基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑信息模型分布式大數(shù)據(jù)平臺存儲技術(shù)研究

陳 遠(yuǎn) 胡 航 岳石花

(鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

0 引 言

近年來，隨著信息技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各個行業(yè)與領(lǐng)域的信息呈現(xiàn)出爆炸式的增長，人類社會已快速進(jìn)入大數(shù)據(jù)的時代，而建筑業(yè)由于自身碎片化的特點，同樣面臨著海量數(shù)據(jù)的管理問題。建筑工程項目全生命周期中每天都會產(chǎn)生、傳輸、處理和保存大量的數(shù)據(jù)和信息。傳統(tǒng)的建筑工程項目基于分工理論，項目各參與方缺乏有效溝通，數(shù)據(jù)收集比較困難、數(shù)據(jù)保存相互孤立，導(dǎo)致項目管理過程中信息交互效率低下、信息丟失嚴(yán)重。BIM技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的建筑業(yè)信息管理的困局，整合了工程項目全生命周期各階段的信息，為項目各方提供了統(tǒng)一的信息傳遞和管理平臺。

雖然基于BIM的建筑信息管理具有很大的潛力，但是隨著BIM模型的規(guī)模和復(fù)雜性的增加，利用單臺計算機(jī)處理多專業(yè)BIM模型的存儲和分析變得越來越困難。同時，不同BIM軟件供應(yīng)商提供的BIM軟件產(chǎn)品都是基于自身特定的數(shù)據(jù)格式，軟件之間的互操作性較差，由此產(chǎn)生了新的信息孤島。而用來解決BIM信息交換問題的IFC標(biāo)準(zhǔn)，作為BIM技術(shù)的開放性標(biāo)準(zhǔn)，主要是基于文件的存儲和交互，這種交互方式依舊存在很大的缺陷。因此，基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑信息模型需要利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對建筑工程項目全生命周期內(nèi)各種數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行存儲、交互和管理。然而，傳統(tǒng)的基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫已經(jīng)無法滿足當(dāng)下建筑業(yè)全生命周期內(nèi)海量和多樣化數(shù)據(jù)存儲和管理的需求。因此，運(yùn)用分布式大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺，存儲基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，是提高建筑業(yè)海量數(shù)據(jù)存儲與交換管理效率的關(guān)鍵，也是提高基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的建筑數(shù)據(jù)分析能力的基礎(chǔ)。

1 基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的IFC數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

基于BIM的理念，建筑項目全生命周期各個階段產(chǎn)生的信息，是由不同的管理人員和工程技術(shù)人員通過多種BIM相關(guān)應(yīng)用軟件所產(chǎn)生，為了更好地解決不同軟件間信息共享與交互問題，有必要制定開放性的BIM數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。IFC標(biāo)準(zhǔn)能夠很好地描述建筑實體信息，是BIM數(shù)據(jù)共享與建筑信息傳遞的重要標(biāo)準(zhǔn)，可以使BIM軟件具有更好的數(shù)據(jù)交換性和互操作性。但是基于文件的IFC數(shù)據(jù)交換和管理仍存在很多不足之處，包括無法形成完整的BIM模型，數(shù)據(jù)傳輸與變更實施困難，無法實現(xiàn)對象級的數(shù)據(jù)控制，不能完全支持同步修改與協(xié)同工作等[1]。

為解決基于文件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理所帶來的上述問題，許多學(xué)者利用傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫等技術(shù)來存儲基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型信息。例如通過研究IFC數(shù)據(jù)向關(guān)系數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換的算法，為IFC數(shù)據(jù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的存儲提供了理論探討[2]；通過建立IFC數(shù)據(jù)與關(guān)系型數(shù)據(jù)模式之間的映射關(guān)系，實現(xiàn)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型到關(guān)系數(shù)據(jù)表之間的轉(zhuǎn)換，構(gòu)建符合IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM數(shù)據(jù)庫[3]?；跀?shù)據(jù)庫管理IFC信息的系統(tǒng)包括：利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle存儲IFC構(gòu)件信息的ACTIVe3D系統(tǒng)[4]；利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫Access存儲IFC數(shù)據(jù)的IFC Model Server[5]；利用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫Object Store存儲IFC數(shù)據(jù)的 WISPER系統(tǒng)[6]。

研究表明，利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲IFC 數(shù)據(jù)可以克服基于文件存儲IFC數(shù)據(jù)的一些不足，并且已經(jīng)取得一些成果。但是由于IFC數(shù)據(jù)是使用面向?qū)ο蟮腅xpress語言進(jìn)行描述，而關(guān)系型數(shù)據(jù)庫使用預(yù)定義的表和表之間的關(guān)系，不支持對象類型數(shù)據(jù)的存儲，并且關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與面向?qū)ο筇匦灾g的沖突在IFC標(biāo)準(zhǔn)中還未解決，因此并不適用IFC數(shù)據(jù)的存儲。另外，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)的擴(kuò)展能力比較差，無法完成大規(guī)模的動態(tài)擴(kuò)展。在工程項目全生命周期不僅產(chǎn)生基于BIM的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還會產(chǎn)生大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)擅長記錄結(jié)構(gòu)化的建筑信息，在處理非結(jié)構(gòu)化建筑信息方面具有一定的局限性。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和成熟，利用大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)不僅可以解決上述的數(shù)據(jù)存儲問題，還可以通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來提升工程項目海量數(shù)據(jù)的分析能力。

2 大數(shù)據(jù)存儲與分析技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用

在土木工程領(lǐng)域已有許多基于大數(shù)據(jù)存儲與分析的研究,其中MongoDB作為主要的大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，許多研究人員將MongoDB作為建筑數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)存儲平臺。例如，利用MongoDB存儲基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM數(shù)據(jù)信息，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)的BIM 信息協(xié)作平臺[7]。以及Jeong等[8]開發(fā)的混合數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)設(shè)施，前端使用MongoDB臨時存儲結(jié)構(gòu)化的的數(shù)據(jù)，核心數(shù)據(jù)層使用Apache Cassadra永久存儲帶有時間標(biāo)記的傳感器數(shù)據(jù)流。利用公有云或私有云服務(wù)器，文獻(xiàn)[9]提出了基于云的BIMCloud框架，用來支持項目各參與方的協(xié)作和信息共享。另外利用圖數(shù)據(jù)庫和Graph DB和圖理論，文獻(xiàn)[10]通過對IFC模型進(jìn)行分析，將IFC 模式自動轉(zhuǎn)換為屬性圖數(shù)據(jù)庫的工作流。

大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅包括數(shù)據(jù)的存儲，更重要的是對存儲數(shù)據(jù)的分析。例如，文獻(xiàn)[11]采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，利用KDD(Knowledge Discovery in Database)框架分析海量的工程項目數(shù)據(jù)集，并通過統(tǒng)計學(xué)方法來克服傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的局限性；文獻(xiàn)[12]通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對已完工項目海量數(shù)據(jù)使用文本分析、鏈接分析和維度矩陣分析等方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，并將結(jié)果用于未來項目的交付；為了解決建筑設(shè)計中暖通、電氣和管道之間的碰撞沖突問題，文獻(xiàn)[13]利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析BIM模型中有關(guān)碰撞問題的歷史數(shù)據(jù)，從而針對具體問題提出了合理建議。

綜上所述，利用大數(shù)據(jù)存儲平臺可以實現(xiàn)基于BIM的工程項目協(xié)同，項目參與方將模型數(shù)據(jù)存儲到分布式數(shù)據(jù)庫，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)對所需業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的訪問，方便工程參與方的信息共享，實現(xiàn)多人協(xié)同。另外可以將工程建設(shè)過程中復(fù)雜的分析計算從本地終端移到云端進(jìn)行，基于大數(shù)據(jù)的分析將大大提高工程計算分析的準(zhǔn)確性和效率，進(jìn)而提升工程整體質(zhì)量。然而，由于IFC標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性，建筑信息結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的多樣性，大數(shù)據(jù)存儲平臺種類繁多、技術(shù)框架各不相同，目前對于“BIM+大數(shù)據(jù)”的研究仍處于探索階段，對于基于大數(shù)據(jù)平臺的建筑信息的存儲和管理的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

3 面向分布式大數(shù)據(jù)平臺HBase的IFC模型存儲技術(shù)

目前大數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)有很多，如流式數(shù)據(jù)處理的平臺Twitter的Storm和Facebook的Scribe等；交互式數(shù)據(jù)處理平臺Berkeley的Spark和Google的Dremel等；批量處理數(shù)據(jù)的Hadoop平臺等。其中Hadoop憑借其優(yōu)越的性能，已成為當(dāng)前大數(shù)據(jù)處理的主流平臺。非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫HBase作為Hadoop文件系統(tǒng)HDFS(Hadoop Distributed File System)的分布式開源數(shù)據(jù)庫，在大數(shù)據(jù)存儲中得到廣泛應(yīng)用。本研究提出的面向Hadoop大數(shù)據(jù)平臺基于HBase數(shù)據(jù)庫的IFC模型存儲系統(tǒng)架構(gòu)可以分為服務(wù)層、數(shù)據(jù)交互層和客戶端三個層次，如圖1所示。

圖1 面向Hadoop大數(shù)據(jù)平臺基于HBase數(shù)據(jù)庫的IFC模型存儲系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 服務(wù)層

服務(wù)層以Hadoop平臺的分布式文件系統(tǒng)(HDFS)作為物理層數(shù)據(jù)存儲基礎(chǔ)，利用HBase數(shù)據(jù)庫來管理IFC模型數(shù)據(jù)，該層存儲空間可以水平擴(kuò)展，使用分布式計算機(jī)提供數(shù)據(jù)支持服務(wù)。服務(wù)層需要解決的技術(shù)問題包括IFC實體數(shù)據(jù)的存儲策略，面向IFC的HBase數(shù)據(jù)庫表格設(shè)計，以及BIM的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲等。

3.1.1 IFC實體數(shù)據(jù)存儲策略

IFC標(biāo)準(zhǔn)的實體包括可獨立交換實體和資源層實體(不可獨立交換實體)。資源層實體一般作為可獨立交換實體的屬性，不獨立參與數(shù)據(jù)交換。因此數(shù)據(jù)庫建表時只考慮對可獨立交換實體建表，資源層實體可直接序列化存儲在對應(yīng)的屬性值中。IFC的實體可以劃分成以下的邏輯類別存儲到數(shù)據(jù)庫：

H=∪{O,RL,R,P}

其中O為繼承自IfcObjectDefinition實體的集合，O實體在數(shù)據(jù)庫中以“IFC實體名_GUID”作為行鍵，并建立對應(yīng)的列族保存其所有的屬性。如果實體的屬性為O，數(shù)據(jù)庫保存這個屬性的行鍵“IFC實體名_GUID”而不是具體的數(shù)據(jù)。

RL是繼承IfcRelationship的實體，RL實體主要作為O實體之間的連接或連接O實體與資源層實體。RL實體采用與O實體相同存儲策略，如果一個實體的屬性為RL實體，數(shù)據(jù)庫僅保存這個屬性的行鍵“IFC實體名_GUID”。

R代表資源層定義的數(shù)據(jù)類型和實體。在HBase中直接將對象實例序列化，并存儲在對應(yīng)的主體實體的屬性列中。

P指繼承IfcPropertyDefinition的實體，這種類型實體的屬性集包括靜態(tài)屬性集和動態(tài)屬性集。靜態(tài)屬性集中的屬性是以IFC實體屬性的方式來定義，因此可以按照O實體的存儲策略來存儲。動態(tài)屬性集用IfcPropertySet來表示，由于IfcPropertySet實體只是裝載屬性的容器，具體的屬性是由資源層的IfcProperty實體及其子類來描述。因此動態(tài)屬性集中的實體存儲策略與資源層R實體存儲策略相同，將對象實例序列化并存儲在主體實體的屬性列中。

3.1.2 HBase數(shù)據(jù)庫表格設(shè)計

HBase數(shù)據(jù)庫以行健(RowKey)、列族(ColumnFamily)、列(Column)和時間戳(TimeStamp)來確定數(shù)據(jù)單元(Cell)。行健是HBase數(shù)據(jù)庫檢索查詢的關(guān)鍵，在創(chuàng)建表時定義列族，列可以在存儲數(shù)據(jù)時動態(tài)擴(kuò)展添加到列族中，因此行鍵和列族的設(shè)計是HBase數(shù)據(jù)庫表格設(shè)計的關(guān)鍵。

HBase中每行數(shù)據(jù)都有自己的唯一標(biāo)識行健(RowKey)，雖然IFC中每個實體實例都有計算機(jī)自動生成的唯一標(biāo)識符(GUID)，但是這些字符串對于用戶進(jìn)行查詢時作用不大，因此可以在GUID前加上IFC實體名“IFC實體名_GUID”作為行鍵，方便根據(jù)IFC實體來進(jìn)行快速查詢。另外，HBase中的行是按照行鍵的字典順序進(jìn)行排序，在一定程度上方便按照行健進(jìn)行數(shù)據(jù)的聚集和整合，因此可以在行鍵前部加上IFC項目文件名，這樣同一個項目中的每個行鍵前都有相同的前綴，可以將同一個項目之間的信息存儲在一起，方便用戶在較小的鍵值范圍內(nèi)快速查詢信息。所以最終行鍵確定為：“IFC項目名_IFC實體名_GUID”。

根據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)中實體屬性的類別，在HBase數(shù)據(jù)庫中，按照直接屬性(Driect)、導(dǎo)出屬性(Derive)、逆屬性(Inverse)這三種屬性分別對應(yīng)三個列族：Driect列族、Derive列族和Inverse列族。其中Driect列族的直接屬性可以將屬性值以字符串的形式保存在對應(yīng)的列內(nèi)。對于Derive列族中的導(dǎo)出屬性，當(dāng)屬性值對應(yīng)的是資源層的實體時，將這些實體對象進(jìn)行二進(jìn)制序列化處理。對象序列化不僅可以保存一個對象的數(shù)據(jù)，而且可以遞歸保存對象引用的每個對象的數(shù)據(jù)，序列化一個對象可以得到整個對象序列。所以利用序列化方法可以很好地解決導(dǎo)出屬性對應(yīng)的IFC實體的多層引用關(guān)系。對于Inverse列族中的逆屬性，是通過關(guān)系實體來表達(dá)該實體與另一個實體的一對一或一對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系。因此需要先關(guān)聯(lián)相應(yīng)的關(guān)系實體實例，此關(guān)系實體實例在HBase表格中的某行存儲。為了保持該實體實例與關(guān)系實體實例之間的關(guān)聯(lián)，將對應(yīng)的關(guān)系實體實例的行鍵存儲在該實體逆屬性對應(yīng)的列中。圖2以IfcProject實體實例和其某個屬性中對應(yīng)的關(guān)系實體實例IfcRelAggregates來說明IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在HBase數(shù)據(jù)庫中表的設(shè)計。

圖2 IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在HBase數(shù)據(jù)庫中表的設(shè)計

3.2 數(shù)據(jù)交互層

數(shù)據(jù)交互層的主要作用包括：將BIM模型的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和解析后IFC數(shù)據(jù)通過調(diào)用HBase Java API上傳到HBase數(shù)據(jù)庫中；調(diào)用HBase Java API從HBase中讀取數(shù)據(jù)，利用AJAX(Asynchronous JavaScript And XML)數(shù)據(jù)交互技術(shù)將數(shù)據(jù)傳遞到WEB前端。

3.2.1 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型解析

IFC標(biāo)準(zhǔn)使用的EXPRESS是一種面向?qū)ο蟮男畔⒚枋稣Z言，不是編程語言，不能直接編程開發(fā)，因此首先需要對底層的IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，才能運(yùn)用計算機(jī)語言如C#、C++、JAVA等來編程實現(xiàn)具體功能。目前針對IFC數(shù)據(jù)進(jìn)行解析的軟件工具主要包括Jotne EPM Technology 公司的EDM，基于C++的IfcPlusPlus，基于.NET平臺的xBIMToolKit，基于JAVA的IFC JAVA Toolbox等。本研究采用IFC JAVA Toolbox[14]作為解析工具，創(chuàng)建IfcModel類作為BIM模型類，該類包含了模型中所有的實體。IFC模型數(shù)據(jù)中的根實體IfcProject是解析對象的起點，是整個模型的最高級別實體類型，因此解析模型中每一個零部件、一根桿件，還是整個工程項目，都從IfcProject開始，自上而下地逐層定義對象，直到完整解析所有的模型實體及其屬性。具體的解析方法可見參考文獻(xiàn)[15-16]。

3.2.2 基于HBase Java API的數(shù)據(jù)交互

HBase數(shù)據(jù)庫接口為上層進(jìn)行數(shù)據(jù)存取提供了多個類包,實現(xiàn)了兩個主要功能,一可以對數(shù)據(jù)庫表一級進(jìn)行操作,二是可以對表進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲操作。如圖3所示，該系統(tǒng)主要包括7個類，其中HBaseConfigurationToIfc是系統(tǒng)的配置類，AdminHTable類和HBaseDataCURD類都繼承自HBaseConfigurationToIfc類，進(jìn)而繼承該類配置文件對象conf，由conf對象實現(xiàn)自動載入所需配置文件，該對象也提供相應(yīng)的方法用來設(shè)置配置文件里的變量信息。通過AdminHTable類可以對數(shù)據(jù)庫表格進(jìn)行操作，通過HBaseDataCURD類可以對表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，這兩個類都是通用的操作類，其他Ifc、Picture、Document、User類是通過通用操作類封裝的操作接口，對HBase數(shù)據(jù)庫表和表對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

圖3 基于HBase Java API的系統(tǒng)類表

3.3 基于Web的客戶端

系統(tǒng)采用基于Web的客戶端，將BIM的IFC數(shù)據(jù)存儲在HBase數(shù)據(jù)庫中，通過AJAX實時發(fā)送回Web前端，從而實現(xiàn)前端界面和后臺之間的時時交互。JavaScript用于啟動鍵盤和鼠標(biāo)觸發(fā)事件。系統(tǒng)客戶端網(wǎng)頁框架分為3組：菜單組、項目組、賬戶組。其中：菜單組提供網(wǎng)頁的頁面布局與索引；項目組管理用戶上傳基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型數(shù)據(jù)和查看模型數(shù)據(jù)列表，并且可以動態(tài)地添加工程中產(chǎn)生的其他非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；賬戶組提供賬戶的注冊和登錄信息。

4 案例驗證

系統(tǒng)技術(shù)驗證采用的是由Revit建立的教學(xué)樓BIM模型，如圖4所示。該模型分為三層結(jié)構(gòu)的教學(xué)區(qū)和一層結(jié)構(gòu)的食堂兩部分。本案例中的BIM模型不僅包括建筑物模型，還包括場地地形模型，以及場地平整與場地構(gòu)件模型(如場地上籃球場、灌木叢、路燈等的布置)，這些模型豐富了模型導(dǎo)出的IFC實體類，驗證了HBase存儲IFC實體數(shù)據(jù)的多樣性。

圖4 案例驗證的教學(xué)樓BIM模型

4.1 Hadoop與HBase分布式大數(shù)據(jù)環(huán)境搭建

分布式大數(shù)據(jù)環(huán)境和傳統(tǒng)的單機(jī)或服務(wù)器環(huán)境有所不同，它使用基于集群的分布式存儲與并行計算體系結(jié)構(gòu)和硬件平臺，能夠處理結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化/半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。由于大數(shù)據(jù)環(huán)境的復(fù)雜性，Hadoop與HBase環(huán)境的搭建是IFC模型存儲的第一步，表1為本文所用軟件及版本號。

表1 本文所用軟件及版本號

Linux是一款開源的操作系統(tǒng)，許多公司在其原有基礎(chǔ)上開發(fā)出性能更加優(yōu)越的操作系統(tǒng)，Ubuntu以Linux為內(nèi)核，人機(jī)界面采用窗口式，其使用和升級全都是免費(fèi)和開源的。Hadoop系統(tǒng)運(yùn)行于由普通商用服務(wù)器組成的計算集群上，該集群在提供大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)存儲資源的同時，也提供大規(guī)模的并行化計算資源。圖5為安裝和配置完成以后，Hadoop啟動進(jìn)程的網(wǎng)頁瀏覽。另外，在HBase安裝和配置成功后，可以通過訪問Web界面，查看 NameNode和Datanode信息，還可以在線查看 HDFS 中的文件，如圖6所示。

圖5 Hadoop啟動進(jìn)程的網(wǎng)頁瀏覽

圖6 HBase啟動進(jìn)程的網(wǎng)頁瀏覽

4.2 基于Hadoop與HBase的IFC數(shù)據(jù)存儲流程

如圖7所示，基于分布式大數(shù)據(jù)環(huán)境的IFC數(shù)據(jù)存儲包括以下幾個步驟：首先將BIM模型導(dǎo)出IFC格式的文本文件；其次對IFC格式的文本文件進(jìn)行解析；然后調(diào)用封裝的HBase Java API類對解析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存儲到HBase數(shù)據(jù)庫，同時該系統(tǒng)支持其他各種非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的導(dǎo)入；最后根據(jù)用戶的需要可以通過Web前端將Hbase數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)反饋給前端用戶，使用戶可以在前端界面實現(xiàn)相應(yīng)的功能。

圖7 基于大數(shù)據(jù)環(huán)境的IFC數(shù)據(jù)存儲流程

4.3 基于BIM的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化工程數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的實現(xiàn)

用戶管理模塊主要用于管理用戶的信息以及對用戶操作該系統(tǒng)的合法性進(jìn)行驗證。圖8所示為用戶注冊和登錄界面。該系統(tǒng)的存儲模塊包括對IFC結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲和管理，以及對項目非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲和管理。圖9所示為系統(tǒng)加載IFC文件的界面，圖10為后臺HBase加載IFC數(shù)據(jù)的過程，圖11為解析和加載完成后，HBase數(shù)據(jù)庫表中保存的IFC數(shù)據(jù)。

圖8 用戶注冊和登錄界面

圖9 系統(tǒng)加載IFC文件

圖10 后端HBase加載IFC數(shù)據(jù)的過程

圖11 后端HBase數(shù)據(jù)庫表中保存的IFC數(shù)據(jù)

對于保持在HBase數(shù)據(jù)庫中的IFC數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可以利用關(guān)鍵字進(jìn)行檢索和查詢，并且可以在Web終端顯示，圖12為Web終端顯示的IFC數(shù)據(jù)，圖13為現(xiàn)實的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

圖12 Web終端顯示的IFC數(shù)據(jù)

圖13 Web終端顯示的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語

大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)為建筑信息模型海量數(shù)據(jù)的存儲、交互、管理和分析帶來了極大的潛力。本研究分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)與BIM技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢，深入探討了分布式大數(shù)據(jù)平臺Hadoop和HBase整體架構(gòu)和存儲模型；創(chuàng)建了基于HBase數(shù)據(jù)庫存儲IFC結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的策略及數(shù)據(jù)表格的設(shè)計；建立了基于HBase數(shù)據(jù)庫的建筑信息模型存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)了對BIM數(shù)據(jù)的基本管理操作，并通過實例驗證了該系統(tǒng)的可行性。本研究為下一步基于分布式大數(shù)據(jù)環(huán)境的BIM模型可視化和工程項目的大數(shù)據(jù)分析，提供了堅實的數(shù)據(jù)平臺。