本發(fā)明涉及建筑工程管理，更具體地說，涉及基于bim和云服務(wù)的裝配式建筑管理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來,裝配式建筑以其高效、環(huán)保、高質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和大力推廣。我國政府也出臺了一系列政策支持裝配式建筑的發(fā)展。然而,裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等環(huán)節(jié)涉及多個(gè)專業(yè)和參與主體,各種信息化系統(tǒng)、管理平臺五花八門,數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,信息流轉(zhuǎn)不暢,難以實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理。這導(dǎo)致了裝配式建筑管理的碎片化和低效化。

2、隨著bim等信息技術(shù)的發(fā)展,一些學(xué)者和企業(yè)嘗試將bim引入裝配式建筑的設(shè)計(jì)階段,通過參數(shù)化建模實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的快速、準(zhǔn)確設(shè)計(jì),并基于bim實(shí)現(xiàn)可視化的裝配式建筑方案分析和優(yōu)化。但是,現(xiàn)有的bim應(yīng)用大多局限于設(shè)計(jì)階段,對于裝配式建筑的生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等階段缺乏全面支持。例如,在構(gòu)件生產(chǎn)階段,傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)無法直接應(yīng)用bim模型數(shù)據(jù),構(gòu)件的生產(chǎn)排程、加工工藝等關(guān)鍵環(huán)節(jié)仍依賴于人工經(jīng)驗(yàn)；在物流配送階段,構(gòu)件的運(yùn)輸策略、堆放順序等往往隨意決策,缺乏優(yōu)化方法；在施工現(xiàn)場,缺乏有效手段實(shí)時(shí)掌握構(gòu)件的到場時(shí)間、堆放位置等物流信息,影響施工調(diào)度?？傊?現(xiàn)有裝配式建筑的信息化管理缺乏全局統(tǒng)籌和系統(tǒng)集成,bim的潛在價(jià)值尚未得到充分發(fā)揮。

3、此外,隨著裝配式建筑規(guī)模和復(fù)雜度的提高,bim模型的數(shù)據(jù)量越來越大,對于模型在多平臺下的輕量化展示和實(shí)時(shí)交互提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的bim軟件多采用本地渲染的方式,需要將完整的bim模型數(shù)據(jù)從服務(wù)器端下載到本地客戶端,并在本地進(jìn)行解析和渲染。這種方式不僅會消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬,而且會給客戶端帶來沉重的計(jì)算和存儲負(fù)擔(dān),導(dǎo)致bim模型的加載速度慢、交互響應(yīng)差,尤其是在移動(dòng)端和web端更加明顯。一些研究者嘗試采用多分辨率模型、網(wǎng)格簡化等方法,在一定程度上緩解了上述問題,但對于日益復(fù)雜的裝配式建筑bim模型,現(xiàn)有的模型簡化方法仍顯粗糙,渲染效果也不盡如人意。

4、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)為解決上述問題提供了新的思路。一些學(xué)者提出了基于云的bim協(xié)同管理平臺,多個(gè)參與方可通過云端共享bim模型數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)跨地域、跨專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理。也有學(xué)者探索了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑物流管理中的應(yīng)用?？偟膩碚f,新一代信息技術(shù)與裝配式建筑的深度融合仍處于起步階段,缺乏全局的頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu),沒有形成完整的理論體系和成熟的應(yīng)用方案。

5、綜上所述,如何整合bim、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù),針對裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等環(huán)節(jié),研發(fā)一套協(xié)同高效、智能優(yōu)化、技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用可靠的裝配式建筑信息化管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等各階段信息的互聯(lián)互通和全生命周期閉環(huán)管理,成為了裝配式建筑產(chǎn)業(yè)信息化變革的當(dāng)務(wù)之急,也是推動(dòng)我國建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型升級的重要途徑。本發(fā)明正是在此背景下提出,旨在從頂層架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)功能等方面進(jìn)行系統(tǒng)創(chuàng)新,研發(fā)出一套技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用高效的裝配式建筑信息化管理系統(tǒng)。

6、尤其是在bim模型的輕量化渲染方面,現(xiàn)有技術(shù)存在以下技術(shù)難題:

7、(1)對于原始的復(fù)雜龐大bim模型,采用簡單的uniform?sorting網(wǎng)格簡化方法會造成明顯的渲染質(zhì)量損失,無法滿足工程應(yīng)用需求。而采用復(fù)雜的simplification網(wǎng)格簡化方法雖然能保證一定的模型精度,但計(jì)算效率低下,不適合大規(guī)模bim場景。如何在渲染效率和渲染質(zhì)量之間進(jìn)行平衡,是一個(gè)亟待解決的技術(shù)挑戰(zhàn)。

8、(2)現(xiàn)有的網(wǎng)格簡化方法大多采用graphics?processing?unit(gpu)加速,但對于移動(dòng)設(shè)備而言,由于gpu計(jì)算資源十分有限,很難發(fā)揮gpu并行計(jì)算的優(yōu)勢。如何針對移動(dòng)端的硬件特點(diǎn),設(shè)計(jì)輕量級、高效的網(wǎng)格簡化算法,也是一個(gè)有待研究的問題。

9、(3)當(dāng)前針對bim模型的渲染優(yōu)化算法大多基于pc端考慮,缺乏對于android、ios等移動(dòng)操作系統(tǒng)的專門優(yōu)化。在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)bim模型的高效渲染需要充分考慮移動(dòng)設(shè)備的能耗、帶寬、緩存等資源限制,而這在現(xiàn)有技術(shù)中尚不多見。

10、(4)隨著bim在裝配式建筑領(lǐng)域的推廣應(yīng)用,各參與單位產(chǎn)生的bim模型日益增多,數(shù)據(jù)格式、精細(xì)度、參考坐標(biāo)各不相同,如何實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)bim模型的集成與一體化應(yīng)用也成為了一個(gè)新的技術(shù)挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的bim軟件大多面向單一平臺,缺乏跨平臺bim數(shù)據(jù)管理和轉(zhuǎn)化機(jī)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明正是針對上述技術(shù)問題,提出基于bim和云服務(wù)的裝配式建筑管理方法及系統(tǒng),一方面,針對bim模型的輕量化渲染,本發(fā)明在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)了基于graph?attentionnetwork(gat)的bim模型關(guān)鍵特征自適應(yīng)提取和基于kullback-leibler(kl)散度的漸進(jìn)網(wǎng)格簡化,在云端引入了基于mapreduce的分布式bim數(shù)據(jù)索引技術(shù),形成了端云協(xié)同的bim模型輕量化處理架構(gòu),很好地平衡了渲染效率和渲染質(zhì)量。另一方面,針對多源異構(gòu)bim模型的一體化管理,本發(fā)明通過構(gòu)建bim語義本體,實(shí)現(xiàn)了不同bim模型的語義映射與轉(zhuǎn)換,并研制了支持多平臺、多終端使用的bim數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與接口。此外,本發(fā)明還將bim模型數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián),通過可視化、數(shù)字孿生等技術(shù)增強(qiáng)bim模型的語義,實(shí)現(xiàn)bim模型與裝配式建筑物理實(shí)體的精準(zhǔn)映射。經(jīng)過以上創(chuàng)新工作,本發(fā)明較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)的局限性,形成了一套全新的裝配式建筑信息化管理技術(shù)方案,對于推動(dòng)我國裝配式建筑產(chǎn)業(yè)升級和建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型具有重要意義。

2、本發(fā)明提供基于bim和云服務(wù)的裝配式建筑管理方法,1.基于bim和云服務(wù)的裝配式建筑管理方法,其特征在于,包括以下步驟:

3、步驟1:基于云服務(wù)構(gòu)建異構(gòu)數(shù)據(jù)管理模型；

4、步驟2:基于所述數(shù)據(jù)管理模型實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同的裝配式建筑管理；

5、步驟3:基于bim的裝配式構(gòu)件智能生產(chǎn)與配送優(yōu)化；

6、步驟4:基于bim的跨平臺輕量化模型渲染與交互,所述步驟4包括:

7、4.1.構(gòu)建異構(gòu)bim幾何關(guān)系模型；4.2.自適應(yīng)流式傳輸；4.3.異構(gòu)網(wǎng)格復(fù)用與渲染；4.4.基于視域優(yōu)先的漸進(jìn)式渲染。

8、具體地，所述步驟1包括:

9、采集裝配式建筑各階段的異構(gòu)數(shù)據(jù),所述異構(gòu)數(shù)據(jù)包括bim模型數(shù)據(jù)、進(jìn)度數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)和物流數(shù)據(jù)；

10、將所述異構(gòu)數(shù)據(jù)上傳至云端,采用基于文檔和圖形數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方式進(jìn)行存儲和管理；

11、在云端對所述異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和集成,構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理模型。

12、具體地，所述步驟2包括:

13、搭建基于云服務(wù)的協(xié)同管理平臺,支持多方主體通過瀏覽器或移動(dòng)app訪問和操作云端數(shù)據(jù)；

14、利用所述數(shù)據(jù)管理模型中的語義關(guān)聯(lián)信息,實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)、跨階段的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通；

15、基于角色和權(quán)限控制,為不同主體提供個(gè)性化的數(shù)據(jù)視圖和操作界面；

16、集成bim模型瀏覽、進(jìn)度模擬、質(zhì)量問題標(biāo)注、物流跟蹤等功能,實(shí)現(xiàn)裝配式建筑生產(chǎn)、施工、管理過程的可視化和交互式管理。

17、具體地，所述步驟3包括:

18、基于裝配式建筑的bim模型,提取構(gòu)件的幾何參數(shù)、材料屬性、加工要求等信息,自動(dòng)生成構(gòu)件的生產(chǎn)設(shè)計(jì)文件；

19、優(yōu)化構(gòu)件的生產(chǎn)排程和批次劃分,以訂單交付時(shí)間和生產(chǎn)平衡為目標(biāo),制定周期性的滾動(dòng)生產(chǎn)計(jì)劃；

20、基于bim模型中構(gòu)件的物流信息，優(yōu)化構(gòu)件的運(yùn)輸路線和配送時(shí)間；

21、集成條碼、rfid物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲等環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化管理和實(shí)時(shí)跟蹤。

22、具體地，所述步驟4.1中異構(gòu)bim幾何關(guān)系模型采用多層次有向無環(huán)圖g＝(y，e，l)表示，其中，y表示bim模型中的構(gòu)件實(shí)例節(jié)點(diǎn)，e表示構(gòu)件之間的拓?fù)潢P(guān)系邊，l表示關(guān)系類型；對于第i層的節(jié)點(diǎn)vi∈y，其特征矢量fvi為：

23、fvi＝[gvi，svi，rvi，tvi]∈r

24、其中，gvi表示節(jié)點(diǎn)的幾何參數(shù)svi表示節(jié)點(diǎn)的語義屬性，rvi表示節(jié)點(diǎn)的關(guān)系特征，tvi表示節(jié)點(diǎn)的拓?fù)涮卣鳎粚τ谶卐ij∈e，其特征矢量feij為：

25、feij＝[reij，teij]∈rp

26、其中，reij表示邊的關(guān)系特征，teij表示邊的拓?fù)涮卣鳌?/p>

27、具體地，所述步驟4.2中，根據(jù)用戶的交互參數(shù)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)vi∈v與視點(diǎn)的相關(guān)性度量

28、

29、其中，pvi為節(jié)點(diǎn)vi的幾何中心，vc為視點(diǎn)位置，dc為視線方向，表示節(jié)點(diǎn)vi在bim模型中的重要度，w1，w2，w3為平衡權(quán)重；基于所述相關(guān)性度量ρvi采用改進(jìn)的廣度優(yōu)先搜索算法生成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)集合vk′并按拓?fù)湟蕾図樞蚺判蛐纬蓚鬏斝蛄衧k；根據(jù)所述傳輸序列sk組裝數(shù)據(jù)流，并動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)包大小si

30、

31、其中，si-1為上一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小tr和tt分別為目標(biāo)渲染時(shí)間和實(shí)際傳輸時(shí)間，fr和ft分別為目標(biāo)幀率和實(shí)際幀率，α和β為平衡因子。

32、具體地，所述步驟4.3中，對于接收到的網(wǎng)格數(shù)據(jù)mi，計(jì)算其與緩存中網(wǎng)格mj的相似度sim(mi，mj)：

33、

34、其中，vi和vj為兩個(gè)網(wǎng)格的頂點(diǎn)集fi和fj為兩個(gè)網(wǎng)格的面片集，ci和cj為兩個(gè)網(wǎng)格的幾何中心，λ為形心距離的衰減因子；當(dāng)sim(mi，mj)大于給定閾值δ時(shí)，復(fù)用mj的渲染結(jié)果；否則，根據(jù)網(wǎng)格mi的幾何特征和渲染設(shè)備的性能參數(shù)，自適應(yīng)地生成網(wǎng)格簡化參數(shù)σi，并采用改進(jìn)的二次誤差度量網(wǎng)格簡化算法，對mi進(jìn)行簡化，生成滿足邊坍塌誤差小于σi、面片數(shù)減少到原始網(wǎng)格ri倍的輕量化網(wǎng)格

35、具體地，所述步驟4.4中，根據(jù)數(shù)據(jù)流的拓?fù)漤樞蚝陀脩舢?dāng)前視域，確定輕量化網(wǎng)格的渲染優(yōu)先級pi：

36、

37、其中，ρvi為網(wǎng)格所屬節(jié)點(diǎn)vi的相關(guān)性度量，為網(wǎng)格的可見面積a0為視域總面積為網(wǎng)格的面片數(shù)γ1，γ2，γ3為權(quán)重系數(shù)2按照所述渲染優(yōu)先級pi對輕量化網(wǎng)格排序形成渲染序列，并按渲染序列依次對網(wǎng)格進(jìn)行渲染；在渲染過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測渲染幀率fr，當(dāng)fr低于目標(biāo)幀率ft時(shí)，自適應(yīng)降低后續(xù)網(wǎng)格的渲染精度或跳過部分低優(yōu)先級網(wǎng)格；當(dāng)fr高于ft時(shí)，自適應(yīng)提高后續(xù)網(wǎng)格的渲染精度或補(bǔ)充渲染部分高優(yōu)先級網(wǎng)格；對于視域外的低優(yōu)先級網(wǎng)格，采用延遲加載策略，在用戶視角發(fā)生變化時(shí)再進(jìn)行渲染。

38、具體地，所述bim模型采用ifc標(biāo)準(zhǔn)格式，所述云端采用阿里云服務(wù)器，所述移動(dòng)app基于android操作系統(tǒng)開發(fā)，所述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括rfid和二維碼，所述數(shù)據(jù)庫包括mysql和redis。

39、一種基于bim和云服務(wù)的裝配式建筑管理系統(tǒng)，包括：異構(gòu)數(shù)據(jù)管理模型構(gòu)建模塊、多方協(xié)同管理模塊、裝配式構(gòu)件智能生產(chǎn)與配送優(yōu)化模塊、跨平臺輕量化模型渲染與交互模塊,所述跨平臺輕量化模型渲染與交互模塊包括異構(gòu)bim幾何關(guān)系模型構(gòu)建單元、自適應(yīng)流式傳輸單元、異構(gòu)網(wǎng)格復(fù)用與渲染單元和基于視域優(yōu)先的漸進(jìn)式渲染單元；所述系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)所述的基于bim和云服務(wù)的裝配式建筑管理方法。

40、本發(fā)明具有如下有益效果：

41、(1)利用云服務(wù)構(gòu)建的異構(gòu)數(shù)據(jù)管理模型為各參與方提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問入口和集成化的數(shù)據(jù)管理方案,打通了不同專業(yè)、不同階段的數(shù)據(jù)壁壘,實(shí)現(xiàn)了bim等異構(gòu)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和實(shí)時(shí)共享。

42、(2)將bim引入到裝配式建筑的構(gòu)件生產(chǎn)、物流配送等關(guān)鍵環(huán)節(jié),依托bim模型開展生產(chǎn)排程優(yōu)化、運(yùn)輸路徑規(guī)劃等,在降低成本的同時(shí)提高了生產(chǎn)效率和管理精度。

43、(3)創(chuàng)新性地提出了一套多粒度網(wǎng)格簡化、自適應(yīng)渲染、視域優(yōu)先漸進(jìn)渲染、多終端響應(yīng)式交互的整體解決方案,充分發(fā)揮了bim模型的幾何拓?fù)湫畔⒑驼Z義屬性信息,最大限度地簡化了數(shù)據(jù)規(guī)模,優(yōu)化了渲染效率,從而實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模復(fù)雜bim模型在多平臺下的輕量化、高保真渲染和順暢瀏覽。

44、(4)全面覆蓋裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等各個(gè)階段,并充分發(fā)揮云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的集成優(yōu)勢,形成了一套多參與主體協(xié)同、全生命期閉環(huán)管理的裝配式建筑智慧建造整體解決方案。