大数据时代下的BIM数据可视化

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摘要

abstract

通过对BIM技术、虚拟现实技术、地理信息系统、无线射频技术、虚拟现实技术等各行业技术的研究,讨论在大数据时代下以BIM技术为核心的数据可视化的应用与研究方向,在智慧构件、智慧建筑、智慧建筑三个不同层面BIM技术在可视化程度中起到的作用

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关键词

Keyword

BIM,大数据,可视化智慧建筑

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引言

Introduction

BIM从出生到现在发展了10多年,因其先进的表现理念以及工作模式,一直备受建筑行业各方的广泛关注。而大数据也是最近几年由云计算兴起的根据统计学理论推出的新的管理统计服务方式。在大数据时代,应用BIM技术的数字化模型为核心及时获取建筑数据,管理归类建筑数据,应用处理建筑数据,合理全面的建筑数据表达是当前建筑发展、城市更新的主要应用目标

 

 

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BIM技术与大数据的定义

 

BIM即建筑信息模型,是通过创建并利用数字化模型对项目进行设计、建造及运营管理的过程。在建设项目全生命周期中,BIM模型的信息可以为所有决策者提供可靠依据,在项目不同阶段,不同参与方可以在BIM中插入、提取、更新和修改信息,实现多专业协同作业

 

随着大数据技术成为我们生活的一部分,我们应该开始从一个比以前更大更去全面的角度来理解事物。”大数据是一种现象。由于网络的发展,人们已经被海量的数据包围。这些数据被人们所使用的同时,也在产生新的数据,这些数据的输入者是不确定的,甚至是数据输入者毫无意识的,然而这些数据被记录下来,形成了PB级的相关数据。

 

大数据是一个非常宽泛的概念,从自然界的状态到人类生产生活,理论上都可以数字化、数据化。因此,大数据有两个层面的含义

 

一、广义大数据

指基于非特定目的,对信息数据的收集和记录。这类似于图书馆,只能用来存储一切可以数字化的事物状态以及人类思考的成果。

 

二、狭义大数据

是针对某种或多种既定的应用目的,按照一定的规则,对数据进行整理、梳理、组合,形成结构化或半结构化数据库,然后利用数据库的统计、运算和分析结果,可提供依据以辅助决策。大数据具有“4V”特点:数据量大(Volume);类型繁多(Variety);价值密度低(Value);速度快时效高(Velocity)。[1]

 

狭义大数据与BIM最为相关。在建筑工程领域,基于BIM的应用,其核心就是能够形成数据库,该数据库存储着与建筑相关的信息,这些信息足够有效,使建筑工程各参与方能够得到必要的决策依据。

 

因此作者本文指出,在构建大数据当中,BIM技术、GIS(地理信息系统)、物联网、云计算机、移动互联的结合使用是体现时代下BIM数据可视化系统的集合应用

 

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智慧构件的数据可视化

虚拟现实的应用

 

虚拟现实技术英文表述为Virtual Reality,简称VR,是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界,提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让用户如同声临其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

 

1

VR体感技术与VR力学反馈技术(触觉模拟)

 

随着前沿技术不断发展进化的,VR技术的定义也在不断变化,但到目前为止,VR得信息主体仍然是“视觉”和“听觉”,即计算机合成的图形图像和声音。其余感官发展迅猛,在其技术成熟、成本下降后将逐步“实用化”。

 

2

在VR场景中进行材料方案比选

 

虚拟现实技术可直接采用BIM三维模型进行简单的格式转换后直接使用,十分便利。在沟通交流时,配合VR头戴式设备即可让观看者犹如直接走进样板房。在实际项目的装饰方案设计中,可将材料小样扫描后进行后期处理,做成贴图后导入模型中,可模拟各材料在样板房中的实际效果,对确定选材等工作有很大的帮助,大大提高了沟通及决策效率,同样的方法也适用于其他各种装饰材料、软装、陈设和家具。

 

3

材料样板、贴图及VR渲染图

 

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智慧建筑的数据可视化

BIM与物联网的结合应用

 

在智慧建筑之前,就有智能建筑、智能家具的技术应用,这些技术实践成果,以及应用BIM技术,都为“自会建筑”的技术发展提供了前期实践积累。基于BIM核心的物联网技术应用,不但能为建筑物实现三维可视化的信息模型管理,而且为建筑物的所有组件和设备赋予了感知能力和生命力,从而为建筑物的运行维护提升到智慧建筑的全新高度

 

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是:“Internet of things(IoT)”。物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等息息传感设备,按约定的协议,把任何物品与物联网衔接起来,进行信息互换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮

 

BIM可视化

 

为了实现对建筑的有效管理,实现建筑的“智慧”思考,可以在建筑BIM模型中与建筑物内所有设备、物体进行管理。物联网就成了建筑的感知系统,每个设备、物体都可以有自己独特的ID,无线射频技术发射信息、或使用阅读器来读取相关信息,上传至互联网上,通过足够的信息量来进行决策的支持。[2]

 

利用三维信息模型的三维功能,不仅实现了建筑物的可视化、数字化,更可记录工程实施过程中几乎所有的信息、数据,在运营维护阶段还可以不断增加相关设备、构件、物体的其他信息,如空调的参数、楼梯的检查时间及厂家的联系方式等。

智慧建筑

如能源系统的可视化,通过安装具有传感功能的电表、水表、煤气表后,在管理系统中可以及时收集并查看所有能源信息,并通过开发的能源管理功能模块,对能源消耗情况进行自动统计分析,比如各区域的每日(每月)用电量,用水量等;并对一场能源使用情况进行警告或者标识

 

如设备管理,基于BIM的智慧建筑管理系统集成了设备的所有信息,可进行对设备的搜索、查阅、定位功能,通过点击模型中的设备,可以查阅设备的所有信息,包括静态的供应商、使用期限、设备参数、维保记录等。同时系统可以继承所有设备的使用寿命和维保时间,到期可以自动提醒进行维修、更换等等。还可以查阅设备目前的运行参数,如空调的制冷情况,温度等。

 

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智慧城市的数据可视化

BIM与GIS的结合应用

 

GIS(地理信息系统,Geographic Information System)是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一门学科。在计算机软、硬件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。目前在城市规划管理领域,地理信息系统作为一个直观和理性的规划工具具有数据存储、管理与分析、规划方案展示与决策、城市管理服务等重要作用。这个就是智慧城市的数据可视化应用。

 

智慧城市的数据可视化上应用方案主要包含为城市建筑可视化、市政模拟、以及资产可视化几个方面。

 

城市建筑可视化

 

城市建筑类型各具特色,外型尺寸不同,外部颜色纹理不同,以及障碍物阻挡等。如果是“航测+地面摄影”,后期需要人工做大量贴图;如果是用价格昂贵的激光雷达扫描,成本太高而且生成的建筑模型都是“空壳”,没有建筑室内信息,同时室内三维建模工作量也不小,并且无法进行室内空间信息的查询和分析。而通过BIM,可以轻易得到建筑的精确高度、外观尺寸以及内部空间信息。 [3]

 

因此,通过综合BIM和GIS,先对建筑进行建模,然后把建筑空间信息与其周围地理环境共享,应用到城市三维GIS分析中,就极大的降低了建筑空间信息的成本。当然这个前提是建筑都应用到BIM,现阶段在我国还依旧很难实现。

 

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国内BIM+GIS系统平台

 

市政模拟

 

通过BIM和GIS融合可以有效的进行楼内和地下管线的三维建模,并可以模拟冬季供暖时热能传导路线,以检测热能对其附近管线的影响。或是当管线出现破裂时使用疏通引导方案可避免人员伤亡及能源浪费

 

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结论

 

感谢技术的飞速发展带给了人类更多元的选择,使我们可以运用前所未有的创造性方式来展示数据,给BIM技术的应用者,展现了巨大的应用可能。数据可视化是一门同时结合了科学、设计和艺术的复杂学科,其核心意义始终在于清晰的叙述和艺术化的呈现,不仅这些需要依靠数据分析师和设计师的精心策划,同样需要GIS技术、无线射频技术、虚拟现实技术等非建筑系统技术的结合应用,最终达到帮助用户理解数据和做出决策的目标,才能发挥它巨大的价值和无限的潜力。

 

参 考 文 献

[1]. 魏来,BIM、信息化、大数据、智慧城市及其他[J],城市住宅,2014,6

[2]. 孙鸽梅,基于BIM、RFID和云计算技术的智慧建筑研究[J],硅谷,2014.1

[3]  王玲莉、戴晨光、马瑞,GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究[J],地理空间信息,2016年6月vol.14,No.6

2019年5月6日 16:30
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