的基礎上實現各種靜態幾何數據與動態管理數據的集成，主要原因如下。

（1）由于BIM模型是面向對象建立起來的，每個對象的所有屬性特征都封裝在其內部，而且往往對象的數量要遠遠小于對象屬性的數量，因此通過基于對象的方式來管理數據的方法要簡單許多。

（2）引入了面向對象思想的數據庫管理模式，所有基于IFC格式的數據可以直接存儲于數據庫中，而不需要像傳統的關系數據庫那樣把數據進行多重格式轉換。

（3）面向對象的數據庫能夠支持多重的結構復雜的異化數據模型。

（4）面向對象的數據庫系統本身具有強大的可擴展性和可兼容性。

5 結語

基于云計算構建BIM模型的整體規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點信息為縱軸，以云計算集成為手段，按照本文所述的規劃路線圖，就一定能多快好省地構建BIM模型。

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