摘要:随着数字化—信息化—智能化城市建设的发展,智慧城市的建设已如火如荼。城市供水管网可视化运维的建设成为必不可少的一部分。本研究借助项目案例,从供水系统的三维数字模型的搭建以及模型轻量化的技术应用,到模型导入到基于Forge搭建的网络可视化智慧运维平台,完整地展现BIM技术从理论到实际科研应用的技术路线,为供水系统的智慧化建设提供有力的依据。
关键词:BIM;模型轻量化;Forge;三维可视化。
1 引 言
城市供水系统是城市公共事业的重要组成部分,需要先进的理论和技术指导运行。目前普遍存在“马路拉链”、管网漏失、管网爆管等现象,对社会造成了极大危害。随着智慧化城市的发展,地下管网与城市快速发展间的矛盾也日益显著[1],使得城市供水系统的智慧运维平台的搭建显得尤为重要。BIM理念的提出为解决供水管网可视化智慧运维的研究提供了有力的依据。本文运维平台是在传统的供水系统的基础上进行的深入研究,以河北建筑工程学院中水管网系统为案例,将供水系统可视化智慧运维研究的内容与预期成果做出介绍。首先通过BIM技术建立供水系统的三维可视化模型,然后在供水系统的关键点处安装采集压力、流量的物联网设备。最后在应用BIM技术、物联网技术的基础上,应用Forge平台搭建一个网络可视化智慧运维平台。
2 供水系统三维可视化模型建立
2.1 供水泵房模型
应用BIM技术对相关管网系统建立三维模型,其中包括泵房,管线,阀门,压力计,流量计等构件。利用Revit可以建立管网系统的所有几何信息、属性信息和材质信息,并且管网系统上构件的相对位置可以完美的展现,中水供水泵房模型如图1所示。
2.2模型共享参数
建立模型的共享参数,并且添加到项目参数中,通过共享参数可以添加任何我们想要的参数信息并且能被明细表统计。比如:在中水供水管网最不利点处安装压力测量计,并且通过物联网设备进行信号的传输。通过在三维模型中共享参数的空间位置编码,可以在运维平台中快速对压力计进行空间定位。并且可以显示压力计的详细信息。压力计的共享参数如图2所示。
3中水供水系统模型轻量化
3.1 Forge平台的简介
Forge是PaaS的云服务平台,如果要实现自己想要的应用程序可以在Forge平台来进行开发。在客户端无需安装各种软件就可以提取对应软件建立的三维模型的几何数据、对象属性及缩略图。基于三维模型数据的提取还能将其转换成网页浏览的一种格式,可以在浏览器中进行交互式的查看。另外,还可以在云端操 作自己用Revit创建的模型,也就是将自己的脚本、插件放在云端进行调试。
要进行模型轻量化设计,首先要将模型通过数据管理API传到Forge的云端。通过Forge云端数据提取和转换API会转换成一种svf格式的数据包,转换成svf主要是为了应用Forge Viewer API来进行模型加载上传到网页。模型轻量化过程需要在Forge平台上申请APP并得到开发Client ID与Client Secret,并通过Client ID与Client Secret得到管理和操作相关数据的Token,通过Token得到bucket,也就是得到分配给应用程序的储存空间,最后会得到urn的代码,就可以将三维模型进行转换,上传到浏览器进行网页的三维模型查看。
3.2 Forge平台模型轻量化意义
基于桌面的三维模型大多数采用单文件或几个文件来存储模型信息,比如几何信息、材质信息、纹理贴图及属性。这样的组织方式便于桌面程序管理,也便于用户之间以文件的方式传输数据。但单个大文件却不利于网络端传输,尤其是从服务器端下载一个三维模型,使其在浏览器中显示。一方面,大的文件传输需要更多的等待时间,另一方面,用户需等待模型下载完成后才能解析显示。因此,我们需要定义适合网络传输的大模型组织方式,把原始的模型文件转换为适合网络传输和轻量化显示的文件格式。
3.3获取Client ID与Client Secret
在Autodesk Forge平台可以申请自己的Apps,申请Client ID与Client Secret是为了系统的安全性。应用程序会有大量数据,这些数据被用户请求操作或者获取信息,这些行为是需要得到认可才能进行访问。应用程序与Forge进行交互也需要Client ID与Client Secret,Forge提供的存储空间与数据操作的行为都需要这样的认证。
本研究以中水供水管网智慧运维项目为单元申请自己的Apps。身份认证API已经在API架构的基础体系里面了,不属于功能性的API,进行模型轻量化申请Date Management API与Model Derivative API即可。通过申请自己Apps的名字对Apps进行描述,同时填写Callback回调函数,该功能体现的是用户登录以后需要体现登录的结果,这些信息回传到服务器端。
创建Apps以后会自动生成可以和项目对应开发使用到的Client ID与Client Secret,如果遇到盗窃Client Secret的情况,可以重新生成相应Client ID的Client Secret。根据项目生成的Client ID与Client Secret如下图所示(图3)。
3.4获取Token
应用程序拥有或代最终用户管理相关应用程序的数据,通过应用程序(Client)请求Forge Authentication API,相继的Forge Authentication API则会把Token返回到应用程序(Client)。Forge使用的是JWT规范,会获取有权限范围的Token。由Forge服务器端的设定,Token存在有效期,Forge平台存在的SDK包会解决这个问题,只需要应用程序(Client)在Token快过期之前在次产生一个新Token就可以了。
在Visual Studio中应用.NET来生成Token。首先添加Forge平台需要的引用,Forge平台是放在NuGet上的。在编译的程序中输入我们获得的Client ID与Client Secret。Visual Studio的引用如图4所示。
<add key="FORGE_CLIENT_ID" value="" />
<add key="FORGE_CLIENT_SECRET" value="" />
通过程序来获取Token。
('#getToken').click(function(){
jQuery.ajax({
url:'/api/forge/oauth/token',
success:function(res){
//callback(res.access_token,res.expires_in)
$('#tokenvalue').val(res.access_token);
},error:function(err){ ('#tokenvalue').val(err.responseJSON.ExceptionMessage);
}}); });
3.5文件上传到OSS
Forge的底层数据存储结构比较复杂,基于底层OSS数据存储之上,有数据的服务和项目的服务,这些是提供给Saas产品所使用的。在OSS里面有一个名字是全局唯一的空间Bucket,文件以Bucket的形式存储。该功能除了提供从更广阔的Forge生态系统下载数据的能力之外,还提供了管理应用程序对象的功能。Forge的底层数据存储结构如图5所示。
3.6网页浏览
Web客户端的三维模型显示基于HTML5标准中的WebGL技术,该技术为OpenGL ES在Web环境下的使用提供了接口。为了实现基于WebGL的图形三维浏览,可以使用WebGL的上层框架Three.js。一个三维显示对象的基本信息包括几何与材质,在数据接口中均有相关定义。这些信息在Web客户端被读取之 后,将被载入新生成的Three.js三维对象中。之后将三维对象添加进入场景,等待其被渲染器渲染[2]。
在Forge平台中,通过编译的程序对Date Management API与Model Derivative API的调用,获取到Token与Bucket之后在经过模型的上传与转换,可以将中水泵房三维模型及模型中定义的共享参数信息在浏览器中显示。浏览器显示中水泵房三维模型如图6所示。
4 结论与展望
Revit模型在转换的过程中会生成另外一个轻量化的模型,在ForgeViewer前端的轻量化三维模型与原Revit模型是没有关系的。在中水泵房三维模型在浏览器查看的基础上,进一步在ForgeViewer前端中进行展示与开发,不会对源文件有任何影响。
在ForgeViewer前端可以进行对校园中水供水系统进行开发,实现校园中水管网资源的集中管理、统一调配、资源共享,通过综合运用计算机云技术、物联网技术、BIM技术、建立校园中水管网的日常管理、运行维护、应急指挥的软件工作平台。使得中水管网的管理模式从分散化、人工化的传统管理进入到集中化、智慧化的信息模式。可以直接从三维可视化上查看中水管网的空间分布形态、运用空间分析工具进行管网的规划设计、维护管理,从整体上降低管理成本,提高管网运行效率。建立管网运行数据库,如管网压力、流量等存储在运维BIM模型中,对供水管网运行维护提供空间位置信息、管网运行数据的实现三维可视化实时监控[3]。Forge平台可以存储不同的数据,包括几何信息、物理信息,完全可以作为一个系统共享平台,把通过物联网技术采集的中水管网的运行数据传输到Forge平台中,将物联网数据与轻量化的三维模型进行准确的定位耦合,以图形化的方式将不同数据源的数据集成、分类,进行合理、高效的展现。
参考文献:
[1]朱栩莹,吴迪,李丹.BIM技术在城市地下管线设计与管理中的应用[J].山西建筑,2016,42(22):230-232.
[2]王珩玮,胡振中,林佳瑞,张建平.面向Web的BIM三维浏览与信息管理[J].土木建筑工程信息技术,2013,5(03):1-7.
[3]黄迪,王明丽,李淑芬,刘琳琳.基于BIM的MEP管线综合技术优化性研究[J].工程建设与设计,2016(11):72-76.
论文作者:吴永强,毛旭阳,王楚濛,安娟,明亮,李易
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/21
标签:模型论文; 管网论文; 供水系统论文; 中水论文; 数据论文; 平台论文; 技术论文; 《基层建设》2018年第20期论文;