适于水利工程行业的通用BIM展示平台构建方法

技术领域

本发明涉及水工建筑物，尤其是涉及适于水利工程行业的通用BIM展示平台构建方法。

背景技术

BIM（Building Information Modeling）是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特征的数字化表达，BIM的核心理念为完整性、关联性和一致性，具有基于计算机表达的直观性、可分析性、可共享性和可管理性的特征。目前国内BIM技术主要应用于建筑行业，水利工程行业的BIM应用工作还处于起步阶段，BIM技术能够有效提升工程设计效率和产品质量，其推广应用已成为水利工程行业的趋势。但是，BIM技术在水利工程行业的应用依然存在平台不统一、模型加载缓慢、标准多样化等问题，主要体现在以下几个方面。

第一，缺少统一有效的BIM技术平台：由于水利工程的特殊性，BIM设计平台包括Autodesk平台的Revit、Bentley平台的Microstation及Dassault平台的Catia；三个平台，三种模式，各有优劣，难以取舍，形成了三足鼎立的局势，制约了BIM技术在水利工程领域的推广应用。

第二，模型数据量大，加载缓慢：BIM模型往往是由设计单位建立的设计模型和施工单位建立的施工深化模型，这两种模型数据过于复杂、体量过大，直接加载会拖慢浏览器端显示效率甚至造成浏览器崩溃。

第三，目前的BIM展示平台普遍基于C/S架构，存在数据透视难度高，各模块数据缺乏统一的管理颗粒等问题；设计、施工、运维三个阶段相互独立、难以统一，进度、质量、成本三个目标相互制约，难以平衡。

发明内容

本发明目的在于提供一种适于水利工程行业的通用BIM展示平台构建方法，通过采用BIM资源模型轻量化处理技术，精简BIM数据资源；通过采用WebGL技术，实现水利工程BIM模型在Web端进行加载展示，结合Web开发构建BIM技术的Web应用，实现旋转、缩放、平移、漫游、测量、剪切等交互功能，以及WBS关联管理、进度模拟、质量验评管理、危险源管理等业务功能，为BIM技术在水利工程领域应用提供了解决方案。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述适于水利工程行业的通用BIM展示平台构建方法，包括下述步骤：

S1，构建BIM资源管理器，用于支持BIM数据资源；为了满足BIM资源在浏览器端的快速展示，对所述BIM资源进行模型轻量化处理，处理结果采用fbx文件为载体；

S2，构建BIM资源浏览器，以实现对BIM数据资源的渲染：基于WebGL技术，调用ThreeJS库中封装好的函数实现对WebGL3D绘图协议的调用，进而调用OpenGL三维图形处理库，最终实现对显卡的驱动调用，完成BIM资源的渲染，且BIM资源浏览器支持跨平台，即：通过开发所述BIM资源浏览器在不同平台下的不同版本，共享相同的数据资源格式，包括Web、Windows、Linux、Mac、Android、IOS；

S3，构建网络资源服务器，建立BIM资源数据库，将BIM资源部署在服务器上，通过网络浏览BIM资源，在所述BIM资源数据库中存储用户上传的BIM资源，支持BIM资源查询、发布、删除、维护、导出操作，以及BIM资源发布以后模型WBS信息管理；

S4，构建BIM资源编辑器，用于编辑开发相关功能与BIM资源交互，所述开发相关功能包括交互功能开发与业务功能开发。

S1中，对BIM资源模型轻量化处理步骤包括：

S1.1，获取BIM资源的网格模型，对所有的初始顶点计算误差矩阵Q；在原始网格模型中，每个所述初始顶点被认为是其周围三角片所在平面的交集，即：这些平面的交点就是初始顶点的位置，初始顶点的误差即为初始顶点到这些平面的距离平方和；

S1.2，选择所有可以收缩的边，即有效边；

S1.3，计算每条所述有效边的最优收缩点V，所述收缩点V的误差矩阵Q即为该有效边的收缩代价；

S1.4，根据所述收缩代价，将有效边放入堆中，最小代价放在顶部；

S1.5，迭代的从所述堆中移除代价最小的有效边，用最优的收缩点V取代该有效边，并更新涉及收缩点V的所有有效边的收缩代价；

S1.6，根据更新后的所述收缩代价，对堆进行重新排序，然后回到S1.5，直到结果符合期望为止；

S1.7，输出为Fbx格式的BIM资源文件。

S4中，所述交互功能开发包括基本交互功能和高级交互功能；所述基本交互功能包括缩放、旋转、平移操作，通过事件监听与响应函数两步来实现；所述高级交互功能包括测量功能、剪切功能；所述测量功能是对BIM模型进行量化的重要手段，平台实现了对BIM模型的高程、体积、面积测量、两点间的距离测量；所述剪切功能是BIM应用的必备功能，通过查看复杂模型的内部结构，根据用户习惯，平台开发了剪切盒子和面剪切功能，其中面剪切功能包括垂直于X、Y、Z轴的剪切面；

所述业务功能开发包括WBS关联管理、进度模拟、质量验收管理和危险源管理；

所述WBS关联管理实现项目划分中的进度WBS划分结果、质量WBS划分结果与BIM模型关联；

所述进度WBS划分结果，步骤为：S4.1.1，获取进度WBS划分结果；S4. 1.2，获取BIM模型所有构件；S4. 1.3，设计界面布局，提供用户交互功能；S4. 1.4，进度WBS关联处理；S4. 1.5，将BIM模型构件与WBS结构关联；S4. 1.6，未关联的构件保存；S4. 1.7，关联结果存库；

所述进度模拟实现对工程计划进度的动态模拟、所述计划进度与实际进度的对比、以及进度WBS节点的信息查看，步骤为：S4.2.1,进度WBS结构获取；S4.2.2,进度WBS结构与BIM模型关联；S4.2.3,进度数据获取；S4.2.4,按开始时间排序；S4.2.5,按结束时间排序；S4.2.6,计算模拟的总的时间跨度；S4.2.7,根据模拟的时长以及总时间跨度，计算模拟的速度；S4.2.8,实现开始、暂停、继续、停止功能；S4.2.9,实现拖拽功能，用于向前或向后拖拽；

所述质量验收管理实现对工程单元质量验收结果的综合查询，以及质量WBS节点信息的查看，对不同结果进行不同的着色显示，步骤为：S4.3.1,质量WBS结构获取；S4.3.2,质量WBS结构与BIM模型关联；S4.3.3,单元数据汇总；S4.3.4,生成饼状图；S4.3.5,在饼状图上添加双击事件；S4.3.6,事件驱动三维场景中的BIM模型；S4.3.7,对不相关模型材质进行透明化处理；

所述危险源管理实现工程中危险源信息在BIM模型中展示，并对所述危险源的详细信息进行显示，步骤为：S4.4.1,危险源信息获取；S4.4.2,危险源信息与BIM模型构件关联；S4.4.3,危险源数据汇总；S4.4.4,汇总表中添加事件响应；S4.4.5,点击时被关联的BIM模型构件闪烁；S4.4.6,相机聚焦到被关联BIM模型构件。

S4中，所述剪切盒子的开发步骤为：

S4.5.1，计算当前场景中对象的三维边界，以此边界的尺寸大小作为尺度，创建一个最小长方体，并且包含BIM模型；S4.5.2，以所述长方体的六个面生成剪切面，裁掉长方体以外的BIM模型；S4.5.3，生成剪切控制器，通过所述剪切控制器，实现用户的交互功能，拖拽长方体某一个面，则所述剪切面随之更新位置，并剪切掉多余BIM模型；S4.5.4，生成旋转控制器，所述旋转控制器中包括旋转手柄、xy平面、yz平面、xy平面的旋转手柄，通过控制旋转手柄，实现对剪切盒子的整体控制，进而控制剪切盒子的剪切方向；S4.5.5，生成平移控制器，所述平移控制器包括x轴移动手柄、y轴移动手柄、z轴移动手柄，以及xy平面、yz平面、xy平面的移动手柄，用户通过平移控制器对剪切盒子进行整体移动。

本发明优点体现在以下方面：

1、通过通用的BIM资源模型轻量化处理技术，实现了对Revit、Microstation以及Catia三个水利工程行业常用的设计平台模型进行轻量化处理，通过处理，大大减少了模型的尺寸，使其适合于网络传输，为Web端的BIM应用提供基础。

2、从底层打通了WebGL技术的开发应用，利用h5对WebGL技术的支持，从底层对BIM模型进行平台展示；

3、开发了大量实用的BIM应用功能：可对BIM模型根据WBS结构进行不同的组织结构显示、属性查看、剪切、测量、进度模拟、质量验收管理、危险源管理等功能；通过精确捕捉技术，使得测量更加准确，尤其是体积测量功能，是同类平台中独有的，并且具有精度高、速度快的特点。

4、将BIM数据资源管理与BIM应用进行有机统一：具备BIM资源管理功能，可以对整个工程所有BIM模型按照标段进行统一管理，同时提供了BIM应用的支撑平台，为建设管理系统、运行管理系统提供完善的BIM技术支撑。

附图说明

图1是本发明所述方法的流程图。

图2是本发明所述剪切盒子的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，本发明所述适于水利工程行业的通用BIM展示平台构建方法，包括下述步骤：

S1，构建BIM资源管理器，用于支持BIM数据资源；为了满足BIM资源在浏览器端的快速展示，对BIM资源进行模型轻量化处理，处理结果采用fbx文件为载体；对BIM资源模型轻量化处理步骤如下：

S1.1，获取BIM资源的网格模型，对所有的初始顶点计算误差矩阵Q；在原始网格模型中，每个所述初始顶点被认为是其周围三角片所在平面的交集，即：这些平面的交点就是初始顶点的位置，初始顶点的误差即为初始顶点到这些平面的距离平方和；

S1.2，选择所有可以收缩的边，即有效边；

S1.3，计算每条所述有效边的最优收缩点V，所述收缩点V的误差矩阵Q即为该有效边的收缩代价；

S1.4，根据所述收缩代价，将有效边放入堆中，最小代价放在顶部；

S1.5，迭代的从所述堆中移除代价最小的有效边，用最优的收缩点V取代该有效边，并更新涉及收缩点V的所有有效边的收缩代价；

S1.6，根据更新后的所述收缩代价，对堆进行重新排序，然后回到S1.5，直到结果符合期望为止；

S1.7，输出为Fbx格式的BIM资源文件。

S2，构建BIM资源浏览器，以实现对BIM数据资源的渲染：基于WebGL技术，调用ThreeJS库中封装好的函数实现对WebGL3D绘图协议的调用，进而调用OpenGL三维图形处理库，最终实现对显卡的驱动调用，完成BIM资源的渲染，且BIM资源浏览器支持跨平台，即：通过开发所述BIM资源浏览器在不同平台下的不同版本，共享相同的数据资源格式，包括Web、Windows、Linux、Mac、Android、IOS。

S3，构建网络资源服务器，建立BIM资源数据库，将BIM资源部署在服务器上，通过网络浏览BIM资源，在所述BIM资源数据库中存储用户上传的BIM资源，支持BIM资源查询、发布、删除、维护、导出操作，以及BIM资源发布以后模型WBS信息管理。

S4，构建BIM资源编辑器，用于编辑开发相关功能与BIM资源交互，所述开发相关功能包括交互功能开发与业务功能开发；交互功能开发包括基本交互功能和高级交互功能；基本交互功能包括缩放、旋转、平移操作，通过事件监听与响应函数两步来实现；高级交互功能包括测量功能、剪切功能；测量功能是对BIM模型进行量化的重要手段，平台实现了对BIM模型的高程、体积、面积测量、两点间的距离测量；剪切功能是BIM应用的必备功能，通过查看复杂模型的内部结构，根据用户习惯，平台开发了剪切盒子和面剪切功能，其中面剪切功能包括垂直于X、Y、Z轴的剪切面；

所述业务功能开发包括WBS关联管理、进度模拟、质量验收管理和危险源管理；WBS关联管理实现项目划分中的进度WBS划分结果、质量WBS划分结果与BIM模型关联。

进度WBS划分结果，步骤如下：

S4.1.1，获取进度WBS划分结果；

S4.1.2，获取BIM模型所有构件；

S4.1.3，设计界面布局，提供用户交互功能；

S4.1.4，进度WBS关联处理；

S4.1.5，将BIM模型构件与WBS结构关联；

S4.1.6，未关联的构件保存；

S4.1.7，关联结果存库。

所述进度模拟实现对工程计划进度的动态模拟、计划进度与实际进度的对比、以及进度WBS节点的信息查看，步骤如下：

S4.2.1,进度WBS结构获取；

S4.2.2,进度WBS结构与BIM模型关联；

S4.2.3,进度数据获取；

S4.2.4,按开始时间排序；

S4.2.5,按结束时间排序；

S4.2.6,计算模拟的总的时间跨度；

S4.2.7,根据模拟的时长以及总时间跨度，计算模拟的速度；

S4.2.8,实现开始、暂停、继续、停止功能；

S4.2.9,实现拖拽功能，用于向前或向后拖拽。

所述质量验收管理实现对工程单元质量验收结果的综合查询，以及质量WBS节点信息的查看，对不同结果进行不同的着色显示，步骤如下：

S4.3.1,质量WBS结构获取；

S4.3.2,质量WBS结构与BIM模型关联；

S4.3.3,单元数据汇总；

S4.3.4,生成饼状图；

S4.3.5,在饼状图上添加双击事件；

S4.3.6,事件驱动三维场景中的BIM模型；

S4.3.7,对不相关模型材质进行透明化处理。

所述危险源管理实现工程中危险源信息在BIM模型中展示，并对所述危险源的详细信息进行显示，步骤如下：

S4.4.1,危险源信息获取；

S4.4.2,危险源信息与BIM模型构件关联；

S4.4.3,危险源数据汇总；

S4.4.4,汇总表中添加事件响应；

S4.4.5,点击时被关联的BIM模型构件闪烁；

S4.4.6,相机聚焦到被关联BIM模型构件。

如图2所示，剪切盒子的开发步骤如下：

S4.5.1，计算当前场景中对象的三维边界，以此边界的尺寸大小作为尺度，创建一个最小长方体，并且包含BIM模型；

S4.5.2，以所述长方体的六个面生成剪切面，裁掉长方体以外的BIM模型；

S4.5.3，生成剪切控制器，通过所述剪切控制器，实现用户的交互功能，拖拽长方体某一个面，则所述剪切面随之更新位置，并剪切掉多余BIM模型；

S4.5.4，生成旋转控制器，所述旋转控制器中包括旋转手柄、xy平面、yz平面、xy平面的旋转手柄，通过控制旋转手柄，实现对剪切盒子的整体控制，进而控制剪切盒子的剪切方向；

S4.5.5，生成平移控制器，所述平移控制器包括x轴移动手柄、y轴移动手柄、z轴移动手柄，以及xy平面、yz平面、xy平面的移动手柄，用户通过平移控制器对剪切盒子进行整体移动。