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毕加索CTO杜长宇:BIM轻量化助力建筑业迈向BIM+时代

多年以来,BIM一直是曲高和寡,仅仅在建筑圈内孤芳自赏。我们花那么多心思建了那么多BIM模型,如果仅仅在建筑圈内使用,未免暴殄天物。如何充分发掘BIM的价值,让更多的受众从BIM中受益,这是我们亟待解决的问题。北京毕加索智能科技有限公司也正是立志于此,致力于推动从BIM时代向“BIM+”时代的迈进, 在建设新型智慧城市的进程中贡献自己的力量。

作者:杜长宇来源:51CTO|2017-06-21 11:21

【51CTO.com原创稿件】时至今日,BIM(建筑信息模型)技术已经被建筑从业人员广泛接受,国家住房和城乡建设部也连续发布指导性文件和政策,大力推动BIM技术在国内的应用。现在BIM技术的应用已经不仅仅是在一些标杆项目中应用,而是几乎所有大型公共建筑都开始采用BIM技术进行设计和施工管理。几年来的BIM技术的应用和推广,大量的建筑物采用BIM技术建造,积累下来的BIM模型除了在设计和建造阶段发挥重要作用外,其也必将在建筑物的后期运维阶段继续发挥作用。

然而,多年以来,BIM一直是曲高和寡,仅仅在建筑圈内孤芳自赏。我们花那么多心思建了那么多BIM模型,如果仅仅在建筑圈内使用,未免暴殄天物。如何充分发掘BIM的价值,让更多的受众从BIM中受益,这是我们亟待解决的问题。北京毕加索智能科技有限公司(http://www.bimsop.com )也正是立志于此,致力于推动从BIM时代向“BIM+”时代的迈进, 在建设新型智慧城市的进程中贡献自己的力量。

【作者简介】

BIM轻量化

BIM之所以囿于建筑业而难以突破到更多领域,其重要原因在于她太专业,不能为大众所理解和接触。创建和使用BIM模型需要专业的BIM软件,而这些BIM软件往往使用比较复杂,非专业人员很难快速掌握。同时BIM模型由于包含的信息和关系过于庞杂,文件往往很大,查看和编辑都需要高性能的计算机才行。这对于非建筑专业人员来说不能不说是一个负担。要能使BIM模型能为更多人所利用,比如和智能建筑运维系统结合、和楼宇自动化系统(BAS)系统结合、和智能安防监控系统结合或者和企业内部CRM、ERP或其他外部数据库等系统结合,我们首先需要对BIM模型进行减肥,也就是对BIM进行轻量化。需要澄清的一点是,轻量化并不是把数据砍掉实现轻量化,我们所说的轻量化应该是在保证信息不损失前提下的轻量化,而是通过把模型进行解构,然后在利用轻量技术对解构的模型进行重构,换一种更轻更灵活的数据表达方式。我在之前的文章(基于HTML5/WebGL技术的BIM模型轻量化Web浏览解决方案)中提到BIM轻量化的几种方案,虽然我们更推崇基于Web的轻量化方式,然而这不是全部,后面我会详细介绍北京毕加索的综合解决方案。

BIM轻量化的核心在于轻量化引擎。经过几年来不断和业界朋友们的交流,出于对数据安全和转换效率的要求,大家都热切的盼望能有一款能在国内部署、甚至能在企业内私有部署的轻量化引擎。北京毕加索公司顺应这一潮流,研发出了自己的BIM轻量化引擎。该引擎支持常见的BIM格式,同时可以私有部署在国内的云平台或者部署在企业的私有云内,提高了使用效率、保证了数据的安全性。

毕加索轻量化引擎

基于轻量化的BIM+应用

毕加索公司以BIM轻量化技术为核心不断探索和扩展BIM+应用,实现“一次转换,到处使用”,使得BIM模型能应用于更多领域,充分发挥BIM的价值。

1. BIM+Web

· BIM+Web(GL)方案是我们最直观的应用,互联网技术的发展颠覆了人们的工作和生活方式,对于建筑业也是如此。在BIM从设计、施工、运维到拆除的全生命周期中,BIM的全职能团队越来越希望通过互联网的方式来增强协作。以WebGL/HTML技术呈现轻量BIM模型,浏览器端无需安装任何插件、支持大多数浏览器,同时提供酷炫流畅的显示效果,因而WebGL技术成为越来越多BIM用户的首要选择。借助于轻量化引擎和互联网技术,北京毕加索公司推出了BIMSOP协同平台(http://xietong.bimsop.com)。 作为BIM全过程资料管理平台,BIM团队可以以该平台为核心,管理、共享BIM全过程中产生的各种资料文档和BIM模型,直接通过浏览器即可在线查看BIM模型,并且支持模型的在线标注和评论,以及模型间的版本对比,从而更快捷明确的跟踪模型的变更。

项目文档管理

在线查看模型

在线模型标注

模型版本对比

2. BIM+VR

2016年被认为的VR(虚拟现实)元年,各种VR硬件爆发式的出现极大的促进了大家对VR的认知,激发了VR应用的兴趣和热情。以VR沉浸式的体验BIM也成为越来越多用户的心声。常见的BIM和VR结合的方案有一些专有软件,但更多的还是利用Unity等传统游戏引擎来实现,由于unity引擎成熟度高,在市场上被广泛应用,有着广泛的用户基础。大家自然而然的想到把BIM模型导入到Unity中和VR技术结合。

a) BIM的VR场景导入问题

首先我们先说一下BIM如何转入到VR引擎。传统的BIM到VR的操作路径是把BIM模型转换为FBX,进而导入到Unity然后和VR设备结合实现VR的虚拟展示。同时这种方式也有其局限性,首先这个过程比较繁琐,由于不能实现自动化,需要很多人工干预,不但容易出错,而且没办法形成快速的工业化流程进行大批量的复制,使这项工作变成了劳动密集型的重复劳动。其次通过FBX导入过程中BIM模型的重要属性信息不能一同导入,造成信息的缺失;而且材质信息也还需要在unity中进行手工处理,费事费力。使用这种方式的导入效率和模型浏览效率也很低,对于大型BIM模型来说经常会力不从心。

b) VR空间定位技术

我们再回过头来说说VR技术本身。VR技术通过VR头盔等设备把虚拟的视觉影像投射到人的眼睛中,给人造成一种身处虚拟空间的假象,从而进入虚拟世界。但由于目前VR设备只关注在视觉层面欺骗我们的眼睛,这就造成了眼睛接收到的信息与人体其他部位感知的冲突。比如在VR世界中,眼睛得到的信息我们是在高山滑雪或坐过山车进行快速移动,但身体却没有对应的动作的反馈,这种感官上的冲突就会触发人体的保护机制,从而造成眩晕感,严重的还会呕吐。解决这个问题关键就是VR的空间定位问题,使得现实世界的位置与VR虚拟世界中的位置达到一致。良好VR体验的构建却还缺少了最重要的一环,就是廉价而灵活准确的定位方案。这里所说的定位,就是确定体验馆中的参与者在场馆中的绝对空间位置,并反馈到所有VR体验者和游戏服务器上,进而执行群体游戏所必需的各种游戏逻辑。纵观现在市面上形形色色的VR空间定位方案,鲜有能够提供足够成熟稳定的技术实现的厂商,或者用巨大的成本以及灵活度的丧失作为代价,构建并不成功的Demo作品。这样的程度恐怕还远远不能称之为解决方案,也远远无法满足众多体验馆从业者的胃口。

已经有一些设备(HTC Vive)开始着手解决这个问题,通过Lighthouse激光定位技术,让体验者带上头盔的同时还能在场地中移动,使虚拟场景与真实位置的变化一致,从而减少眩晕感。虽然Light House是迄今为止体验最好的VR交互定位设备,但是由于激光对人眼安全照射功率的限制等问题,它能够覆盖的距离比较有限,大概也就是5M* 5M 见方的一个区域,无法扩展,这对于BIM场景漫游来说还是太小了,并且还不能有过多的遮挡物导致接收不到信号。

此外还有OptiTrack技术,他们采用了帧速率大于100Hz的专业摄像头,并且采用高反射率的材质来制作玩家佩戴的标记点,从而实现位置追踪。但与之相对的,往往是高昂的成本,一台摄像头(如下图)的价格都是以数万人民币计算的,而构建一个规则空间起码需要4台这样的摄像头以及软件系统。另外基于摄像头的方案可维护性也较差,轻微的震动就可能造成数据的严重偏差。

此外还有超宽带UWB(Ultra Wide Bind)技术,也有成本、可维护性等类似的问题。另外无论是激光定位技术还是摄像头定位技术或者超宽带定位技术,都不能有遮挡和干扰,对于活动空间的搭建和维护都有很高的要求。

与此同时,独乐乐不如众乐乐,如果我们的VR只是一个人像自闭症患儿一样自嗨,在其他外人看来却很傻。不如大家一起加入同一场景一起嗨。上面提到的一些VR定位方案要么不能实现多人同时进入,要么能实现但成本奇高,并随同时进入的人数成本呈指数级增长,这个问题一直是业界难以解决的问题之一。对于VR定位技术的讨论这里不再展开,我们可以单独开一个话题讨论。

c) 毕加索的BIM+VR解决方案

毕加索公司的BIM+VR解决方案是包含硬件和相关软件的整体解决方案。毕加索VR定位技术能提供0.1毫米级的VR空间定位精度,实现现实世界与虚拟世界的位置的一致性,从而缓解眩晕感。并且定位空间无限扩展,可达1000平方米,满足BIM VR漫游的需要,并且不怕遮挡和电磁、光等干扰,对场地要求简单。同时该方案支持大规模多人(可多达上百人)同时进入,而成本却在可控范围内。软件部分借助毕加索BIM轻量化引擎,一键实现BIM到VR的自动化转换,并且保留完整的属性信息和材质。结合手势操作模式,实现在BIM模型中虚拟漫游、查看构件属性、指定构件的隐藏查看隐蔽工程、按照类型查看、模型中语音标注实现协作等功能,形成基于VR的BIM深入应用,更拓宽了BIM模型的应用价值。

BIMVR场景展示与漫游

指定构件属性查看

指定构件属性查看

指定构件属性查看

查看指定类型(风管)的构件

场景中实时距离测量

显示设备实时运行状态和运行曲线(和IoT结合)

3. BIM+IoT

IoT是Internet of Things的缩写。物联网IoT(Internet of Things)指的是将各种信息传感设备,如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,方便识别和管理。物联网技术为我们更便捷的获取、分析和展示物联设备数据提供了基础设施,同时各种物联设备也是分布在现实空间中,对于建筑物来讲,分布在建筑物的各个角落,于是BIM与IoT技术的结合,实现建筑物的智能运维也成为当前研究的热点之一。通过BIM技术更直观的展示物联设备的位置和信息,并实现信息与位置联动。

BIM+IoT技术的结合

BIM+IoT技术的结合

BIM+IoT技术的结合

BIM+IoT技术的结合

说到BIM+IoT物联网的应用,我们不得不说一下基于BIM的运维系统--BIMFM。Facility Management设施管理,简称FM,是运用多学科专业,集成人、场地、流程和技术来确保楼宇良好运行的活动。人们通常理解的建筑运维管理,就是物业管理。但是现代的建筑运维管理(FM)与物业管理有着本质的区别,其中最重要的区别在于:面向的对象不同;物业管理面向建筑设施,而现代建筑运维管理面向的则是企业的管理有机体。随着BIM的出现,两者也在寻找着更好的结合。

据国外研究机构对办公建筑全生命周期的成本费用分析,设计和建造成本只占到了整个建筑生命周期费用的 20%左右,而运营维护的费用占到了全生命周期费用的 67%以上。由于BIM 强大的整合能力,现在 80%的大型项目都应用了 BIM 技术,60%以上的企业正在考虑采用 BIM来完成。FM与BIM系统的逐步衔接,也对原本各自为政、自成体系的运维系统或服务管理开启了整合统一的大门。

相对于传统建筑运营维护软件,基于 BIM 技术、移动互联、物联网、GIS 技术、云计算等技术的BIM-FM产品将会在可视化、智能化、数据精确性和一致性方面都大大优于传统的运维软件,对建筑安全运营维护、效率提高、质量提升产生积极影响,引领智慧化运维新潮流。

毕加索的BIM-FM产品是北京毕加索智能科技有限公司与优服科技(北京)有限公司强强联合,面向业主单位推出的一款运维云产品。该产品是基于BIMFM的理念,结合BIM技术、互联网技术、物联网技术等,整合楼宇实际解决楼宇运营实践诞生的新型运维产品。未来BIMFM产品必将为设施运营维护在可视化管理、效率和质量方面会带来积极的影响。产品功能包括模型浏览、能源管理、设备管理、智能巡检、人员管理、商铺管理、库存管理等。

BIMFM智慧运营管理系统

BIMFM智慧运营管理系统

BIMFM智慧运营管理系统

此外,综合管廊建设方兴未艾,BIM+IoT技术必将在综合管廊的运维管理方面发挥重要作用。综合管廊(日本称“共同沟”、台湾称“共同管道”),就是地下城市管道综合走廊。即在城市地下建造一个隧道空间,将电力、通讯,燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体,设有专门的检修口、吊装口和监测系统,实施统一规划、统一设计、统一建设和管理,是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。它是实施统一规划、设计、施工和维护,建于城市地下用于铺设市政公用管线的市政公用设施。为保障综合管廊安全稳定的运行,需要对布设在管廊内的各种传感器进行综合监控和控制。结合的BIM+GIS、BIM+IoT等技术的综合管廊监控与智慧运维系统也正在加紧研发中。

综合管廊与智慧运维管理系统

4. BIM+GIS

当我们的视野从一栋建筑扩展到一个小区、一个社区或园区、甚至到一个城市时,我们会自然的转入GIS的世界。GIS与BIM相互融合已经是业界共识。然而GIS技术已经有超过20年历史,已经积累形成了一套描述客观世界的成熟的、基于二维的方式方法,三维GIS后来有了很大的发展,然而毕竟积重难返,三维GIS领域也把目光从大尺度地域聚焦到城市、社区甚至建筑,必然要求GIS与BIM技术的融合。毕加索公司利用BIM轻量化技术和三维GIS结合,实现底层数据的融合,进而结合室内定位技术、智能摄像头技术等,在安防、安保领域也提出了综合解决方案。

除此之外,毕加索还在研发或实施智慧社区、智慧产业园区等解决方案,在此不在赘述。

结语

BIM技术发展顺风顺水,我们也需要百尺竿头、更进一步,勇敢迈向“BIM+”时代。借助BIM轻量化,使得BIM技术不只是建筑从业人员的专属,而是充分发掘BIM的价值,让更多的受众从BIM中受益。在此分享一些我的浅见,愿和诸位同仁一起探讨,共同进步。

注:本文根据之前在国家会议中心演讲过的ppt整理而成,可参考http://docs.bimsop.com/bimsop-slides/index.html#1

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基于HTML5/WebGL技术的BIM模型轻量化Web浏览解决方案

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