CN112202861B - 一种基于bim的水电工程工法管理应用系统 - Google Patents
一种基于bim的水电工程工法管理应用系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，包括客户端和服务器，客户端和服务器之间通过以太网实现双向连接，服务器和管理应用系统之间通过以太网实现双向连接，管理应用系统与中央处理模块实现双向连接，中央处理模块分别与企业认证模块、轻量化模块、工具牵引单元、数据应用单元和信息存储模块实现双向连接，本发明涉及水电工程工法管理信息技术领域。该基于BIM的水电工程工法管理应用系统，通过三维可视化工法的设计、展现、管理与应用，融会BIM、移动互联网、交互和虚拟现实等技术，通过在PC端、WEB端等的轻量化呈现，解决传统工法存在的验证难、培训难、传承难等问题，弥补了工法三维可视化的技术短板。
Description
技术领域
本发明涉及水电工程工法管理信息技术领域，具体为一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统。
背景技术
传统工艺工法的验证、传递、培训、传承和累积都是以普通电子文档的形式来进行的。这种文字加点、线、面的2D平面形式，较为落后且不够全面，对工艺工法的检索、查阅、数据编辑、分析对比缺乏信息化手段，没有形成标准化工艺技术、流程、模型设计的管理体系；传统手段对工艺工法的制作、使用、演示等，表现形式单一，内容缺少针对性，问题发现和沟通之间难以有效衔接，在传递过程中容易造成信息理解的偏差，增大知识损耗。并且培训方案不标准，使得每个工人学到的东西不尽相同传递效率低下；平面图纸表达的三维物体在交底中不易被理解，抽象的技术、经验难以具像化。由于技术人员专业知识和认识水平不同，在复杂工艺工法的沟通上存在一定局限。传统工作模式基本是以专业为单位，只有本专业完成之后才会进行相互之间的校对与核查，缺乏协同与交流，在交底中容易出现脱节或纰漏；工艺工法的施工现场与设计虚拟模型的对应关系复杂，通过移动互联网和终端设备，如果能在工程现场观摩虚拟模型，增强视觉冲击，则可加深理解和记忆，帮助工人学习实践操作的细节，有效提升现场培训和施工质量水平。
现有的相关技术如严肃游戏，其重点体现在作用和形式上，从游戏的设计到实现包括三个部分，游戏设计、美术设计和技术平台，现有的技术主要指技术平台方面，以往的三维模型导入技术平台中，利用不同的输入装置的输入触发统一的控制接受处理，水利水电因为行业的独特性，现有工法技术难以融入到现有的交互程序中，水电工程的具体施工工艺工法复杂属性、参数的仿真模拟与交互式操作仍属于空白，目前严肃游戏的场景还普遍停留在固定场景和时效场景中，交互较为局限，为此，特提供一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，解决了传统工法存在的验证难、培训难和传承难的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，包括客户端和服务器，所述客户端和服务器之间通过以太网实现双向连接，所述服务器和管理应用系统之间通过以太网实现双向连接，所述管理应用系统与中央处理模块实现双向连接，所述中央处理模块分别与企业认证模块、轻量化模块、工具牵引单元、数据应用单元和信息存储模块实现双向连接，所述中央处理模块的输出端与业务处理单元的输入端连接，所述数据应用单元与多样化展示单元实现双向连接，所述业务处理单元的输出端与信息存储模块的输入端连接，所述数据应用单元包括交互设计模块和界面设计模块，所述交互设计模块与界面设计模块实现双向连接。
优选的，所述工具牵引单元包括工具选择模块、准则确定模块、模型完善模块和模型导出模块，所述工具选择模块的输出端与准则确定模块的输入端连接，所述准则确定模块的输出端与模型完善模块的输入端连接，所述模型完善模块的输出端与模型导出模块的输入端连接。
优选的，所述工具选择模块用于通过针对不同专业或类型工艺工法，筛选出如Autodesk、Intergraph、AVEVA、Bentley、CATIA主流设计工具。
优选的，所述管理应用系统通过借助严肃游戏形式和BIM技术并采用标准的B/S架构使用JAVA语言开发制得。
优选的，所述客户端包括PC端、Web端、智能端与外部应用移动端。
优选的，所述交互设计模块为用业务脚本和工法参数来规划和描述事物的行为方式，使交互者去控制工程工法中角色的行动的设计模块，所述界面设计模块是指用户和物体进行互动、和水电工法进行信息交流的媒介模块。
优选的，所述多样化展示单元包括步骤解析模块、重点标注模块、模型分解模块和加强训练模块，所述步骤解析模块的输出端与重点标注模块的输入端连接，所述重点标注模块的输出端与模型分解模块的输入端连接，所述模型分解模块的输出端与加强训练模块的输入端连接。
优选的，所述业务处理单元包括成果移交模块和工艺工法库，所述成果移交模块与工艺工法库实现双向连接。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统。具备以下有益效果：
(1)、该基于BIM的水电工程工法管理应用系统，通过借助严肃游戏形式和BIM技术，将行业各阶段的认知负荷从人类身上转移到管理应用系统上，凭借BIM和信息化手段来达成各个业务、技术过程之间潜在的转换，实现传统模式下文字加点、线、图表的2D平面形式向三维可视化形式的平稳过渡，实现三维可视化工艺工法的设计、展现、管理与应用，通过工程工法可视化、标准化和交互，实现缩短5％-10％的施工周期，减少20％-25％的各专业协调时间，提高协同与交流效率；在可视化和参数化的基础上，通过BIM技术的虚拟仿真，利用采集到的工法数据来对工程工法建模，实现工法的参数化、智能化，降低培训成本，提高技术人员的水平。
(2)、该基于BIM的水电工程工法管理应用系统，通过在逻辑上把整个系统划分为展现层、业务逻辑层和数据层的多层体系结构，每一层都有一套定义好的接口，为上层透明访问提供清晰明确的接口，数据引擎、消息引擎、门户引擎和工作流引擎，把系统横向和纵向进行了多维度的打通和贯穿，从而使得各孤立的构件和模块成为一套有机的生态系统，管理应用系统采用标准的B/S架构使用JAVA语言进行开发，具有较强扩展性，支持各种部署模式、各种操作系统、各种数据库和中间件，并具备完备的配置体系、接口体系和插件体系，从而支持未来的扩展空间。
(3)、该基于BIM的水电工程工法管理应用系统，通过轻量化模块的设置，在项目提供的工艺工法模型数据量大时，使用轻量化的引擎可以在普通配置机器上快速打开大量的BIM数据，在有关线性场景的工艺工法过程中，需要大量的地理信息数据作支撑，传统的BIM浏览软件难以快速加载地理信息数据，与BIM数据也无法有效融合，结合GIS+BIM的轻量化引擎可以融汇GIS和BIM数据进行工艺工法数据轻量化展示，
(4)、该基于BIM的水电工程工法管理应用系统，通过多样化展示单元的设置，利用步骤解析模块将模型的构建步骤解析列举出来，通过重点标注模块对关键信息进行标注，方便把握学习的中间，利用模型分解模块将整个模型按照步骤解析进行分析，用户可以根据自身的学习需要，通过加强训练模块对某个步骤或者说模型的某个组件进行强化训练，这样可以更加快速的在普通配置机器上显示出需要的BIM数据，令用户可以流畅的使用。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明工具牵引单元的系统原理框图；
图3为本发明数据应用单元的系统原理框图；
图4为本发明业务处理单元的系统原理框图；
图5为本发明多样化展示单元的系统原理框图；
图6为本发明逻辑分层的架构示意图。
图中，1、客户端；2、服务器；3、管理应用系统；4、中央处理模块；5、企业认证模块；6、轻量化模块；7、工具牵引单元；8、数据应用单元；9、信息存储模块；10、业务处理单元；11、交互设计模块；12、界面设计模块；13、工具选择模块；14、准则确定模块；15、模型完善模块；16、模型导出模块；17、成果移交模块；18、工艺工法库；19、多样化展示单元；20、步骤解析模块；21、重点标注模块；22、模型分解模块；23、加强训练模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，包括客户端1和服务器2，客户端1和服务器2之间通过以太网实现双向连接，服务器2和管理应用系统3之间通过以太网实现双向连接，管理应用系统3与中央处理模块4实现双向连接，中央处理模块4为ARM9系列处理器，中央处理模块4分别与企业认证模块5、轻量化模块6、工具牵引单元7、数据应用单元8和信息存储模块9实现双向连接，轻量化模块6是指GIS+BIM构成的轻量化引擎，中央处理模块4的输出端与业务处理单元10的输入端连接，数据应用单元8与多样化展示单元19实现双向连接，业务处理单元10的输出端与信息存储模块9的输入端连接，数据应用单元8包括交互设计模块11和界面设计模块12，交互设计模块11与界面设计模块12实现双向连接，企业认证模块5为统一的企业认证管理模块，能够解决系统集成中的企业认证和用户登录验证问题，实现个人用户/企业用户的统一身份认证、统一用户管理、统一登录管理，本系统通过建立BIM模型挂接工艺工法数据的标准规范，使得业务数据通过BIM模型进行有效展示，从而通过三维可视化降低工艺工法认知负荷，为数字化管理应用打好基础，数据应用单元8采用J2EE技术实现业务逻辑，并通过云服务进行数据交互和集成，提供三维数字化各项服务，包括工艺工法库、三维可视化演示、工艺工法交底、工艺工法培训、移动端与虚拟现实和数据管理。
进一步的，工具牵引单元7包括工具选择模块13、准则确定模块14、模型完善模块15和模型导出模块16，工具选择模块13的输出端与准则确定模块14的输入端连接，准则确定模块14的输出端与模型完善模块15的输入端连接，模型完善模块15的输出端与模型导出模块16的输入端连接，通过工具选择模块13选择设计工具后，依据准则确定模块14中对应的工艺规范、工法标准、施工方案与评定规范等准则，设计制作模型，通过模型完善模块15利用可视化数据、渲染、视频剪辑技术，结合虚拟现实等媒体技术，完整、精细地展现施工工艺工法过程，最后通过模型导出模块16将制作完成的模型导出。
进一步的，工具选择模块13用于通过针对不同专业或类型工艺工法，筛选出如Autodesk、Intergraph、AVEVA、Bentley、CATIA主流设计工具，依托于第三方专业工具进行模型三维可视化的过度。
进一步的，管理应用系统3通过借助严肃游戏形式和BIM技术并采用标准的B/S架构使用JAVA语言开发制得，具有较强的扩展性，并且该技术结构支持各种服务器、操作系统、数据库、中间件和应用软件。
进一步的，客户端1包括PC端、Web端、智能端与外部应用移动端。
进一步的，交互设计模块11为用业务脚本和工法参数来规划和描述事物的行为方式，使交互者去控制工程工法中角色的行动的设计模块，界面设计模块12是指用户和物体进行互动、和水电工法进行信息交流的媒介模块。
进一步的，多样化展示单元19包括步骤解析模块20、重点标注模块21、模型分解模块22和加强训练模块23，步骤解析模块20的输出端与重点标注模块21的输入端连接，重点标注模块21的输出端与模型分解模块22的输入端连接，模型分解模块22的输出端与加强训练模块23的输入端连接。
进一步的，业务处理单元10包括成果移交模块17和工艺工法库18，成果移交模块17与工艺工法库18实现双向连接，按照工艺工法目录对需要移交的可视化成果进行分类和整理，使其满足审批要求后，采用系统自动审核和人工审核相结合的方式记性审核，审核过后，存放到工艺工法库18中。
使用前，系统会选取具有代表性、先进性和普适性的部分工艺工法建造交互式模拟的可视化成果，放入工艺工法库18中，在工作时，通过客户端1进入服务器2中并连接至管理应用系统3中，通过企业认证模块5进行身份注册验证，即可进入到数据应用界面，通过界面设计模块12和交互设计模块11的配合，对系统中的模型进行操控，即通过工具选择模块13选择出适配的专业设计工具，依据准则确定模块14中对应的工艺规范、工法标准、施工方案与评定规范等准则，设计制作模型，通过模型完善模块15利用可视化数据、渲染、视频剪辑技术，结合虚拟现实等媒体技术，完整、精细地展现施工工艺工法过程，最后通过模型导出模块16将制作完成的模型导出，再通过成果移交模块17将导出的模型已送至工艺工法库18中，存储在信息存储模块9中，用户不但可以观察到模型的诞生过程，还能够参与到模型的制作过程中，体会更加深刻，针对使用不同设计工具的用户，在观察模型诞生时会有或多或少的疑惑，这样在多样化展示单元19的配合下，对模型进行详细的解析和分解，并对其进行重点标注，用户可以在随时选择自己疑惑的版块进行重复式强化联系，从而迅速掌握对应的信息，随着将越来越多的信息输入设备被应用于模拟工艺工法的交互，将带给施工人员更多互动和体验，将现实世界中的工艺工法属性融入到虚拟世界中，对工艺工法施工重要环节进行三维可视化模拟，展示工艺工法原理，拓展了培训和交底的方式，提高学习教育的效率和质量。
随着BIM技术的不断完善，通过对工艺工法的多维的、繁复的技法数据运用信息化手段，借助严肃游戏形式和BIM技术，将行业各阶段的认知负荷从人类身上转移到以模型为基础、计算机控制的系统上，系统将各个过程间的、含糊不清的关系显现出来，凭借BIM和信息化手段来达成各个业务、技术过程之间潜在的转换，实现传统模式下文字加点、线、图表的2D平面形式向三维可视化形式的平稳过渡，实现三维可视化工艺工法的设计、展现、管理与应用，系统以数据驱动为核心，以三维可视化为手段，融会严肃游戏、移动互联网和虚拟、增强现实技术，借助系统载体实现水电工程工法技术管理体系的标准化，开展基础共性关键技术、算法的应用，满足工艺工法的培训、交底、演示等目的，利用云计算服务实现快速推广和应用，为工法提供技术咨询、优化论证和为水电工程全寿命周期的建设提供强有力的数据支撑，从而提升水电工程施工的效率和质量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，包括客户端(1)和服务器(2)，所述客户端(1)和服务器(2)之间通过以太网实现双向连接，其特征在于：所述服务器(2)和管理应用系统(3)之间通过以太网实现双向连接，所述管理应用系统(3)与中央处理模块(4)实现双向连接，所述中央处理模块(4)分别与企业认证模块(5)、轻量化模块(6)、工具牵引单元(7)、数据应用单元(8)和信息存储模块(9)实现双向连接，所述中央处理模块(4)的输出端与业务处理单元(10)的输入端连接，所述数据应用单元(8)与多样化展示单元(19)实现双向连接，所述业务处理单元(10)的输出端与信息存储模块(9)的输入端连接，所述数据应用单元(8)包括交互设计模块(11)和界面设计模块(12),所述交互设计模块(11)与界面设计模块(12)实现双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，其特征在于：所述工具牵引单元(7)包括工具选择模块(13)、准则确定模块(14)、模型完善模块(15)和模型导出模块(16)，所述工具选择模块(13)的输出端与准则确定模块(14)的输入端连接，所述准则确定模块(14)的输出端与模型完善模块(15)的输入端连接，所述模型完善模块(15)的输出端与模型导出模块(16)的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，其特征在于：所述工具选择模块(13)用于通过针对不同专业或类型工艺工法，筛选出如Autodesk、Intergraph、AVEVA、Bentley、CATIA主流设计工具。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，其特征在于：所述管理应用系统(3)通过借助严肃游戏形式和BIM技术并采用标准的B/S架构使用JAVA语言开发制得。
5.根据权利要求1所述的一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，其特征在于：所述客户端(1)包括PC端、Web端、智能端与外部应用移动端。
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，其特征在于：所述交互设计模块(11)为用业务脚本和工法参数来规划和描述事物的行为方式，使交互者去控制工程工法中角色的行动的设计模块，所述界面设计模块(12)是指用户和物体进行互动、和水电工法进行信息交流的媒介模块。
7.根据权利要求1所述的一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，其特征在于：所述多样化展示单元(19)包括步骤解析模块(20)、重点标注模块(21)、模型分解模块(22)和加强训练模块(23)，所述步骤解析模块(20)的输出端与重点标注模块(21)的输入端连接，所述重点标注模块(21)的输出端与模型分解模块(22)的输入端连接，所述模型分解模块(22)的输出端与加强训练模块(23)的输入端连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于BIM的水电工程工法管理应用系统，其特征在于：所述业务处理单元(10)包括成果移交模块(17)和工艺工法库(18)，所述成果移交模块(17)与工艺工法库(18)实现双向连接。
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