Web3D可視化技術在建筑工程管理信息化系統中的應用

段廣　張廣海

摘? 要：Web3D可視化技術可對建筑工程管理信息化系統的可用算力資源進行重新優化整合，將建筑工程管理信息化系統的Web3D可視化技術整合為獨立服務的三維場景可視化系統，構建管理模型并形成新調度桌面系統。文章分析建筑工程管理信息化系統中Web3D可視化模塊的功能，進行了相應技術的功能模塊分割及設計，完成了Web3D可視化技術在建筑工程管理信息化系統中的應用效果測試。

關鍵詞：建筑工程；Web3D可視化；可視化模塊；應用效果

中圖分類號：TP39? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）12-0112-04

Application of Web3D Visualization Technology in the Construction Engineering Management Information System

DUAN Guang， ZHANG Guanghai

（PowerChina Road Bridge Group Co.， Ltd.， Beijing? 100036， China）

Abstract： Web3D visualization technology can optimize and integrate the available computing resources of the construction engineering management information system， integrate the Web3D visualization technology of the construction engineering management information system into an independent 3D scene visualization system， construct a management model， and form a new scheduling desktop system. This paper analyzes the functions of the Web3D visualization module in the construction engineering management information system， divides and designs the corresponding technical functional modules， and completes the application effect test of Web3D visualization technology in the construction engineering management information system.

Keywords： construction engineering; Web3D visualization; visualization module; application effect

0? 引? 言

建筑工程管理包含建筑工地相關設備和基礎臨建設施的管理，在實現建筑工地精細化管理的過程中依賴完整的管理信息化系統，對建筑工程的相關環節和設備實現管控，可保障建筑工程相關工作的開展。建筑工程管理信息化系統作為一個較為復雜的管理系統，采取Web3D可視化技術實現管理信息化，其核心目標為通過可視化技術采集建筑工程管理過程中的全面數據，使用云計算技術（Cloud Computer， CC）、Web3D可視化技術（Web 3D visualization）、人工智能（Artificial Intelligence， AI）技術相結合，對建筑工程管理數據進行全面的挖掘處理。建筑工程管理信息化系統從管理的功能出發，針對每項具體功能構建獨立的大數據子系統，為縱向布局模式。管理信息化系統對建筑工程的基礎信息進行整合，形成基礎數據服務層，上層各獨立系統在底層基礎數據服務層中讀取數據并根據系統功能設計目標進行分別挖掘分析。最新的建筑工程管理信息化系統設計思路中，將所有管理功能模塊進行綜合設計，形成獨立的工作模塊，實現可視化技術在管理信息化系統中的應用。

1? 系統中Web3D可視化模塊的功能

前文所述，在早期的建筑工程管理系統中，一般用于運行多個相對獨立的大數據系統，最新的建筑工程管理信息化系統設計思路中，將所有管理功能模塊進行綜合設計，形成一套可以支持多個系統輸出數據整合在三維模型上進行顯示的Web3D可視化模塊，例如，我們在犬木塘水庫工程的建筑體系中就運用到了Web3D可視化模塊，利用三維可視化模塊對相應的建筑設施、設備等工程概況進行管理，實現工程一覽圖，形成了良好的工程管理模式，如圖1所示。

建筑工程管理信息化系統中Web3D可視化模塊可以實現精細的建筑工程管理過程，在智能礦山的建筑工程中，采取三維可視化平臺對礦山整體的生產報表、安全監管及能耗統計進行實時監控，可實現良好的工程建設管理模式，如圖2所示，這些建筑工程中的三維可視化技術的運用可以對工程概況進行合理的監測，實現良好的管理效果。

建筑工程管理信息化系統中Web3D可視化模塊的功能較多，可以為建筑工程管理提供精細化的管理方法和手段，實現良好的建筑體系管理架構，通過分析犬木塘水庫工程建筑體系和智能礦山建筑體系的三維可視化技術的運用效果，研究調度過程中的可用資源，該建筑工程管理信息化系統需要調用的系統軟硬件模組如圖3所示。

圖3中，所有用于Web3D可視化的數據來自該圖下部的數據接口部分，其中文件管理系統（File System Object， FSO）讀取獨立文件數據，如建筑施工設計圖紙等，應用數據接口（Application Programming Interface， API）部分用于直連包括物聯網和外部系統的外部數據庫同步數據，結構化邏輯數據管理系統（Structured Query Language， SQL）部分用于讀取施工管理系統的本地數據庫資源。邏輯數據資源讀取到可視化系統的數據源系統中，其中快速邏輯數據使用DBase系統進行管理，大宗數據使用HaDoop系統進行管理，上述數據在管理系統控制下，讀取可用數據使用Redis系統構建高速數據緩存，形成Redis一級數據緩存和DBase二級數據緩存共同管理的局面，Redis數據使用多個數據挖掘系統構建三維可視化圖表，包括Matlab系統及Python系統等，這些數據根據數據索引，通過Map系統形成數據熱點集，通過LOD系統將經過Map處理的數據熱點及與地圖數據進行整合，最終交由Html5整合的Flash、JavaScript等前端組件進行數據顯示。

即，對該數據顯示功能構建數據管理信息化模型，將上述軟硬件系統形成功能黑箱，僅考察數據管理部分的工作流程，可以形成圖4中的數據管理模型。

圖4中，大部分數據均需要進過數據緩存、數據挖掘、數據三維整合三步操作后提交到管理桌面系統中，但部分深度挖掘結果可以直接跳過三維整合部分提交到管理桌面，如預警結果數據、邏輯閉鎖數據、綜合保護動作結果數據等；部分原始數據可以在初步治理后，直接進入到三維整合階段，并不進行數據深度挖掘工作，包括建筑設備數量、圖紙設計、建筑工程概況的錄波圖數據，這些數據進行時域—頻域分析后，可以直接形成數據圖表，作為三維可視化系統的原始數據進行展示。

2? Web3D可視化技術的功能模塊分割及設計

該系統的設計目的是將Web3D可視化技術與建筑三維地圖相結合，一方面方便數據查詢，另一方面使數據更為直觀以提升建筑工程管理調度效率。即該系統的模塊設計中，應強化數據檢索功能，提供更多的針對三維地圖直接查詢的數據檢索模式，同時不應弱化針對數據值域、峰值、離群數據等關鍵數據要素的檢索模式。該數據查詢模式如圖5所示。

圖5中，基于地理范圍的查詢功能，支持針對省、市、區縣、街道鄉鎮、社區行政村、街區及大型建筑物、電表戶的分別查詢功能，且主要數據應在基于地圖顯示的主界面上進行直接顯示，調度人員點擊相應區域后，可以顯示詳細數據，還應支持基于不同等級變電站覆蓋范圍內的數據查詢，可以顯示不同倒閘狀態下變電站交叉轄區的實際供電模式；基于值域范圍的查詢功能，支持對錄波圖數據的直接查詢，對錄波圖數據中的離群數據、峰值數據、谷值數據等進行直接預警提示，當數據的多列關聯（如負荷—無功關聯數據、電壓電流關聯數據、負荷—設備溫度關聯數據等）數據、時域關聯數據、頻域關聯數據等發生突變時，也應該有預警提示數據，同時應支持調度人員針對不同數據顯示功能的直接查詢。

上述數據查詢功能驅動下的Web3D可視化功能模塊，應按表1進行資源分配。

表1中整理了5個核心功能模塊對前文圖1中相關算力資源的調用需求，可以發現，雖然該系統為基于Web3D可視化的技術展示，但部分功能如特值數據查詢、關聯數據查詢等，并不需要調用三維地圖資源，而數據匯總統計功能和前端顯示功能需要在每個模塊中都進行調用。綜合該算力調用需求情況，進行以下討論。

2.1? 前端顯示和三維地圖調用功能

如前文綜合分析，3D地圖功能來自電力BIM系統和地理信息地圖數據GIS系統，使用前端的Flash組件將上述地圖信息整合Map系統中提供的相關數據進行顯示。在沒有三維地圖支持的系統中，原始錄波圖數據、深度挖掘數據、匯總統計數據等，使用三維數據圖表進行數據整合并實現數據可視化輸出。即建筑工程管理信息化系統的前端顯示系統設計初衷，是通過更豐富的三維圖表顯示系統進行數據展示，使調度桌面前端系統更為直觀，在增加桌面數據顯示復雜度的同時，使界面的人機交互更為和諧。

2.2? 數據初步治理和數據深度挖掘功能

如前文圖2所示，數據初步治理和數據深度挖掘屬于接續系統，部分數據經過初步治理后即可滿足數據可視化展示的需求，但部分數據需要經過數據深度挖掘模塊。該系統應用到的數據深度挖掘模塊部分為系統內置，如數據的深度迭代回歸分析等，但部分數據深度挖掘為關聯系統提供的數據深度挖掘功能，如預警數據等。數據初步治理過程主要為數據時域分析中的回歸分析功能及超限學習功能，數據頻域分析的小波變換、傅里葉變換等頻域特征值提取功能以及其提取的特征值形成的二次時域數據。數據深度挖掘主要包含了相關的模糊決策矩陣、神經網絡、蟻群分布、熱力矢量分析等功能。受制于篇幅限制，且因為相關的大部分功能均布局在前置各獨立管理信息系統中，所以此處不展開討論。

3? 應用效果測試

為測試Web3D可視化技術在建筑工程管理信息化系統調度過程中的應用可靠性，選擇2019年與2020年全年的實際運行數據作為背景數據進行應用場景仿真，使用原有調度可視化桌面系統和Web3D可視化技術驅動下的調度可視化桌面系統分別構建調度桌面，選擇某建筑工地不同工作年限的調度值班員150人，工作經驗分別為1年、3年、7年、15年、30年，每組30人，使其分別操作兩套調度桌面系統完成仿真調度過程。統計其調度反應效率、調度決策效率、調度失誤率，得到表2。

表2中，主要有以下3點表現差異：

1）調度反應效率指管理信息化系統運行數據出現調度指令下達窗口后，調度員做出反應的思考時間，單位為s，該數據中，不同工齡建筑工程調度人員的反應效率均有提升，即其調度指令的下達思考時間均有所縮短，但該系統相比較之前可視化系統，其核心表現為縮小了新調度員與經驗豐富調度員之間的工作能力差異，即比較30年工作經驗的調度員與1年工作經驗的調度員，在之前系統下，前者較后者效率提升3.46倍，在新系統下，前者較后者效率僅提升1.33倍。

2）調度決策效率指調度員發現系統運行狀態故障并發出調度令后，有效調度令與全部調度令之間的比值，該數據中，即便1年工作經驗的施工調度員其決策效率也達到了96.2%，但也可以看到2點表現，即所有工齡狀態下的調度員，使用新系統后，調度決策效率均有所提升，而且新調度員的提升幅度超過經驗豐富的調度員。

3）調度失誤率為調度員對運行數據的觀察遺漏與觀察錯誤次數與所有按規程的觀察次數之間的比值，可以看到，在建筑工程管理過程中使用Web3D可視化技術驅動下的調度系統后，所有調度員的調度失誤率均有所下降，且新調度員的調度失誤率下降幅度超過經驗豐富的調度員。

4? 結? 論

Web3D可視化技術應用于建筑工程管理信息化系統中，通過對工程管理過程中相關數據資源進行重新優化整合，優化了施工調度桌面系統的可視化功能，使人機界面更符合人機關系，界面更加友好和諧。研究發現Web3D可視化技術驅動下的新系統對施工現場不同工作經驗的調度員的工作效率均有提升作用，且對新調度員的工作效率提升作用更為顯著。該系統充分縮小了新調度員與經驗豐富調度員之間的功能能力差距，可以有效提升施工人員的調度效率，增加施工管理運行的安全性和可靠性。

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作者簡介：段廣（1972.02—）男，漢族，四川眉山人，高級工程師，本科，研究方向：工程技術、安全質量管理。