BIM设计资源管理的数据库实践

1、第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集上海2011版BI袄M柏设计资源管理板的数据库实践作者姓名：翟韦稗作者单位：上海观岸念信息技术有限公般司瓣【颁摘要百】稗本文探讨如何把对暗建筑信息模型熬（案Building矮 Informa版tion Mod柏elin邦g扳，绊BI盎M佰）瓣设计资源数据进行袄分类、搜集、管理摆，坝在数据库设计和实哀现的过程中如何进胺行性能优化，佰从而矮能拌使半BIM斑设计资源得到熬有效胺的坝利用艾，坝为白BIM捌技术的岸推广应用巴提供支持扮。吧【白关键词癌】捌BI挨M摆、盎设计资源0 引言皑随着挨建筑设计行业的信暗息技术应用由拔传统的二维矮CA颁D扒设计向靶三维摆建筑信息

2、模型设计埃演进矮，即由图形化稗（矮Drawin澳g拌）到建筑信息模型案化埃（稗Building唉 Informa肮tion Mod斑elin凹g败，皑BI把M绊）百 靶的本质变换，有必唉要芭考虑在企业内部或奥社会上拌建立拌基搬于俺BI柏M爱的吧设计资源数据阿管理系统，瓣为邦标哎准艾BIM捌构件等扳可重用的核心哎BI扳M半设计资源爸数据提供一个伴采集、存储、管理拜、应用、共享敖的软件拌平台奥。矮本文尝试从数据库盎技术的角度佰对奥BI哀M碍设计资源的数据特拜征、澳管理要求罢进行初步的分析版，并吧在办Microsof扳t SQL Se绊rver 200熬8巴数据库管理系统的氨特性基础上探斑讨蔼BI绊

3、M摆设计资源数据库的瓣设计方法和爸相关的扒性能优化技术。颁1 案BI半M设计资源数据的八分类和昂采集模式安数据分类模型基本哀概念斑要对搬BI版M扒设计暗资源数据进行有效颁的管理和利用，首爸先要对其数据类型胺有充分的理解和认搬识，建立起数据分佰类模型。在通常的佰企业数据中，包括澳以下六大数据类型板：稗元数据（矮metadata爸）百元数据可以理解为般数据的数据，平时挨我们设计表时，大扳部分属性字段就是版元数据。比如，性蔼别，国籍，出生省捌份等。这个是最接佰近自然意义的的数翱据。唉引用数据（稗Referenc芭e Data按）引用数据是元数据扳的可能取值范围，昂我们设计表时所说瓣的数据字典往往就肮

4、是引用数据。比如袄，性别只能是男和昂女，男和女就是引胺用数据。国家的引俺用数据就是世界上搬这澳10败0般多个国家和地区；俺主数据（翱Master D哀ata扮）瓣主数据是在我们数按据库设计中最重要扮的一些实体，是由颁元数据和引用数据哎实例的集合。主数隘据可以定义岸为颁“敖用于为核心业务实扳体创建和维护全企半业扒澳记录系绊统办版，以记录业务交易案并评定这些实体的艾业绩所需的信息扳。哀”熬平时我们常碰到的搬客户信息，产品信袄息都属于主数据。巴主数据是企业应用啊系统中最基本的业懊务单元，比如一个败产品系统，它处理奥的基本数据就是生斑产数据拌，扳H巴R阿系统处理的基本数拌据是雇员傲，挨CR凹M邦系统处

5、理的基本数翱据是客户。另外，巴各个行业对于主数巴据的管理的需求和俺期望会有很大不同傲，因此行业经验对霸于主数据管理很重昂要。安企业结构化数据（瓣Enterpri吧se Struc敖ture Dat胺a吧）扒企业结构化数据是板企业业务中所需的把数据实按体拜 俺，可能是多个主数绊据的集合。不同行凹业的结构化数据会芭有很大不同澳交易活动数据（皑Transact扒ion Acti爸vity Dat俺a败）巴交易活动数据是主艾数据之间活动产生半的数据。比如客户疤购买产品的交易记录就是交易活动数坝据，工厂生产产品疤，生产记录也是交芭易活动数据拌交易审计数据（碍Transact白ion Audi碍t Dat

6、a熬）爱我们对数据的所有按活动都通过交易审叭计数据进行记录。把比如我们对客户信扒息修改的操作，对罢交易的增加和删除翱操作，这些活动在霸很多关键系统（比芭如银行）都需要记班录，以合符相应法版规的要求。吧下图中数据模型中佰的蓝色越深代表语败义相关性越强和数挨据质量越重要，而捌黄色越深代表数据艾的数据数量越多、傲更新的频率越快、隘实时抓取的数据越般快、数据的生命越澳短。下图可以看到班，元数据的数据语背义性最强，几乎不拜更新，数据量最少拔，生命周期最长。摆图皑 哀SEQ唉 靶图斑 * ARAB肮IC胺 翱1绊在盎BI靶M唉设计资源数据管理胺中，通常需要澳把哀BI坝M八构件作为主数据来跋管理，例拌如按R

7、evit艾族库中的文件对象蔼；把描述挨构件捌特征的各类属性皑、参数隘作为元数据伴和扳引用数据来管理；爱把对构件的引用和熬访问记录作为交易啊活动数据来管理；艾把构件库的维护和摆更新记录作为交易哎审计数据来管理。扳一个具有奥实用阿性的岸BIM背设计资源八管理蔼系统凹，需要绊有效地斑整合懊与管理以上芭不同类型的数据，案对邦数据的颁存储耙方式扳、胺数据库表的设计、跋系统的案软硬件白架构都提出了较高背的要求。搬BI皑M哎设计资源的采集模爸式胺对于勘察设计企业澳来说，拔BIM坝设计资源数据可以爱来自企业内或企业案外，数据采集主要哀采用以下方式：唉企业内人工采集：阿企业内的技术部门澳主动采集、整理、澳录入案

8、企业内自动采集：邦通过与俺建筑协同设计绊系统败或项目管理系统绊的集成自动获取设敖计成果数据蔼。班企业外人工采集：扒由建材设备厂商等柏关联单位主动录入皑数据唉企业外自动采集：澳与外部关联单位的把信息系统集成，自败动获取数据。扒通过以上四种采集般方式获取的数据，败经过整理、提炼、袄整合后可以被应用案到设计过程中，并哀形成新的设计资源板和知识数据，从而碍使数据形成有效的氨循环，实现设计资挨源和知识数据整个奥生命周期的管理。叭为了实现以上四种靶采集方式，癌BIM啊设计资源拜管理系统柏需要提供相应的录佰入维护工具，并且翱提供完整的应用开颁发接口癌（瓣AP盎I阿），以便第三方应把用程序可以利哀用矮AP把I

9、班与系统实现互操作跋。傲2 版BI翱M矮设计资源阿数据特征和性能优奥化数据特征唉从上面的分析可以埃看出，安BIM板设计资源数据的主俺要特点如下：蔼以非结构化数据为啊主，需要海量存储拔空间扒BI爸M拔设计资源绊主数据以非结构化笆数据（文档对象）胺为主要组成部分，佰这些数据将占据庞隘大的物理存储空间傲，这对数据库管理拔系统处理非结构化扒数据的存取性能、叭可靠性、并发响应袄等技术指标提出了拜很高的要求。皑树状结构，结构化捌数据关系复杂疤BIM笆设计资源岸对象案（邦主数据暗）颁以树状结构疤管理颁，由于每个对象都肮有相关的权限信息搬和属性拜（元数据）颁，属性有不同的数摆据类型佰和参考值（引用数奥据）芭，

10、权限和属性在对芭象树上又有父子节奥点的继承关系，这按就造成了结构化数搬据的关系复杂，记隘录数量庞大。例如哀：把对象树中败有柏10昂0隘万个对象翱平均每个对象拜有败1肮0奥个自定义属性败系统用唉户办100案0百人，平均每个对象拜上拜有拌10办0蔼个人的权限记录傲对象属性表的记录佰数将达傲到白10背0瓣万懊X 10=100巴0颁万条佰由于存在多值的属半性（多选、枚举）耙，属性值表中的记坝录数拔般100爱0吧万条敖权限表的记录数更白达熬到皑10背0懊万啊X 100=颁1摆亿条稗在一个表中具有那鞍么多的记录，不仅敖有存储空间的压力白，巴数据库皑表的索引、查询效班率等问题都需要加绊以解决。坝数据库管理系

11、统的百选型盎针对以上数据特征跋，需要选择合适的啊数据库管理系统作半为系统的底层数据稗库平台，入选的数稗据库管理系统应该扮具有以下特征：氨主流的企业级关系按型数据库管理系统熬对数据仓库应用优案化矮能够处理海量的非岸结构化数据邦有丰富的性能优化扳特性和相关工具唉有不同的版本级别皑，适合小规模到大拔规模的布署挨经过对市场上主流关系型数据库管理瓣系统的对比分析，班我们坝尝试扳以般Microsof颁t SQL Se坝rver 200耙8摆用耙于按BI哎M芭设计资源板的底层数据库平台昂，主要理由在于：背SQL Serv袄er 200碍8板的一系列新特性非罢常适合处理板BIM瓣设计资源绊的数据类型，包括绊：

12、跋支持分区表并行处岸理等技术，优化了罢数据仓库存储、查柏询性能爱FILESTRE板A芭M矮（文件流）特性暗增强了非结构数据癌的支持翱Hierachy氨I艾D笆特性支持树结构的般表达和操作扒用户界面友好，易办于管理袄开发接口成熟，编傲程效率高阿对主流稗的艾Window凹s跋网络环境有良好的罢支持绊从免费埃的坝Expres板s拌版本把到鞍DataCent芭e唉r隘版本，适合不同的耙布署规模岸利用分区表并行处熬理优化查询性能吧较前期同类产品相笆比凹，傲SQL Serv佰er 2008稗 澳提供功能更为强大隘的关系数据仓库，瓣我们可以充分利用耙这些新技术来构建百性能良好的数据仓搬库，以便对数十亿澳行的

13、数据进行查询安，获取最佳查询性扳能唉。凹SQL Serv吧er 200巴8摆支持以下特性：分区表并行处理星型联接查询优化罢ROW 哎和哀 PAGE扒 拔压缩半分区对齐的索引视拔图稗为案加快大型数据仓库按的查询处理速度，奥数据库管理员敖可以芭对大型扒表进行分区按（例如柏BI板M澳设计资源管理白系统中的对象权限俺表蔼、对象属性表矮）碍，阿将数据放到不同的疤文件组内，从而减芭少了处理某一数据捌范围内的行时所必扳须搜索的数据量，跋并且当文件组被部疤署到多个物理磁盘昂上时，可利用底层岸磁盘系统的并发性俺能。艾同时可以分配多般核白CP安U跋的处理核心分别对奥不同的分区进行并爱行运算，从而最大笆限度地利用硬

14、件效爸能。鞍利用数据八压缩案优化存储扒BI胺M巴设计资源管理搬系统涉及大容量的奥结构化和非结构化坝数据，澳要管理如此大的数把据并为数据仓库查把询提供可接受的性罢能，难度可想而知。这些查询通常都绊非常复杂（涉及多鞍个联接和累计），哀并要访问大量数据隘。工作负载中的许跋多查询还都办受稗 I/O绊 盎限制。矮可以利用隘SQL Serv柏er 2008蔼的安本机数据压缩肮来解决拌这一问题靶。昂SQL Serv澳er 2008耙 氨基于挨可变长度存储格式啊vardecim安a叭l般构建，斑将伴整数、字符和浮点颁数据类型版存储成可变长度格跋式柏，伴提供以下两类压缩按：把ROW挨 八压缩鞍和袄 PAGE哎

15、氨压缩。岸数据类型的语义仍半保持不变。因此八既能从数据压缩受搬益，又无需对应用暗程序做任何更改。唉我们可以板灵活地选择要压缩版的表、索引和分区柏，在空间节省凹和澳 CPU笆 摆影响之间取得平衡背。挨测试结果蔼表明芭，耙通过这种方式搬可将捌数据库的大小缩爱小拜 5鞍0扮班65氨%爸，并且吧受鞍 I/O 芭限制的查询的性能吧得到了显著改善氨。矮对袄CP败U霸性能靶的唉影响取决于查询的耙复杂程度。靶在哎 SQL Ser拌ver八 靶中，仅当访问索引拜或表时才会发生解按压缩开销。如果扫唉描运算符的相邦对颁 CPU扒 板开销低于查询的整扳体搬 CPU佰 扮开销，按对阿 CPU把 埃利用率的影响少拔于俺

16、20-30盎%爸。绊利绊用霸FILESTRE胺A斑M靶处理非结构化数据靶（办BI版M艾构件凹对象）暗由于按BI傲M靶设计资源管理系统扒的数据特征，应用把程序会同时使用到啊结构化数据班（对象权限、对象跋属性等元数据）摆和非结构化数据稗（傲BI扮M澳构件对象本身）版，这就需要在一个案事务中创建、更新盎、删除和读取这些胺完全不同的数据类傲型。当结构化数据昂驻留在关系数据库把中而非结构化数据把却存储在文件系统叭中时，无法简单地叭在同一个事务中处翱理，会造成严重的阿数据完整性问题。盎SQL Serv凹er 200按8皑新斑的八FILESTRE凹A办M板（文件流）特性柏可以将非结构化数唉据存储在文件系统扳

17、中，但仍然保持鞍事务的完整性。唉我们奥可以在服务器的文胺件系统上存储挨BI百M般构件对象文件哎，但可以在数据库肮SQ氨L版语言系统白内管理和访问，这暗个特性扳让版SQL Serv颁e暗r埃不仅可以维护好数俺据库内记录的完整奥性，也能够维护好板数据库记录和外部瓣文件之间的完整性岸。把FILESTRE哎A扳M爸使斑SQL Serv把er邦 2008叭数据库引擎伴和版NTF笆S懊文件系统成为了一爱个整体埃。凹Transact叭-SQ肮L隘语句可以插入、更疤新、查询、搜索和凹备埃份佰FILESTRE氨A般M绊数据敖。拌FILESTRE罢A巴M百使跋用摆N埃T吧系统缓存来缓存文跋件数据。这有助于啊减把少

18、把FILESTRE暗A皑M版数据可能对数据库巴引擎性能产生的任袄何影响。败利扮用扮Hierachy班I按D岸处理背BIM挨设计资源对象树结昂构胺对于信息系统而言白，管理具有层次结哎构的数据是常见的搬问题。百我们可以找到很多鞍案例，例如，典型靶的凹 Employe巴e爸 蔼表肮。哀Employee巴 笆层次问题比较简单笆，我们必须存储雇爸员列表以及他们的矮上级领导。我们用笆下面的模式来表示案：瓣图拔 肮SEQ摆 蔼图碍 * ARAB阿IC案 拔2巴如果我们使用多层斑次文件夹的结构来澳管理邦BI哎M翱设计资源柏对象熬，由此形成的树结百构哎建模也是如此，需澳要在一个表中存储背设计资源对象及其俺父对象

19、败的啊ID艾。奥即使这个设计是简艾单的，但查询它芭并不是件容易的事百情，例如唉：佰找出某个对象的所澳有子对象靶找出某个对象的所鞍有上级对象找出某一级别的所爱有对象昂这些操作通常需要瓣通过比较复杂版的俺SQ俺L哀语句来实现。拔为了提供一个对层邦次结构真正的支持隘，澳SQL Serv瓣er 2008傲 氨引入了一个新的数奥据类型俺：爱Hierarch背yID安，班该类型支持比较疤，从而可以显著简背化层级结构的查询吧操作，例如：找出分支拜要返回层次结构里唉的一个完整分支，稗查询很简单：Select *敖From dbo斑.Organiz版ation暗Where B巴ossNode.岸IsDescen邦dant(Emp