畢天平 佟 琳 高振東 孫 強 張立楠

1(沈陽建筑大學(xué)管理學(xué)院 遼寧 沈陽 110168)2(沈陽建筑大學(xué)計劃財務(wù)處 遼寧 沈陽 110168)

0 引 言

隨著國家科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，科技在國內(nèi)建筑業(yè)中的應(yīng)用也越來越成熟，但建筑項目全壽命周期內(nèi)持續(xù)且準(zhǔn)確的信息溝通以及三維可視化審圖的實現(xiàn)等難題亟待解決[1-3]。國務(wù)院和住建部分別發(fā)布《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和《“十三五”建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》兩個文件鼓勵推進建筑業(yè)信息化管理平臺建設(shè)[4-5]。在此背景下，中建東北院啟動城建信息化平臺開發(fā)項目。本文在研發(fā)城建信息化平臺的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，闡述利用BIM與3DGIS集成技術(shù)研發(fā)城建信息化平臺的關(guān)鍵技術(shù)和內(nèi)容。

1 城建信息化平臺的建立

1.1 平臺技術(shù)基礎(chǔ)

該平臺以BIM、3DGIS、IOT等技術(shù)相結(jié)合為基礎(chǔ)組織模式，打造了城建信息化平臺，平臺的建設(shè)給建筑業(yè)帶來不可估量的價值。圖1所示為BIM+3DGIS城建信息化基礎(chǔ)組織模式。

圖1 BIM+3DGIS城建信息化平臺技術(shù)基礎(chǔ)

1.2 BIM模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

城建信息化平臺融合了BIM、GIS、Web Service服務(wù)、數(shù)學(xué)建模、幾何建模等技術(shù)的優(yōu)勢，緊跟數(shù)字化城市的發(fā)展步伐。平臺所依據(jù)的理論基礎(chǔ)、實現(xiàn)手段和外部支撐環(huán)境都來自于當(dāng)前的信息技術(shù)領(lǐng)域，并在實際應(yīng)用中被證實為可行。構(gòu)建城建信息化平臺的總技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線圖

首先，建立GIS和BIM融合的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并調(diào)查建筑業(yè)全生命周期的應(yīng)用需求。在能夠滿足建筑業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)BIM模型和GIS地理空間數(shù)據(jù)的高效集成。

其次，建立GIS與BIM的大數(shù)據(jù)云平臺，其云平臺主要由GIS地理空間資源庫和BIM模型庫和部件庫組成，包含三維基礎(chǔ)地理信息庫、遙感影像圖、基礎(chǔ)設(shè)施庫、BIM模型庫、BIM構(gòu)件庫，以及其他建筑業(yè)管理系統(tǒng)庫等。

然后，利用互聯(lián)網(wǎng)、三維地理信息系統(tǒng)、BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(WEB+3DBIM+GIS+IOT)對GIS與BIM的大數(shù)據(jù)云平臺進行應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)支持，以形成平臺的應(yīng)用服務(wù)層?？臻g數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)結(jié)合為平臺提供共享服務(wù)。

最后，將結(jié)合的模型進行協(xié)同管理，以實現(xiàn)建筑業(yè)的規(guī)劃、 設(shè)計、施工、造價、施工、監(jiān)理、運行和維護以及信息化管理等多種需求，全面提升建筑業(yè)的信息化水平。

1.3 設(shè)計構(gòu)建

城建信息化平臺使用基于REVIT軟件二次開發(fā)技術(shù)，開發(fā)實現(xiàn)了提取、轉(zhuǎn)化BIM模型數(shù)據(jù)等功能的插件，實現(xiàn)BIM到3DGIS的轉(zhuǎn)化。BIM模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換需要在Revit模型中存儲數(shù)據(jù)，Revit API提供了兩種在Revit模型中存儲數(shù)據(jù)的方法。 第一種是使用共享參數(shù)。這種方法允許Revit API對Revit UI可用的相同共享參數(shù)功能的編程訪問[6]，共享參數(shù)將在元素的屬性窗口中供用戶查看。可以將共享參數(shù)分配給許多(但不是所有)元素類別[7]。另一種方法是擴展存儲。這種方法允許Revit API創(chuàng)建自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后將該數(shù)據(jù)的實例分配給模型中的元素[8-10]。這些數(shù)據(jù)在Revit UI中永遠不會被用戶看到，但可以通過Revit API訪問其他第三方應(yīng)用程序，具體取決于定義時分配給架構(gòu)的讀/寫訪問權(quán)限。與共享參數(shù)不同，擴展存儲不限于某些類別的元素，可擴展存儲數(shù)據(jù)可以分配給Revit模型中的Element派生的任何對象[11-12]。

建筑信息模型與地理信息系統(tǒng)本身就有許多相似的地方：(1) 圖形；(2) 屬性[13-14]。開發(fā)的Revit插件能夠?qū)⒏鹘涌诼?lián)系起來，實現(xiàn)跨平臺應(yīng)用與多種數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換需求，同時更易于維護。

2 平臺主要功能

平臺依托BIM技術(shù)，采用二、三維一體化的可視化表現(xiàn)形式，將建筑項目模型輕量化導(dǎo)入到平臺系統(tǒng)，如圖3所示。平臺中查詢、瀏覽功能實現(xiàn)了三維模型和二維圖紙的同步顯示；根據(jù)專業(yè)及級別授權(quán)的不同劃分進行項目文件數(shù)據(jù)規(guī)劃審批；實現(xiàn)三維審圖；查詢功能中包括構(gòu)件屬性查詢、定位查詢；量算功能中具備距離量算、面積量算；分析功能中包括通視分析、視域分析、日照分析、挖填方分析、流域分析、地形路徑、地形剖面、點源淹沒等。

圖3 城建信息化平臺

2.1 三維審圖

三維審圖是城建信息化平臺中的重要功能之一，三維審圖實現(xiàn)了各建筑構(gòu)件與設(shè)施的精細(xì)化建模與內(nèi)部構(gòu)件精細(xì)化顯示，三維審圖包括專業(yè)評審和綜合評審等多個環(huán)節(jié)，是一個相互交叉、不斷反復(fù)的過程。專業(yè)評審環(huán)節(jié)首先需要設(shè)計人闡述設(shè)計意圖、做法及存在問題，經(jīng)專業(yè)負(fù)責(zé)人研究、審核、補充說明，最后由審定人審定，確保定案結(jié)論無誤，滿足規(guī)范和設(shè)計輸入的要求。三維審圖設(shè)計路線圖如圖4所示。

圖4 設(shè)計路線圖

各專業(yè)工程師將模型數(shù)據(jù)上傳至GIS服務(wù)器形成BIM信息庫，并將計算書、二維圖紙、項目相關(guān)資料等上傳至文檔服務(wù)器，工作人員通過操作可以使三維模型和二維圖紙同步顯示，實現(xiàn)三維審圖、建筑項目各參與方在平臺上對信息的共享，解決信息交流中無序的問題，使信息得到充分利用。東北工業(yè)大數(shù)據(jù)項目三維模型與二維圖紙同步圖如圖5所示。

圖5 三維模型與二維圖紙同步圖

2.2 文檔與系統(tǒng)權(quán)限管理

文檔管理主要是對建筑項目模型中所包括的建筑、結(jié)構(gòu)、機電等設(shè)計、施工與運維過程中的文檔進行統(tǒng)計和管理，實現(xiàn)各個專業(yè)的三維協(xié)同。系統(tǒng)權(quán)限管理是管理員根據(jù)專業(yè)及級別對用戶的上傳、查詢、刪除等操作進行權(quán)限授權(quán)及文檔服務(wù)器的授權(quán)，各項目參與方可以靈活地處理各自權(quán)限范圍內(nèi)的工作信息。圖6是東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心文檔管理的操作圖。

圖6 文檔管理圖

2.3 屬性查詢

對系統(tǒng)中顯示的三維對象進行屬性查詢，屬性查詢內(nèi)容包括建筑構(gòu)件的材質(zhì)、型號、出廠日期以及構(gòu)件使用注意事項等，縮短了日后施工、運維管理、定期安全檢查的工作時間。圖7為東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心A6樓屬性查詢。

圖7 屬性查詢

2.4 日照分析

平臺中的日照分析可以對規(guī)定范圍內(nèi)各建筑物之間的遮陽形式和遮陽情況進行動態(tài)模擬，直觀科學(xué)地指導(dǎo)建筑規(guī)劃。該功能真正解決了大規(guī)模建筑群的日照分析難題。圖8為東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心A6樓日照分析。

圖8 日照分析

3 平臺應(yīng)用

3.1 項目工程概況

由沈陽東網(wǎng)科技有限公司投資建設(shè)的東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心項目所建設(shè)的研發(fā)中心辦公樓占地面積約為57 532平方米，建筑面積約為57 809平方米[15]。該項目促進工業(yè)4.0及中國智能制造2025的政策、技術(shù)、人才等產(chǎn)業(yè)要素融合，是推動?xùn)|北工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要支撐。

3.2 實踐應(yīng)用

本平臺可應(yīng)用于全項目的設(shè)計、施工及后期的運維管理工作。在東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心項目中，從室內(nèi)外景觀方案到施工圖的設(shè)計工作都是在城建信息化平臺應(yīng)用完成。在項目規(guī)劃和方案設(shè)計階段，設(shè)計人員通過操作平臺，實現(xiàn)了對現(xiàn)場地質(zhì)條件立體化、全方位的三維勘探。通過工具劃出任意剖線，可以直接生成相關(guān)的地質(zhì)剖面。同時也可生成三維地質(zhì)模型，可以直觀地查看地層的整體和空間分布。

設(shè)計階段中，各專業(yè)設(shè)計人員將REVIT模型(建筑模型、結(jié)構(gòu)模型以及機電模型)上傳至城建信息化平臺，使用平臺實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計。施工階段中，基于設(shè)計階段上傳的模型，實現(xiàn)精準(zhǔn)的算量，從而實現(xiàn)對成本的控制，同時還可實現(xiàn)對進度、質(zhì)量等相關(guān)內(nèi)容的控制與調(diào)節(jié)。運維管理階段中，使用城建信息化平臺對構(gòu)件進行信息查詢，實現(xiàn)構(gòu)件的數(shù)字化存儲和管理，應(yīng)用云平臺的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心項目的智能管理維護。工作人員每天可對工作計劃、工作總結(jié)進行編輯后上傳至平臺，上級領(lǐng)導(dǎo)可直接在平臺審批并給予批復(fù)，實現(xiàn)跨地區(qū)辦公，提高工作效率[6-9]。

4 結(jié) 語

基于BIM技術(shù)、3DGIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息共享技術(shù)，自主研發(fā)了城建信息化平臺。多種技術(shù)的融合達到了“1+1>2”相互促進的結(jié)果。該平臺面向各個參與方開放的BIM數(shù)據(jù)庫、云服務(wù)，實現(xiàn)工程應(yīng)用創(chuàng)新以及項目全壽命周期的集成管理與精細(xì)化管理，解決溝通難、數(shù)據(jù)散、效率低的問題，同時提高了項目管理的信息化水平，完善了項目的管理制度，提高了建筑施工的安全性。平臺對BIM模型與數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)場數(shù)據(jù)的累積與更新，進行分析處理，從而實現(xiàn)對項目的階段性分析評估。城建信息化平臺為協(xié)同工作提供堅實的基礎(chǔ)，提高建筑工程的集成化程度，引領(lǐng)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次。