葉小建

(廣州城市職業(yè)學(xué)院 城市建設(shè)工程系，廣東 廣州 510405)

智慧城市是指利用信息技術(shù)和智能技術(shù)，將城市系統(tǒng)線上線下打通，形成完整的硬件系統(tǒng)(城市設(shè)施、設(shè)備等實(shí)體物質(zhì))和軟件系統(tǒng)(信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等)相結(jié)合的智能體，目的是提高城市資源運(yùn)用效率,提升服務(wù)質(zhì)量，提高人民生活水平[1-5]。建設(shè)智慧城市中非常重要的一環(huán)就是建筑設(shè)施的智能化，即如何運(yùn)用信息技術(shù)和智能技術(shù)提升建筑設(shè)施的智能化水平[6]。目前對智能建筑的構(gòu)建仍處于探索階段，例如引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3D技術(shù)、智能構(gòu)造技術(shù)等[7-8]，從現(xiàn)有探索實(shí)踐來看，比較可靠的一條探索路線是應(yīng)用BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型技術(shù))。但傳統(tǒng)的BIM技術(shù)并不能很好地進(jìn)行并行工程設(shè)計(jì)和云計(jì)算。因此構(gòu)建基于云平臺的BIM，并融合3D等現(xiàn)代建筑技術(shù)可以更好地構(gòu)建符合智慧城市的建筑設(shè)施。本文就智慧城市視域下城市級別BIM云平臺構(gòu)建策略進(jìn)行研究。

一、傳統(tǒng)BIM管理模式的不足

BIM借助三維數(shù)字技術(shù)支持，對建筑項(xiàng)目中的各類信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合利用，構(gòu)建立體數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)對工程項(xiàng)目的數(shù)字化表達(dá)，確保相關(guān)項(xiàng)目的信息可以實(shí)現(xiàn)全生命周期的管理和共享目標(biāo)。這是建筑行業(yè)為簡化管理，提升對建筑海量數(shù)據(jù)信息管理效率，解決復(fù)雜管理問題的重要舉措和新型管理技術(shù)。

傳統(tǒng)的建筑工程管理中，使用BIM技術(shù)多通過兩種模式。一種是單機(jī)模式，這種模式在使用中，用戶都會擁有自己的工作站，只需要將BIM軟件安裝在工作站中，就可以掌握相關(guān)建筑信息，保存數(shù)據(jù)等。另一種是基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理模式，這種管理模式中，企業(yè)都有對應(yīng)的BIM數(shù)據(jù)管理平臺，可以實(shí)現(xiàn)對相關(guān)企業(yè)內(nèi)部的模型數(shù)據(jù)管理，相關(guān)用戶也可以有自己的圖形工作站，在工作站中安裝BIM軟件。但是區(qū)別在于，用戶在工作站中完成任務(wù)后，借助BIM模型將數(shù)據(jù)信息傳遞到PDM服務(wù)器中，讓服務(wù)器進(jìn)行保管，再開展后續(xù)工作。就這一技術(shù)的應(yīng)用問題來看，主要集中在以下三點(diǎn)：

(一)成本高

上述的兩種BIM管理模式，都需要借助圖形工作站來運(yùn)行，相應(yīng)的圖形處理以及計(jì)算都是需要在本地完成，還有很多時(shí)間模型數(shù)據(jù)也需要存放在本地，這樣，用戶必須要有高配置圖形工作站，需要花費(fèi)更多的硬件成本。加上BIM軟件更新比較快，所以需要不斷更新硬件，這會在一定程度上增加成本壓力。

(二)數(shù)據(jù)安全性

傳統(tǒng)BIM管理模式應(yīng)用，相關(guān)的數(shù)據(jù)需要在用戶工作站中進(jìn)行存放，可以實(shí)現(xiàn)自由控制、傳輸和備份等操作，但是數(shù)據(jù)的安全性是一大問題。

(三)管理問題

在傳統(tǒng)BIM模型應(yīng)用中，相關(guān)管理人員需要對用戶工作站實(shí)施管理和數(shù)據(jù)維護(hù)等，在BIM推廣應(yīng)用中，處理好相關(guān)軟硬件的問題也具有一定的挑戰(zhàn)性。

二、城市級別BIM云平臺建設(shè)特點(diǎn)和優(yōu)勢

(一) BIM云平臺的內(nèi)涵

云計(jì)算技術(shù)在上世紀(jì)六十年代就開始出現(xiàn)并被應(yīng)用，云計(jì)算是虛擬資源的重要組成部分，該技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)虛擬化、動態(tài)擴(kuò)展等資源管理目標(biāo)。在中國，云計(jì)算也是近年來技術(shù)研究和開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。云存儲是云計(jì)算技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，云存儲系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲和管理。BIM云平臺就是將BIM技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)結(jié)合形成的含有感知層、存儲層、模型層、處理層和應(yīng)用層等5層級的多功能應(yīng)用平臺(BIM云平臺框架詳見圖1)。BIM云平臺是通過對云、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)等充分集成后共同發(fā)揮價(jià)值的應(yīng)用框架，借此框架服務(wù)項(xiàng)目建設(shè)、管理[9-10]。

圖1 BIM云平臺框架圖

(二)城市級別BIM云平臺構(gòu)建原理

城市級別BIM云平臺建設(shè)就是通過BIM技術(shù)與虛擬化技術(shù)應(yīng)用，對城市基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)、城市設(shè)施模型數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，從數(shù)據(jù)采集、互聯(lián)程度、信息處理、系統(tǒng)架構(gòu)、智能應(yīng)用等方面搭建數(shù)字平臺的過程[11]。城市級別BIM云平臺構(gòu)建原理可以詳見圖2。

圖2 城市級別BIM云平臺構(gòu)架圖

(三)城市級別BIM云平臺的應(yīng)用原理

針對建筑行業(yè)進(jìn)行城市級別云平臺建設(shè)，相關(guān)行業(yè)可以將BIM應(yīng)用需要的工作站、計(jì)算資源、存儲等信息和功能在云端進(jìn)行布置，相應(yīng)的模型應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理和分析都在云端產(chǎn)生，且用戶在地面的操作中也不需要安裝BIM軟件，不需要有很好的圖形處理軟件，只需要一臺普通電腦就可以實(shí)現(xiàn)云鏈接，開展相關(guān)工作。

城市級別BIM云平臺建設(shè)完成后，用戶只需要通過電腦鼠標(biāo)移動和鍵盤操作就可以將相關(guān)指令發(fā)布到云端服務(wù)器中，由服務(wù)器進(jìn)行處理，對操作后的圖像進(jìn)行壓縮，最終還原顯示在云端。在這一過程中，地面的電腦不需要參與其中，所以對地面操作電腦沒有太高的要求。在具體操作中，需要確保云端硬件功能，關(guān)注相關(guān)傳輸速度，在完成優(yōu)化處理后，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)寬帶連接。圖3為城市級別BIM云平臺的基本應(yīng)用原理圖：

圖3 城市級別BIM云平臺的基本應(yīng)用原理圖

(四)城市級別BIM云平臺的優(yōu)勢

1.延展了BIM技術(shù)平臺的內(nèi)涵與外延功能

突破目前BIM技術(shù)只習(xí)慣用于單個(gè)項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)、工程施工、地下管廊、安裝工程碰撞檢測等單體性功能，突破BIM技術(shù)只習(xí)慣用于項(xiàng)目管理的3D、4D、5D至nD的項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理功能。

2.深化了BIM技術(shù)平臺的多維技術(shù)的集成[12]

動脈導(dǎo)管開放是早產(chǎn)兒常見疾病，目前早產(chǎn)兒PDA的自然發(fā)展過程仍未完全明確,PDA發(fā)生的部分高危因素仍存在爭議,對PDA是否進(jìn)行藥物、手術(shù)干預(yù),何時(shí)進(jìn)行藥物、手術(shù)干預(yù)仍存在爭議。盡管已經(jīng)有大量證據(jù)證實(shí)動脈導(dǎo)管持續(xù)開放可能有害，但是目前尚缺乏關(guān)閉PDA治療方案的遠(yuǎn)期益處或害處的相關(guān)證據(jù)。盡管產(chǎn)前激素、肺泡表面活性物質(zhì)及非創(chuàng)傷性呼吸支持已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，目前尚無評估動脈導(dǎo)管持續(xù)開放對早產(chǎn)兒死亡率及并發(fā)癥影響的臨床試驗(yàn)，近年來關(guān)于PDA治療的研究最大的改變是減少PDA的治療[3]。

突破傳統(tǒng)BIM技術(shù)單一平臺的應(yīng)用，深化BIM技術(shù)外延接口的功能，利用BIM技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及空間地理信息集成等相關(guān)信息技術(shù)構(gòu)筑城市級別的BIM云平臺。

3.可以為城市提供決策信息

利用BIM云平臺的自我收集、自我運(yùn)算、自我檢測、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)交換的功能[13]，把BIM云平臺形成的信息流融入到“城市大腦(城市公共云平臺)”，為城市的網(wǎng)格化管理、城市計(jì)算、城市模擬、城市應(yīng)急管理等方面提供高效的決策信息。

三、智慧城市背景下城市級別BIM云平臺構(gòu)建策略

智慧城市在建設(shè)過程中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)就是信息化與數(shù)字化建設(shè)，然而在智慧城市構(gòu)建過程中，建設(shè)工程領(lǐng)域的信息化與數(shù)字化發(fā)展更是重中之重。城市級別BIM云平臺可以自始至終貫穿建設(shè)的全過程，支撐建設(shè)過程的各個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)全程信息化、智能化協(xié)同模式。城市級別BIM云平臺為智慧城市帶來無限可能，通過城市級別BIM云平臺，可以把存儲在城市建設(shè)檔案資料庫中海量的工程藍(lán)圖、各種CAD電子圖以及過去、現(xiàn)在、將來任意時(shí)段城市建設(shè)中新的海量工程數(shù)據(jù)進(jìn)行自我收集、加工運(yùn)算、自我檢測，最終多源異構(gòu)轉(zhuǎn)換成為智慧城市公共云平臺可以識別的數(shù)據(jù)和信息，形成城市精細(xì)管理的數(shù)據(jù)庫。不管是城市的公共民用建筑、市政工程、城市綠化景觀、道路橋梁還是地下管網(wǎng)，城市級別BIM云平臺都可以實(shí)現(xiàn)城市建筑全壽命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)協(xié)同與信息共享，助力智慧城市的智慧化管理，具體如圖4所示。

圖4 城市級別BIM云平臺助力智慧城市運(yùn)行架構(gòu)圖

此次城市級別BIM云平臺設(shè)計(jì)的方案中，主要系統(tǒng)模塊包含客戶端、應(yīng)用邏輯端以及服務(wù)器端。這是城市級別BIM云平臺設(shè)計(jì)中的核心部分。

(一)客戶端設(shè)計(jì)

這一模塊的主要功能是為用戶提供可靠的數(shù)據(jù)，并及時(shí)提交用戶算法代碼以及可視化效果展示，并為用戶提供人機(jī)交互的實(shí)際操作功能?？蛻舳说恼故臼窍鄬唵沃苯拥?，相關(guān)的數(shù)據(jù)操作、業(yè)務(wù)操作等都是在服務(wù)器端的，確?？蛻舳四軌蛴行ч_展相關(guān)工作。在系統(tǒng)客戶端，可提供輸出數(shù)據(jù)并能夠讓用戶進(jìn)行交互操作。在設(shè)計(jì)中，要確保客戶端能夠同時(shí)滿足多個(gè)客戶進(jìn)入并進(jìn)行相關(guān)操作，提升系統(tǒng)的使用效率。

(二)應(yīng)用邏輯層

這一層的設(shè)計(jì)目的是通過對平臺的數(shù)據(jù)以及應(yīng)用規(guī)則的處理，在客戶端功能基礎(chǔ)上，用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)以及代碼的輸入，應(yīng)用邏輯層需要結(jié)合用戶端的具體指令來進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。在應(yīng)用邏輯層中，需要借助應(yīng)用處理模塊功能，對相應(yīng)指令進(jìn)行傳輸，使其到達(dá)服務(wù)器端，也就是云端。在這一操作中，云端可以對平臺的相關(guān)處理機(jī)制進(jìn)行使用，也可以借助相應(yīng)算法來進(jìn)行操作。在應(yīng)用邏輯層設(shè)計(jì)中，需要確保相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和客戶端相對獨(dú)立，這樣在應(yīng)用邏輯層相關(guān)流程和應(yīng)用規(guī)則出現(xiàn)變化的情況下，客戶端也可以照常運(yùn)行，不會受到任何影響。

(三)云端

這一部分結(jié)構(gòu)主要是為客戶端提供相關(guān)數(shù)據(jù)格式的識別和轉(zhuǎn)換功能，使一些復(fù)雜的不易理解的數(shù)據(jù)信息能夠通過可視化的處理有效呈現(xiàn)，促進(jìn)相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)部格式的改變，最后能夠?qū)?shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。在進(jìn)行服務(wù)器端的設(shè)計(jì)中，還需要保證設(shè)計(jì)后的服務(wù)器端能夠滿足算法編譯功能需要，能夠有效分析客戶端的代碼，實(shí)施編譯和可視化算法應(yīng)用。在用戶需要實(shí)施數(shù)據(jù)的可視化操作中，服務(wù)器端可以在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)的及時(shí)有效讀取。這里需要用到可視化算法，并讓用戶來對相應(yīng)的映射關(guān)系進(jìn)行確定，生成對應(yīng)的可視化圖標(biāo)。即在服務(wù)器端結(jié)構(gòu)模塊中，包含格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)算法、數(shù)據(jù)保存、算法編譯等眾多功能模塊。所以用戶在完成數(shù)據(jù)以及算法過程中，不需要特別關(guān)注相應(yīng)的可視化過程，相應(yīng)的系統(tǒng)服務(wù)器能夠借助異步處理法來進(jìn)行數(shù)據(jù)和算法處理，這樣可以讓用戶的系統(tǒng)等待時(shí)間大大縮短，讓客戶端中的客戶能夠及時(shí)進(jìn)出，避免客戶端的過載問題發(fā)生。

四、城市級別BIM云平臺應(yīng)用案例分析

(一)實(shí)施項(xiàng)目介紹

該建筑案例是某城市在M項(xiàng)目中實(shí)施的，通過構(gòu)建城市級別BIM云平臺，獲得了相對成功的應(yīng)用體驗(yàn)。該項(xiàng)目是國內(nèi)大型施工項(xiàng)目，項(xiàng)目企業(yè)員工超過萬人，年施工能力也達(dá)到百億元級別。項(xiàng)目企業(yè)的業(yè)務(wù)工作范圍比較廣，在全國的多個(gè)發(fā)達(dá)省市都有應(yīng)用。項(xiàng)目建成后，最終呈現(xiàn)的是一個(gè)集文化、商務(wù)、休閑娛樂、旅游、科技等為一體的會展中心，項(xiàng)目占地規(guī)模比較大，相關(guān)的建筑類型也比較多樣化，分不同的區(qū)域，施工比較復(fù)雜。

該建筑工程項(xiàng)目中，云平臺管理部門領(lǐng)導(dǎo)為企業(yè)的工程部總經(jīng)理，部門中有副經(jīng)理1人，經(jīng)理助理2人，技術(shù)顧問2人，云平臺管理員3人，BIM使用人員8人。

(二)BIM云平臺硬件構(gòu)建

在該項(xiàng)目的BIM云平臺中，相關(guān)的硬件配置包含以下幾類：一是云平臺軟件系統(tǒng)，這一軟件系統(tǒng)可供16人同時(shí)在線使用，滿足Revit大型三維軟件運(yùn)行要求，在CAD軟件使用上，同時(shí)30人以上在線使用也可以滿足。此外，還配置平臺運(yùn)維工作人員一名?？紤]到這一工程項(xiàng)目的建設(shè)內(nèi)容比較多樣，項(xiàng)目復(fù)雜性比較高，所以相應(yīng)的BIM建模工作也比較多。對此，選擇高性能圖形工作站很有必要，這是確保BIM設(shè)計(jì)以及應(yīng)用人員工作效率的關(guān)鍵。在處理器上，選擇性能優(yōu)越的最新八核處理器，確保內(nèi)存足夠大，還增加移動硬盤。在系統(tǒng)管理方面，增加管理服務(wù)器使用，可以滿足平臺管理軟件的管理操作，相應(yīng)的接口較多，可以滿足多人同時(shí)工作。

在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)計(jì)中，包含內(nèi)外部兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通過云管理服務(wù)器和其他服務(wù)器連接，從存儲服務(wù)器連接到云端工作站中；而外部網(wǎng)絡(luò)和項(xiàng)目光纖網(wǎng)絡(luò)連接，確保傳輸?shù)挠行浴?/p>

(三)BIM云平臺功能情況

該城市級別BIM云平臺的功能比較多，包含軟件管理、動態(tài)監(jiān)測、云文件管理、用戶權(quán)限管理、工具軟件管理等。在用戶授權(quán)完成后，可以自主登錄進(jìn)入平臺中，進(jìn)行相關(guān)功能操作。在具體的軟件界面中，相關(guān)BIM軟件可以像電腦桌面一樣進(jìn)行設(shè)置，需要哪種軟件，只需要進(jìn)行雙擊操作就可以啟動使用。

為促進(jìn)用戶在云端數(shù)據(jù)操作中有效應(yīng)用，在具體的設(shè)計(jì)中，借助WEB圖形化文件管理軟件，這種操作習(xí)慣和本地Windows中的資源管理模式比較接近。

要為用戶提供平臺硬件運(yùn)行的便利性，相應(yīng)系統(tǒng)也需要提供專門的監(jiān)控模塊，要觀察云平臺相應(yīng)服務(wù)主機(jī)和用戶狀態(tài)，讓用戶在操作中可以清楚看到主機(jī)的負(fù)載狀態(tài)，可以隨時(shí)掌握CPU、GPU的負(fù)載情況。

此外，在進(jìn)行工具軟件的設(shè)計(jì)上，可以將平臺中相應(yīng)服務(wù)器中的應(yīng)用軟件進(jìn)行整合應(yīng)用，在設(shè)計(jì)中，具體到相應(yīng)軟件許可證數(shù)量，可以針對軟件使用狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

最后，對用戶權(quán)限進(jìn)行管理，相應(yīng)用戶管理模塊可以通過添加、刪除、編輯等，為用戶軟件以及文件訪問操作權(quán)限進(jìn)行確認(rèn)，為用戶提供相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息數(shù)據(jù)。

(四)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促進(jìn)功能實(shí)現(xiàn)

在相關(guān)BIM云平臺構(gòu)建和應(yīng)用中，構(gòu)建好相應(yīng)的模型后，下一步的功能就是通過軟件工程管理以及項(xiàng)目綜合管理，在相應(yīng)軟件管理系統(tǒng)中構(gòu)建相應(yīng)的C/S框架，而對于項(xiàng)目的綜合管理系統(tǒng)，可以使用B/S設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，相關(guān)數(shù)據(jù)管理以及模型參數(shù)間要確保無縫銜接。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建中，以AutoCAD為主要平臺，通過相關(guān)系統(tǒng)施工，構(gòu)建項(xiàng)目瀏覽表。通過項(xiàng)目完整系統(tǒng)的創(chuàng)建、編輯、擴(kuò)展等功能，建立相應(yīng)的管理系統(tǒng)，并做好具體的維護(hù)工作。最后，實(shí)施對比分析，構(gòu)建動態(tài)系統(tǒng)。在完成上述工作中，要借助編輯器以及工序模板來構(gòu)建相應(yīng)的工程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對工程施工的計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)施進(jìn)度的對比，讓相關(guān)計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度之間實(shí)現(xiàn)有效整合，通過動態(tài)三維圖形展示，把握工程動態(tài)數(shù)據(jù)信息。在相關(guān)系統(tǒng)資源動態(tài)管理中，要嘗試自動計(jì)算節(jié)點(diǎn)和工程量設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)工程施工中各類資源的有效查詢和分析，真正滿足工程施工的動態(tài)管理要求。

(五)實(shí)施保障

此次M項(xiàng)目的BIM云平臺構(gòu)建中，相應(yīng)的實(shí)施效果比較理想。要使相關(guān)BIM云平臺的效果達(dá)到最佳，可以采取以下措施：首先，逐漸獨(dú)立的平臺管理部門，針對行政區(qū)劃進(jìn)行優(yōu)化，安排好相關(guān)人員，做好各部分工作；其次，制定相應(yīng)的管理制度，針對云平臺的權(quán)限管理以及資源分配工作進(jìn)行細(xì)化；最后，為促進(jìn)這一云平臺的有效應(yīng)用，還需要進(jìn)一步完善相關(guān)培訓(xùn)制度，做好技術(shù)顧問，針對相關(guān)操作人員開展專業(yè)培訓(xùn)工作，確保相關(guān)人員對平臺的使用和操作能比較熟練地掌握。對BIM設(shè)計(jì)人員可以開啟臨時(shí)的綠色通道，讓相關(guān)員工得到針對性培訓(xùn)，促進(jìn)工作效率不斷提升。

隨著智慧城市建設(shè)加速，在城市建設(shè)和管理過程中借助BIM云平臺，可以通過相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，為相關(guān)項(xiàng)目管理提供一個(gè)動態(tài)的三維數(shù)據(jù)模型，通過對相關(guān)功能模塊的設(shè)計(jì)，滿足管理需要，為用戶提供可靠的信息支撐，促進(jìn)平臺發(fā)揮作用，切實(shí)解決城市管理中的諸多問題。目前，城市級別的BIM云平臺構(gòu)建已經(jīng)獲得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，相對于傳統(tǒng)BIM模型和技術(shù)應(yīng)用，這種云平臺構(gòu)建，可以讓建筑工程管理更加高效、精準(zhǔn)，這對于智慧城市建設(shè)和發(fā)展都具有重要意義。