基于BIM與3DGIS的城建信息化平臺(tái)構(gòu)建研究

畢天平 佟 琳 高振東 孫 強(qiáng) 張立楠

1(沈陽建筑大學(xué)管理學(xué)院 遼寧 沈陽 110168)2(沈陽建筑大學(xué)計(jì)劃財(cái)務(wù)處 遼寧 沈陽 110168)

0 引 言

隨著國(guó)家科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，科技在國(guó)內(nèi)建筑業(yè)中的應(yīng)用也越來越成熟，但建筑項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)持續(xù)且準(zhǔn)確的信息溝通以及三維可視化審圖的實(shí)現(xiàn)等難題亟待解決[1-3]。國(guó)務(wù)院和住建部分別發(fā)布《國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和《“十三五”建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》兩個(gè)文件鼓勵(lì)推進(jìn)建筑業(yè)信息化管理平臺(tái)建設(shè)[4-5]。在此背景下，中建東北院?jiǎn)?dòng)城建信息化平臺(tái)開發(fā)項(xiàng)目。本文在研發(fā)城建信息化平臺(tái)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，闡述利用BIM與3DGIS集成技術(shù)研發(fā)城建信息化平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)和內(nèi)容。

1 城建信息化平臺(tái)的建立

1.1 平臺(tái)技術(shù)基礎(chǔ)

該平臺(tái)以BIM、3DGIS、IOT等技術(shù)相結(jié)合為基礎(chǔ)組織模式，打造了城建信息化平臺(tái)，平臺(tái)的建設(shè)給建筑業(yè)帶來不可估量的價(jià)值。圖1所示為BIM+3DGIS城建信息化基礎(chǔ)組織模式。

圖1 BIM+3DGIS城建信息化平臺(tái)技術(shù)基礎(chǔ)

1.2 BIM模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

城建信息化平臺(tái)融合了BIM、GIS、Web Service服務(wù)、數(shù)學(xué)建模、幾何建模等技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，緊跟數(shù)字化城市的發(fā)展步伐。平臺(tái)所依據(jù)的理論基礎(chǔ)、實(shí)現(xiàn)手段和外部支撐環(huán)境都來自于當(dāng)前的信息技術(shù)領(lǐng)域，并在實(shí)際應(yīng)用中被證實(shí)為可行。構(gòu)建城建信息化平臺(tái)的總技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線圖

首先，建立GIS和BIM融合的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并調(diào)查建筑業(yè)全生命周期的應(yīng)用需求。在能夠滿足建筑業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)BIM模型和GIS地理空間數(shù)據(jù)的高效集成。

其次，建立GIS與BIM的大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，其云平臺(tái)主要由GIS地理空間資源庫和BIM模型庫和部件庫組成，包含三維基礎(chǔ)地理信息庫、遙感影像圖、基礎(chǔ)設(shè)施庫、BIM模型庫、BIM構(gòu)件庫，以及其他建筑業(yè)管理系統(tǒng)庫等。

然后，利用互聯(lián)網(wǎng)、三維地理信息系統(tǒng)、BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(WEB+3DBIM+GIS+IOT)對(duì)GIS與BIM的大數(shù)據(jù)云平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)支持，以形成平臺(tái)的應(yīng)用服務(wù)層?？臻g數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)結(jié)合為平臺(tái)提供共享服務(wù)。

最后，將結(jié)合的模型進(jìn)行協(xié)同管理，以實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的規(guī)劃、 設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)、施工、監(jiān)理、運(yùn)行和維護(hù)以及信息化管理等多種需求，全面提升建筑業(yè)的信息化水平。

1.3 設(shè)計(jì)構(gòu)建

城建信息化平臺(tái)使用基于REVIT軟件二次開發(fā)技術(shù)，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了提取、轉(zhuǎn)化BIM模型數(shù)據(jù)等功能的插件，實(shí)現(xiàn)BIM到3DGIS的轉(zhuǎn)化。BIM模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換需要在Revit模型中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，Revit API提供了兩種在Revit模型中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法。 第一種是使用共享參數(shù)。這種方法允許Revit API對(duì)Revit UI可用的相同共享參數(shù)功能的編程訪問[6]，共享參數(shù)將在元素的屬性窗口中供用戶查看?？梢詫⒐蚕韰?shù)分配給許多(但不是所有)元素類別[7]。另一種方法是擴(kuò)展存儲(chǔ)。這種方法允許Revit API創(chuàng)建自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后將該數(shù)據(jù)的實(shí)例分配給模型中的元素[8-10]。這些數(shù)據(jù)在Revit UI中永遠(yuǎn)不會(huì)被用戶看到，但可以通過Revit API訪問其他第三方應(yīng)用程序，具體取決于定義時(shí)分配給架構(gòu)的讀/寫訪問權(quán)限。與共享參數(shù)不同，擴(kuò)展存儲(chǔ)不限于某些類別的元素，可擴(kuò)展存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以分配給Revit模型中的Element派生的任何對(duì)象[11-12]。

建筑信息模型與地理信息系統(tǒng)本身就有許多相似的地方：(1) 圖形；(2) 屬性[13-14]。開發(fā)的Revit插件能夠?qū)⒏鹘涌诼?lián)系起來，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)應(yīng)用與多種數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換需求，同時(shí)更易于維護(hù)。

2 平臺(tái)主要功能

平臺(tái)依托BIM技術(shù)，采用二、三維一體化的可視化表現(xiàn)形式，將建筑項(xiàng)目模型輕量化導(dǎo)入到平臺(tái)系統(tǒng)，如圖3所示。平臺(tái)中查詢、瀏覽功能實(shí)現(xiàn)了三維模型和二維圖紙的同步顯示；根據(jù)專業(yè)及級(jí)別授權(quán)的不同劃分進(jìn)行項(xiàng)目文件數(shù)據(jù)規(guī)劃審批；實(shí)現(xiàn)三維審圖；查詢功能中包括構(gòu)件屬性查詢、定位查詢；量算功能中具備距離量算、面積量算；分析功能中包括通視分析、視域分析、日照分析、挖填方分析、流域分析、地形路徑、地形剖面、點(diǎn)源淹沒等。

圖3 城建信息化平臺(tái)

2.1 三維審圖

三維審圖是城建信息化平臺(tái)中的重要功能之一，三維審圖實(shí)現(xiàn)了各建筑構(gòu)件與設(shè)施的精細(xì)化建模與內(nèi)部構(gòu)件精細(xì)化顯示，三維審圖包括專業(yè)評(píng)審和綜合評(píng)審等多個(gè)環(huán)節(jié)，是一個(gè)相互交叉、不斷反復(fù)的過程。專業(yè)評(píng)審環(huán)節(jié)首先需要設(shè)計(jì)人闡述設(shè)計(jì)意圖、做法及存在問題，經(jīng)專業(yè)負(fù)責(zé)人研究、審核、補(bǔ)充說明，最后由審定人審定，確保定案結(jié)論無誤，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)輸入的要求。三維審圖設(shè)計(jì)路線圖如圖4所示。

圖4 設(shè)計(jì)路線圖

各專業(yè)工程師將模型數(shù)據(jù)上傳至GIS服務(wù)器形成BIM信息庫，并將計(jì)算書、二維圖紙、項(xiàng)目相關(guān)資料等上傳至文檔服務(wù)器，工作人員通過操作可以使三維模型和二維圖紙同步顯示，實(shí)現(xiàn)三維審圖、建筑項(xiàng)目各參與方在平臺(tái)上對(duì)信息的共享，解決信息交流中無序的問題，使信息得到充分利用。東北工業(yè)大數(shù)據(jù)項(xiàng)目三維模型與二維圖紙同步圖如圖5所示。

圖5 三維模型與二維圖紙同步圖

2.2 文檔與系統(tǒng)權(quán)限管理

文檔管理主要是對(duì)建筑項(xiàng)目模型中所包括的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維過程中的文檔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理，實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)的三維協(xié)同。系統(tǒng)權(quán)限管理是管理員根據(jù)專業(yè)及級(jí)別對(duì)用戶的上傳、查詢、刪除等操作進(jìn)行權(quán)限授權(quán)及文檔服務(wù)器的授權(quán)，各項(xiàng)目參與方可以靈活地處理各自權(quán)限范圍內(nèi)的工作信息。圖6是東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心文檔管理的操作圖。

圖6 文檔管理圖

2.3 屬性查詢

對(duì)系統(tǒng)中顯示的三維對(duì)象進(jìn)行屬性查詢，屬性查詢內(nèi)容包括建筑構(gòu)件的材質(zhì)、型號(hào)、出廠日期以及構(gòu)件使用注意事項(xiàng)等，縮短了日后施工、運(yùn)維管理、定期安全檢查的工作時(shí)間。圖7為東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心A6樓屬性查詢。

圖7 屬性查詢

2.4 日照分析

平臺(tái)中的日照分析可以對(duì)規(guī)定范圍內(nèi)各建筑物之間的遮陽形式和遮陽情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，直觀科學(xué)地指導(dǎo)建筑規(guī)劃。該功能真正解決了大規(guī)模建筑群的日照分析難題。圖8為東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心A6樓日照分析。

圖8 日照分析

3 平臺(tái)應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目工程概況

由沈陽東網(wǎng)科技有限公司投資建設(shè)的東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目所建設(shè)的研發(fā)中心辦公樓占地面積約為57 532平方米，建筑面積約為57 809平方米[15]。該項(xiàng)目促進(jìn)工業(yè)4.0及中國(guó)智能制造2025的政策、技術(shù)、人才等產(chǎn)業(yè)要素融合，是推動(dòng)?xùn)|北工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要支撐。

3.2 實(shí)踐應(yīng)用

本平臺(tái)可應(yīng)用于全項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工及后期的運(yùn)維管理工作。在東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目中，從室內(nèi)外景觀方案到施工圖的設(shè)計(jì)工作都是在城建信息化平臺(tái)應(yīng)用完成。在項(xiàng)目規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員通過操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件立體化、全方位的三維勘探。通過工具劃出任意剖線，可以直接生成相關(guān)的地質(zhì)剖面。同時(shí)也可生成三維地質(zhì)模型，可以直觀地查看地層的整體和空間分布。

設(shè)計(jì)階段中，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員將REVIT模型(建筑模型、結(jié)構(gòu)模型以及機(jī)電模型)上傳至城建信息化平臺(tái)，使用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。施工階段中，基于設(shè)計(jì)階段上傳的模型，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的算量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的控制，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)度、質(zhì)量等相關(guān)內(nèi)容的控制與調(diào)節(jié)。運(yùn)維管理階段中，使用城建信息化平臺(tái)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行信息查詢，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的數(shù)字化存儲(chǔ)和管理，應(yīng)用云平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)東北工業(yè)大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的智能管理維護(hù)。工作人員每天可對(duì)工作計(jì)劃、工作總結(jié)進(jìn)行編輯后上傳至平臺(tái)，上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)可直接在平臺(tái)審批并給予批復(fù)，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)辦公，提高工作效率[6-9]。

4 結(jié) 語

基于BIM技術(shù)、3DGIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息共享技術(shù)，自主研發(fā)了城建信息化平臺(tái)。多種技術(shù)的融合達(dá)到了“1+1>2”相互促進(jìn)的結(jié)果。該平臺(tái)面向各個(gè)參與方開放的BIM數(shù)據(jù)庫、云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用創(chuàng)新以及項(xiàng)目全壽命周期的集成管理與精細(xì)化管理，解決溝通難、數(shù)據(jù)散、效率低的問題，同時(shí)提高了項(xiàng)目管理的信息化水平，完善了項(xiàng)目的管理制度，提高了建筑施工的安全性。平臺(tái)對(duì)BIM模型與數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的累積與更新，進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的階段性分析評(píng)估。城建信息化平臺(tái)為協(xié)同工作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高建筑工程的集成化程度，引領(lǐng)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次。