CN115033380A - 基于bim技术的建筑工程智能一体化云平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，包括：BIM服务器和每个主要参与者中的平台管理服务器以及施工现场管理系统；其中，BIM服务器包括用户层、云计算支持层和数据层；施工现场管理系统包括：提供给工作组技术负责人的移动设备，现场管理系统数据库，操作中心。提供基于云计算的BIM数据集成管理平台，支持各参与方根据各自的数据需求分布式建立、存储、管理和应用BIM数据，并通过平台实现数据传输和共享，同时保证分布式BIM数据的逻辑集成和一致性；基于BIM技术构建图形数据模型的方法，在BIM中生成相应的3D模型，并评估每个候选对象对在预定义约束内确定总体最优解的适应性，其在规划模块化场外建筑的空间组织方面具有较强适用性。

Description

基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及建筑工程智能化领域，更具体地说，是一种基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台。

背景技术

施工是一个高度复杂的动态过程。施工过程与工期、成本、资源、场地之间存在着复杂的动态关系，具有很大的不确定性和随机性。因此，建设项目管理不仅要考虑建筑本身设计的独特性，还要考虑工期、成本、资源、场地等约束条件。寻求进度、成本、质量三大管理指标的动态平衡是贯穿整个施工过程的复杂管理活动，具有信息量大、信息变化快、涉及因素复杂的特点，因此，信息技术在建设项目管理领域的潜在应用价值是巨大的。目前最流行的建筑信息建模(BIM)的目标是基于三维数字技术构建一个包含项目各类工程信息的建筑信息模型，实现建筑全生命周期各阶段、多参与者的信息互用、全面共享。但目前BIM技术主要应用于本地应用点，无法实现项目生命周期各阶段、各专业、多参与者的数据集成管理和综合信息共享循环。BIM技术的整体应用价值难以体现，阻碍了BIM技术的进一步发展和深入应用。

众所周知，在建筑行业，施工现场的管理意味着必须优化组织建筑工程施工所需的大量资源，即材料、劳动力、机器、设备和第三方服务。特别是，劳动力被组织成由不同专业和资质的人员组成的工作团队。建筑行业的公司必须同时管理分布在全境的多个建筑工地。因此，显然需要以最佳方式组织和管理工作请求，以便在不浪费资源和手段的情况下，协调和优化各种工作和干预措施的执行。

由于其更高的效率和生产力，利用制造设施中制造的预制预加工结构的场外施工技术进行现场安装，已成为一种普遍现象。模块化建筑在很大程度上依赖于上游设计阶段，以确保与预制和现场安装的无缝通信。不同类型的立体模块需要根据模块化结构的现有建筑法规进行适当设计和集成。BIM提供了建筑几何和语义的虚拟表示，可用于支持预制行业的设计生成和优化。BIM已被用于多层模块化建筑的建造、模块布局规划的优化、建筑内部的自动生成设计以及制造和装配设计。为此，一些研究人员提出了BIM中的图形数据模型，旨在为早期设计解决方案的建模和管理提供新的前景。传统的图形数据模型没有明确描述不同模块单元的空间组织和各个模块的配置。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台。

基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，包括：BIM服务器和每个主要参与者中对应的平台管理服务器以及施工现场管理系统；

其中，BIM服务器包括用户层、云计算支持层和数据层；

其中，用户层包括平台管理服务器对应的用户，云计算支持层包括：控制器、用户网络权限认证、公共api接口、虚拟计算服务、虚拟存储服务、Web网络服务器，数据层包括：数据库系统、数据交换标准IFC、应用服务数据库系统；

平台管理服务器包括施工承包商服务器A、施工分包商服务器B、监理方服务器C、设计方服务器D以及业主方服务器E。

施工现场管理系统包括：

提供给工作组技术负责人的移动设备，配备有软件应用程序，包括接收、查看和向运营中心发送文本消息的指令；

现场管理系统数据库，其中存储有：每个工人的档案；工作团队卡；现场卡；

操作中心，适于向所述移动设备发送和接收消息，所述中心配备有所述数据库的咨询装置，用于将工作组分配到施工现场，并随后向所述移动设备发送消息，所述移动设备提供给所述工作组的技术负责人。

优选的，所述软件应用程序包括用于与所述移动设备中的地理定位设备交互的指令，以及用于将与所述移动设备检测到的真实位置相关的信息传输到所述操作中心的指令。

优选的，所述软件应用程序包括一个界面，用于查看将在施工现场进行的干预的时间顺序列表以及相关描述。

优选的，所述软件应用程序包括用于与所述移动设备中包括的道路导航系统交互的指令，用于开始向施工现场的位置导航。

优选的，所述控制单元配备有与道路导航系统交互的装置，用于确定每个团队的位置与各自施工现场位置之间的行程时间。

优选的，所述软件应用程序包括用于向操作中心发送预定义消息的指令，所述消息为″站点接管″或″站点放弃″类型。

优选的，考虑到BIM云平台的安全性和性能，企业构建私有云，结合公有云形成混合云。

本发明的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，有以下有益效果：

1)通过对项目BIM数据互用、分布式BIM数据管理、基于模型实体的BIM集成、面向服务的BIM应用，提供基于云计算的BIM数据集成管理平台，支持各参与方根据各自的数据需求分布式建立、存储、管理和应用BIM数据，并通过平台实现数据传输和共享，同时保证分布式BIM数据的逻辑集成和一致性；

2)施工现场管理系统将适当的工作团队分配到各个现场，从而将最合适的工作团队分配到特定的现场，建筑工地管理系统优化对个别工地进行特别干预的请求。

3)提供一种基于BIM的图形数据模型，用于模块化建筑基本特征的展示，旨在自动和优化模块化建筑的生成性，提供数据转换算法，将BIM中所需的信息转换为图形模型，用于分类信息查询；图形数据模型提供了一种全面、透明的方法来描述模块化建筑的基本特征，其在规划模块化场外建筑的空间组织方面具有较强的适用性。

附图说明

图1是本发明的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台的架构示意图。

图2是本发明的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台的BIM服务器架构示意图。

图3是本发明的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台的图形数据模型的数据转换算法流程图。

图4是本发明的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台的模块之间的空间关系示意图。

图5是本发明的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台的预制构件拓扑关系示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，包括：BIM服务器和每个主要参与者中的平台管理服务器以及施工现场管理系统；

其中，BIM服务器包括用户层、云计算支持层和数据层；

其中，用户层包括平台管理服务器对应的用户，云计算支持层包括：控制器、用户网络权限认证、公共api接口、虚拟计算服务、虚拟存储服务、Web网络服务器，数据层包括：数据库系统、数据交换标准IFC、应用服务数据库系统；

平台管理服务器包括施工承包商服务器A、施工分包商服务器B、监理方服务器C、设计方服务器D以及业主方服务器E。

施工现场管理系统包括：

提供给工作组技术负责人的移动设备，配备有软件应用程序，包括接收、查看和向运营中心发送文本消息的指令；

现场管理系统数据库，其中存储有：每个工人的档案；工作团队卡；现场卡；

操作中心，适于向所述移动设备发送和接收消息，所述中心配备有所述数据库的咨询装置，用于将工作组分配到施工现场，并随后向所述移动设备发送消息，所述移动设备提供给所述工作组的技术负责人，所述分配根据不同的因素进行，以尽量减少各个工作团队的干预时间。

所述软件应用程序包括用于与所述移动设备中的地理定位设备交互的指令，以及用于将与所述移动设备检测到的真实位置相关的信息传输到所述操作中心的指令。

所述软件应用程序包括一个界面，用于查看将在施工现场进行的干预的时间顺序列表以及相关描述。

所述软件应用程序包括用于与所述移动设备中包括的道路导航系统交互的指令，用于开始向施工现场的位置导航。

所述控制单元配备有与道路导航系统交互的装置，用于确定每个团队的位置与各自施工现场位置之间的行程时间。

所述软件应用程序包括用于向操作中心发送预定义消息的指令，所述消息为″站点接管″或″站点放弃″类型。

如图3所示，基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，BIM服务器还包括图形数据模型构建模块，构建模块执行如下步骤：

(1)识别BIM中的信息需求，包括IFC模型视图定义；

(2)模块化建筑方面的图形数据模型，以及；

(3)转换图形结构化数据以实现自动生成设计。

步骤(1)中，模块化建筑设计所需的信息是根据与从业人员的沟通以及发布的建筑法规确定的。信息要求应包括与模块化建筑的设计和预制相关的空间、拓扑、几何和语义方面。IFC模型视图定义旨在提供BIM环境中所需信息的结构化概述，同时考虑现有模型视图定义场地。相关预制构件之间的关系被视为新实体的参数约束。

识别信息需求时建立一个流程图，该流程图配置了不同利益相关者的任务，并在不同的设计阶段将产品、资源和数据交换需求的过程联系起来。该流程图规定模块化场外设计和施工的要求，通常将模块化建筑设计分为两个阶段，首先在″产品库″中建立各个模块的配置，然后结合不同类型的立体模块创建模块化平层的平面图，然后创建整个模块化建筑；进入下一阶段，工程师和承包商密切互动，以确定模块细节，包括尺寸、材料布局等。在模块现场预制和组装之前，通过早期承包商和制造商的参与来验证设计，以供审查。流程图定义了利益相关者之间必要的数据交换，为确定BIM环境中的正式信息需求提供了基础。根据明确的信息要求，提出新实体和属性列表，用于表示模型视图定义中立体模块的配置。

流程图覆盖开始、概念化、详细设计、施工前和施工的所有时间段，包括六个阶段，包括开发规划、建筑设计、工程设计、施工管理、场外制造和运输以及现场组装。在初始阶段，开发商初始化整个项目并定义客户的要求，这些要求可用于探索受特定场地限制的建筑体量计划。在概念化阶段，开发商确定了使用模块化结构进行空间规划的设计标准。设计标准发送给建筑设计的利益相关者进行空间分析，以确定具有模块化布局的空间组织。在详细设计阶段，主要设计思想和项目规划目标方面的考虑将得到巩固，通过定义和实施模块配置的设计标准来实现的。开发规划和架构设计的利益相关者确定了模块详细标准和配置要求，如功能和尺寸。然后，信息流向工程设计涉众，以便添加必要的拓扑、几何和语义，以创建详细的三维模型。在施工前阶段，工程设计的利益相关者使用不同类型的立体模块生成整个建筑模型。设计通过早期承包商参与进行验证，草图和3D模型将发送给承包商和制造商进行审查，并发送给建筑设计利益相关者，以优化3D模型。在施工阶段，完成建筑和工程设计，以根据优化模型生成施工图和施工图。关于完善的设计文件，承包商制定总体施工方案，并与制造商和运输商协调，以规划生产和物流。制造和制造工作完成后，将立体模块交付至现场进行组装和安装。在明确信息要求的情况下，模型视图定义中提出一个新实体和属性列表，以指导交换的BIM数据用于自动生成设计。

模型视图定义提供了模块化建筑类别所需信息的结构化概述，以便图形模型遵循该模型，以明确描述模块化建筑中的基本特征及其相互依赖性。根据模型视图定义，自动从BIM中检索基本的空间、拓扑和几何信息，用于三维模型生成和操作。为了避免显示冗余信息，新增实体和现有实体分别以不同颜色区分，可选实体以虚线轮廓为边界。

由于现有的模型视图定义侧重于传统的现浇施工，因此可用的类别不包括用于描述预制行业中立体模块的实体。在IFC模型视图定义中，首先通过引入与模块化建筑结构形式定义相关的新实体来扩展设计方面。模块化建筑分解为有限数量的预制立体模块，这些模块包括预制构件(如框架构件、接缝和平面构件)。与预制立体模块定义相关的新实体在模型视图定义中进行了扩展和描述，首先确定区分不同模块的公共属性(如唯一标识符、名称、模块标记、类型定义和功能)。业主和历史信息取自现有模型视图定义场地，其中包括项目编号、图纸编号等身份信息。每个立体模块包含一组空间属性，包括其位置、面积、空间边界、邻接和连通性(与其他模块)，这些属性与模块化建筑内的空间组织表示相关。因此，引入了一种新的空间定义实体来定义所需的空间属性，并表达空间模块之间的空间关系，以便在后期进行空间规划。

模块包括多个预制构件(例如框架构件、接缝和平面构件)，这些构件被定义为新的通用聚合实体。预制构件符合对象放置的某些拓扑关系。在本发明中，预制构件之间的关系被视为新对象放置实体下的拓扑排列规则(例如参数约束)。然后，将预制构件之间的拓扑排列解释为相对于网格的对象放置。此外，引入了一个新的通用赋值实体来表示预制构件的几何和语义。它涉及尺寸、材料类型、制造商/运输商和形状表示的定义，以提供用于构造的立体模块的完整描述。具体而言，尺寸、几何约束和材料类型通过特性定义实体添加，而制造商/运输商的信息作为语义的一部分引入。边界框表示方法取自模型视图定义场地，用于表示各种形状的预制构件。

步骤(2)中，建立图形数据模型，明确表示立体模块的空间属性以及模块化结构中各种预制构件的拓扑关系、几何图形和语义。空间属性用于描述和修改模块化建筑中的空间组织。拓扑、几何和语义信息表示立体模块的详细配置，例如各种预制构件的放置、尺寸和形状。图形结构数据存储在矩阵和/或关系数据库中，以便于信息查询。

基于模型视图定义的图形数据模型，将模块化建筑分解为模块的组合是构建图论表示的中心任务。为此，采用两阶段分解法，首先将整个模块化建筑分解为多个模块化平层，然后将每个模块化平层分解为立体模块。第一阶段分解如共式(1)所示。

其中

表示建筑平面图，F_w表示一个模块化平层，W表示每层模块化平层的总数。公式(1)表示由一个或多个模块化平层F₁、F₂、…、F_w组成的模块化建筑的平面图

每个模块化平面Fw的尺寸由三个变量描述，包括特征长度h_w、宽度g_w和方向μ_w。每个平层包括多个立体模块，如下所示：

其中，M^k是指构成模块化平面F_w的立体模块之一。具体而言，每个平层h_w由有限数量的立体模块M¹，M²，...，M^k组成

。K是平面中立体模块的总数。每个立体模块M^k都包括空间属性、拓扑关系、几何和语义。

立体模块M^k空间属性的图形表示。如模型视图定义中所述，分析中要考虑的空间属性包括图4所示的模块之间的空间位置、空间面积((图4(a))、邻接性(图4(b))和连通性(图4(c)。空间位置以BIM中立体模块M^k的质心坐标

为特征。

定义为表示立体模块的空间面积。

由模块的空间边界包围，并与边界长度

和宽度

关联。在分析中，邻接指的是两个或多个相邻模块，它们彼此相邻，共用一堵墙或一个内部开口(如门)。连通性是指两个相邻的模块与内部开口(如门、开放通道等)直接接触。

如图4所示，立体模块之间的邻接和连通性由两个带标签的图表示，即邻接图A(G)＝(M^K，E^IJ)和连通图A(G)＝(M^K，E′^IJ)。M^K定义为BIM中立体模块的总数，每个立体模块M^K(k∈K)表示图形中的顶点。顶点的空间位置由模块的质心坐标

确定。顶点的直径是根据空间面积

计算的。E^IJ和E′^IJ是指邻接图和连通图中的标记边集。邻接图中的标记边公式如下：

在公式(3)中，E^ij指的是其中一条带标签的边(E^ij∈E^IJ)、Mⁱ和M^j代表两个立体模块

R是邻接矩阵，用于存储模块(Mⁱ和M^j)之间的显式邻接信息。公式(3)表明存在一个连接两个模块Mⁱ和M^j的标记边缘E^ij。它们的邻接信息存储在R中，R由一组值(e_ij)组成，如公式(4)、(5)所示。如果Mⁱ和M^j共用墙或内部开口，邻接矩阵(R)中的e_ij值应等于1，表明两个模块在BIM中相邻。否则，e_ii应等于零，表示两个模块不相邻。使用以下度矩阵(D)进一步扩展公式，以在图形中传递更多的空间信息，用于设计计算。

仅邻接图不足以解释立体模块之间的连通程度。，需要应用连通图C(G)，其标记边

公式如下。

公式(8)表明存在一条标记边E′^IJ连接两个相邻模块Mⁱ和

是存储两个立体模块之间连接度的连通矩阵。连通矩阵

由一组值(é_ij)组成，如公式(9)、(10)所示。如果Mⁱ通过内部开口(即门或开放通道)直接连接到M^j，则连接矩阵中的é_ij值应等于加权因子weight_ij，这意味着两个相邻模块之间的连接。否则，é_ij等于零，表示两个模块未直接连接。

每个立体模块都包含一个被描绘为θk的空间边界，扩展图形表示A(G)或C(G)，以包含空间边界信息，如下公式所示：

其中，θ^k表示BIM中立体模块M^k的空间边界，由边界曲线θ₁，θ₂，...，θ_s组成。此外，θ^k表示BIM中不同立体模块的整套空间边界。同样，拓扑、几何和语义信息用矩阵形式描述，并与图中相应的顶点相关联。

每个立体模块M^k可分解为多个预制构件。如图5所示，立体模块由三种基本预制构件组成，包括(1)框架构件(如预制梁和柱)，(2)接缝和(3)平面构件(如预制墙板和楼板)，符合一定的拓扑布置规则。

在公式中(13)，(14)，(15)，α_p和β_p′分别表示框架构件和接头之一。P_F和P_J是框架构件和接头的对应集合。P_F和P_J构成立体模块的框架，该模块被定义为P_Frame。在设计实践中，接头连接不同类型的框架构件，通常不会相互交叉。因此公式(15)中P_F和P_J的交点应为空。此外，本发明考虑立体模块的平面元素，这些元素统称为平面。它由多种类型的平面图元

组成。P_Frame集合与P_Planar结合使用，以形成BIM中立体模块的详细配置。

用户将对象放置(如边界曲线、模块方向和预制构件的排列)定义为拓扑排列规则，并在设计生成中强制执行。公式(18)、(19)给出了拓扑排列规则的表达式。

L＝L_FF∪L_FP∪L_PP (18)

其中L表示用户定义的拓扑排列规则集，包含三个规则集L_FF，L_FP和L_PP。L_FF指用于放置框架元素的规则集。它定义为BIM中不同框架元素之间的参数关系或约束，表示为P_Frame×P_Frame的乘积。同样，L_FP表示框架和平面元素之间的参数关系，L_PP表示平面元素之间的排列规则。通过合并规则集来扩展图表示A(G)或C(G)，即A(G)＝(M^K，E^IJ；θ^K；L^K)。公式表明，规划和生成立体模块的空间组织也必须符合不同预制构件之间的拓扑关系(L)。

使用预制构件的几何图形和语义进一步扩展图形表示。每个预制构件的尺寸、材料类型、预制相关信息等用图形表示A(G)或C(G)进行编码，如下所示：

A(G)＝(M^K，E^IJ；θ^K；L^K；T^K，σ) (20)

在公式(20)、(21)、(22)中，T^k，σ是指构成立体模块M^k的不同预制构件的一组几何图形和语义。σ表示所需的特定几何和语义信息(例如长度、宽度、高度和制造商/运输商)。预制构件的几何形状受预定义的几何约束，包括下限

和上限

例如，预制构件的长度、宽度和高度必须符合规范规定的要求和尺寸限制。这种公式允许将新特征轻松添加到图形数据模型中，以进行信息检索和计算分析。

应注意的是，平面图元(如墙板)分解为多个面，这些面与内部洞口(如门或开放通道)的定义和立体模块之间连接的计算有关，如公式(23)所示：

其中

表示构成平面构件

(如墙板)壳体的六个面之一。本发明侧重于居住区的模块化建筑设计，其中内部开口(如门或开放式通道)用作连接元素，以集成不同的立体模块。因此，墙元素的表面(通常在延长侧)安装一个内部开口，其大小决定了立体模块之间的连接程度。进行几何分析以计算连接性，如下公式所示：

其中

表示具有内部洞口的墙构件的面，n表示内部洞口的类型。开口连接两个立体模块Mⁱ和M^j，其中

是检索和计算内部开口尺寸的函数，该尺寸受尺寸限制

的限制。公式(25)计算两个立体模块Mⁱ和/M^j之间的连接程度(weight_ij)。

指BIM中所有内部开口的平均尺寸。因此，weight_ij计算为内部开口尺寸与三维模型中所有开口平均尺寸的比率，反映了与其他开口相比，两个模块之间的连接程度。权重越大表示空间越开放，连通性越强。结果应分配给如公式(9)、(10)所示连接性矩阵

中的é_ij。零表示两个模块之间不存在连接，因此：

图形数据模型全面描述了模块化建筑的基本特征和相关元素，利用这些特征生成和优化可能的设计选项。

步骤(3)中，数据转换算法将BIM中所需的信息转换为图形表示，然后根据IFC模型视图定义计算必要的模型参数，通过一个以模块化建筑的自动生成设计来构建和检验原型系统。

图形数据的自动转换自动提取BIM中所需信息并将其转换为图形表示的算法。首先在BIM中创建3D模型并定义必要的模型实体和属性。然后，算法将BIM中所需的信息转换为图形表示，并计算必要的模型参数。例如，每个立体模块的空间边界是根据BIM中平面图元(如墙)的边界曲线计算的。从BIM中提取的数据包括立体模块的空间属性、拓扑关系、几何和语义。提供提取的实体和属性后，算法会根据公式(1)-(24)自动构建图形数据模型。该算法利用空间属性生成模块化建筑的邻接矩阵、连通图等。提取预制构件的拓扑关系以及几何图形和语义，并将其与图形模型关联，以提供设计信息的综合表达。

该算法首先将模块化建筑的三维空间映射为邻接图和连通图中的一组顶点，并自动将其空间关系推导出一组边。具体而言，算法使用每个立体模块的空间位置，即质心坐标

将相应的顶点添加到邻接图A(G)和连通图C(G)。然后，算法计算邻接矩阵(R)并在A(G)中的相邻模块之间创建边(E^ij)。同样，算法计算具有内部开口的相邻模块的连通矩阵

中的weight_ij，并将相应的边

添加到C(G)。除空间属性外，每个立体模块(M^k)还由预制构件(即框架构件、接缝和平面构件)组成。分别提取预制构件之间的拓扑关系及其几何和语义，并将其与相应的图顶点相关联，从而将BIM作为关系图进行综合描述，以便进行分类信息查询。

除了从BIM读取信息并将其转换为图形数据模型的算法外，本发明进行模块化建筑生成设计中的图形表示。原型系统通过修改立体模块的空间属性生成设计备选方案，然后评估每个备选方案的适用性，以确定选择标准内的最优解决方案群体。图形数据模型明确规定了空间、拓扑和几何特征，这些特征对于在模块化场外施工中生成设计选项至关重要。生成性设计算法或系统遵循公式，从BIM中检索空间、拓扑和几何信息，以自动生成和操作三维模型。算法首先将BIM模型的3D空间映射到邻接图或连通图中的一组顶点。然后提取拓扑、几何和语义信息，并与相应的图顶点相关联，从而将BIM作为关系图进行全面描述。在提供图形表示的情况下，生成性设计算法或系统以参数化方式操纵立体模块的空间属性，在BIM中生成相应的3D模型，并评估每个候选对象对在预定义约束内确定总体最优解的适应性。

本发明中的最优解应落在目标函数

的一组预定义整数值内，目标函数f定义为立体模块的总占地面积，主要与三个空间属性有关，即空间位置

空间面积

和模块之间的连通性

公式如下所示：

目标函数：

F_w→F′_w＝{M¹，M²，...，M^k} (28)

A(G)→A(G)′＝(M^K，E^IJ) (33)

公式(28)、(29)、(30)、(31)表明，对于给定的模块化建筑，如果模块化平层(F_w)将其配置更改为F_w′，保持相同数量的立体模块{M¹，M²，...，M^k}，则需要相应调整空间位置和空间面积。空间属性的更新值

应在预定义的下限和上限范围内，如公式(32)所示。此外，邻接图A(G)和连通图C(G)应根据公式进行更新。公式(33)，(34)以反映空间组织的变化。设计生成首先确定模块化建筑的初始配置，包括原始空间位置、空间面积和模块之间的连接。然后，在随机化过程中，通过根据预定义的约束改变空间属性，随机生成设计备选方案的总体。然后，系统在搜索空间中传播设计。提供目标函数的目标适应值(即目标楼层面积)和许多选择标准(例如立体模块的面积要求)，系统会从生成的设计备选方案中迭代过滤解决方案，以确定一组在预定义约束范围内并满足选择标准的选项。最后，系统终止并向用户返回符合选择标准的总体最优解决方案。

另外，云计算支持层对于企业拥有的某些资源是否适合于云计算的适应性因子SL的定量解如下公式(25)所示：

SL＝LC_L+WVC_WV+DSC_DSADH+CC_C(65-L) (25)

公式(25)中，L为量表，C_L为分数；WV是工作量的可变性；C_WV是分配给WV的分数；DS是数据的敏感值，C_DS是分配给DS的分数；ADH是要处理的数据量；C是工作的重要性，Cc是分配给C的分数。所有这些参数现有技术中都有相应的计算方法。这对于建筑领域从事BIM应用的企业正确决策是否采用云计算模式具有重要意义。

通常，对于BIM应用企业来说，如果存在应用峰值或工作负载高度可变，则适合采用云服务，因为它可以大大降低成本。其定量分析可以从峰值持续时间和平均值来判断。结合公式(26)，可以计算年度成本值。假设CPU时间用于云充电，则计算年度成本值：

其中，使用云应用的成本cua和平均值的计算如下公式所示：

其中CC是云的年度使用成本；W(t)是工作量的时间函数；SC是云存储的成本；clm是每月存储的单位成本，bc是按流量收取的宽带成本；cua是使用云应用的成本，T_n是第n个应用或平台的使用时间(小时)；A_n是应用程序服务提供商提供的每小时应用程序的使用成本。

优选的，考虑到BIM云平台的安全性和性能，构建私有云，结合公有云形成混合云。

BIM企业云帮助施工企业同时管理多个在建或在建项目。工程项目多参与方之间的协作和数据共享是BIM企业云关注的核心问题，在分析建筑行业信息交换特点的基础上，通过对BIM服务模式和BIM云计算系统的研究，采用分布式私有云系统的BIM数据集成与管理技术架构，如图1所示。该架构面向项目的所有参与者，使用分布式私有云平台在项目建设的全过程中存储、共享、传输和集成BIM数据。云平台由BIM服务器1和部署在每个主要参与者中的平台管理服务器A-E组成。

根据BIM的应用特点云模式下的BIM云平台为计算与存储的平台型。BIM云服务可以部署在私有云上。考虑到BIM云平台的安全性和性能，企业构建私有云，结合公有云形成混合云。这种BIM云平台具有更高的灵活性和成本优势。

建筑工程云BIM的总体架构如图2所示。整个系统以数据层为基础，以业务应用和基础服务为核心。

传统的二维关系表用于存储关系数据库中的数据，而IFC对象模型应首先根据不同类型的数据库模型进行存储。该部分以Microsoft SQL数据库为例，建立IFC数据类型与关系数据库之间的映射。

项目施工阶段的四个主要参与者，即施工方、建筑公司、施工总承包方和监理方，以及项目咨询团队，分别安排参与者服务器，此外，还安排了施工方的平台管理服务器。平台安装部署完成后，在每个参与者服务器上执行数据库创建命令，输入IFC版本的大纲文件，并在集群服务器上建立项目BIM数据库结构。

施工方需要项目的完整数据，建筑公司需要基础部分的模型和施工数据，施工总承包需要主体部分的模型和施工数据，监理公司需要所有施工数据，咨询团队和业主一样需要项目的完整数据。各方文件建立后，将从各方的服务器A-E上传。在平台管理服务器协调后，每个服务器上都有项目各方数据需求的文件。

在施工资料方面，基础部分和主体部分的施工进度计划分别由基层公司和施工总承包商编制。在随后的施工管理过程中，咨询团队负责将进度计划与模型数据相关联，以支持基于CAD的施工进度计划动态模拟和管理。业主提供项目投标中使用的资源数据。在施工进度过程中，由基层公司和施工总承包商填写实际进度数据和资源数据，并填写与施工质量和安全有关的数据。

施工现场管理系统，首先包括至少一个移动设备，如智能手机、平板电脑、智能手表等。每个工作组的技术负责人必须拥有至少一台移动设备，移动设备配备软件应用程序，其中包括接收、显示和向操作中心发送文本消息的指令。

其中文本消息以各种方式和不同格式发送，并根据特定要求选择。例如，该消息可以是称为″SMS″的类型，但也可以通过电子邮件或通过其他通过推送通知操作的即时消息软件发送。消息将优选地包括预定义的文本。

此外，施工现场管理系统包括存储以下内容的数据库：

每个工人的档案，包含工人姓名、履行的职责以及所属的工作团队的数据；

工作团队卡，包含团队名称、团队成员姓名、团队当前位置和现有施工现场任务的数据；

现场卡，包含现场名称、现场位置、现场活动的详细说明。

此外，本发明的施工现场管理系统包括从移动设备发送和接收消息的操作中心。

运营中心查阅数据，以便通过将单个施工现场的数据与不同团队的数据进行交流，在该现场分配一系列工作，然后向提供给该团队技术负责人的移动设备发送消息。

工厂员工根据不同的因素选择联系的团队，以尽量减少各个工作团队的交叉干涉的时间。

为了方便将有用信息简化传输到运营中心，从而确定离特定地点最近的团队，软件应用程序可包括用于与包括在移动设备中的地理定位设备交互以及用于向操作中心传输由该设备检测到的与移动设备的实际位置有关的信息的指令。

软件应用程序包括用于移动设备中的道路导航系统交互的指令，用于开始导航到站点位置。运营中心还可以配备与道路导航系统交互的方式，以确定每个团队的位置和各自施工现场位置之间的行程时间。

在接收到由提供给第一个工作组的技术负责人的移动设备发送给运营中心的″站点放弃″消息后，运营中心会咨询数据库，为该站点分配第二个工作组。

因此，将根据从数据库中提取的信息来选择团队，这些信息包括以前的任务类型、每个团队的当前位置、每个团队与施工现场的距离和交通数据，以尽量减少各个工作团队的干预时间。

最后，控制面板将向提供给第二团队技术负责人的移动设备发送施工现场分配消息。

因此，如果出现无法完成某项工作的情况(例如，由于工人受伤或车辆故障)，团队负责人只需通过专用软件应用程序发送消息联系运营中心，运营中心将立即将现场重新分配给新团队。对于同一地点，如果情况允许，运营中心查阅数据库，联系两个或更多团队，以便选择预定数量的成员分配给该团队。成员组成将根据其具体职责从员工档案中选择。

本发明的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，有以下有益效果：

1)通过对项目BIM数据互用、分布式BIM数据管理、基于模型实体的BIM集成、面向服务的BIM应用，提供基于云计算的BIM数据集成管理平台，支持各参与方根据各自的数据需求分布式建立、存储、管理和应用BIM数据，并通过平台实现数据传输和共享，同时保证分布式BIM数据的逻辑集成和一致性；

2)施工现场管理系统将适当的工作团队分配到各个现场，从而将最合适的工作团队分配到特定的现场，建筑工地管理系统优化对个别工地进行特别干预的请求。

3)基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台的构建图形数据模型的方法，用于模块化建筑基本特征的展示，旨在自动和优化模块化建筑的生成性，提供数据转换算法，将BIM中所需的信息转换为图形模型，用于分类信息查询；图形数据模型提供了一种全面、透明的方法来描述模块化建筑的基本特征，在规划模块化场外建筑的空间组织方面具有较强的适用性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，其特征在于，包括：BIM服务器和每个主要参与者对应的平台管理服务器以及施工现场管理系统；

其中，BIM服务器包括用户层、云计算支持层和数据层；其中，用户层包括平台管理服务器对应的用户，云计算支持层包括：控制器、用户网络权限认证、公共api接口、虚拟计算服务、虚拟存储服务、Web网络服务器，数据层包括：数据库系统、数据交换标准IFC、应用服务数据库系统；

平台管理服务器包括施工承包商服务器A、施工分包商服务器B、监理方服务器C、设计方服务器D以及业主方服务器E；

施工现场管理系统包括：

提供给工作组技术负责人的移动设备，配备有软件应用程序，包括接收、查看和向运营中心发送文本消息的指令；

现场管理系统数据库，其中存储有：每个工人的档案；工作团队卡；现场卡；

操作中心，适于向所述移动设备发送和接收消息，所述中心配备有所述数据库的咨询装置，用于将工作组分配到施工现场，并随后向所述移动设备发送消息，所述移动设备提供给所述工作组的技术负责人。

2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，其特征在于，所述软件应用程序包括用于与所述移动设备中的地理定位设备交互的指令，以及用于将与所述移动设备检测到的真实位置相关的信息传输到所述操作中心的指令。

3.根据权利要求2所述的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，其特征在于，所述软件应用程序包括一个界面，用于查看将在施工现场进行的干预的时间顺序列表以及相关描述。

4.根据权利要求3所述的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，其特征在于，所述软件应用程序包括用于与所述移动设备中包括的道路导航系统交互的指令，用于开始向施工现场的位置导航。

5.根据权利要求4所述的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，其特征在于，所述控制单元配备有与道路导航系统交互的装置，用于确定每个团队的位置与各自施工现场位置之间的行程时间。

6.根据权利要求5所述的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，其特征在于，所述软件应用程序包括用于向操作中心发送预定义消息的指令，所述消息为″站点接管″或″站点放弃″类型。

7.根据权利要求6所述的基于BIM技术的建筑工程智能一体化云平台，其特征在于，构建私有云，结合公有云形成混合云。

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