钢结构制造企业的BIM营销系统研发

2019-05-22满延磊1张其林1张金辉

土木建筑工程信息技术 2019年2期

关键词：业主钢结构构件

满延磊1 张其林1 张金辉

(1.同济大学土木工程学院，上海 200092； 2.上海同磊土木工程技术有限公司，上海 200433)

1 前言

钢结构行业的专业性非常强，在目前的钢结构行业中，营销人员一般并非土木工程专业出身，而土木工程专业出身的设计人员一般并不懂营销，营销人员与设计人员之间交流有限，这给钢结构营销造成了很大障碍[1-4]。

同时业主一般也并非出身于土木工程专业，故营销人员与业主之间的沟通往往也不顺畅。如果能够提高营销人员与业主之间的沟通效率，则会给钢结构营销带来非常大的改观，从而提高钢结构企业的竞争力。

本文从BIM角度出发，设计了一套联系设计人员、营销人员、业主的BIM营销系统，此系统提高了设计人员、营销人员、业主的沟通效率，使得钢结构企业的宣传效果得到很大程度的提升。

2 研究现状

BIM理念在我国建筑业已经兴起，国内先进的建筑设计机构和地产公司纷纷成立BIM技术小组，如中国建筑科学研究院、清华大学建筑设计研究院、中建国际建设有限公司、中国建筑设计研究院、上海现代设计集团等。同时，北京、上海、广州等地的专业BIM咨询公司在建筑项目生命周期的各个阶段(包括策划、设计、招投标、施工、运营维护和改造升级等)都开始了BIM技术的应用[5-8]。但是目前BIM在营销过程中应用仍然有限。主要表现在以下方面[9-13]：

1) BIM的营销系统中参与的主体有限。一般主体仍是营销人员与业主，设计人员没有参与到营销过程中；

2) BIM的应用深度不够，对营销帮助作用有限。目前仍然是用主流的多个BIM软件来进行相互独立的工作，然后各自形成设计结果给业主展示，从本质上说这并不是一个完整的BIM系统，并且此BIM应用也并非完全针对营销。

基于此，本文设计了一套基于BIM的营销系统，此系统联系了设计人员、营销人员以及业主，通过将设计、展示、营销有机地融为一体，提高了沟通效率，提升了营销效果。

3 BIM营销系统的架构

BIM营销系统总共分为四部分组成：钢结构初设平台、Web平台、数据中心以及网络传输。如图1所示。

3.1 钢结构初设平台

初设平台供设计人员使用。在营销过程中特别是招投标过程中的模型属于初设阶段，因此对精度要求并不是很高。但是需要实时给业主演示，因此需要保证时效性，建模效率要求很高。

图2是门式刚架的快捷建模示例，设计人员输入关键参数之后能够很快的生成一个门式刚架模型。

图1 营销系统的组成

图2 门式刚架快捷建模

3.2 Web平台

Web平台为BIM模型的展示平台，基于Web的BIM展示平台有以下功能：

1)营销人员与设计人员通信以及营销人员与业主的通信。营销人员在平台上发起求助，将业主需求发送给设计人员，设计人员接受请求对模型进行快速设计；设计完成之后通知业主进行查看。

2)项目展示。展示的项目包括设计人员按照业主需求设计的项目，同时在招投标过程中，业主都非常关心企业的设计经验，通过储存历史模型，可以在Web平台中对历史项目进行展示。项目展示包括三维实体模型展示，以及用料统计等。

3)公司的其他信息展示。公司的简介、形象宣传片等。

3.3 网络与数据中心

钢结构初设平台与Web平台共享一个数据中心，由于钢结构初设平台与Web平台分别处于不同的物理位置，二者均通过网络来访问数据中心。

4 数据传输与交换

4.1 工程模型的JSON表示

本系统的所有数据均存储于云端数据库中，钢结构初设平台、Web平台、数据中心之间的数据交换与传输是一个难点。本系统采用JSON格式来进行数据传输。JSON(JavaScript Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式，易于阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，已广泛应用于互联网传输中[14]。

4.1.1 基本信息的JSON表示

基本信息包括：构件编号、构件类型、构件数量，数量单位、构件规格等信息。以下是一个包含两个杆件的JSON文件示例：

工程1 : [

“编号”: “杆件1”, “类型”:”柱”, “数量”:”2”, “数量单位”:”吨”, “规格”:”Q235”},

“编号”: “杆件2”, “类型”:”梁”, “数量”:”1.5”, “数量单位”:”吨”, “规格”:”Q345”}

]

}

4.1.2 三维实体信息的JSON表示

三维实体分为参数表示法以及边界表示法。参数表示法用少量的参数来描述实体，例如拉伸实体可以通过拉伸面以及拉伸方向来表示，旋转实体可以通过旋转面以及旋转轴来表示。边界表示法通过实体表面的三角面片来进行拟合。两种方法的对比如表1所示。

表1 参数表示法与面片拟合法对比

在钢结构体系中，常会遇到特殊形状的实体，比如螺栓以及被切割后的杆件等，用参数描述困难，因此本文采用边界表示法。虽然边界表示法的精确度低，但是在web平台中实体仅用来显示，实际的体积、用量等均由初设平台导出，因此精确性对本系统并无影响。本文采用第三方开源的Gmsh来进行网格划分，Gmsh划分网格时可以指定精度，从而控制数据量的大小。三角网格面片用以下格式表示：

[面1的顶点1，面1的顶点2, 面1的顶点3，面2的顶点1，面2的顶点2，面2的顶点3…, ]

如图3所示的长方体，三面片数据存储如下(仅示例可见部分)：faceList[]=[1,2,4,2,3,4,2,6,3,2,5,6,3,6,4,6,7,4]

图3 三角面片存储示例

最终将三维实体转换成JSON格式示例如下：

“三维实体”:[

{“构件编号”: ”杆件1”, 顶点:[

[0,0,0],[1,0,0],[1,0,1],[0,0,1],[1,1.5,0],[1,1,5,1],[0,1.5,1]]

面:[

1,2,4,2,3,4,2,6,3,2,5,6,3,6,4,6,7,4

]}]

将三维实体转换成JSON格式之后便能够在网络上进行传输，从而方便钢结构设计平台、Web平台、数据中心的数据传输与转换。

4.2 数据库的设计

模型数据解析为JSON格式，通过网络传输到服务器，然后在服务器端用数据库进行保存。图4与图5分别为构件与三维实体的ER图，表示其在数据库中的存储结构，由于JSON的数据结构本身比较强，因此数据库中的存储与JSON相对应即可。在构件中，“编号”为其主键。在三维实体中，“编号”为其主键，“构件编号”为其外键，表示构件与三维实体的一一对应关系，由于数据库不能储存数组，顶点与面的编号数组均储存为字符串。

图4 构件的ER图

图5 三维实体的ER图

4.3 Web平台的数据展示

将模型存入到数据库中后，Web平台从数据库获取数据进行三维模型的显示。本文用WebGL来进行Web端的三维实体相关功能的开发[15-16]，WebGL支持用三角面片来表示实体，WebGL从数据库获取出实体数据后可以直接来进行三维显示，下面是相关核心代码：

//顶点数组

var vertices = new Fload32Array[

x1,y1,z1,x2,y2,z2,x3,y3,z3…

];

var vertexBuffer = gl.createBuffer();

gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);

gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);

//面片数组

var indices=new Uint16Array[

a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3…

];

var indexBuffer = gl.createBuffer();

gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);

gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint8Array(indices), gl.STATIC_DRAW);

5 BIM营销系统的案例展示

本系统为上海同磊土木工程技术有限公司与精工钢构集团合作开发。此系统改变了精工钢构的营销现状，由传统的“PPT二维宣传”模式变成了以BIM模型为中心的全方位宣传。

图6是BIM营销的工作流程。系统管理员将公司的宣传资料录入到系统之中，以供营销人员对外展示。资料包括公司的历史工程模型、宣传海报、宣传视频等。

营销人员在对外宣传特别是招投标中，业主经常会提出自己的需求，比如给出场地条件、基本的使用需求等，希望能够尽快知道大致的用钢量、造价、建成之后的实际效果等等。此时营销人员通过系统向设计人员求助，设计人员通过专业的初设平台快速设计出满足业主需求的模型，然后将模型传输到数据中心，供营销人员给业主展示。如果业主已经不在现场，则可以通知业主登录BIM营销系统进行查看。