羅煒，謝明霞，陳杰，羅勝

摘要：為解決BIM模型在數(shù)字孿生水利水電工程各階段應(yīng)用中因業(yè)務(wù)需求不同導(dǎo)致其幾何、材質(zhì)、屬性、結(jié)構(gòu)等精度適配度不高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套BIM模型按需自適應(yīng)流轉(zhuǎn)的技術(shù)方法，以實(shí)現(xiàn)BIM在水利水電工程數(shù)字孿生中的高效應(yīng)用。該方法定義BIM模型屬性、結(jié)構(gòu)、幾何、材質(zhì)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出規(guī)范，通過(guò)建立上述多維信息的映射關(guān)系，結(jié)合改進(jìn)的3DTiles幾何輕量化算法，實(shí)現(xiàn)BIM模型屬性、結(jié)構(gòu)、幾何、材質(zhì)按需自適應(yīng)流轉(zhuǎn)?；谠摲椒ǎ劳蠷evit軟件開(kāi)展項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐。研究結(jié)果表明：使用該方法流轉(zhuǎn)的BIM模型結(jié)構(gòu)齊備、屬性完整，并能按需滿足幾何與材質(zhì)的精度要求，同時(shí)支持高效應(yīng)用與高性能渲染。研究成果可為BIM模型在水利水電工程全生命周期數(shù)字孿生應(yīng)用提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生； 水利水電工程； BIM模型； 自適應(yīng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)； 三維渲染

中圖法分類號(hào)：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.03.019

文章編號(hào)：1006-0081（2024）03-0118-06

0引言

BIM是數(shù)字孿生水利水電工程高精度數(shù)據(jù)底板的核心組成部分［1］，支持工程勘察設(shè)計(jì)、施工建管、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、安全監(jiān)測(cè)等各階段孿生應(yīng)用，隨著數(shù)字孿生工程建設(shè)的深入開(kāi)展，BIM也將發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。由于水利水電工程的復(fù)雜性，工程BIM模型存在數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)［2-3］，而工程不同階段孿生應(yīng)用對(duì)BIM模型需求不同，基于一套BIM數(shù)據(jù)，往往無(wú)法有效適配需求，應(yīng)用效率較低。許多孿生應(yīng)用場(chǎng)景，需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求，重新組織調(diào)整構(gòu)件結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)多套結(jié)構(gòu)的協(xié)同應(yīng)用和靈活切換，而大部分BIM模型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足BIM構(gòu)件組織靈活調(diào)整的需求，實(shí)際應(yīng)用中往往需準(zhǔn)備多套結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，加大了BIM應(yīng)用的難度。針對(duì)高性能應(yīng)用場(chǎng)景，大數(shù)據(jù)量BIM模型對(duì)性能影響較大，而簡(jiǎn)化模型往往又無(wú)法滿足計(jì)算分析等需求，目前一些BIM轉(zhuǎn)換方法對(duì)BIM模型幾何做輕量化處理，但往往會(huì)忽略數(shù)據(jù)的完整性、一致性，導(dǎo)致模型的屬性、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等丟失［2］，大大影響B(tài)IM應(yīng)用效果。

近年來(lái)，針對(duì)上述問(wèn)題廣泛開(kāi)展了以BIM結(jié)構(gòu)的分類編碼［4］、管理應(yīng)用［5］等為目標(biāo)的研究，探討了可變BIM結(jié)構(gòu)的應(yīng)用模式；基于邊折疊算法的BIM幾何模型輕量化［6］，探討了BIM模型幾何優(yōu)化的方法；基于WEBGL的BIM模型可視化應(yīng)用［7］研究了BIM可視化渲染的關(guān)鍵技術(shù)，BIM與GIS結(jié)合［8-10］、BIM與IoT結(jié)合［11］、BIM與空間大數(shù)據(jù)［12-13］結(jié)合、BIM與水利專業(yè)模型融合［14-16］、BIM與人工智能融合［17］等不同維度的融合應(yīng)用大量涌現(xiàn)。這些研究為優(yōu)化BIM應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，然而上述研究基于特定業(yè)務(wù)場(chǎng)景或單點(diǎn)應(yīng)用的技術(shù)難以滿足全生命周期的應(yīng)用需求。為更好地開(kāi)展水利水電工程全生命周期數(shù)字孿生應(yīng)用，迫切需要研究一套BIM模型自適應(yīng)流轉(zhuǎn)技術(shù)：通過(guò)簡(jiǎn)單需求輸入，BIM模型轉(zhuǎn)換算法可自適應(yīng)計(jì)算優(yōu)化參數(shù)，轉(zhuǎn)換出高度匹配應(yīng)用需求的BIM模型規(guī)格，從而實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)在水利水電工程各應(yīng)用階段流轉(zhuǎn)。

1總體思路

數(shù)字孿生水利水電工程應(yīng)用具有跨場(chǎng)景、多業(yè)態(tài)、多技術(shù)融合的典型特點(diǎn)，其綜合性強(qiáng)、復(fù)雜度高，對(duì)模型結(jié)構(gòu)、計(jì)算精度、可視化效果等都有較高要求。目前BIM應(yīng)用難度大，主要原因有：① 缺乏統(tǒng)一通用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)規(guī)范，易導(dǎo)致流轉(zhuǎn)過(guò)程中模型屬性、結(jié)構(gòu)等信息丟失；② 缺乏全局的技術(shù)框架設(shè)計(jì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)基于應(yīng)用需求的BIM自適配流轉(zhuǎn)。因此，本文綜合考慮BIM模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)規(guī)范、轉(zhuǎn)換流程，以及輕量化處理等技術(shù)，提出一種BIM模型自適應(yīng)流轉(zhuǎn)方法，該方法在統(tǒng)一BIM數(shù)據(jù)導(dǎo)出規(guī)范的基礎(chǔ)上，構(gòu)建BIM模型屬性、結(jié)構(gòu)、幾何、材質(zhì)等多維度信息的映射模型，實(shí)現(xiàn)模型幾何輕量化轉(zhuǎn)換的同時(shí)，保持屬性、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等信息不丟失，并支持模型結(jié)構(gòu)自定義靈活重組，同時(shí)滿足BIM模型輕量化、結(jié)構(gòu)靈活調(diào)整、數(shù)據(jù)一致性等需求［2］，為BIM模型在水利水電工程全生命周期數(shù)字孿生應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。該方法具體流程如圖1所示。

在定義BIM模型統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)范、多維信息映射規(guī)范、自適應(yīng)流轉(zhuǎn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，基于目前水利水電工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的BIM設(shè)計(jì)軟件，如Autodesk Revit、Bentley、Dassault等，研發(fā)導(dǎo)出插件，將原始BIM模型導(dǎo)出為規(guī)范存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，后續(xù)基于規(guī)范化存儲(chǔ)的BIM模型，按需自適應(yīng)流轉(zhuǎn)。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1模型數(shù)據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)導(dǎo)出規(guī)范是BIM模型存儲(chǔ)、管理、自適應(yīng)流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。本文根據(jù)BIM模型的信息構(gòu)成特點(diǎn)，結(jié)合水利水電工程全生命周期數(shù)字孿生應(yīng)用需求，制定BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出規(guī)范，其包含存儲(chǔ)規(guī)范、多維信息映射規(guī)范、自適應(yīng)流轉(zhuǎn)規(guī)范3個(gè)部分。

該方法將BIM模型存儲(chǔ)劃分為模型元信息、模型屬性、模型幾何信息、模型材質(zhì)信息、子構(gòu)件關(guān)系、子構(gòu)件屬性等六大要素，以結(jié)構(gòu)化表格方式存儲(chǔ)，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮數(shù)據(jù)類型、索引、約束等數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則［7］，以優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢效率。各類表之間的關(guān)系如圖2所示。

（1） 模型元信息表：用于存儲(chǔ)模型元信息，包括模型名稱、版本號(hào)、創(chuàng)建時(shí)間、完成時(shí)間、模型幾何體個(gè)數(shù)、模型頂點(diǎn)數(shù)、模型三角形數(shù)、模型材質(zhì)數(shù)、模型屬性數(shù)、模型構(gòu)件個(gè)數(shù)等。

（2） 模型屬性表：用于存儲(chǔ)模型屬性信息，包括名稱、編碼、類型、分組、歸屬、尺寸等。

（3） 幾何信息表：用于存儲(chǔ)模型幾何信息，包括存儲(chǔ)類型、網(wǎng)格文件鏈接、幾何體LOD級(jí)別、幾何體頂點(diǎn)個(gè)數(shù)、三角形個(gè)數(shù)、材質(zhì)數(shù)量、包圍球中心點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）、包圍球半徑等基本信息。網(wǎng)格文件格式可采用GLTF、GLB、3DS等三維圖形學(xué)領(lǐng)域的開(kāi)源規(guī)范格式標(biāo)準(zhǔn)，目前GLTF、GLB格式對(duì)WEB三維應(yīng)用支持良好。

（4） 材質(zhì)信息表：用于存儲(chǔ)模型的材質(zhì)，以及材質(zhì)對(duì)應(yīng)的紋理圖片資源，包括材質(zhì)名稱、材質(zhì)規(guī)范、材質(zhì)層數(shù)、材質(zhì)分層配置、紋理圖片鏈接等信息。

（5） 構(gòu)件關(guān)系表：用于存儲(chǔ)BIM模型子構(gòu)件之間的關(guān)系，以構(gòu)件結(jié)構(gòu)樹(shù)形式組織，包括節(jié)點(diǎn)名稱、節(jié)點(diǎn)編號(hào)、構(gòu)件類型、構(gòu)件層級(jí)、構(gòu)件父子節(jié)點(diǎn)等信息。

（6） 構(gòu)件屬性表：用于存儲(chǔ)模型子構(gòu)件的屬性信息，包括構(gòu)件名稱、構(gòu)件編號(hào)、構(gòu)件分類、構(gòu)件單元?jiǎng)澐值?，不同的?gòu)件類型，其屬性表不一致。

為支持模型信息自適應(yīng)流轉(zhuǎn)，上述表結(jié)構(gòu)支持自定義擴(kuò)展，在元信息表中，記錄擴(kuò)展的元信息。在導(dǎo)出BIM模型信息后，可以通過(guò)查詢和分析庫(kù)中的數(shù)據(jù)來(lái)獲取所需的BIM模型信息。

多維信息映射規(guī)范是后續(xù)BIM模型自適應(yīng)流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，將BIM模型的信息劃分為屬性、結(jié)構(gòu)、幾何、材質(zhì)4個(gè)維度。其中，模型屬性、結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)表存儲(chǔ)，模型幾何、材質(zhì)為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以文件方式存儲(chǔ)。多維信息映射的目的是建立BIM模型屬性與結(jié)構(gòu)、屬性與幾何、結(jié)構(gòu)與幾何、幾何與材質(zhì)之間的聯(lián)系，從而保障在數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)前后數(shù)據(jù)的完備性和一致性，實(shí)現(xiàn)BIM模型全生命期應(yīng)用的功能一致性。

在水利水電工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，通?；谛袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定統(tǒng)一的BIM構(gòu)件編碼規(guī)則，因此，以構(gòu)件編碼為唯一ID，實(shí)現(xiàn)屬性、結(jié)構(gòu)、幾何等信息之間的關(guān)聯(lián)，模型幾何信息與材質(zhì)信息則遵循相關(guān)的三維模型格式標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)后，由于模型優(yōu)化、結(jié)構(gòu)調(diào)整，構(gòu)件幾何與構(gòu)件屬性容易出現(xiàn)不一致問(wèn)題，因此BIM構(gòu)件幾何信息與屬性之間的關(guān)聯(lián)是多維信息映射的關(guān)鍵。本文通過(guò)擴(kuò)展模型幾何信息，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件幾何信息與屬性信息之間的關(guān)聯(lián)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

幾何信息存儲(chǔ)時(shí)，通過(guò)構(gòu)件屬性表存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的構(gòu)件編碼，并按構(gòu)件存儲(chǔ)順序記錄編碼序號(hào)。在構(gòu)建幾何數(shù)據(jù)中，逐單元面存儲(chǔ)編碼序號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)幾何與屬性的映射?；谠撚成潢P(guān)系，在后續(xù)的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過(guò)程中，無(wú)論是輕量化處理，還是模型結(jié)構(gòu)重組，均可保持構(gòu)建幾何與構(gòu)件屬性的一致性。

2.2導(dǎo)出插件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為支持后續(xù)BIM模型的自適應(yīng)流轉(zhuǎn)，需將原始的設(shè)計(jì)BIM模型，導(dǎo)出為本文2.1節(jié)描述的數(shù)據(jù)規(guī)范。主流的BIM設(shè)計(jì)軟件均提供了BIM模型操作的SDK開(kāi)發(fā)包用于擴(kuò)展軟件功能，通過(guò)相關(guān)API接口可獲取BIM模型的屬性、結(jié)構(gòu)、幾何、材質(zhì)等信息，從而實(shí)現(xiàn)工程數(shù)字對(duì)象的導(dǎo)出和修改。本文以Autodesk Revit軟件為基礎(chǔ)，闡述導(dǎo)出插件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

為提升導(dǎo)出插件的適配性，設(shè)計(jì)通用化的導(dǎo)出流程如圖4所示。

開(kāi)始導(dǎo)出階段，主要是選取目標(biāo)模型，導(dǎo)出目錄以及其他導(dǎo)出參數(shù)設(shè)置。數(shù)據(jù)檢查根據(jù)插件不同而有差異，主要是檢查BIM模型數(shù)據(jù)的完整性，是否存在格式未定義、坐標(biāo)體系未設(shè)置、材質(zhì)資源未綁定等問(wèn)題；數(shù)據(jù)修復(fù)階段主要針對(duì)數(shù)據(jù)檢查的問(wèn)題，完成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)修復(fù)；模型導(dǎo)出階段分批次導(dǎo)出BIM模型的屬性、結(jié)構(gòu)、幾何及材質(zhì)信息；結(jié)束導(dǎo)出階段主要是完成日志、清單等記錄文件的存儲(chǔ)。

由于設(shè)計(jì)軟件與應(yīng)用軟件對(duì)幾何模型的定義有差異，包含對(duì)模型幾何面、網(wǎng)格頂點(diǎn)、材質(zhì)等的定義不同，需重點(diǎn)關(guān)注。以Revit軟件設(shè)計(jì)的BIM模型為例，其幾何面可能存在多種形式：如三角形、四邊形、六邊形等，需進(jìn)行統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換；其頂點(diǎn)的定義也可能存在法線方向不一致、頂點(diǎn)冗余等情況；其材質(zhì)會(huì)帶有顏色或紋理信息，從Revit中直接導(dǎo)出通用模型格式（如FBX格式）會(huì)丟失紋理信息［4］，因此，需根據(jù)BIM模型導(dǎo)出規(guī)范，檢查并修復(fù)。

BIM模型屬性及結(jié)構(gòu)導(dǎo)出方面，需區(qū)分好模型屬性與構(gòu)件屬性之間的關(guān)系，屬性可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)。常用的數(shù)據(jù)庫(kù)有MySql、PostgreSql、MongoDB、SQLite等，MySql、PostgreSql等為大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，功能強(qiáng)、效率高，MongoDB為分布式文件數(shù)據(jù)庫(kù)，大數(shù)據(jù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，SQLite為單文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，在保障功能和性能的前提下，其靈活性最高，根據(jù)不同的需求可采用不同的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。

對(duì)復(fù)雜構(gòu)件組成的BIM模型，其導(dǎo)出需統(tǒng)一的坐標(biāo)體系，各構(gòu)件需保證以統(tǒng)一的坐標(biāo)體系存儲(chǔ)頂點(diǎn)坐標(biāo)，從而保證各構(gòu)件之間的相對(duì)位置關(guān)系在導(dǎo)出時(shí)不變。

2.3輕量化處理與自適應(yīng)轉(zhuǎn)換

一般模型輕量化處理方案有2種：① 通過(guò)頂點(diǎn)、三角形的簡(jiǎn)化，降低模型的精度，從而實(shí)現(xiàn)輕量化；② 通過(guò)對(duì)模型構(gòu)建分層分級(jí)的空間索引，通過(guò)模型調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)模型的高效應(yīng)用。模型簡(jiǎn)化一般包含頂點(diǎn)簡(jiǎn)化、網(wǎng)格簡(jiǎn)化、紋理簡(jiǎn)化3個(gè)方面，由于各階段水利水電工程數(shù)字孿生應(yīng)用對(duì)模型精度要求不同，因此，無(wú)法統(tǒng)一運(yùn)用降低模型精度的方案，輕量化處理需根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，確定模型簡(jiǎn)化的方案。針對(duì)第二種輕量化方案，可基于3DTiles規(guī)范，重新組織BIM模型，3DTiles是OGC標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)推薦使用的三維空間數(shù)據(jù)組織規(guī)范和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)、傳輸和可視化展示三維空間數(shù)據(jù)［8］，針對(duì)包含大量構(gòu)件的BIM模型的輕量化，具備良好的適配性。3DTiles規(guī)范通過(guò)構(gòu)建分層分級(jí)的空間索引，在保留模型精度的同時(shí)，大大優(yōu)化了模型數(shù)據(jù)的加載效率和渲染性能，同時(shí)3DTiles規(guī)范支持幾何模型與屬性的映射，保證在數(shù)據(jù)優(yōu)化流轉(zhuǎn)過(guò)程中，模型數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

本文提出的輕量化處理與格式轉(zhuǎn)換采用GLTF+LOD的策略，具體轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖5所示。

（1） 模型減面優(yōu)化：將三維模型拆分成關(guān)鍵數(shù)據(jù)，根據(jù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)及三維模型的曲率值對(duì)三維模型進(jìn)行縮減優(yōu)化，刪除不必要的細(xì)節(jié)、合并重復(fù)元素并簡(jiǎn)化復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，得到優(yōu)化后三維模型，存儲(chǔ)優(yōu)化后的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，減少模型的復(fù)雜程度和文件大小。

（2） 模型紋理壓縮：分析優(yōu)化后的關(guān)鍵數(shù)據(jù)中材質(zhì)和UV紋理關(guān)系，建立與導(dǎo)出模型文件相對(duì)應(yīng)的紋理數(shù)據(jù)模型，將優(yōu)化三維模型的幾何特征、空間拓?fù)?、紋理數(shù)據(jù)寫(xiě)入瓦片格式文件。

（3） 屬性轉(zhuǎn)存與結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)：利用GLTF的邏輯層規(guī)范，通過(guò)FeatureTable和BatchTable結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)BIM模型的屬性信息和構(gòu)件關(guān)系，保證BIM模型數(shù)據(jù)的一致性。

（4） 模型坐標(biāo)變換：BIM模型的坐標(biāo)并不統(tǒng)一，因此在輕量化導(dǎo)出時(shí)，需將BIM模型統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為CGCS2000國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)模型坐標(biāo)與地理坐標(biāo)的融合統(tǒng)一。

（5） 細(xì)節(jié)層次（LOD）構(gòu)建：在三維模型重構(gòu)方法中加入LOD的技術(shù)，根據(jù)程序設(shè)定的不同范圍生成不同的LOD模型，減輕系統(tǒng)渲染的壓力，滿足不同情況下對(duì)三維模型的實(shí)時(shí)瀏覽與順暢操作需求。最終將BIM模型轉(zhuǎn)換為3DTiles格式并生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件保存。

自適應(yīng)流轉(zhuǎn)包含2個(gè)方面涵義：① 模型屬性與結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)流轉(zhuǎn)；② 模型幾何精度的自適應(yīng)流轉(zhuǎn)。通過(guò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)描述表，為BIM模型存儲(chǔ)多套結(jié)構(gòu)信息，用戶可根據(jù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)用對(duì)應(yīng)的模型結(jié)構(gòu)，其難點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)自適應(yīng)變化后如何與幾何保持一致性。幾何精度的自適應(yīng)流轉(zhuǎn)基于分層細(xì)節(jié)層次（HLOD）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)計(jì)算模型的幾何誤差隨距離的變化，構(gòu)建多層級(jí)的模型之間的簡(jiǎn)化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)之間的模型的自適應(yīng)優(yōu)化，而模型層級(jí)深度通過(guò)應(yīng)用需求可自定義設(shè)置，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3應(yīng)用實(shí)例

本文基于Revit-API、SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)等開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)展上述技術(shù)方案的驗(yàn)證和實(shí)踐，研制基于Revit的BIM模型導(dǎo)出插件，實(shí)現(xiàn)BIM模型數(shù)據(jù)的元信息、屬性、結(jié)構(gòu)、幾何、材質(zhì)等數(shù)據(jù)的規(guī)范化導(dǎo)出。以此為基礎(chǔ)，研制BIM數(shù)據(jù)自適應(yīng)流轉(zhuǎn)工具，實(shí)現(xiàn)BIM模型可自定義參數(shù)的輕量化與結(jié)構(gòu)重組，從而支持BIM模型在水利水電全生命周期的流轉(zhuǎn)應(yīng)用。以某水利水電工程的機(jī)電水泵房BIM模型為例，模型如圖7所示。

獲取打開(kāi)的模型數(shù)據(jù)，使用FilteredElementCollector等API獲取所有的模型元素。通過(guò)遍歷每個(gè)元素來(lái)獲取其元信息、屬性信息、結(jié)構(gòu)信息、幾何信息、材質(zhì)信息等數(shù)據(jù)，并將屬性、結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)格式保存到SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中。該模型的部分導(dǎo)出結(jié)果如圖8所示。

模型數(shù)據(jù)輕量化處理時(shí)，根據(jù)傳入的輕量化參數(shù)，對(duì)模型幾何數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化、材質(zhì)紋理壓縮及空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。針對(duì)頂點(diǎn)和網(wǎng)格的簡(jiǎn)化，可根據(jù)模型物理空間與屏幕空間的透視投影模型計(jì)算簡(jiǎn)化率，從而構(gòu)建模型的動(dòng)態(tài)LOD結(jié)構(gòu)。針對(duì)模型精度要求不高的應(yīng)用，可通過(guò)一種紋理存儲(chǔ)格式KTX（Khronos Texture）進(jìn)行紋理壓縮，KTX對(duì)紋理圖片的壓縮率可達(dá)50%，可有效降低運(yùn)行時(shí)的顯存占用，提高業(yè)務(wù)

應(yīng)用的效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。示例數(shù)據(jù)優(yōu)化導(dǎo)出后的展示效果如圖9～10所示。

質(zhì)等不丟失，保留模型幾何與材質(zhì)特征的同時(shí)，模型壓縮效果較好，大大提升模型傳輸速度和渲染效率，實(shí)現(xiàn)了BIM模型的自適應(yīng)流轉(zhuǎn)與高效果應(yīng)用的需求。

4結(jié)語(yǔ)

本文提出的BIM模型自適應(yīng)流轉(zhuǎn)的方法為目前水利水電工程的數(shù)字孿生應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，方案設(shè)計(jì)充分考慮了跨設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)的需求，基于該方法，開(kāi)發(fā)Micro-Station、3DExperience等設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)出插件，即可完成跨設(shè)計(jì)軟件支持。

隨著工程數(shù)字化、智能化應(yīng)用的深入開(kāi)展，工程BIM模型的需求也將更加深化，BIM模型如何與高精度GIS數(shù)據(jù)無(wú)縫融合，如何實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)互饋，如何實(shí)現(xiàn)水利模型的聯(lián)合計(jì)算并承載計(jì)算分析結(jié)果，都對(duì)BIM提出更高的要求。同時(shí)，人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用也為BIM應(yīng)用拓展出更廣闊道路。今后，還需基于人工智能技術(shù)，不斷完善BIM流轉(zhuǎn)智能化水平和應(yīng)用效率。

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（編輯：唐湘茜）

Research on technology of BIM adaptive conversion in digital twin of water conservancy and hydropower projects

LUO Wei1，XIE Mingxia1，CHEN Jie2，LUO Sheng2

（1.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China；2.Zhengzhou Xinda Institute of Advanced Technology，Zhengzhou 450000，China）

Abstract：?To solve the problem of geometric，material，attribute，structural accuracy adaptation of BIM models in various stages of digital twin water conservancy and hydropower projects due to different business needs.We designed a technical method for on-demand adaptive flow of BIM models to achieve an efficient application in digital twins of water conservancy and hydropower engineering.This method defined data export specifications for BIM attributes，structures，geometries，and materials.By establishing the mapping relationship of aforementioned multi-dimensional information，we can adaptively transfer the BIM attributes，structures，geometries，and materials as needed with the improved geometric lightweight algorithm of 3DTiles.By carrying out application practice with Revit，it is proved that the BIM model converted by this method had an integrated structure and attributes，maintained the consistency of geometric and material information，and supported efficient utilizing and high-performance rendering.The method can lay a technical foundation for the large-scale application of BIM models in digital twin water conservancy and hydropower projects.

Key words：?digital twin； water conservancy and hydropower projects； BIM model； adaptive conversion； 3D rendering