摘要：隨著BIM技術(shù)在建筑業(yè)的普及使用，工程項目所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類越來越多，且越來越復(fù)雜，這些將嚴重影響著工程項目管理中的溝通效率和數(shù)據(jù)交付的效率。特別是在大數(shù)據(jù)的視域下，BIM項目中的“信息孤島”問題將變得日趨突出，而解決“信息孤島”的首要條件就是如何設(shè)計一個BIM大數(shù)據(jù)的存儲框架。為此該文基于對BIM常用數(shù)據(jù)標準和Hadoop存儲機制研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個基于BIM的大數(shù)據(jù)存儲框架，該設(shè)計可為相關(guān)行業(yè)基于BIM的二次開發(fā)提供一個有價值的參考，也為后續(xù)的BIM大數(shù)據(jù)研究提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：BIM;大數(shù)據(jù);Hadoop;數(shù)據(jù)存儲

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）18-0044-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

1 背景

建筑業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，在迎來大規(guī)模應(yīng)用建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM[1]）技術(shù)的同時，也在進行著大規(guī)模的信息化進程。BIM的出現(xiàn)，使建筑行業(yè)發(fā)生了由2D到3D再到nD的變革，它將建筑相關(guān)的數(shù)據(jù)（如圖紙、模型及相應(yīng)的計算結(jié)果等）進行工整合，那么隨著數(shù)據(jù)整合的積累將產(chǎn)生大量的數(shù)字化信息，據(jù)廣聯(lián)達預(yù)估，平均一個建筑生命周期大約產(chǎn)生10T級別的數(shù)據(jù)，而隨著工程規(guī)模的增大和工程數(shù)量的增多，工程項目所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將成指數(shù)級增長，同時數(shù)據(jù)變得更加復(fù)雜，種類也變多，從而嚴重影響工程項目管理中的數(shù)據(jù)交付的效率和溝通效率。

特別是當工程項目是由多個子項目構(gòu)成，而這些子項目又由不同的企業(yè)來完成時，由于缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)處理的平臺，那么這些子項目的BIM數(shù)據(jù)將成為一個個“信息孤島”。為消除上述的“信息孤島”，首先要解決的就是如何將如此龐大的BIM數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲，即設(shè)計一個合理的并支持大數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)存儲框架變得勢在必行。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

BIM技術(shù)由于起源于國外，因此技術(shù)優(yōu)勢比較明顯。對于BIM技術(shù)的研究起步較早，如加拿大基礎(chǔ)設(shè)施研究中心（Centrefor Sustainable Infrastructure Research）的Halfawy、Mahmoud M.R.等人對建筑信息集成相關(guān)技術(shù)進行了研究，主要完成了建筑構(gòu)件數(shù)量統(tǒng)計、工程概概算、圖形編輯與工程管理等方面功能的開發(fā);英國索爾福德大學(xué)的Faraj等人實現(xiàn)了IFC文件在數(shù)據(jù)庫中的存儲、工程的概預(yù)算、顯示等功能，設(shè)計了基于BIM技術(shù)的WISPER（ Web-based IFC Share Proj ect Environment）平臺。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

相比國外，國內(nèi)對BIM技術(shù)的研究相對較晚。隨著BIM技術(shù)的引入，我國部分學(xué)者對BIM技術(shù)進行了相關(guān)研究，主要研究的重點是利用IFC標準在不同系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換和信息共享，如清華大學(xué)的張建平[2]、上海交通大學(xué)的賴華輝[3]等人，而對于BIM數(shù)據(jù)庫方面的構(gòu)建僅有上海交通大學(xué)的李犁[4]，他僅實現(xiàn)了IFC格式數(shù)據(jù)文件在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的存儲與查詢。

通過分析發(fā)現(xiàn)，上述研究僅基于單一的IFC標準實現(xiàn)了IFC格式的數(shù)據(jù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的存儲與查詢，而對于數(shù)量極其龐大的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如圖片、視頻等）或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲方面則沒有涉及。

3 BIM常用數(shù)據(jù)標準

在建筑信息模型領(lǐng)域，目前數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)標準主要有數(shù)據(jù)語義（Terminology）、數(shù)據(jù)存儲（Storage）和數(shù)據(jù)處理（Process），分別對應(yīng)為國際語義字典框架（IFD：International Framework for Dic-honanes）、行業(yè)（T業(yè)）基礎(chǔ)分類（IFC：Industry FoundationClasses）和信息交付手冊（IDM：Information Delivery Manual）。

其中由IAI（International Alliance for Interoperability國際協(xié)作聯(lián)盟）制定的IFC標準是建筑業(yè)通用的國際數(shù)據(jù)標準，它采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，由類別定義來代表這項目建設(shè)和設(shè)施管理的構(gòu)件、過程和形狀等信息，實現(xiàn)跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享和交互[5]。

IFC模型體系結(jié)構(gòu)可以被分為4層：最高層是領(lǐng)域?qū)樱―o-main Layer），其主要作用時是深入到各個應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)部，形成專題信息;第二層是交互層（Interoperability Layer），該層為領(lǐng)域?qū)臃?wù)，主要解決了領(lǐng)域信息交互的問題，并且在這個層次使各個系統(tǒng)的組成元素細化;第三層是核心層（Core Layer），主要是提供基礎(chǔ)的IFC對象模型結(jié)構(gòu)，描述建筑工程信息的整體框架，將資源層信息組織起來，成為一個整體，來反映現(xiàn)實世界的結(jié)構(gòu);最底層是資源層（Resource Layer），為其他層所引用，主要是描述標準中用到的基本信息，不針對具體的行業(yè)本身，是無整體結(jié)構(gòu)的分散信息，作為描述基礎(chǔ)應(yīng)用于整個信息模型。

4 Hadoop的存儲機制

Hadoop（ Hadoop Distributed File System）其實是一個軟件框架，由Apache基金會所開發(fā)，它允許使用簡單的編程模型跨計算機群集分布式處理大型數(shù)據(jù)集，旨在從單個服務(wù)器擴展到數(shù)千臺機器，每臺機器提供本地計算和存儲。是專為離線和大規(guī)模數(shù)據(jù)分析而設(shè)計的，并不適合那種對幾個記錄隨機讀寫的在線事務(wù)處理模式。

在整個hadoop框架中，其核心組件有兩個：HDFS（HadoopDistributed File System）和MapReduce。HDFS是一個分布式文件系統(tǒng)，引入存放文件元數(shù)據(jù)信息的服務(wù)器Namenode和實際存放數(shù)據(jù)的服務(wù)器Datanode，對數(shù)據(jù)進行分布式儲存和讀取，其架構(gòu)如圖1所示[6];MapReduce是一個計算框架，MapReduce的核心思想是把計算任務(wù)分配給集群內(nèi)的服務(wù)器里執(zhí)行。通過對計算任務(wù)的拆分（Map映射/Reduce歸約）再根據(jù)任務(wù)調(diào)度器（JobTracker）對任務(wù)進行分布式計算。

5 存儲框架設(shè)計

針對BIM大數(shù)據(jù)存儲和管理的需要，本文提出一種基于Hadoop大數(shù)據(jù)架構(gòu)的BIM數(shù)據(jù)云存儲方案，具體如圖2所示。

實現(xiàn)思路：1）為降低BIM數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性，將BIM數(shù)據(jù)分為建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、施工和運維五大類[7];2）將該五類數(shù)據(jù)輸入共享數(shù)據(jù)中心進行處理，分析出非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù);3）對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（包括半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)），如圖片、工程文檔等數(shù)據(jù)統(tǒng)一使用HBase數(shù)據(jù)模型并存儲，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫主要存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，存儲之前需要利用IFC模型解析器進行預(yù)處理。

6 結(jié)束語

本文在研究BIM數(shù)據(jù)標準與Hadoop存儲機制的基礎(chǔ)上，針對大數(shù)據(jù)背景下的BIM項目所存在“信息孤島”的問題，設(shè)計了基于BIM的大數(shù)據(jù)存儲框架，該框架能基本解決BIM數(shù)據(jù)的存儲需求，但對存儲框架的中“共享數(shù)據(jù)中心”還需要在以后的研究中進一步優(yōu)化，提高對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析的效率與準確性，以提高整個系統(tǒng)性能。

參考文獻：

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[2]張建平，曹銘，張洋.基于lFC標準和工程信息模型的建筑施工4D管理系統(tǒng)[J].工程力學(xué)，2005，22（S1）：220-227.

[3]賴華輝，鄧雪原，劉西拉.基于IFC標準的BIM數(shù)據(jù)共享與交換[J].土木工程學(xué)報，2018，51（4）：121-128.

[4]李犁，鄧雪原.基于BIM技術(shù)建筑信息標準的研究與應(yīng)用[J].四川建筑科學(xué)研究，2013，39（4）：395-398.

[5]沈力.基于BIM的建筑業(yè)大數(shù)據(jù)研究初探[D].成都：西南交通大學(xué)，2016.

[6] HDFS Architecture[EB/OL].[2019-12-30]. https：//hadoop. apache. org/docs/stable/hadoop-project-dist/hadoop-hdfs/HdfsDe-sign.html.

[7]林良帆，鄧雪原.BIM數(shù)據(jù)存儲標準與集成管理研究現(xiàn)狀[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2013，5（3）：14-19，36.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

作者簡介：熊國華（1979-），男，江西臨川人，廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑信息系講師，碩士，研究方向為移動應(yīng)用開發(fā)、算法和計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式信息處理。