CN112347212A - 面向bim应用的铁路云gis平台及其搭建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及面向BIM应用的铁路云GIS平台及其搭建方法，平台包括：展现层，用于为终端用户提供面向BIM应用的交互窗口；业务应用层，用于提供面向铁路BIM业务应用服务的通用微服务功能模块；平台服务层，提供云GIS服务、云GIS管理、BIM数据服务、中间件和二次开发环境；数据服务层，用于数据存储、加工、处理和发布服务；基础设施服务层，用于提供云GIS基础设施软硬件环境和云GIS资源管理工具。本发明充分利用云GIS框架特点，改变传统BIM模型处理方式，将BIM模型的转换、解析、轻量化等耗时工作放到云环境下，有利于实现资源的动态分配和充分利用。

Description

面向BIM应用的铁路云GIS平台及其搭建方法

技术领域

本发明涉及铁路及城市轨道交通建设的信息化技术领域，具体涉及一种面向BIM应用的铁路云GIS平台及其搭建方法。

背景技术

近年来，随着BIM技术在铁路领域的兴起，以GIS+BIM为核心的数字化三维技术给工程建设企业生产及管理效率提升带来新的驱动力。建立以BIM应用为中心、GIS技术为载体的信息化体系，有利于提升项目生产效率、提高工程质量、缩短工期、降低建造成本等。但是，传统的GIS+BIM应用研究均基于个人PC，其缺点是：

（1）BIM模型的格式转换和轻量化处理均是基于插件的数据处理模式，不仅速度慢、效率低，而且占用本地计算资源，并且对计算的配置要求较高；

（2）BIM模型转换为GIS模型后，数据量剧增，占用了更大的存储空间，个人PC需要外接移动硬盘进行数据存储，导致数据读写速度降低；

（3）进行一次BIM模型的修改，又要花费几天的时间进行转换和集成，无法针对局部构件进行转换和更新，整合上百公里的铁路BIM模型，需要付出巨大的时间代价，虽然配置更高性能的计算机可以解决一些问题，但无法满足上千公里铁路BIM模型集成应用的需要。

（4）BIM模型的设计、格式、交付缺少统一的标准，导致需要在不同软件下对BIM数据进行处理，增加了额外的工作时间，一定程度上降低了工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向BIM应用的铁路云GIS平台及其搭建方法，建立BIM模型云端处理技术体系，解决基于PC端BIM模型处理慢、效率低、数据量大、复用率低等问题，从而提高BIM数据处理效率，提升GIS+BIM应用价值。

本发明所采用的技术方案为：

面向BIM应用的铁路云GIS平台，其特征在于：

所述平台包括，展现层、业务应用层、平台服务层、数据服务层和基础设施服务层；

展现层，用于为终端用户提供面向BIM应用的交互窗口；

业务应用层，用于提供面向铁路BIM业务应用服务的通用微服务功能模块，采用RESTful API方式与平台服务层进行数据传递；

平台服务层，基于Docker容器和Kubernetes编排工具，用于提供云GIS服务、云GIS管理、BIM数据服务、中间件和二次开发环境，实现基础信息管理和资源监控预警管理，将资源服务转化为应用程序接口，并提供开发和运行环境，形成门户平台；

数据服务层，用于提供对矢量数据、栅格数据、瓦片数据、BIM数据、结构化数据和非结构化数据的存储、加工、处理和发布服务；

基础设施服务层，用于提供云GIS基础设施软硬件环境和云GIS资源管理工具，主要包括服务器、存储设备、数据库、网络资源、操作系统、GIS软件、虚拟化资源池，实现资源的按需分配、动态管理和虚拟化处理。

展现层中的终端用户包括Web端、移动端和桌面端用户。

平台服务层中的BIM数据服务，采用三维GIS引擎，将Revit、Bentley、IFC不同格式的BIM模型文件转换为3D Tiles瓦片数据，并调用基础设施服务层的硬件资源，实现BIM模型的虚拟化存储，同时将解析后的BIM模型发布为标准服务，供业务应用层调用。

基础设施服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）配置服务器为CentOS7操作系统，建立网络环境，修改主机端口，设置防火墙，安装GIS软件；

（2）根据铁路工程项目BIM模型的体量、数据存储方式确定基础云平台硬件资源池化方案，将物理硬件进行虚拟化，实现服务器虚拟化、存储虚拟化、数据库虚拟化和资源池的虚拟化；

（3）搭建私有环境中的云GIS基础设施，整合GIS软件，使GIS的服务能力云化。

数据服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）收集整理不同类型的BIM数据，包括dgn、rvt、ifc、obj格式；

（2）根据矢量数据、栅格数据、瓦片数据、倾斜数据、点云数据不同类型的格式分别建立GIS空间数据库；

（3）构建符合当前自主管理的虚拟化云GIS数据中心。

平台服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）配置Docker容器和Kerbunetes自动编排工具；

（2）在Docker容器中安装Revit和Bentley Microstation开发环境，提供BIM模型格式转换基础，包含Windows操作系统、Revit SDK、BentleySDK、Java、Tomcat、Maven；

（3）通过三维GIS引擎实现对BIM模型的格式转换、结构树解析，将费时的计算在云端进行处理。

业务应用层的搭建由以下步骤实现：

（1）利用云计算的微服务架构，基于SpringCloud和Docker实现铁路BIM应用功能的解耦和服务化拆分以及相互间的运行隔离，提高计算性能和资源利用率；

（2）将铁路BIM应用功能划分为设计、施工和运维三个阶段，其中设计阶段的功能是进行BIM模型的设计、构件结构树组织、格式转换、轻量化处理、分布式存储；施工和运维阶段的业务以质量、安全、进度、物资、施组模块为主；

（3）针对B/S架构下的多终端的统一访问，采用表述性状态转移架构思想，实现基于标准HTTP协议的API接口设计，使得RESTful API通过Web和移动网络即可获取云GIS服务、BIM数据服务。

本发明具有以下优点：

1、本发明充分利用云GIS框架特点，基于其虚拟化、高并发、高伸缩性和按需服务的优势，改变传统BIM模型处理方式，将BIM模型的转换、解析、轻量化等耗时工作放到云环境下，有利于实现资源的动态分配和充分利用，提高硬件资源的利用率，从而提高BIM模型的处理效率。

2、将BIM模型存储在云端，形成数据资产，提高了数据安全性和复用性。

附图说明

图1为本发明的平台结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种面向BIM应用的铁路云GIS平台，所述平台包括，展现层、业务应用层、平台服务层、数据服务层和基础设施服务层；

展现层，用于为终端用户提供面向BIM应用的交互窗口；展现层中的终端用户包括Web端、移动端和桌面端用户；

业务应用层，用于提供面向铁路BIM业务应用服务的通用微服务功能模块，采用RESTful API方式与平台服务层进行数据传递；

平台服务层，基于Docker容器和Kubernetes编排工具，用于提供云GIS服务、云GIS管理、BIM数据服务、中间件和二次开发环境，实现基础信息管理和资源监控预警管理，将资源服务转化为应用程序接口，并提供开发和运行环境，形成门户平台；平台服务层中的BIM数据服务，采用三维GIS引擎，将Revit、Bentley、IFC不同格式的BIM模型文件转换为3D Tiles瓦片数据，并调用基础设施服务层的硬件资源，实现BIM模型的虚拟化存储，同时将解析后的BIM模型发布为标准服务，供业务应用层调用；

数据服务层，用于提供对矢量数据、栅格数据、瓦片数据、BIM数据、结构化数据和非结构化数据的存储、加工、处理和发布服务；

基础设施服务层，用于提供云GIS基础设施软硬件环境和云GIS资源管理工具，主要包括服务器、存储设备、数据库、网络资源、操作系统、GIS软件、虚拟化资源池，实现资源的按需分配、动态管理和虚拟化处理。

上述平台各层的搭建方法步骤包括：

1、基础设施服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）配置服务器为CentOS7操作系统，建立网络环境，修改主机端口，设置防火墙，安装GIS软件；

（2）根据铁路工程项目BIM模型的体量、数据存储方式确定基础云平台硬件资源池化方案，具体过程是：BIM模型数据量为TB级，并以离散碎片小文件方式存储为主，采用分布式存储资源池策略，以存储型服务器为主，提供块存储、对象存储及小文件存储，以非结构化数据为中心，将不同项目中的BIM模型存储到物理独立的存储节点中，将活跃数据通过SSD进行存储，提高查询检索效率；如果数据量在GB级，以单文件方式存储为主时，采用高性能数据库资源计算池。同时，将物理硬件（CPU、内存、网络、存储硬盘、GPU等）进行虚拟化，实现服务器虚拟化、存储虚拟化、数据库虚拟化和资源池的虚拟化；

（3）搭建私有环境中的云GIS基础设施，整合GIS软件，使GIS的服务能力云化。

2、数据服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）收集整理不同类型的BIM数据，包括dgn、rvt、ifc、obj格式；

（2）根据矢量数据、栅格数据、瓦片数据、倾斜数据、点云数据不同类型的格式分别建立GIS空间数据库；

（3）构建虚拟化云GIS数据中心。

3、平台服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）配置Docker容器和Kerbunetes自动编排工具；

（2）在Docker容器中安装Revit和Bentley Microstation开发环境，提供BIM模型格式转换基础，包含Windows操作系统、Revit SDK、BentleySDK、Java、Tomcat、Maven；

（3）通过三维GIS引擎实现对BIM模型的格式转换（主要包括从dgn、rvt、ifc到3dtiles、gltf、obj的格式转换）、结构树解析（对BIM模型的构件逻辑层级关系及构件实例化特征进行提取，特征主要包括：构件的属性、几何、纹理、空间位置及项目信息），将费时的计算在云端进行处理，通过将BIM模型上传到铁路云GIS平台，平台根据上传的数据格式自动进行处理（中间有很多计算和格式转换过程），形成最终的3d tiles数据格式，并存储在云端。

4、业务应用层的搭建由以下步骤实现：

（1）利用云计算的微服务架构，基于SpringCloud和Docker实现铁路BIM应用功能的解耦和服务化拆分以及相互间的运行隔离，提高计算性能和资源利用率；

解耦过程为：采用面向接口进行编程，并通过依赖倒置和现有设计模式，如观察者模式、工厂模式、单例模式，减低功能模块之间的耦合度；

服务化拆分过程为：首先拆分业务需求，将重难点工程的质量、安全、进度计划等公共功能进行提取，形成独立的服务，注册到SpringCloud服务中心；

运行隔离过程为：每一个独立的服务部署到一个docker中，不同服务之间实现运行隔离，保证一个服务的失效不影响其他服务运行。

（2）将铁路BIM应用功能划分为设计、施工和运维三个阶段，其中设计阶段的功能是实现BIM模型的交付、格式转换、轻量化处理、分布式存储；施工和运维阶段的业务以质量、安全、进度、物资、施组模块为主；

（3）针对B/S架构下的多终端的统一访问，采用表述性状态转移架构思想，实现基于标准HTTP协议的API接口设计，使得RESTful API通过Web和移动网络即可获取云GIS服务、BIM数据服务。

参见图1，本发明搭建的面向BIM应用的铁路云GIS平台，包括展现层、业务应用层、平台服务层、数据服务层、基础设施服务层，其中：

所述展现层用于为终端用户提供面向BIM应用的交互窗口，终端用户主要包括Web端、移动端和桌面端用户。

所述业务应用层用于提供面向铁路BIM业务应用服务的通用微服务功能模块，采用RESTful API方式与平台服务层进行数据传递。

所述平台服务层基于Docker容器和Kubernetes编排工具，用于提供云GIS服务、云GIS管理、BIM数据服务、中间件和二次开发环境，实现基础信息管理和资源监控预警管理，将资源服务转化为应用程序接口，并提供开发和运行环境，形成门户平台。所述BIM数据服务主要采用三维GIS引擎，将Revit、Bentley、IFC等不同格式的BIM模型文件转换为3DTiles瓦片数据，并调用基础设施服务层的硬件资源，实现BIM模型的虚拟化存储，同时将解析后的BIM模型发布为标准服务，供业务应用层调用。

所述数据服务层用于提供对矢量数据、栅格数据、瓦片数据、BIM数据、结构化数据和非结构化数据的存储、加工、处理和发布服务。

所述基础设施服务层用于提供云GIS基础设施软硬件环境和云GIS资源管理工具，主要包括服务器、存储设备、数据库、网络资源、操作系统、GIS软件、虚拟化资源池，实现资源的按需分配、动态管理和虚拟化处理。

本发明充分利用云GIS技术的虚拟化、高并发、高伸缩性和按需服务，很大程度上解决了上述BIM模型数据量大、传输存储困难和运算时间长等问题，有利于实现资源的动态分配和充分利用，提高硬件资源的利用率，为GIS+BIM应用提供了新的思路。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.面向BIM应用的铁路云GIS平台，其特征在于：

所述平台包括，展现层、业务应用层、平台服务层、数据服务层和基础设施服务层；

展现层，用于为终端用户提供面向BIM应用的交互窗口；

业务应用层，用于提供面向铁路BIM业务应用服务的通用微服务功能模块，采用RESTful API方式与平台服务层进行数据传递；

平台服务层，基于Docker容器和Kubernetes编排工具，用于提供云GIS服务、云GIS管理、BIM数据服务、中间件和二次开发环境，实现基础信息管理和资源监控预警管理，将资源服务转化为应用程序接口，并提供开发和运行环境，形成门户平台；

数据服务层，用于提供对矢量数据、栅格数据、瓦片数据、BIM数据、结构化数据和非结构化数据的存储、加工、处理和发布服务；

基础设施服务层，用于提供云GIS基础设施软硬件环境和云GIS资源管理工具，主要包括服务器、存储设备、数据库、网络资源、操作系统、GIS软件、虚拟化资源池，实现资源的按需分配、动态管理和虚拟化处理。

2.根据权利要求1所述的面向BIM应用的铁路云GIS平台，其特征在于：

展现层中的终端用户包括Web端、移动端和桌面端用户。

3.根据权利要求2所述的面向BIM应用的铁路云GIS平台，其特征在于：

平台服务层中的BIM数据服务，采用三维GIS引擎，将Revit、Bentley、IFC不同格式的BIM模型文件转换为3D Tiles瓦片数据，并调用基础设施服务层的硬件资源，实现BIM模型的虚拟化存储，同时将解析后的BIM模型发布为标准服务，供业务应用层调用。

4.根据权利要求3所述的面向BIM应用的铁路云GIS平台的搭建方法，其特征在于：

基础设施服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）配置服务器为CentOS7操作系统，建立网络环境，修改主机端口，设置防火墙，安装GIS软件；

（2）根据铁路工程项目BIM模型的体量、数据存储方式确定基础云平台硬件资源池化方案，将物理硬件进行虚拟化，实现服务器虚拟化、存储虚拟化、数据库虚拟化和资源池的虚拟化；

（3）搭建私有环境中的云GIS基础设施，整合GIS软件，使GIS的服务能力云化。

5.根据权利要求4所述的面向BIM应用的铁路云GIS平台的搭建方法，其特征在于：

数据服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）收集整理不同类型的BIM数据，包括dgn、rvt、ifc、obj格式；

（2）根据矢量数据、栅格数据、瓦片数据、倾斜数据、点云数据不同类型的格式分别建立GIS空间数据库；

（3）构建符合当前自主管理的虚拟化云GIS数据中心。

6.根据权利要求5所述的面向BIM应用的铁路云GIS平台的搭建方法，其特征在于：

平台服务层的搭建由以下步骤实现：

（1）配置Docker容器和Kerbunetes自动编排工具；

（2）在Docker容器中安装Revit和Bentley Microstation开发环境，提供BIM模型格式转换基础，包含Windows操作系统、Revit SDK、BentleySDK、Java、Tomcat、Maven；

（3）通过三维GIS引擎实现对BIM模型的格式转换、结构树解析，将费时的计算在云端进行处理。

7.根据权利要求6所述的面向BIM应用的铁路云GIS平台的搭建方法，其特征在于：

业务应用层的搭建由以下步骤实现：

（1）利用云计算的微服务架构，基于SpringCloud和Docker实现铁路BIM应用功能的解耦和服务化拆分以及相互间的运行隔离，提高计算性能和资源利用率；

（2）将铁路BIM应用功能划分为设计、施工和运维三个阶段，其中设计阶段的功能是进行BIM模型的设计、构件结构树组织、格式转换、轻量化处理、分布式存储；施工和运维阶段的业务以质量、安全、进度、物资、施组模块为主；

（3）针对B/S架构下的多终端的统一访问，采用表述性状态转移架构思想，实现基于标准HTTP协议的API接口设计，使得RESTful API通过Web和移动网络即可获取云GIS服务、BIM数据服务。

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