摘要：隨著B(niǎo)IM技術(shù)在建筑業(yè)的普及使用，工程項(xiàng)目所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類(lèi)越來(lái)越多，且越來(lái)越復(fù)雜，這些將嚴(yán)重影響著工程項(xiàng)目管理中的溝通效率和數(shù)據(jù)交付的效率。特別是在大數(shù)據(jù)的視域下，BIM項(xiàng)目中的“信息孤島”問(wèn)題將變得日趨突出，而解決“信息孤島”的首要條件就是如何設(shè)計(jì)一個(gè)BIM大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)框架。為此該文基于對(duì)BIM常用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和Hadoop存儲(chǔ)機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于BIM的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架，該設(shè)計(jì)可為相關(guān)行業(yè)基于BIM的二次開(kāi)發(fā)提供一個(gè)有價(jià)值的參考，也為后續(xù)的BIM大數(shù)據(jù)研究提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：BIM;大數(shù)據(jù);Hadoop;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）18-0044-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 背景

建筑業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，在迎來(lái)大規(guī)模應(yīng)用建筑信息模型（Building Information Model，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM[1]）技術(shù)的同時(shí)，也在進(jìn)行著大規(guī)模的信息化進(jìn)程。BIM的出現(xiàn)，使建筑行業(yè)發(fā)生了由2D到3D再到nD的變革，它將建筑相關(guān)的數(shù)據(jù)（如圖紙、模型及相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果等）進(jìn)行工整合，那么隨著數(shù)據(jù)整合的積累將產(chǎn)生大量的數(shù)字化信息，據(jù)廣聯(lián)達(dá)預(yù)估，平均一個(gè)建筑生命周期大約產(chǎn)生10T級(jí)別的數(shù)據(jù)，而隨著工程規(guī)模的增大和工程數(shù)量的增多，工程項(xiàng)目所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，同時(shí)數(shù)據(jù)變得更加復(fù)雜，種類(lèi)也變多，從而嚴(yán)重影響工程項(xiàng)目管理中的數(shù)據(jù)交付的效率和溝通效率。

特別是當(dāng)工程項(xiàng)目是由多個(gè)子項(xiàng)目構(gòu)成，而這些子項(xiàng)目又由不同的企業(yè)來(lái)完成時(shí)，由于缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)處理的平臺(tái)，那么這些子項(xiàng)目的BIM數(shù)據(jù)將成為一個(gè)個(gè)“信息孤島”。為消除上述的“信息孤島”，首先要解決的就是如何將如此龐大的BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，即設(shè)計(jì)一個(gè)合理的并支持大數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架變得勢(shì)在必行。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

BIM技術(shù)由于起源于國(guó)外，因此技術(shù)優(yōu)勢(shì)比較明顯。對(duì)于BIM技術(shù)的研究起步較早，如加拿大基礎(chǔ)設(shè)施研究中心（Centrefor Sustainable Infrastructure Research）的Halfawy、Mahmoud M.R.等人對(duì)建筑信息集成相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，主要完成了建筑構(gòu)件數(shù)量統(tǒng)計(jì)、工程概概算、圖形編輯與工程管理等方面功能的開(kāi)發(fā);英國(guó)索爾福德大學(xué)的Faraj等人實(shí)現(xiàn)了IFC文件在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)、工程的概預(yù)算、顯示等功能，設(shè)計(jì)了基于BIM技術(shù)的WISPER（ Web-based IFC Share Proj ect Environment）平臺(tái)。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)BIM技術(shù)的研究相對(duì)較晚。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的引入，我國(guó)部分學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，主要研究的重點(diǎn)是利用IFC標(biāo)準(zhǔn)在不同系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息共享，如清華大學(xué)的張建平[2]、上海交通大學(xué)的賴(lài)華輝[3]等人，而對(duì)于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)方面的構(gòu)建僅有上海交通大學(xué)的李犁[4]，他僅實(shí)現(xiàn)了IFC格式數(shù)據(jù)文件在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)與查詢(xún)。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，上述研究?jī)H基于單一的IFC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了IFC格式的數(shù)據(jù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)與查詢(xún)，而對(duì)于數(shù)量極其龐大的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如圖片、視頻等）或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面則沒(méi)有涉及。

3 BIM常用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

在建筑信息模型領(lǐng)域，目前數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要有數(shù)據(jù)語(yǔ)義（Terminology）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（Storage）和數(shù)據(jù)處理（Process），分別對(duì)應(yīng)為國(guó)際語(yǔ)義字典框架（IFD：International Framework for Dic-honanes）、行業(yè)（T業(yè)）基礎(chǔ)分類(lèi)（IFC：Industry FoundationClasses）和信息交付手冊(cè)（IDM：Information Delivery Manual）。

其中由IAI（International Alliance for Interoperability國(guó)際協(xié)作聯(lián)盟）制定的IFC標(biāo)準(zhǔn)是建筑業(yè)通用的國(guó)際數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，它采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，由類(lèi)別定義來(lái)代表這項(xiàng)目建設(shè)和設(shè)施管理的構(gòu)件、過(guò)程和形狀等信息，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享和交互[5]。

IFC模型體系結(jié)構(gòu)可以被分為4層：最高層是領(lǐng)域?qū)樱―o-main Layer），其主要作用時(shí)是深入到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)部，形成專(zhuān)題信息;第二層是交互層（Interoperability Layer），該層為領(lǐng)域?qū)臃?wù)，主要解決了領(lǐng)域信息交互的問(wèn)題，并且在這個(gè)層次使各個(gè)系統(tǒng)的組成元素細(xì)化;第三層是核心層（Core Layer），主要是提供基礎(chǔ)的IFC對(duì)象模型結(jié)構(gòu)，描述建筑工程信息的整體框架，將資源層信息組織起來(lái)，成為一個(gè)整體，來(lái)反映現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)構(gòu);最底層是資源層（Resource Layer），為其他層所引用，主要是描述標(biāo)準(zhǔn)中用到的基本信息，不針對(duì)具體的行業(yè)本身，是無(wú)整體結(jié)構(gòu)的分散信息，作為描述基礎(chǔ)應(yīng)用于整個(gè)信息模型。

4 Hadoop的存儲(chǔ)機(jī)制

Hadoop（ Hadoop Distributed File System）其實(shí)是一個(gè)軟件框架，由Apache基金會(huì)所開(kāi)發(fā)，它允許使用簡(jiǎn)單的編程模型跨計(jì)算機(jī)群集分布式處理大型數(shù)據(jù)集，旨在從單個(gè)服務(wù)器擴(kuò)展到數(shù)千臺(tái)機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器提供本地計(jì)算和存儲(chǔ)。是專(zhuān)為離線和大規(guī)模數(shù)據(jù)分析而設(shè)計(jì)的，并不適合那種對(duì)幾個(gè)記錄隨機(jī)讀寫(xiě)的在線事務(wù)處理模式。

在整個(gè)hadoop框架中，其核心組件有兩個(gè)：HDFS（HadoopDistributed File System）和MapReduce。HDFS是一個(gè)分布式文件系統(tǒng)，引入存放文件元數(shù)據(jù)信息的服務(wù)器Namenode和實(shí)際存放數(shù)據(jù)的服務(wù)器Datanode，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式儲(chǔ)存和讀取，其架構(gòu)如圖1所示[6];MapReduce是一個(gè)計(jì)算框架，MapReduce的核心思想是把計(jì)算任務(wù)分配給集群內(nèi)的服務(wù)器里執(zhí)行。通過(guò)對(duì)計(jì)算任務(wù)的拆分（Map映射/Reduce歸約）再根據(jù)任務(wù)調(diào)度器（JobTracker）對(duì)任務(wù)進(jìn)行分布式計(jì)算。

5 存儲(chǔ)框架設(shè)計(jì)

針對(duì)BIM大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的需要，本文提出一種基于Hadoop大數(shù)據(jù)架構(gòu)的BIM數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)方案，具體如圖2所示。

實(shí)現(xiàn)思路：1）為降低BIM數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性，將BIM數(shù)據(jù)分為建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、施工和運(yùn)維五大類(lèi)[7];2）將該五類(lèi)數(shù)據(jù)輸入共享數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理，分析出非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù);3）對(duì)于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（包括半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)），如圖片、工程文檔等數(shù)據(jù)統(tǒng)一使用HBase數(shù)據(jù)模型并存儲(chǔ)，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)之前需要利用IFC模型解析器進(jìn)行預(yù)處理。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文在研究BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與Hadoop存儲(chǔ)機(jī)制的基礎(chǔ)上，針對(duì)大數(shù)據(jù)背景下的BIM項(xiàng)目所存在“信息孤島”的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于BIM的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架，該框架能基本解決BIM數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求，但對(duì)存儲(chǔ)框架的中“共享數(shù)據(jù)中心”還需要在以后的研究中進(jìn)一步優(yōu)化，提高對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析的效率與準(zhǔn)確性，以提高整個(gè)系統(tǒng)性能。

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[3]賴(lài)華輝，鄧雪原，劉西拉.基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM數(shù)據(jù)共享與交換[J].土木工程學(xué)報(bào)，2018，51（4）：121-128.

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

作者簡(jiǎn)介：熊?chē)?guó)華（1979-），男，江西臨川人，廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑信息系講師，碩士，研究方向?yàn)橐苿?dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)、算法和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式信息處理。