河道BIM數(shù)字孿生系統(tǒng)

河道BIM信息系統(tǒng)系統(tǒng)概述河道BIM信息系統(tǒng)的核心是實現(xiàn)基于BIM模型及屬性數(shù)據(jù)一體化存儲、查詢、分析及全過程管理，為河道沿岸規(guī)劃建設和河道管理提供優(yōu)質(zhì)可視化信息數(shù)據(jù)支撐。由BIM高精度模型構(gòu)建的三維信息虛擬環(huán)境，可以真實地模擬現(xiàn)實世界可以實現(xiàn)的（甚至是不可實現(xiàn)的）物理上的、功能上的事物和環(huán)境。BIM與物聯(lián)網(wǎng)集成應用，實質(zhì)上是建筑全過程信息的集成與融合。BIM技術發(fā)揮上層信息集成、交互、展示和管理的作用，而物聯(lián)網(wǎng)技術則承擔底層信息感知、采集、傳遞、監(jiān)控的功能。二者集成應用可以實現(xiàn)建筑全過程“信息流閉環(huán)”，實現(xiàn)虛擬信息化管理與實體環(huán)境硬件之間的有機融合。通過全景漫游，使用戶能以真實的感覺“進入”系統(tǒng)觀賞美景，“沉浸”于美景之中，有“親臨其境”的感覺?？蛇x擇任意游覽路線（例如，從339電視塔到合江亭），沿河道在真實的三維地形圖上前行，通過覆蓋有遙感影像和各特色建筑、橋梁及設施真實模型的全景圖逼真地展現(xiàn)在眼前，創(chuàng)造“所見即所得”的感受。平臺的建設基于業(yè)務架構(gòu)平臺和圖形引擎平臺構(gòu)建，具有良好的伸縮性和業(yè)務處理速度，支持負荷分擔、動態(tài)平衡?；谄脚_化構(gòu)建系統(tǒng)可以達到快速搭建、與已建設的其它應用系統(tǒng)無縫集成、統(tǒng)一管理的要求。（1）統(tǒng)一架構(gòu)，統(tǒng)一管理基于業(yè)務架構(gòu)平臺的應用開發(fā)模式是通過平臺提供的建模工具來構(gòu)建組成信息系統(tǒng)的組織機構(gòu)、業(yè)務流程、業(yè)務信息等與業(yè)務直接相關的實體?；谄脚_的信息系統(tǒng)可以從信息化的整體、全局和發(fā)展的角度出發(fā)，為信息系統(tǒng)提供一個整體、集成、統(tǒng)一和靈活的架構(gòu)、運行和協(xié)作平臺，幫助用戶構(gòu)建整體的、靈活的信息系統(tǒng)，滿足用戶業(yè)務、管理和變革的全面要求。通過采用建立信息系統(tǒng)決策平臺，進行數(shù)據(jù)集中式管理，依托成熟的數(shù)據(jù)庫管理和GIS地理信息系統(tǒng)技術，按照統(tǒng)一的標準，建立數(shù)據(jù)存儲、管理、交換體系，為各級水務管理部門的行政管理和決策支持提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)中心主要包括三個部分：數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。（2）快速構(gòu)建，循序漸進利用統(tǒng)一的業(yè)務架構(gòu)平臺，實現(xiàn)信息系統(tǒng)的快速構(gòu)建，大大縮短信息系統(tǒng)建設周期，同時通過從簡單到復雜的循序漸進開發(fā)來降低項目風險和費用?？傮w架構(gòu)總體架構(gòu)設計河道BIM信息系統(tǒng)的核心是實現(xiàn)基于BIM模型及屬性數(shù)據(jù)一體化存儲、查詢、分析及全過程管理，為河道沿岸規(guī)劃建設和河道管理提供優(yōu)質(zhì)可視化信息數(shù)據(jù)支撐。此信息系統(tǒng)平臺的總體框架可分為3個層次，系統(tǒng)總體框架如下圖：用戶通過統(tǒng)一門戶登錄，經(jīng)過系統(tǒng)鑒權利過后，進入系統(tǒng)執(zhí)行相關的操作。按照系統(tǒng)分層設計的原則，將系統(tǒng)分為了展示層、應用服務層、數(shù)據(jù)加工層。展示層提供用戶數(shù)據(jù)訪問、展示操作界面，這一層主要是html頁面或vue頁面。應用服務層提供系統(tǒng)相關的業(yè)務功能處理服務，為展示層提供業(yè)務邏輯控制、數(shù)據(jù)模型處理、3D渲染、文件管理、訪問控制等。BIM數(shù)據(jù)加工層包含對接口數(shù)據(jù)的存儲、應用數(shù)據(jù)存儲、BIM文件資料數(shù)據(jù)加工服務。系統(tǒng)接收外部數(shù)據(jù)接口和系統(tǒng)對外部系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問接口，本系統(tǒng)接口層對接智慧水務統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺、統(tǒng)一地理信息服務平臺，統(tǒng)一權限應用單點登陸系統(tǒng)。從接口數(shù)據(jù)實時性要求分實時數(shù)據(jù)接口和批量數(shù)據(jù)接口，從接口實現(xiàn)形式分為服務接口和后臺批量數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設計由于大數(shù)據(jù)平臺提供大部分基礎數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)務性質(zhì)，應該在大數(shù)據(jù)平臺形成GIS+BIM的專題庫供本應用系統(tǒng)使用，非大數(shù)據(jù)提供的數(shù)據(jù)，則需要自己建庫建表，滿足自身業(yè)務系統(tǒng)要求。系統(tǒng)包含3大數(shù)據(jù)庫，如下結(jié)構(gòu)所示：1）專題數(shù)據(jù)庫包括河道X公里河體、水閘、橋梁、監(jiān)測點等基礎數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要由大數(shù)據(jù)平臺提供專題庫。2）BIM模型數(shù)據(jù)庫BIM模型數(shù)據(jù)庫，包括了BIM河體模型、水閘模型、橋梁、特色建筑等相關建筑信息。提供前端展示獲取。3）應用數(shù)據(jù)庫應用數(shù)據(jù)庫主要大數(shù)據(jù)獲取的有關水位，流量，運行狀態(tài)等實時信息，歷史數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析以及配置管理數(shù)據(jù)；包括應用系統(tǒng)的主要日志審計，配置管理，統(tǒng)計分析等數(shù)據(jù)。4）地理空間數(shù)據(jù)庫根據(jù)成都市城區(qū)區(qū)域數(shù)據(jù)，河道區(qū)域數(shù)據(jù)基礎數(shù)據(jù)，包括河道X公里河體、水閘、橋梁等基礎數(shù)據(jù)和熟悉數(shù)據(jù)資源新建、處理。5）文件資料庫由于本系統(tǒng)需要管理BIM資源文件，需要使用大文件管理，以及3D資源預覽呈現(xiàn)。本系統(tǒng)采用FastDFS分布式文件系統(tǒng)。引擎架構(gòu)如下圖所示。功能設計總體功能設計信息系統(tǒng)功能設計統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，統(tǒng)一的信息管理，統(tǒng)一的展示管理系統(tǒng)構(gòu)成，包括空間地理數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫、應用數(shù)據(jù)庫等內(nèi)容，與河道綠道信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對接。建立統(tǒng)一的河道BIM信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對模型數(shù)據(jù)的管理和應用。數(shù)字孿生BIM應用系統(tǒng)BIM數(shù)字化孿生系統(tǒng)集成BIM3D渲染，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測信息、實地漫游、VR技術與一體，綜合展示河道綠道X公里河道信息。BIM數(shù)字化孿生系統(tǒng)運用GIS,BIM，物聯(lián)網(wǎng)和VR等先進技術構(gòu)建河道X公里河道數(shù)字化孿生系統(tǒng)。以成都地形圖為基礎，通過3DBIM渲染技術數(shù)字還原整個X公里河道，讓用戶在線體驗河道綠道的真是魅力。同時也讓管理者通過綠道的監(jiān)測信息，實時監(jiān)測河道點位狀態(tài)。通過疊加相關河段的巡查信息，便于直觀掌握X公里綠道日常運維情況。模型數(shù)據(jù)管理與維護功能，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一的、可擴展的、層次化管理與動態(tài)維護更新，數(shù)據(jù)共享。一體化模型展示與分析功能，包括地面建筑模型、河道水體、河道水閘、橋梁模型、設備模型等建構(gòu)筑物信息進行集成景觀智能化展示與應用。具體功能設計如下圖所示：應用功能結(jié)構(gòu)圖應用管理子系統(tǒng)，以高精度GIS及BIM模型為基礎，已各類信息調(diào)查資源數(shù)據(jù)為核心，實現(xiàn)河道模型與業(yè)務應用一體化管理，建設多專業(yè)、多參數(shù)立體數(shù)據(jù)輸入、管理、可視化和分析評價為一體的子系統(tǒng)。具體功能點如下：功能分類詳細功能說明三維展示河道景觀一體化GIS模型展示河道沿線X公里水體、建筑、橋梁、景觀一體化展示實景地圖（地理信息系統(tǒng)GIS）展示模型操作功能實景地圖加載建筑模型（GIS與BIM結(jié)合）河道河道BIM模型展示BIM模型構(gòu)筑：特色建筑/橋梁BIM模型展示基礎地圖展示基礎地圖操作：包括地圖縮放、漫游、查詢等功能。支持分圖層顯示水體、橋梁、建筑、景觀等模型數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可視化程度。模型信息查看綜合信息查看：提供對橋梁、河段、流量設施、水質(zhì)監(jiān)測設施、泵房監(jiān)控設備、水閘控制設備等設施的基礎信息查看功能?；A設備設施查看檢測數(shù)據(jù)查看：提供對流量設施、水質(zhì)監(jiān)測設施、泵房監(jiān)控設備、水閘控制設備等設施的實時信息采集的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)等信息的查看功能，便于管理者掌握河道河體整體運行狀況。視頻監(jiān)控集成已建視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息的直觀展示。三維漫游河道全景漫游（VR）結(jié)合VR設備，沿著河道流向進行全景虛擬漫游河道夜景漫游（VR）結(jié)合VR設備，展現(xiàn)河道及沿岸夜景漫游信息查詢共享監(jiān)測類數(shù)據(jù)查詢維度數(shù)據(jù)查詢：支持以設備、時間、類型維度查詢監(jiān)測設備信息、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，查看不同監(jiān)測點、不同時間段、不同監(jiān)測設備類型的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析查詢數(shù)據(jù)展示：支持通過曲線、圖表等方式直觀顯示在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供在線監(jiān)測設備信息、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示。（1）生態(tài)監(jiān)測生態(tài)監(jiān)測模塊提供基礎地圖操作，包括地圖縮放、查詢等功能。支持分圖層顯示不同種類監(jiān)測點位(如：流量計、液位計等)、攝像頭等實時數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可視化程度。生態(tài)監(jiān)測功能用例圖（2）河道河流河道流域模塊實現(xiàn)對于成都河流河道中所有河段信息的綜合展示。包括河段監(jiān)測查看、河長位置信息與巡查信息查看。河段監(jiān)測查看包括對河段所屬河流、行政區(qū)域、河長等屬性數(shù)據(jù)查看功能，同時也可以查看河段的巡查任務，便于管理者掌握河段的整體運行狀況。河長信息查看包括河長的實時GPS位置、執(zhí)行任務等信息的查看。河道河流功能用例圖（3）景觀展示景觀展示模塊主要實現(xiàn)對于河道X公里河道及周邊重點建筑的景觀呈現(xiàn)，包括對于景觀的3DBIM剖面解析、漫游、VR日/夜游河道等直觀顯示。讓用戶真是感受河道X公里綠道帶來的數(shù)字孿生魅力。景觀展示功能用例圖（4）GIS+BIM一體化展示河道沿線X公里水體、建筑、道路、景觀植被一體化展示。模型展示例圖實景地圖（地理信息系統(tǒng)GIS）展示展示全球?qū)嵕暗貓D，并包含地理信息。地理信息圖展示模型操作功能可對建筑信息模型進行互動操作，如旋轉(zhuǎn)，平移，點選等。模型圖（5）地圖操作基礎地圖操作：包括地圖縮放、漫游、查詢等功能。支持分圖層顯示水體、橋梁、建筑、景觀等模型數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可視化程度。基礎地圖展示GIS+BIM引擎是集展示、查詢、審查、運營等功能模塊于一身的輕量化核心引擎平臺。為BIM模型的深入應用提供了廣闊空間，可充分應用于項目管理、智能建筑、物聯(lián)網(wǎng)設施和GIS集成等領域。平臺主要功能如下：1）地圖操作通過顯示不同地理標志物、建筑模型、物聯(lián)網(wǎng)設施設備等數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可視化程度?；A操作功能，包括地圖縮放、漫游、標注等功能。鷹眼視圖功能，可通過鷹眼視圖進行地圖視圖控制；坐標定位功能，可通過已錄入的POI點進行具體點位的定位。2）地圖圖層支持分圖層顯示不同GIS圖層信息，物聯(lián)網(wǎng)設施專題圖層信息，可通過圖層設置進行精準篩選。如閘口信息圖層，通過該圖層可以查看轄區(qū)內(nèi)所有河流的水位、容量、出入口、閘口等信息，同時還可以查看各個閘口的狀態(tài)信息。3）地圖屬性查詢平臺提供空間位置信息及屬性信息的基礎查詢功能：信息查詢：主要是對河段、橋梁屬性信息進行查詢，在地圖客戶區(qū)上選擇需要選擇的對象，彈出屬性顯示對話框或在屬性面板上顯示該對象的屬性信息。按設施/建筑名稱查詢：能夠按照設施/建筑名稱查詢出指定模型數(shù)據(jù)。按行政區(qū)域查詢：能夠按照行政區(qū)進行河段、橋梁等數(shù)據(jù)的查詢操作。4）統(tǒng)計分析按屬性條件統(tǒng)計：能夠按照屬性條件實現(xiàn)河段、閘壩等信息的統(tǒng)計操作。按組合條件統(tǒng)計：能夠按照屬性條件和空間條件實現(xiàn)河段、閘壩等信息的統(tǒng)計操作。按空間關系統(tǒng)計：能夠按照空間條件實現(xiàn)河段、閘壩等信息的統(tǒng)計操作。按道路統(tǒng)計：提供按按道路統(tǒng)計河段、閘壩等信息的操作。5）拓撲分析上下游分析：應支持選中河段上下游河段、閘壩等信息查看和統(tǒng)計分析；6）三維模型渲染加載可支持超大模型的流式加載和顯示，邊加載邊顯示，首次加載迅速，同時支持多專業(yè)、多文件模型聚合，展示超大模型。7）全景漫游沿著河道河體即景觀進行全景虛擬漫游，同時可借助VR可穿戴設備進行深度體驗。（6）模型信息展示綜合信息：提供對橋梁、河段、流量設施、水質(zhì)監(jiān)測設施、泵房監(jiān)控設備、水閘控制設備等設施的基礎信息查看功能。模型綜合信息查看（7）設備設施監(jiān)測數(shù)據(jù)查看1）監(jiān)測數(shù)據(jù)查看：提供對流量設施、水質(zhì)監(jiān)測設施、水閘控制設備等設施的實時信息采集的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)等信息的查看功能，便于管理者掌握河道河體整體運行狀況。集成已建視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息的直觀展示。2）實時數(shù)據(jù)查詢支持以設備、時間、類型維度查詢監(jiān)測設備信息、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，查看不同監(jiān)測點、不同時間段、不同監(jiān)測設備類型的數(shù)據(jù)。檢測類數(shù)據(jù)3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析查詢數(shù)據(jù)展示：支持通過曲線、圖表等方式直觀顯示在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供在線監(jiān)測設備信息、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示。后臺管理系統(tǒng)（1）系統(tǒng)功能概況BIM數(shù)字化后臺管理子系統(tǒng)主要功能點如下：1、集成HK文件服務器用于BIM文件管理。包含文件上傳、下載、預覽；2、后臺實時與大數(shù)據(jù)平臺同步監(jiān)測點基礎信息，同時支持用戶編輯監(jiān)測點信息；3、后臺實時與大數(shù)據(jù)平臺同步河段、河長等基礎信息，同時支持用戶編輯監(jiān)測點信息；4、后臺實時與大數(shù)據(jù)平臺同步攝像頭信息同步，同時支持用戶編輯攝像頭信息，控制攝像頭是否需要展現(xiàn)BIM數(shù)字化孿生系統(tǒng)上；5、支持日志審計功能，記錄用戶的日常增刪改功能。具體功能設計如下圖所示：后臺管理功能結(jié)構(gòu)模型應用管理建設目的——在河道綠道信息系統(tǒng)基礎上，建立河道模型應用管理子系統(tǒng)，以高精度GIS及BIM模型為基礎，已各類信息調(diào)查資源數(shù)據(jù)為核心，實現(xiàn)河道模型與業(yè)務應用一體化管理，建設多專業(yè)、多參數(shù)立體數(shù)據(jù)輸入、管理、可視化和分析評價為一體的子系統(tǒng)。功能設計表功能分類詳細功能說明數(shù)據(jù)處理功能集成數(shù)據(jù)接收存儲、數(shù)據(jù)添加、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)刪除等功能信息共享數(shù)據(jù)下載三維模型、監(jiān)測等數(shù)據(jù)下載數(shù)據(jù)管理三維模型、監(jiān)測等數(shù)據(jù)下載數(shù)據(jù)接口調(diào)取數(shù)據(jù)服務資料檢索根據(jù)關鍵字查詢目標資料，支持模糊查詢物聯(lián)智能化管理設施閾值告警閾值設置：支持管理員對設施運行、監(jiān)測指標閾值進行設置，當指標異常時會自動觸發(fā)預警或告警提示。設施報警報警信息：支持對于現(xiàn)場在線監(jiān)測設備未采集到數(shù)據(jù)等故障和異常信息進行報警，并在模型上標識故障和異常位置。示警信息查詢警情信息查詢與管理：支持對已經(jīng)發(fā)生的警情信息進行查詢和管理。信息訂閱推送設施反向控制（2）數(shù)據(jù)同步數(shù)據(jù)同步模塊基于大數(shù)據(jù)平臺提供的專題庫，系統(tǒng)通過接口或者其他模式，將數(shù)據(jù)同步在業(yè)務庫中，包括監(jiān)測點基礎屬性、攝像頭、河段、河長等基礎信息與監(jiān)測值實時信息。為BIM數(shù)字化孿生系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)依賴支持?；A信息變化不大，將在每天同步一次，而實時測量數(shù)據(jù)則需要實時同步。同時，模塊也提供手動同步按鈕，避免部分信息失效/新增同步不及時問題。功能時序圖（3）數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理提供監(jiān)測點、攝像頭、河段、河長等臺賬信息基礎操作，主要針對基礎數(shù)據(jù)不全的問題，用戶可以在后臺進行編輯操作后，展示在BIM數(shù)字化孿生系統(tǒng)信息中。通知也提供針對監(jiān)測點、攝像頭的啟用與禁用模式，默認為啟用。數(shù)據(jù)管理應用功能結(jié)構(gòu)（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)統(tǒng)計提供監(jiān)測點、攝像頭、河段、河長等統(tǒng)計信息，讓用戶一目了然目前在河道綠道X公里上的統(tǒng)計信息。根據(jù)檢測點的類型統(tǒng)計、根據(jù)河段的行政區(qū)域統(tǒng)計、河長的區(qū)域統(tǒng)計等等。（5）文件管理文件管理模塊集成FastDFS分布式文件系統(tǒng)，提供支持瀏覽器上傳，下載，支持小文件自動合并，斷點續(xù)傳等功能，主要用于BIM文件的綜合管理。文件管理功能用例圖（6）3D預覽3D預覽模塊主要與文件管理模塊協(xié)同，用戶上傳BIM文件后，可以通過3D預覽模塊，針對BIM文件進行預覽操作，查看模型質(zhì)量。支持手動拖動旋轉(zhuǎn)，自動旋轉(zhuǎn)功能。3D功能用例圖（7）日志審計