文/范楷 廣西北部灣投資集團有限公司 廣西南寧 530000

韋勛 廣西醫(yī)大開元埌東醫(yī)院有限責任公司 廣西南寧 530000

1、引言

在建筑智能化領(lǐng)域，傳統(tǒng)的運維平臺界面基于二維圖表結(jié)構(gòu)，管理者很難直接去理解數(shù)據(jù)后面的深度信息，特別在故障出現(xiàn)后，通過圖表并不能直觀的反應整個故障位置和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在BIM技術(shù)的出現(xiàn)，讓三維可視成為了可能，結(jié)合現(xiàn)代的信息化技術(shù)，建立基于BIM的智能化系統(tǒng)運維平臺，把三維模型和二維圖表數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，呈現(xiàn)的信息更加直觀、具體和全面，對于管理者來說能更好的把控整個運維過程。

2、BIM技術(shù)

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)是一種應用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項目規(guī)劃、設(shè)計、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞[4]，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應對，為設(shè)計團隊以及包括建筑、運營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

BIM的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對象(如空間、運動行為)的狀態(tài)信息。借助這個包含建筑工程信息的三維模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，從而為建筑工程項目的相關(guān)利益方提供了一個工程信息交換和共享的平臺[2]。

本文采用Autodesk公司的Revit系列軟件作為BIM的建模工具，對基礎(chǔ)的建筑結(jié)構(gòu)和智能化系統(tǒng)點位分布、設(shè)備形狀尺寸及管路管線走向，進行BIM建模還原。若實施項目建筑，已具備完整的竣工BIM模型（涵蓋全專業(yè)），則根據(jù)應用范圍，通過Revit軟件對智能化相關(guān)的模型進行剝離，形成智能化獨立的BIM模型[5]。

3、模型輕量化

BIM原始模型都是重模型，應用程序都基于桌面客戶端，需要很高的計算機配置，上行和下行的流通使用都受到很大的約束。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，而基于Web的輕模型，將更能滿足具體應用的需求。然而由于受Web端計算能力和內(nèi)存限制等方面的影響，原始模型的數(shù)據(jù)組織方式須做出相應調(diào)整，需要通過三維模型輕量化技術(shù)對模型進行處理。

模型輕量化技術(shù)主要包括兩個方面：模型輕量化顯示和模型文件轉(zhuǎn)換[3]。

基于WebGL標準進行模型輕量化顯示。WebGL技術(shù)為瀏覽器提供硬件圖形加速渲染，借助系統(tǒng)顯卡可以在瀏覽器里更流暢地展示3D場景和模型。使用WebGL技術(shù)做BIM模型的輕量化，需要對原始BIM模型進行解析，并在瀏覽器端或移動端對BIM模型進行重新繪制渲染。本文利用WebGL技術(shù)的三維GPU渲染原理，通過WebGL開發(fā)實現(xiàn)BIM模型在Web端的輕量化重建和渲染。

原始BIM模型大多數(shù)采用單文件或幾個文件來存儲模型信息，比如幾何信息、材質(zhì)信息、紋理貼圖及屬性，不利于網(wǎng)絡(luò)端傳輸，需進行模型文件的轉(zhuǎn)換。一方面，大的文件傳輸時間過長，另一方面，需等待模型下載完成后才能解析顯示。因此要重新定義適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇竽Ｐ臀募慕M織方式，把原始的模型文件轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸和輕量化的文件格式。首先構(gòu)建模型流，模型流的方式，無需等待模型下載完即可實時看到已經(jīng)下載的部分，因此通過定義模型流的排序，對重要結(jié)構(gòu)或構(gòu)建先下載先顯示，其他細節(jié)部分后顯示，并且不影響其他操作。二是，在模型轉(zhuǎn)換時，把具有相同形狀的幾何對象進行唯一性表達，即用相同的幾何描述不同的構(gòu)件，可大規(guī)模減少幾何體的數(shù)量，減少模型的大小，也能減少顯示時GPU的占用。最后通過gz壓縮算法針對對json和幾何數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)壓縮，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時間。

本文采用原生的WebGL協(xié)議方式實現(xiàn)3D能力封裝，經(jīng)過模型輕量化后，原始的BIM將轉(zhuǎn)化為一個Web端可快速瀏覽和交互的輕量化應用模型，并且模型塊底層數(shù)據(jù)已封裝成JS腳本函數(shù)和參數(shù)設(shè)置，并提供功能豐富的API接口，實現(xiàn)模型各種功能應用。

對模型的變動（例如設(shè)備的增減），若是已有模型塊的增減，只需要對相關(guān)的基礎(chǔ)代碼段進行復制和定位；而對新增的模型塊，則需要在BIM原型中進行新增建模，再完成一次模型輕量化，得到新的應用模型和相關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)代碼。

4、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和界面開發(fā)

建筑智能化系統(tǒng)是一個多系統(tǒng)多協(xié)議多數(shù)據(jù)格式的系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)與應用界面進行交互時，底層各智能化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（狀態(tài)數(shù)據(jù)、命令數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等）需經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為上層模型相匹配的數(shù)據(jù)格式，才能在應用模型中進行加載。同樣在上層應用的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，才能與底層各子系統(tǒng)進行交互。本文通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中間件，對不同來源格式和特性的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與包裝，保證數(shù)據(jù)按要求裝入目標數(shù)據(jù)庫，為高層訪問提供統(tǒng)一的服務(wù)，實現(xiàn)各子系統(tǒng)不同數(shù)據(jù)源的共享[1]。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

在應用模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑智能化項目的展示和交互需求的不同，調(diào)用API接口實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和交互，進行整體界面的二次開發(fā)，完成數(shù)據(jù)的展示和界面的交互。一是，分系統(tǒng)分模塊分類優(yōu)化菜單的功能，使得操作者能迅速定位到目標系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和設(shè)備（模型塊）；二是，在三維模型的基礎(chǔ)上以彈框的形式出現(xiàn)，形成二維和三維結(jié)合的信息傳遞方式，即清楚認知了系統(tǒng)或設(shè)備結(jié)構(gòu)位置又同時獲得運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；三是，具有故障運維模式，模式中對所有故障進行分級分系統(tǒng)管理，對運維狀態(tài)進行實時跟蹤，方便管理者安排工單和制定運維策略。

5、運行效果及性能分析

本文搭建的測試運行的環(huán)境為：處理器Intel Corei7 3.0 GHZ 四核，內(nèi)存16GB，硬盤512G SSD，顯卡設(shè)備GTX1080（8G），分辨率1920×1080P。目前基于BIM輕量化后開發(fā)的Web端的建筑智能化運維平臺，運行的效果及性能如下：在加載在10000個3D模型塊的規(guī)模下，模型加載時間在5s內(nèi)，運行幀率可達到35幀以上，動態(tài)數(shù)據(jù)的刷新時間在2s以內(nèi)，下層設(shè)備聯(lián)動時間在2s以內(nèi)。可根據(jù)項目模型體量的大小，配置不同性能的運行環(huán)境設(shè)備，可以滿足項目的運行速度要求。

結(jié)論：

本文中探討了利用BIM來建立建筑智能化系統(tǒng)運維平臺的方法。首先，通過Revit建模軟件來構(gòu)建智能化系統(tǒng)的BIM，還原整個智能化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；然后通過模型文件的轉(zhuǎn)換和基于WebGL標準模型輕量化顯示，對BIM的原生模型進行輕量化處理，得到一個Web端可流暢運行的應用模型；最后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換對底層數(shù)據(jù)進行集成，以及交互界面的二次開發(fā)，構(gòu)建基于應用模型的運維平臺。與傳統(tǒng)的二維平臺相比，基于BIM應用模型的智能化系統(tǒng)運維平臺對于管理者來說，獲取設(shè)備管路結(jié)構(gòu)、故障位置等有用信息更為直接，有助于讓整個智能化運維系統(tǒng)運行的得更為高效。