数字化交付模型轻量化技术研究

研究背景

随着BIM应用 的越来越深入，无论是在民建领域还是在基建领域，BIM模型越来越精细、越来越大已经成为一种现实与趋势，而建筑业全面推行数字化交付，模型轻量化技术与数据存储技术必将成为其中的关键。

模型轻量化解析

BIM轻量化引擎主要是实现了BIM模型与除建模软件以外的软件系统的对接，补足了传统软件（项目管理系统、OA等）在BIM这块的弱项，实现了BIM模型在Web端，移动端的“轻量化”应用，让大量用户无需安装诸如Revit、Navisworks、Bentley等专业建模软件既可使用BIM模型开展各类应用。

BIM轻量化引擎从技术方案上可以分为传统的C/S客户端方案和纯Web方案两种。传统的C/S客户端的轻量化引擎因为技术太过老旧，已经不适应当下的BIM应用发展需要。目前采用WebGL技术的纯Web轻量化引擎代表了最先进的技术和方向，不仅能应用于Web端，也能应用于移动APP。

艾三维技术BIM中心采用最新WebGL轻量化技术引擎，实现多种工程文件格式在云端自动发起转换，完整保留原始信息，达成模型的轻量化显示，可直接在浏览器、手机APP上打开模型；最大限度压缩模型大小，降低CPU/内存/GPU开销；同时采取进行渐进式加载，极大程度提高了模型三维几何数据渲染速度；并支持本地结构化储存，统一RESTful标准数据接口，实现调取多种编程语言，快捷获取数据。

BIM模型轻量化常规流程

（1）数据拆分

BIM模型包含几何数据和非几何数据两部分。几何数据是指二维、三维模型数据，非几何数据通常是指BIM模型所包含的分部分项结构数据、构件属性数据等相关业务数据。

首先，WebGL轻量化BIM引擎将几何数据和非几何数据进行拆分，通过拆分处理，BIM模型文件中约20%-50%的非几何数据被剥离，导出为DB文件或JSON数据，供BIM应用开发使用。

（2）几何数据轻量化处理

将剥离非几何数据后的三维几何数据，进行进一步优化，以降低几何数据的体量和后期客户端电脑的渲染计算量，从而提高BIM模型下载和渲染速度。其优化方案一般包括参数化或三角化几何描述及相似性算法减少图元数量。

（3）三维几何数据实时渲染

通常而言，WebGL轻量化BIM引擎要实现三维几何数据的实时渲染，需要进行两个步骤：1、将三维几何数据下载至本地电脑；2、利用本地电脑的内存和GPU实时渲染BIM模型文件。

由此可以看出，影响模型轻量化加载速度的因素主要可分为三个方面：1、模型自身体量大小及模型携带数据量；2、三维几何数据优化方式；3、本地服务器网速及硬件配置。针对这几类问题湖南建工BIM中心采取以下措施进行技术优化，有效的提升了模型加载速度及平台使用流畅度。

BIM轻量化常规流程

数模分离技术优化

一般情况下，是将数字化交付信息直接写入模型，通过轻量化后将数据与模型拆分，在不同的应用场景中调取不同信息，但此类方法往往会照成模型轻量化速度慢，数据拆分过程复杂，读取速度慢等问题。

为此，艾三维技术BIM中心采用数模分离技术，建立阿里云数据库，将构件非几何数据、技术参数、运维保养数据导入数据库，大幅度减少BIM模型数据量，加快BIM模型加载速度。数据库中构件非几何数据、技术参数、运维保养数据中加入相应的主数据编码，通过构件主数据编码将BIM模型与其数据信息进行关联，需要查询设备信息时，只需检索到相应BIM模型构件，即可提取设备信息数据。

Web+C/S本地储存技术优化

Web技术较C/S而言，有适用性强、共享性强、业务拓展方便及维护简单等优势，但对于调用体量较大的三维几何数据来说，也存在服务器压力大，访问速度慢等问题，相对C/S来说却不受网速影响。

综合考虑Web及C/S技术的优缺点，艾三维技术BIM中心研发的数字化交付与智能运维平台采取Web+C/S的技术措施，将模型轻量化后生成离线数据包，并将数据包部署在本地服务器中，在Web上加载模型时直接从本地服务器上提取数据，大幅度解决了从广域网中提取信息受网速限制的问题。

后台加载、按需调用技术优化

目前绝大部分BIM平台均是采取后台一次全部加载数据，前端按需显示的模式，此种方式的弊端在于打开Web端后需要将所有数据加载完毕后方可进行各类应用场景操作，对于体量较大的项目而言，打开Web端首页就是需要耗费较长的时间。

因此，对于此类问题，除本地储存外，数字化与智能运维平台同时也采取了针对不用业务场景，采取数据分批次、渐进式后台自动加载，前端按需显示的手段，以此减少数据加载延时，提升平台使用流畅感。

如，在进去Web端首页时只需加载完成项目建筑及结构三维几何数据后即可显示首页内容，在用户浏览首页时，同时在后台继续加载其他数据，以便用户进行其他应用场景操作，即可保障快速打开首页。同时针对大模型进行LOD方案处理，在三维几何数据轻量化处理阶段，依据空间位置计算，将构件进行空间位置的排序来确定模型的轮廓，保证用户初始加载模型就能看到模型的整体轮廓。 通过多重LOD计算方案，为同一个构件分别生成轮廓模型与精细实体材质模型。在三维几何数据的实时渲染阶段，通过实时计算视点与模型的距离，进行动态的轮廓模型与精细实体模型的内存加载与渲染。从而在不影响视觉效果的前提下提高本地电脑实时渲染BIM模型的效率。

BIM轻量化技术优化流程

研究结论

BIM轻量化的关键一方面在于三维几何图形的处理，一方面在于非几何数据的处理，目前WebGL技术在三维几何图形优化方面已相对成熟；针大体量，高精度的项目模型，艾三维技术BIM中心采取本地储存、后台加载及按需调用等技术手段，最大限度的提升了模型加载速度及应用场景流畅度，而针对非几何数据，则采用数模分离技术+云数据库，保障了数字化交付中庞大数据的安全储存及快速调用。

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