基于BIM+ 云计算技术的集成应用与架构研究

刘世涛 王晓鹏 马少雄 王利国 张海亮

（1、中铁一局集团建筑安装工程有限公司，陕西 西安 710054 2、陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099）

近年来国家大力支持以BIM 为主的建筑业信息化技术发展，提出并出台了众多BIM 相关的政策法规[1]。BIM 以三维可视化技术为基础，整合工程项目信息，在项目三维模型的基础上对建筑行业精细管理提供帮助，但由于BIM 技术对硬件及软件的要求较高，BIM+云计算的工程项目管理方式开始出现。BIM+云计算将BIM 应用转移至云平台，使用户无需自主安装硬件、软件，在浏览器上即可进行操作，大大提高了工作效率，节省企业成本支出[2]，是BIM 技术未来发展的重要方向。

1 BIM+云计算技术应用模式

1.1 BIM 技术与云计算技术简介

1.1.1 BIM 技术

BIM(Building information modal)即建筑信息模式，利用二维图纸形成三维建筑模型，并在建模的基础上综合项目信息，从而完成项目全过程成本、时间、质量等统一集成管理，极大优化了传统粗放型施工的不足，也完成了向集约型施工方法的思想变革[3]。当前BIM 技术应用广泛，但对软件、硬件要求较高，企业需要购买各类硬件设备和软件，并且需要组建一个完整的运营团队进行设备的维护工作，消耗大量运行成本，为企业融合BIM 和云计算技术的应用带来一定阻碍[4]。BIM 技术应用体系如图1 所示。

图1 BIM 技术应用体系示意图

1.1.2 云计算技术

云计算以互联网技术为核心，通过云平台的搭建，使登陆平台的每一位用户都可以接受云服务，进行数据的存储与应用，进而形成一个庞大的数据资源中心。云计算通过整合大量的计算资源，利用云服务器等硬件设备，在平台上提供计算资源的服务，用户不需要自主安装硬件软件，只要登陆平台就可以使用计算资源，既节省时间、空间，也可以节约资金，是“共享时代”的重要工具[5]。云计算技术应用体系如图2 所示。

图2 云计算技术应用体系示意图

1.2 BIM 技术与云计算技术集成应用

BIM 和云计算的集成应用，是在BIM 高效性的基础上克服软件对软硬件的限制。企业将BIM 软件集成在云平台上，实现BIM 技术应用向BIM 云服务的转化，主要涉及BIM+公有云、BIM+私有云、BIM+混合云三种形式[6]。运行机制如图3 所示。

图3 BIM+云计算运行机制示意图

1.2.1 BIM+公有云

BIM+公有云的结合方式由第三方搭建基础设施，构建公有云平台，在平台上集成各类BIM 服务，面向全社会提供服务，用户登陆云平台即可使用应用功能，提供更为便捷的BIM 技术咨询服务，企业在云平使用时按需付费，减少了硬件条件对于建筑企业BIM 技术应用的压力。目前公有云是最为常用的云服务模式，公有云面向多用户，其性能和功能相对固定，无法根据企业自身业务自定义调整，导致部分功能闲置和资源浪费，另外其数据的安全性还存在缺陷，有待后续进一步的提升和完善。

1.2.2 BIM+私有云

BIM 技术和私有云服务是互联网服务商为一个用户搭建的云平台，仅供客户自身定制化使用，因此数据安全性以及服务质量较高，且可以按照客户需求，定制业务服务、部署企业内部数据中心。但由于其设施设备的专有性，企业前期投入较高，同时需要组建专门的管理团队进行定期维护，与公有云相比总成本较高。

1.2.3 BIM+混合云

BIM+混合云则是BIM+公有云与BIM+私有云的综合集成，综合考虑数据安全性、业务独特性、资金节省情况的产物，用户可以将核心业务放在自己的私有云平台上，将次要业务放在公有云上，但数据传输和互联互通仍需要进一步维护。

2 BIM+云计算功能需求及框架设计

2.1 功能需求

BIM+云计算结合BIM 技术与云计算技术的优势，基于云平台提供BIM 服务，因此需要同时满足BIM 技术与云计算技术的功能需求。

2.1.1 硬件需求

硬件设备是实现服务的基础，BIM 技术以软件为主，因此硬件需求主要指云平台硬件架构，包括云终端、云服务器、云计算设备，以及各类数据库、硬件库等，使得云平台可以服务于建筑企业的BIM 需求，完成对工程项目成本、质量、进度的控制。

2.1.2 软件需求

BIM+云计算将传统的BIM 软件及BIM 功能转移至云平台，实现对工程项目全生命周期的管理，实现模型构建、碰撞检测、虚拟施工、成本管理、质量管理、进度管理等BIM 功能，构建一个跨地域、跨层次、跨专业的协同管理机制，大大降低用户对软件的客观要求，提高工作效率[7]。

2.2 框架设计

作为新型技术，BIM 技术与云计算技术的结合在我国仍处于初级阶段，在把握技术特点的基础上，对BIM+云计算技术框架进行设计，包括基础设备层、支撑服务曾、实施应用层、用户访问层四个层次，各层次见相互递进，构成BIM+云计算技术应用体系。其中，基础设备层是整个框架的基础；支撑服务层对业务应用起支撑作用；应用实施层是BIM 应用的直接工具及人机对话的接口；用户访问层为用户提供入口[8]。在不同云模式下，不同层次由不同人员进行搭建，采用BIM+公有云模式，整个框架均由第三方互联网公司进行搭建，建筑企业只需要付费进行使用即可，若采用BIM+私有云或BIM+混合云模式，建筑企业需搭建自己的云平台框架，以实现BIM 技术与云计算技术的混合。应用框架如图4 所示。

图4 BIM+云计算应用框架示意图

2.2.1 设备层。设备层是云平台功能实现的基础，包括云平台设备及BIM 设备，涵盖云终端、云服务器、云计算设备，以及BIM 技术的各类数据库、硬件库等硬件条件。

2.2.2 支撑层。支撑层融合各类模型、算法，设置不同平台模块，满足用户的使用需求，实现数据的安全存储和功能的完整实现，保障数据安全性，对业务应用起支撑作用。

2.2.3 应用层。应用层是在模型、算法的基础上，将传统BIM 功能转移至云平台，实现BIM 服务，是BIM 应用的直接工具及人机对话的接口，保障用户可以在平台中使用BIM软件，提高了BIM 协同工作的便捷性。

2.2.4 门户层。门户层是为用户提供访问门户，包括PC端入口及移动端入口，使用户可以通过各种渠道随时登陆平台，在分配的权限内对工程项目数据进行访问，实现基于BIM+云计算的协同办公。

3 基于BIM+云计算技术的路径选择

3.1 企业适应度分析

作为建筑行业一种新兴的技术，BIM+云计算具有很多优点，但并非所有企业都适用于采纳这种新兴技术，不同企业适宜的结合方式也不同。市场一些成熟企业已通过购买BIM硬件设备并推广应用以实现数字化转型，这些企业如果强行推行BIM 的云应用，会损耗大量既有成本。而一些待涉足BIM 领域的企业则适宜采用云计算的方法开展应用。事实上，企业可以通过对自有资源进行计算来研判自身对于新技术的适应度，具体公式如下所示：

式（1）中，SI 为企业适应度，L 为企业规模；WV 为工作量的平均数值，DS 为数据的敏感程度，ADH 为要处理的数据量，C 为工作的重要程度，CL、CWV、CDS、CC分别为对应的参数数值，Rakesh Gupta 等对参数数值给出了明确的计算方法[9]。

根据现有研究[10]，当SI＜3760 时，企业不宜依托云平台进行日常业务管理；当3760＜SI＜4600 时，需要深入调研来研判是否推行云平台应用；当SI>4600 时，即企业适合开展基于BIM+云计算的应用转型。

3.2 企业投资效益分析

投资效益是企业投资之前需要计算的重要指标，体现企业投资与回报的对比，从能否获得预期收益的角度考虑投资是否值得。在经济学中投资效益概念的基础上，企业BIM+云计算应用的投资效益如下所示[11]：

式（2）中，ROIC 表示BIM+云计算的投资效益，IP 为采用云计算方式后增加的收益；RC 为采用云计算方式后减少的成本；CC 为投资云应用的所有成本。

4 结论

针对当前BIM 技术应用依赖硬件、软件支持，便捷性不高等情况。本研究提出BIM+云计算技术，总结BIM 与云计算集成应用的三种模式，分析其功能需求，进行框架设计，并从适应度及投资效益的维度研究分析企业是否应该开展BIM+云计算技术的应用，最后指出当前BIM+云计算模式的优劣所在，对于BIM+云计算技术的未来发展提供借鉴指导意义。