研究背景

隨著BIM應(yīng)用 的越來越深入，無論是在民建領(lǐng)域還是在基建領(lǐng)域，BIM模型越來越精細(xì)、越來越大已經(jīng)成為一種現(xiàn)實(shí)與趨勢(shì)，而建筑業(yè)全面推行數(shù)字化交付，模型輕量化技術(shù)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)必將成為其中的關(guān)鍵。

模型輕量化解析

BIM輕量化引擎主要是實(shí)現(xiàn)了BIM模型與除建模軟件以外的軟件系統(tǒng)的對(duì)接，補(bǔ)足了傳統(tǒng)軟件（項(xiàng)目管理系統(tǒng)、OA等）在BIM這塊的弱項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了BIM模型在Web端，移動(dòng)端的“輕量化”應(yīng)用，讓大量用戶無需安裝諸如Revit、Navisworks、Bentley等專業(yè)建模軟件既可使用BIM模型開展各類應(yīng)用。

BIM輕量化引擎從技術(shù)方案上可以分為傳統(tǒng)的C/S客戶端方案和純Web方案兩種。傳統(tǒng)的C/S客戶端的輕量化引擎因?yàn)榧夹g(shù)太過老舊，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)下的BIM應(yīng)用發(fā)展需要。目前采用WebGL技術(shù)的純Web輕量化引擎代表了最先進(jìn)的技術(shù)和方向，不僅能應(yīng)用于Web端，也能應(yīng)用于移動(dòng)APP。

艾三維技術(shù)BIM中心采用最新WebGL輕量化技術(shù)引擎，實(shí)現(xiàn)多種工程文件格式在云端自動(dòng)發(fā)起轉(zhuǎn)換，完整保留原始信息，達(dá)成模型的輕量化顯示，可直接在瀏覽器、手機(jī)APP上打開模型；最大限度壓縮模型大小，降低CPU/內(nèi)存/GPU開銷；同時(shí)采取進(jìn)行漸進(jìn)式加載，極大程度提高了模型三維幾何數(shù)據(jù)渲染速度；并支持本地結(jié)構(gòu)化儲(chǔ)存，統(tǒng)一RESTful標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)調(diào)取多種編程語言，快捷獲取數(shù)據(jù)。

BIM模型輕量化常規(guī)流程

（1）數(shù)據(jù)拆分

BIM模型包含幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)兩部分。幾何數(shù)據(jù)是指二維、三維模型數(shù)據(jù)，非幾何數(shù)據(jù)通常是指BIM模型所包含的分部分項(xiàng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、構(gòu)件屬性數(shù)據(jù)等相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

首先，WebGL輕量化BIM引擎將幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，通過拆分處理，BIM模型文件中約20%-50%的非幾何數(shù)據(jù)被剝離，導(dǎo)出為DB文件或JSON數(shù)據(jù)，供BIM應(yīng)用開發(fā)使用。

（2）幾何數(shù)據(jù)輕量化處理

將剝離非幾何數(shù)據(jù)后的三維幾何數(shù)據(jù)，進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以降低幾何數(shù)據(jù)的體量和后期客戶端電腦的渲染計(jì)算量，從而提高BIM模型下載和渲染速度。其優(yōu)化方案一般包括參數(shù)化或三角化幾何描述及相似性算法減少圖元數(shù)量。

（3）三維幾何數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)渲染

通常而言，WebGL輕量化BIM引擎要實(shí)現(xiàn)三維幾何數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)渲染，需要進(jìn)行兩個(gè)步驟：1、將三維幾何數(shù)據(jù)下載至本地電腦；2、利用本地電腦的內(nèi)存和GPU實(shí)時(shí)渲染BIM模型文件。

由此可以看出，影響模型輕量化加載速度的因素主要可分為三個(gè)方面：1、模型自身體量大小及模型攜帶數(shù)據(jù)量；2、三維幾何數(shù)據(jù)優(yōu)化方式；3、本地服務(wù)器網(wǎng)速及硬件配置。針對(duì)這幾類問題湖南建工BIM中心采取以下措施進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，有效的提升了模型加載速度及平臺(tái)使用流暢度。

BIM輕量化常規(guī)流程

數(shù)模分離技術(shù)優(yōu)化

一般情況下，是將數(shù)字化交付信息直接寫入模型，通過輕量化后將數(shù)據(jù)與模型拆分，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中調(diào)取不同信息，但此類方法往往會(huì)照成模型輕量化速度慢，數(shù)據(jù)拆分過程復(fù)雜，讀取速度慢等問題。

為此，艾三維技術(shù)BIM中心采用數(shù)模分離技術(shù)，建立阿里云數(shù)據(jù)庫，將構(gòu)件非幾何數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、運(yùn)維保養(yǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，大幅度減少BIM模型數(shù)據(jù)量，加快BIM模型加載速度。數(shù)據(jù)庫中構(gòu)件非幾何數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、運(yùn)維保養(yǎng)數(shù)據(jù)中加入相應(yīng)的主數(shù)據(jù)編碼，通過構(gòu)件主數(shù)據(jù)編碼將BIM模型與其數(shù)據(jù)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，需要查詢?cè)O(shè)備信息時(shí)，只需檢索到相應(yīng)BIM模型構(gòu)件，即可提取設(shè)備信息數(shù)據(jù)。

Web+C/S本地儲(chǔ)存技術(shù)優(yōu)化

Web技術(shù)較C/S而言，有適用性強(qiáng)、共享性強(qiáng)、業(yè)務(wù)拓展方便及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于調(diào)用體量較大的三維幾何數(shù)據(jù)來說，也存在服務(wù)器壓力大，訪問速度慢等問題，相對(duì)C/S來說卻不受網(wǎng)速影響。

綜合考慮Web及C/S技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，艾三維技術(shù)BIM中心研發(fā)的數(shù)字化交付與智能運(yùn)維平臺(tái)采取Web+C/S的技術(shù)措施，將模型輕量化后生成離線數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包部署在本地服務(wù)器中，在Web上加載模型時(shí)直接從本地服務(wù)器上提取數(shù)據(jù)，大幅度解決了從廣域網(wǎng)中提取信息受網(wǎng)速限制的問題。

后臺(tái)加載、按需調(diào)用技術(shù)優(yōu)化

目前絕大部分BIM平臺(tái)均是采取后臺(tái)一次全部加載數(shù)據(jù)，前端按需顯示的模式，此種方式的弊端在于打開Web端后需要將所有數(shù)據(jù)加載完畢后方可進(jìn)行各類應(yīng)用場(chǎng)景操作，對(duì)于體量較大的項(xiàng)目而言，打開Web端首頁就是需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。

因此，對(duì)于此類問題，除本地儲(chǔ)存外，數(shù)字化與智能運(yùn)維平臺(tái)同時(shí)也采取了針對(duì)不用業(yè)務(wù)場(chǎng)景，采取數(shù)據(jù)分批次、漸進(jìn)式后臺(tái)自動(dòng)加載，前端按需顯示的手段，以此減少數(shù)據(jù)加載延時(shí)，提升平臺(tái)使用流暢感。

如，在進(jìn)去Web端首頁時(shí)只需加載完成項(xiàng)目建筑及結(jié)構(gòu)三維幾何數(shù)據(jù)后即可顯示首頁內(nèi)容，在用戶瀏覽首頁時(shí)，同時(shí)在后臺(tái)繼續(xù)加載其他數(shù)據(jù)，以便用戶進(jìn)行其他應(yīng)用場(chǎng)景操作，即可保障快速打開首頁。同時(shí)針對(duì)大模型進(jìn)行LOD方案處理，在三維幾何數(shù)據(jù)輕量化處理階段，依據(jù)空間位置計(jì)算，將構(gòu)件進(jìn)行空間位置的排序來確定模型的輪廓，保證用戶初始加載模型就能看到模型的整體輪廓。 通過多重LOD計(jì)算方案，為同一個(gè)構(gòu)件分別生成輪廓模型與精細(xì)實(shí)體材質(zhì)模型。在三維幾何數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)渲染階段，通過實(shí)時(shí)計(jì)算視點(diǎn)與模型的距離，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的輪廓模型與精細(xì)實(shí)體模型的內(nèi)存加載與渲染。從而在不影響視覺效果的前提下提高本地電腦實(shí)時(shí)渲染BIM模型的效率。

BIM輕量化技術(shù)優(yōu)化流程

研究結(jié)論

BIM輕量化的關(guān)鍵一方面在于三維幾何圖形的處理，一方面在于非幾何數(shù)據(jù)的處理，目前WebGL技術(shù)在三維幾何圖形優(yōu)化方面已相對(duì)成熟；針大體量，高精度的項(xiàng)目模型，艾三維技術(shù)BIM中心采取本地儲(chǔ)存、后臺(tái)加載及按需調(diào)用等技術(shù)手段，最大限度的提升了模型加載速度及應(yīng)用場(chǎng)景流暢度，而針對(duì)非幾何數(shù)據(jù)，則采用數(shù)模分離技術(shù)+云數(shù)據(jù)庫，保障了數(shù)字化交付中龐大數(shù)據(jù)的安全儲(chǔ)存及快速調(diào)用。

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