河道BIM数字孪生系统

河道BIM信息系统系统概述河道BIM信息系统的核心是实现基于BIM模型及属性数据一体化存储、查询、分析及全过程管理，为河道沿岸规划建设和河道管理提供优质可视化信息数据支撑。由BIM高精度模型构建的三维信息虚拟环境，可以真实地模拟现实世界可以实现的（甚至是不可实现的）物理上的、功能上的事物和环境。BIM与物联网集成应用，实质上是建筑全过程信息的集成与融合。BIM技术发挥上层信息集成、交互、展示和管理的作用，而物联网技术则承担底层信息感知、采集、传递、监控的功能。二者集成应用可以实现建筑全过程“信息流闭环”，实现虚拟信息化管理与实体环境硬件之间的有机融合。通过全景漫游，使用户能以真实的感觉“进入”系统观赏美景，“沉浸”于美景之中，有“亲临其境”的感觉。可选择任意游览路线（例如，从339电视塔到合江亭），沿河道在真实的三维地形图上前行，通过覆盖有遥感影像和各特色建筑、桥梁及设施真实模型的全景图逼真地展现在眼前，创造“所见即所得”的感受。平台的建设基于业务架构平台和图形引擎平台构建，具有良好的伸缩性和业务处理速度，支持负荷分担、动态平衡。基于平台化构建系统可以达到快速搭建、与已建设的其它应用系统无缝集成、统一管理的要求。（1）统一架构，统一管理基于业务架构平台的应用开发模式是通过平台提供的建模工具来构建组成信息系统的组织机构、业务流程、业务信息等与业务直接相关的实体。基于平台的信息系统可以从信息化的整体、全局和发展的角度出发，为信息系统提供一个整体、集成、统一和灵活的架构、运行和协作平台，帮助用户构建整体的、灵活的信息系统，满足用户业务、管理和变革的全面要求。通过采用建立信息系统决策平台，进行数据集中式管理，依托成熟的数据库管理和GIS地理信息系统技术，按照统一的标准，建立数据存储、管理、交换体系，为各级水务管理部门的行政管理和决策支持提供数据支持。数据中心主要包括三个部分：数据存储系统、数据管理系统和数据交换系统。（2）快速构建，循序渐进利用统一的业务架构平台，实现信息系统的快速构建，大大缩短信息系统建设周期，同时通过从简单到复杂的循序渐进开发来降低项目风险和费用。总体架构总体架构设计河道BIM信息系统的核心是实现基于BIM模型及属性数据一体化存储、查询、分析及全过程管理，为河道沿岸规划建设和河道管理提供优质可视化信息数据支撑。此信息系统平台的总体框架可分为3个层次，系统总体框架如下图：用户通过统一门户登录，经过系统鉴权利过后，进入系统执行相关的操作。按照系统分层设计的原则，将系统分为了展示层、应用服务层、数据加工层。展示层提供用户数据访问、展示操作界面，这一层主要是html页面或vue页面。应用服务层提供系统相关的业务功能处理服务，为展示层提供业务逻辑控制、数据模型处理、3D渲染、文件管理、访问控制等。BIM数据加工层包含对接口数据的存储、应用数据存储、BIM文件资料数据加工服务。系统接收外部数据接口和系统对外部系统提供数据访问接口，本系统接口层对接智慧水务统一大数据平台、统一地理信息服务平台，统一权限应用单点登陆系统。从接口数据实时性要求分实时数据接口和批量数据接口，从接口实现形式分为服务接口和后台批量数据接口。数据库架构设计由于大数据平台提供大部分基础数据，根据业务性质，应该在大数据平台形成GIS+BIM的专题库供本应用系统使用，非大数据提供的数据，则需要自己建库建表，满足自身业务系统要求。系统包含3大数据库，如下结构所示：1）专题数据库包括河道X公里河体、水闸、桥梁、监测点等基础数据与监测数据，主要由大数据平台提供专题库。2）BIM模型数据库BIM模型数据库，包括了BIM河体模型、水闸模型、桥梁、特色建筑等相关建筑信息。提供前端展示获取。3）应用数据库应用数据库主要大数据获取的有关水位，流量，运行状态等实时信息，历史数据，统计分析以及配置管理数据；包括应用系统的主要日志审计，配置管理，统计分析等数据。4）地理空间数据库根据成都市城区区域数据，河道区域数据基础数据，包括河道X公里河体、水闸、桥梁等基础数据和熟悉数据资源新建、处理。5）文件资料库由于本系统需要管理BIM资源文件，需要使用大文件管理，以及3D资源预览呈现。本系统采用FastDFS分布式文件系统。引擎架构如下图所示。功能设计总体功能设计信息系统功能设计统一数据管理，统一的信息管理，统一的展示管理系统构成，包括空间地理数据库、模型数据库、应用数据库等内容，与河道绿道信息系统数据中心对接。建立统一的河道BIM信息管理系统，实现对模型数据的管理和应用。数字孪生BIM应用系统BIM数字化孪生系统集成BIM3D渲染，物联网监测信息、实地漫游、VR技术与一体，综合展示河道绿道X公里河道信息。BIM数字化孪生系统运用GIS,BIM，物联网和VR等先进技术构建河道X公里河道数字化孪生系统。以成都地形图为基础，通过3DBIM渲染技术数字还原整个X公里河道，让用户在线体验河道绿道的真是魅力。同时也让管理者通过绿道的监测信息，实时监测河道点位状态。通过叠加相关河段的巡查信息，便于直观掌握X公里绿道日常运维情况。模型数据管理与维护功能，多源异构数据统一的、可扩展的、层次化管理与动态维护更新，数据共享。一体化模型展示与分析功能，包括地面建筑模型、河道水体、河道水闸、桥梁模型、设备模型等建构筑物信息进行集成景观智能化展示与应用。具体功能设计如下图所示：应用功能结构图应用管理子系统，以高精度GIS及BIM模型为基础，已各类信息调查资源数据为核心，实现河道模型与业务应用一体化管理，建设多专业、多参数立体数据输入、管理、可视化和分析评价为一体的子系统。具体功能点如下：功能分类详细功能说明三维展示河道景观一体化GIS模型展示河道沿线X公里水体、建筑、桥梁、景观一体化展示实景地图（地理信息系统GIS）展示模型操作功能实景地图加载建筑模型（GIS与BIM结合）河道河道BIM模型展示BIM模型构筑：特色建筑/桥梁BIM模型展示基础地图展示基础地图操作：包括地图缩放、漫游、查询等功能。支持分图层显示水体、桥梁、建筑、景观等模型数据，提高数据的可视化程度。模型信息查看综合信息查看：提供对桥梁、河段、流量设施、水质监测设施、泵房监控设备、水闸控制设备等设施的基础信息查看功能。基础设备设施查看检测数据查看：提供对流量设施、水质监测设施、泵房监控设备、水闸控制设备等设施的实时信息采集的实时监测数据、历史监测数据、设备状态等信息的查看功能，便于管理者掌握河道河体整体运行状况。视频监控集成已建视频监控系统数据，实现信息的直观展示。三维漫游河道全景漫游（VR）结合VR设备，沿着河道流向进行全景虚拟漫游河道夜景漫游（VR）结合VR设备，展现河道及沿岸夜景漫游信息查询共享监测类数据查询维度数据查询：支持以设备、时间、类型维度查询监测设备信息、实时监测数据，查看不同监测点、不同时间段、不同监测设备类型的数据。数据统计分析查询数据展示：支持通过曲线、图表等方式直观显示在线监测数据，提供在线监测设备信息、实时监测数据的显示。（1）生态监测生态监测模块提供基础地图操作，包括地图缩放、查询等功能。支持分图层显示不同种类监测点位(如：流量计、液位计等)、摄像头等实时数据，提高数据的可视化程度。生态监测功能用例图（2）河道河流河道流域模块实现对于成都河流河道中所有河段信息的综合展示。包括河段监测查看、河长位置信息与巡查信息查看。河段监测查看包括对河段所属河流、行政区域、河长等属性数据查看功能，同时也可以查看河段的巡查任务，便于管理者掌握河段的整体运行状况。河长信息查看包括河长的实时GPS位置、执行任务等信息的查看。河道河流功能用例图（3）景观展示景观展示模块主要实现对于河道X公里河道及周边重点建筑的景观呈现，包括对于景观的3DBIM剖面解析、漫游、VR日/夜游河道等直观显示。让用户真是感受河道X公里绿道带来的数字孪生魅力。景观展示功能用例图（4）GIS+BIM一体化展示河道沿线X公里水体、建筑、道路、景观植被一体化展示。模型展示例图实景地图（地理信息系统GIS）展示展示全球实景地图，并包含地理信息。地理信息图展示模型操作功能可对建筑信息模型进行互动操作，如旋转，平移，点选等。模型图（5）地图操作基础地图操作：包括地图缩放、漫游、查询等功能。支持分图层显示水体、桥梁、建筑、景观等模型数据，提高数据的可视化程度。基础地图展示GIS+BIM引擎是集展示、查询、审查、运营等功能模块于一身的轻量化核心引擎平台。为BIM模型的深入应用提供了广阔空间，可充分应用于项目管理、智能建筑、物联网设施和GIS集成等领域。平台主要功能如下：1）地图操作通过显示不同地理标志物、建筑模型、物联网设施设备等数据，提高数据的可视化程度。基础操作功能，包括地图缩放、漫游、标注等功能。鹰眼视图功能，可通过鹰眼视图进行地图视图控制；坐标定位功能，可通过已录入的POI点进行具体点位的定位。2）地图图层支持分图层显示不同GIS图层信息，物联网设施专题图层信息，可通过图层设置进行精准筛选。如闸口信息图层，通过该图层可以查看辖区内所有河流的水位、容量、出入口、闸口等信息，同时还可以查看各个闸口的状态信息。3）地图属性查询平台提供空间位置信息及属性信息的基础查询功能：信息查询：主要是对河段、桥梁属性信息进行查询，在地图客户区上选择需要选择的对象，弹出属性显示对话框或在属性面板上显示该对象的属性信息。按设施/建筑名称查询：能够按照设施/建筑名称查询出指定模型数据。按行政区域查询：能够按照行政区进行河段、桥梁等数据的查询操作。4）统计分析按属性条件统计：能够按照属性条件实现河段、闸坝等信息的统计操作。按组合条件统计：能够按照属性条件和空间条件实现河段、闸坝等信息的统计操作。按空间关系统计：能够按照空间条件实现河段、闸坝等信息的统计操作。按道路统计：提供按按道路统计河段、闸坝等信息的操作。5）拓扑分析上下游分析：应支持选中河段上下游河段、闸坝等信息查看和统计分析；6）三维模型渲染加载可支持超大模型的流式加载和显示，边加载边显示，首次加载迅速，同时支持多专业、多文件模型聚合，展示超大模型。7）全景漫游沿着河道河体即景观进行全景虚拟漫游，同时可借助VR可穿戴设备进行深度体验。（6）模型信息展示综合信息：提供对桥梁、河段、流量设施、水质监测设施、泵房监控设备、水闸控制设备等设施的基础信息查看功能。模型综合信息查看（7）设备设施监测数据查看1）监测数据查看：提供对流量设施、水质监测设施、水闸控制设备等设施的实时信息采集的实时监测数据、历史监测数据、设备状态等信息的查看功能，便于管理者掌握河道河体整体运行状况。集成已建视频监控系统数据，实现信息的直观展示。2）实时数据查询支持以设备、时间、类型维度查询监测设备信息、实时监测数据，查看不同监测点、不同时间段、不同监测设备类型的数据。检测类数据3）数据统计分析查询数据展示：支持通过曲线、图表等方式直观显示在线监测数据，提供在线监测设备信息、实时监测数据的显示。后台管理系统（1）系统功能概况BIM数字化后台管理子系统主要功能点如下：1、集成HK文件服务器用于BIM文件管理。包含文件上传、下载、预览；2、后台实时与大数据平台同步监测点基础信息，同时支持用户编辑监测点信息；3、后台实时与大数据平台同步河段、河长等基础信息，同时支持用户编辑监测点信息；4、后台实时与大数据平台同步摄像头信息同步，同时支持用户编辑摄像头信息，控制摄像头是否需要展现BIM数字化孪生系统上；5、支持日志审计功能，记录用户的日常增删改功能。具体功能设计如下图所示：后台管理功能结构模型应用管理建设目的——在河道绿道信息系统基础上，建立河道模型应用管理子系统，以高精度GIS及BIM模型为基础，已各类信息调查资源数据为核心，实现河道模型与业务应用一体化管理，建设多专业、多参数立体数据输入、管理、可视化和分析评价为一体的子系统。功能设计表功能分类详细功能说明数据处理功能集成数据接收存储、数据添加、数据查询、数据修改、数据删除等功能信息共享数据下载三维模型、监测等数据下载数据管理三维模型、监测等数据下载数据接口调取数据服务资料检索根据关键字查询目标资料，支持模糊查询物联智能化管理设施阈值告警阈值设置：支持管理员对设施运行、监测指标阈值进行设置，当指标异常时会自动触发预警或告警提示。设施报警报警信息：支持对于现场在线监测设备未采集到数据等故障和异常信息进行报警，并在模型上标识故障和异常位置。示警信息查询警情信息查询与管理：支持对已经发生的警情信息进行查询和管理。信息订阅推送设施反向控制（2）数据同步数据同步模块基于大数据平台提供的专题库，系统通过接口或者其他模式，将数据同步在业务库中，包括监测点基础属性、摄像头、河段、河长等基础信息与监测值实时信息。为BIM数字化孪生系统提供数据依赖支持。基础信息变化不大，将在每天同步一次，而实时测量数据则需要实时同步。同时，模块也提供手动同步按钮，避免部分信息失效/新增同步不及时问题。功能时序图（3）数据管理数据管理提供监测点、摄像头、河段、河长等台账信息基础操作，主要针对基础数据不全的问题，用户可以在后台进行编辑操作后，展示在BIM数字化孪生系统信息中。通知也提供针对监测点、摄像头的启用与禁用模式，默认为启用。数据管理应用功能结构（4）数据统计数据统计提供监测点、摄像头、河段、河长等统计信息，让用户一目了然目前在河道绿道X公里上的统计信息。根据检测点的类型统计、根据河段的行政区域统计、河长的区域统计等等。（5）文件管理文件管理模块集成FastDFS分布式文件系统，提供支持浏览器上传，下载，支持小文件自动合并，断点续传等功能，主要用于BIM文件的综合管理。文件管理功能用例图（6）3D预览3D预览模块主要与文件管理模块协同，用户上传BIM文件后，可以通过3D预览模块，针对BIM文件进行预览操作，查看模型质量。支持手动拖动旋转，自动旋转功能。3D功能用例图（7）日志审计