陳曦

（撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧撫順113122）

基于云計算的BIM系統(tǒng)研究

陳曦

（撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧撫順113122）

建筑信息模型（BIM）是利用信息技術(shù)對建筑生命周期各個階段進(jìn)行管理的工具。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，為提高建筑信息模型實(shí)驗(yàn)平臺的效率，開發(fā)一種結(jié)合云計算與建筑信息模型相結(jié)合的系統(tǒng)，并對其實(shí)現(xiàn)過程及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述。通過實(shí)驗(yàn)表明，該方法在數(shù)據(jù)識別時間及準(zhǔn)確性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方式，是實(shí)現(xiàn)建筑性能分析（BPA）的實(shí)用工具。

云計算；建筑信息模型；建筑性能分析

使用BIM系統(tǒng)對建筑生命周期進(jìn)行信息管理和數(shù)據(jù)分析，對提高房地產(chǎn)開發(fā)效率、降低建筑損耗提出最佳方案，這是現(xiàn)今一個重要的研究熱點(diǎn)。基于此，筆者提出了基于云計算的BIM，使用大數(shù)據(jù)分析作為建筑信息模型的基礎(chǔ)，通過模擬實(shí)驗(yàn)得到評估數(shù)據(jù)，從而得到建筑工程的最佳實(shí)施方案。

1 相關(guān)技術(shù)介紹

1.1 建筑信息模型

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM） 是利用信息技術(shù)對建筑生命周期各個階段進(jìn)行管理的工具，包括規(guī)劃設(shè)計、建筑審查、工程施工、項(xiàng)目管理等，提供了最佳的應(yīng)用載體和信息管理模式，對傳統(tǒng)的建筑設(shè)計方法進(jìn)行了創(chuàng)新。

現(xiàn)有的商業(yè)BIM系統(tǒng)，如Autodesk Revit、Bentley Architecture和Tekla Structures，都是專門用于建筑項(xiàng)目的集成和可視化開發(fā)。但是這些商業(yè)BIM系統(tǒng)是在各自相對獨(dú)立的平臺上運(yùn)行的，數(shù)據(jù)無法共享，給用戶造成了一定的限制，同時建模實(shí)驗(yàn)對于硬件的要求較高，不利于推廣普及。

基于云計算的BIM，以BIM建筑信息模型作為基礎(chǔ)，利用云計算進(jìn)行建筑效能分析（Building Performance Analysis，BPA），從而得到符合環(huán)境效益的最佳設(shè)計方案。基于云計算的BIM，在大數(shù)據(jù)計算、可視化設(shè)計、建模分析、用戶硬件投資、操作界面風(fēng)格等方面有著強(qiáng)大的優(yōu)勢，可以很好的節(jié)約項(xiàng)目實(shí)施時間和成本。

1.2 云計算技術(shù)

云計算是一種新的網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)，它提供了通過網(wǎng)絡(luò)訪問、可配置的計算資源池。云計算涵蓋的范圍很廣泛，內(nèi)容也很豐富。通?？梢园言品譃镮aaS（Infrastructure as a Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（Platform as a Service，平臺即服務(wù)）、SaaS（Software as a Service，軟件即服務(wù)） 三個服務(wù)層次。其中IaaS是將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備等硬件資源集成為虛擬化的數(shù)據(jù)中心供用戶按需使用；PaaS為用戶提供一個完整的平臺，它包含應(yīng)用開發(fā)、接口開發(fā)、數(shù)據(jù)庫開發(fā)、存儲和測試等，保證信息平臺在實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面的高度一致性，進(jìn)而提高可維護(hù)性；SaaS則主要是向用戶提供基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用軟件服務(wù)。

云計算擁有可靠性高、實(shí)時服務(wù)、大規(guī)模、虛擬化、擴(kuò)充性高、數(shù)據(jù)集中、降低成本及可擴(kuò)展的平臺等優(yōu)點(diǎn)。

2 BIM云系統(tǒng)的模型

本研究為實(shí)踐BIM云系統(tǒng)的建筑信息設(shè)計決策模型，利用云計算技術(shù)，進(jìn)行建筑效能分析，得到符合環(huán)境效益的最佳設(shè)計方案。其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 BIM云系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 BIM云系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)策略

BIM云系統(tǒng)是運(yùn)用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)通信與計算機(jī)技術(shù)，突破時間、空間及跨部門的制約，向用戶和系統(tǒng)管理者提供建筑信息模型的相關(guān)信息，通過精簡、優(yōu)化、整合、重組信息的提供內(nèi)容和發(fā)布手段，從而得到最佳實(shí)施方案，使項(xiàng)目實(shí)施者能做出更合理的工程決策，是建筑性能分析的有效工具。其實(shí)現(xiàn)策略如圖2所示。

圖2 BIM云系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略

2.2 BIM云系統(tǒng)構(gòu)建

BIM云系統(tǒng)分為存儲層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用服務(wù)層、應(yīng)用接口層和訪問層，其構(gòu)建形式如圖3所示。

第一，資源層。在整個建筑全生命周期中，它對海量的建筑信息的集成管理是非常重要的。資源層是BIM云系統(tǒng)的基石，BIM建筑信息存放在該層，涵蓋了存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫環(huán)境。

圖3 BIM云系統(tǒng)構(gòu)建形式

第二，資源管理層。它是BIM云系統(tǒng)的核心部分，資源管理層通過集群系統(tǒng)、分布式文件系統(tǒng)和虛擬化等技術(shù)，使得單一的物理設(shè)備虛擬為多個相對獨(dú)立的虛擬設(shè)備對外提供同一種服務(wù)，并提供更大、更強(qiáng)、更好的數(shù)據(jù)訪問性能。

BIM云系統(tǒng)通過集群文件實(shí)現(xiàn)云端存儲設(shè)備的集群化服務(wù)工作，并通過系統(tǒng)的控制模塊和管理模塊實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理，數(shù)據(jù)的分發(fā)、處理，用戶操作處理結(jié)果的反饋。資源管理層還包括了數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)備份以及數(shù)據(jù)容災(zāi)操作，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可用性、安全性和穩(wěn)定性。

第三，中間接口層。它是BIM云系統(tǒng)針對資源池中的資源進(jìn)行相應(yīng)配置，為系統(tǒng)提供用戶管理、任務(wù)管理以及統(tǒng)一的安全管理功能。可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)類型，開發(fā)不同的應(yīng)用服務(wù)接口，提供不同的應(yīng)用服務(wù)。

第四，系統(tǒng)應(yīng)用層。它將BIM云系統(tǒng)的各類業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)化為具體的應(yīng)用，通過中間件封裝成透明的服務(wù)方式，提供給終端用戶使用，涵蓋系統(tǒng)權(quán)限管理、工作流程管理、信息文件管理等功能。

第五，用戶層。用戶層是用戶獲取云服務(wù)的直接入口，用戶可以通過PC電腦、PAD、智能手機(jī)等，包括云終端程序和云終端設(shè)備來進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施。

BIM云系統(tǒng)可以在公共云、私有云或混合云上進(jìn)行部署。公共云一般是云服務(wù)供應(yīng)商提供，私有云一般是對安全和性能有特殊要求的企業(yè)在自己的IT基礎(chǔ)設(shè)施上實(shí)施?；旌显凭哂泄苍坪退接性贫叩膬?yōu)勢，其靈活度更好。

3 BIM云系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

目標(biāo)設(shè)定：本實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)設(shè)定為以建筑生命周期50年的總能耗表現(xiàn)，得到更為準(zhǔn)確的節(jié)能方案，以建筑物單位面積的年耗電量為建筑耗能整體性綜合指標(biāo)作為評估的基準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)過程中所使用的測試資料來自大連某港區(qū)，該基地周邊地形空曠且沒有障礙物，利于作為實(shí)現(xiàn)參照，如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)參照模型

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：平臺主機(jī)2臺，配置為E5-2687W八核處理器3.1 GHz（兩顆），內(nèi)存容量為64 GB，硬盤容量為2 TB，1個Quardo K5000圖形卡。

3.2 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)及分析

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是比較傳統(tǒng)BIM方式和BIM云系統(tǒng)下建筑性能分析的效率以及準(zhǔn)確性，所使用的數(shù)據(jù)集是大連某港區(qū)建筑信息數(shù)據(jù)圖，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)年份為10、20、30、40、50年。

兩種方式數(shù)據(jù)識別時間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。BIM云系統(tǒng)數(shù)據(jù)識別使用的時間比傳統(tǒng)BIM方式的時間少很多，隨著年份數(shù)的增加，兩者的差異越發(fā)明顯。同時，為了驗(yàn)證BIM云系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，在同樣的數(shù)據(jù)集上對信息單元的識別準(zhǔn)確性進(jìn)行評價，其結(jié)果如圖6所示。隨著年份數(shù)的增加，利用BIM云系統(tǒng)比傳統(tǒng)BIM方式有著更高的準(zhǔn)確性。

圖5 實(shí)驗(yàn)一：數(shù)據(jù)識別時間

圖6 實(shí)驗(yàn)二：準(zhǔn)確性

4 結(jié)論

云計算技術(shù)在圖形圖像加速、建筑信息建模、大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本文設(shè)計了一種基于云計算實(shí)現(xiàn)BIM的建模方法，詳細(xì)論述了BIM云系統(tǒng)的框架和實(shí)現(xiàn)策略。通過實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)建筑性能分析的實(shí)用工具。

[1]Bilal Succar.Building information modeling framework: search and delivery foundation for industry stakeholders [J].Automation in Construction,2009(8):57-375.

[2]Foster I,Zhao Y,Raicu I,et al.Cloud computing and grid computing 360-degree compared[A].Grid Computing Environments Workshop,2008.GCE'08[C].Austin, TX2008.1-10.

[3]Saurabh Kumar Garg,Rajkumar Bunya, Network CloudSim:Modeling Parallel Applications in Cloud Simulations[C].Proceedings of the 4th IEEE/ACM International Conference on Utility and Cloud Computing,2011, Melbourne,Australia,December:5-7.

[4]Qian liu.Cloud computing in construction:investigation into the potential implementation of cloud computing in China construction industry to mitigate traditional it application issues[J].Heriot-Watt University.August,11.

[5]陳康,鄭緯民.云計算:系統(tǒng)實(shí)例與研究現(xiàn)狀[J].軟件學(xué)報,2009(5):1337-1348.

[6]Fox A,Griffith R,Joseph A,et al.Above the clouds:A Berkeley view of cloud computing[OL].[2009-2-10].http:// www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009 -28.pdf.

［責(zé)任編輯：劉 月］

Research on BIM System Based on Cloud Computing

CHEN Xi
(Fushun Vocational Technology Institute,Fushun 113122,China)

Building Information Model(BIM)is a management tool for each stage of building life cycle by using information technology.With the development of digital technology,in order to improve the efficiency of BIM experimental platform,the researchers develop a kind of system which combines cloud computing with BIM,and describe in detail the realizing process and the key technology.Experiments show that the method is superior to the traditional way in the respects of data recognition time and accuracy,and it is a utility tool for Building Performance Analysis(BPA).

cloud computing;BIM;BPA

TN919.5

A

2095-5928（2016）01-37-04

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.01.011

2015-10-15

陳曦（1982-），女，遼寧撫順人，實(shí)驗(yàn)師，學(xué)士，研究方向：實(shí)驗(yàn)室技術(shù)、云計算技術(shù)。