建筑企业BIM私有云平台中心建设与实施模板

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摘要:本文针对建筑企业在传统BIM应用上的弊端,提出了一种BIM私有云平台中心的解决方案。从搭建思路、搭建原理以及基本架构等方面介绍了建筑企业私有云平台框架,并通过风险分析对其可用性进行评估,最后经过一个实施案例对平台的功能模块进行了详细的介绍,反映了建筑企业BIM私有云平台的实施效果,充分体现了BIM私有云平台广阔的应用价值和发展前景。

关键词:建筑信息模型(BIM);信息化;企业私有云;信息中心建设中图分类号:TU17ConstructionandimplementationofBIMprivatecloudplatforminconstructionenterprisesXUXun,LUOHanbin,WEIRan,ZHAOChenguang(schoolofcivilengineering&mechanics,HuazhongUniversity

Abstract:ThispaperprovidesaBIM(BuildingInformationModeling)privatecloudplatform(BIMPCP)tosolvetheproblemsabouttraditionalBIMapplicationinconstructionenterprises.ItintroduceBIMPCPfromtheaspectsofdesignideas,establishprinciples,basicframework,etc.,andstudyriskanalysistodetermineevaluateusabilityofBIMPCP.Finally,itdetailacase,includingfunctionalmodulesandapplicationresult,toreflectwideapplicationvalueandprospectofBIMPCP

Key

words:

building

information

modeling;

informationization;

enterprise

private

cloud;informationcenterconstruction

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引言

BIM即BuildingInformationModeling(建筑信息模型),是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,是对工程项目设施实体和功能特性的数字化表示,同时使建筑项目的信息能够在项目全生命周期中得到充分共享【1】,以应对由建筑项目自身信息量庞大、关系复杂带来的实施及管理难题。

BIM作为现今中国建筑业的热点,逐渐引起越来越广泛的关注。国家也在《建筑业”十二五”发展规划》中多次提及,中国建筑业的信息化水平偏低,同时也把”全面提高行业信息化水平”作为《建筑业”十二五”发展规划》的主要任务之一。为了更好的让建筑企业把BIM技术应用到实际工程中去,建设企业私有云平台是一个有效的方法。

1

背景

1.1

传统的BIM应用模式

近年来BIM在国内建筑业形成一股热潮,除了软件厂商的大声呼吁外,政府相关单位、各行业协会与专家、设计单位、施工企业和科研院校等也开始重视并推广BIM技术。

房地产业协会商业地产专业委员会、中国建筑业协会工程建设质量管理分会、中国建筑学会工程管理研究分会、中国土木工程学会计算机应用分会组织并发布了《中国商业地产BIM应用研究报告》和《中国工程建设BIM应用研究报告》。根据两届的报告,关于BIM的知晓程度从年的60%提升至年的87%。年,共有39%的单位表示已经使用了BIM相关软件,而其中以设计单位居多【2】。现在中国在BIM技术应用上基本还是停留在如下两种模式:

1)单机模式。即每位用户拥有一个图形工作站,而她所使用的BIM软件均安装在各自的工作站上,BIM模型数据一般也保存在本地,由各人自己掌握。

2)基于产品数据管理(PDM)的模式。即企业拥有一个BIM数据管理平台,用于集中保存和管理企业内部所有的BIM设计模型数据。每位用户仍旧各自拥有一台图形工作站,也

在本地图形工作站上安装、运行BIM软件。不同的地方是,在这种模式下,她们在本地工作站上完成当前任务后,经过网络将BIM模型上传至PDM服务器,由PDM服务进行统一存放和管理,以便于后续的工作。

1.2

传统BIM应用模式存在的问题

传统BIM应用模式中存在的主要问题归纳如下:

1)成本高

在这两种传统BIM应用模式中,由于软件在本地图形工作站上运行,图形处理和计算工作都在本地完成,且大部分时候模型数据也存放在本地,因此,每个用户都需要一个高配置的图形工作站,首次购买硬件成本很高。而且由于BIM软件更新速度快,对硬件要求不断提升,硬件的更新费用也会不断提升,这无疑加重了企业的经济压力。

2)数据安全性

对于这两种传统BIM应用模式,由于BIM数据仍旧存放在用户的本地工作站,能够自由控制、备份和传播,因此对于企业而言,数据安全性难以保证。

3)管理复杂

IT管理人员需要管理和维护每位用户的工作站、BIM软件和数据,在企业内推广BIM应用时,如何有效管理这些软硬件是个相当棘手的问题。

2

企业级BIM私有云平台的特点和优势

2.1

私有云平台

云计算最早的思想雏形是由著名计算机科学家JohnMcCarthy在20世纪60年代的时候提出的,她提到”计算迟早有一天会变成一种公用基础设施”。这意味着云计算作为一种虚拟的资源,似乎也能够像水、电等一样的供人们使用【3】。美国著名科学家IanFoster将云计算定义为:”云计算是由规模经济拖动,为互联网上的外部用户提供一组抽象的、虚拟化的、动态可扩展的、可管理的计算资源能力、存储能力、平台和服务的一种大规模分布式计算的聚合体”【4】。加利福尼亚大学在”伯克利云计算白皮书”一书中则对云计算做了如下的解释:云计算包括互联网上各种服务形式的应用以及这些服务所依托数据中心的软硬件设施,这些应用服务一直被称作软件即服务,而数据中心的软硬件设施就是所谓的云【5】。在国内,许多有关网格计算和云计算的专家对云计算的定义也有自己观点,富有代表性的就是刘鹏的观点,她认为”云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务”【6】。总结上述各种观点,能够归纳总结出云计算的定义——云计算是一种服务,它由专门的网络公司搭建计算机存储和运算中心,用户只需要经过一根网线借助浏览器就能够方便地访问自己所需的资源,而且仅为自己所使用的那一部分资源付费。

云存储作为云计算的一个分支,是从云计算的概念上延伸和发展而来的【7】。当云计算的核心,即运算和处理中心处理的对象主要为海量数据的存储和管理时,云计算的核心部分就需要配备大量的存储设备。这时,一个云计算系统也就变成了云存储系统。因此云存储系统是一个偏于大量数据存储和管理的云计算系统。私有云平台是利用虚拟化技术将硬件资源整合并提供给企业内部使用的平台。相较于共有云平台而言,私有云平台能提供安全性更高、可靠性更高的服务。而且企业能够根据实际情况搭建适合自己的私有云平台,以降低其使用风险[7]。

2.2

企业级BIM私有云平台

2.2.1

概述

企业级BIM私有云平台首先是一个私有云平台,其次,这一平台是针对企业BIM应用而搭建的。企业能够将BIM应用所需要的图形工作站、高性能计算资源、高性能存储以及BIM软件部署在云端。BIM数据模型和应用、分析的结果数据自然也会产生在云端,而地端的用户无需安装专业的BIM软件,也无需强大的图形处理功能,只需要一台普通的终端电脑经过网络连接到云平台,就能够在上面进行BIM相关工作。

2.2.2

基本原理

企业级BIM私有云平台的基本原理能够简单的描述为将地端电脑的包括鼠标移动、键盘敲击等在内的指令经过网络传送到云端服务器,经过云端服务器的处理,将用户操作后的图像优化压缩再传回地端显示的过程。地端电脑不参与到计算中,这也是为什么私有云平台对地端硬件没有过多的要求。在这一过程中我们除了需要关注云端硬件的性能外,还要关注传输速度对网速的要求。在地端电脑的使用过程中,其速度能够等同或接近于服务器端的速度,而且经过优化的图像传输占用的网络带宽远远小于模型数据传输的带宽。2.2.3

平台优势

1)高性能

整合资源搭建的云端硬件资源拥有强大的图形处理和计算性能,大大的节约了数据计算、分析所耗费的时间,这种资源的整合保证了每一个BIM用户都能得到高效的图形及计算处理服务。

2)安全可控

企业私有云平台是将数据存放在企业自己的工作站中,且一般是构建在企业防火墙之后,受到攻击的可能性较小【8】9】。

3)通用性

企业级BIM云平台不针对特定的BIM应用,同一个云平台可支持不同的应用运行【10】。

4)节约成本

软硬件资源共享使用,将整合后的资源经过网络以服务的方式提供给企业用户,实现了资源的高效合理利用;不但给地端电脑瘦身,降低了软硬件的购置成本,同时降低了管理及维护成本低。

5)高可扩展性由于云端服务器不是一个单一的服务器构成的,而是能够将多个服务器经过并行的方式整合起来,易于后续的扩展以满足应用和用户量的规模增长需要。

3

BIM云平台框架

建筑企业BIM私有云平台基础构架分为存储层、基础管理层、应用服务层、应用接口层和访问层,如图2所示。

3.1

存储层

建筑全生命周期过程中,海量的建筑信息的集成管理是首先要解决的问题。存储层是BIM云存储最基础的部分,BIM建筑信息在此汇集,存储层是整个系统数据基础。构成存储层的存储设备能够是FC光纤通道存储设备、NAS和iSCSI等IP存储设备,也能够是SCSI或SAS等DAS存储设备。云存储设备彼此之间经过广域网、互联网或者FC光纤通道网络连接。各存储设备上都安装有统一的存储设备管理系统,能够实现存储设备的逻辑虚拟化管理、集中管理、多链路冗余管理以及硬件设备的状态监控和维护升级等。

3.2

基础管理层

基础管理层是基于项目全生命周期的BIM云存储最核心的部分,也是云存储中最难以实现的部分。基础管理层经过集群系统、分布式文件系统和网格计算等技术,实现基于项目全生命周期的BIM云存储中多个存储设备之间的协同工作,使多个存储设备能够对外提供同一种服务,并提供更大、更强、更好的数据访问性能。

云存储系统经过集群文件OS实现后端存储设备的集群工作,并经过系统的控制单元和管理单元实现整个系统的管理,数据的分发、处理,处理结果的反馈。可利用CDN内容分发系统、P2P数据传输技术和数据压缩技术等保证基于项目全生命周期的BIM云存储中的数据能够更有效地存储,使用和占用更少的空间以及更低的传输带宽,从而对外提供更高效的服务。

基础管理层实现了BIM文件的数据存储和传输过程中的安全性。数据备份和容灾技术可保证基于项目全生命周期的BIM云存储中的数据多份保存不会丢失,保证BIM数据自身的安全和稳定。

3.3

应用服务层

用户经授权后,经过网络接入、用户认证和权限管理接口的方式登入BIM云平台系统,能够享受系统提供的服务,如BIM信息安全与权限管理、工作流管理、BIM信息文件管理和BIM信息协同管理等功能。

3.4

应用接口层

应用接口层是基于项目全生命周期的BIM云存储最灵活多变的部分。BIM云存储开发单位能够根据实际业务类型,开发不同的应用服务接口,提供不同的应用服务。这样,能够在不变更BIM云存储系统的情况下,根据客户自身业务需要,持续开发扩展BIM云存储应用,如成本管理、进度管理、设施管理、物业管理等。

3.5

访问层

对于项目各参与方来说,云访问层是用户访问云服务的直接入口,其访问设备能够是PC电脑、平板电脑、虚拟桌面、手机等,包括云终端程序和云终端设备。云终端技术主要关注终端与云端的通信协议、终端安全等内容。利用不同的访问终端,能够实现项目各参与方随时随地的远程协同工作,远程办公能够提高项目参建各方的业务能力和办事效率,因为在不同地区的远程工作者能够确保工程项目建设的24小时运转。

4

BIM云平台的风险分析

4.1

可用性风险

1)企业管理人员信息化水平是否达标。鉴于建筑业当前的信息化水平,相关管理层的信息化水平能否达到运营该私有云平台的标准是一个基本前提。

2)平台服务对象的工作方式能否尽快转变。BIM使用人员需要先花时间学习、熟练云平台的操作及使用技巧,这对于传统BIM使用者而言是一个挑战。

3)企业培训机制能否同步跟进。要想使平台达到预期使用效果,就必须定期组织相关人员进行培训,并及时评估其培训效果,以保证平台使用不会成为BIM设计的绊脚石。

4.2

信息安全风险

相较于公有云而言,私有云平台信息安全风险较低。但无论多么完善的系统,都有一定的信息安全风险存在,主要风险如下:

1)数据丢失。这是大部分云平台都可能存在的风险之一,现在普遍做法是将同一份数据定期备份在不同服务器上,如果一个服务器崩溃,还能从其它备份中找回。

2)数据泄露。涉及到企业机密的数据存在泄露风险:一是从网路上进行攻击,可是私有云平台的数据是受企业防火墙保护的,因此风险较低;二是直接进入机房,从云平台物理设施中窃取,这就需要企业加强安保相关措施。总体而言,私有云平台的信息安全风险较传统BIM应用模式而言,要低很多,待这一模式成熟后,相信能够把这些风险降到可控的范围内。

4.3

财务风险

财务风险其实是评估企业投入在云平台上的资金,能否给企业创造更大的价值。这其中的风险主要根据以上所述的可用性风险来评估。假设一个小型企业,只有几个BIM用户,可是企业也去搭建一个私有云平台,那显然是极不划算的。这里提到的企业级BIM私有云平台的推荐客户应该是中大型企业,它们包含较多BIM用户,如果要为每位用户都配备高性能的电脑,成本较高,这时采用云平台解决这一问题,才会有较好的效果。也就基本不会产生财务风险。因此,企业管理层需要对企业自身情况十分了解,对云平台和企业实际情况是否相符有清晰的认识,否则盲目引入云平台将会带来较大的财务风险。5

BIM云平台实施案例

5.1

实施企业介绍

该实施案例是某企业在M项目中对企业BIM私有云平台的一次尝试。该企业是中国的大型施工企业,现有员工万余人,年施工生产能力在百亿元以上。业务范围囊括国内几十个省市及海外十几个国家。而M项目是一项总投资在百亿元以上,规划总用地面积几千余亩的会展项目。该项目建成后将是集会展、科技、文化、商务、休闲、旅游、居住于一体的多功能复合型的国际博览城。

M项目中云平台管理部门的分管领导为企业副总经理,部门内包括部门经理1人,部门副经理1人,经理助理1人,技术顾问1人,云平台维护及管理人员4人,BIM使用人员12人。

5.2

BIM云平台硬件构建

在M项目中BIM云平台方案中的具体硬件配置汇总如下:已经购买了云平台软件系统1套。该系统满足在运行Revit等大型三维软件时可供约16人同时在线使用,在运行AutoCAD等二维软件可供约30人同时在线使用的要求。已经购买云工作站1台。由于M项目包括较多BIM建模工作,因此我们需要的是一款高性能的图形工作站,这样在平台建模的时候,才能保证BIM设计及应用人员的工作效率。因此我们采用配有两颗最新一代E5‐2687W

八核处理器(3.1GHz,),84根1600MHz8GBRDIMM内存共计64GB,2

个300GBSAS硬盘,1块QuardoK5000

图卡的图形工作站。购买了管理服务器1台。管理服务器用于搭载平台管理软件,需要有相应的应用接口,可供至少4人以上的管理人员同时使用。可采用E5‐2609(10MCache,2.40GHz,6.40GT/sIntel®QPI),内存12GB服务器,包括2块300GB近线SAS

硬盘。购买了共享集群存储1台(8T)。共享集群存储服务器用于数据的存储及共享,可采用含两颗E5‐2430(2.2G6核)、12GB内存、750W冗余电源、2

块300GBSAS硬盘和4块2TB7.2K3.5in近线SAS硬盘,集群存储系统。

网络连接。包括企业内部网络和外部网络。企业内部网络包括从云管理服务器接到其它服务器的1GB网络,以及从存储服务器接到云工作站的10GB网络;企业外部网络为企业机房接到在外项目部的1GB光纤网络,保证信息传输的流畅性。

5.3

BIM云平台功能介绍

BIM云平台主要包括应用软件管理、云文件管理、监控中心、工具软件管理和用户权限管理等五个功能模块。平台用户授权后,可经过图3的登录页面进入云平台系统。根据用户授权情况,可针对以上八个功能模块进行操作。

5.3.1

应用软件管理

在应用软件界面是各种BIM软件,如RevitArchitecture,RevitMEP,BentleyStructural等等。用户能够同桌面操作一样,双击打开相应的应用软件进行操作。

5.3.2

云文件管理

为方便用户操作云端的数据,设计和分析云计算平台推出了基于web的图形化文件管理软件,如下图。整个操作习惯和本地windows中的资源管理器非常类似。

5.3.3

监控中心

为使用户比较方便了解平台的硬件运行状态,系统提供了专门的监控中心模块,用户能够清晰看到云平台所有服务的主机和用户的状态。而点击相应的主机,用户能够一目了然的了解当前主机的负载状态,即CPU、内存、GPU等负载情况。

5.3.4

工具软件管理

在工具软件模块,系统罗列了当前平台各个服务器上已经安装的各个应用软件,包括软件的许可证数目,以及软件的状态等。

5.3.5

用户权限管理

用户管理模块能够非常方便地进行添加、删除和编辑用户或者临时禁用某个用户,并赋予用户相应的软件及文件访问操作权限,同时还提供有关用户的基本统计信息。

5.4

实施保障

对于一个业内使用较少,还未普及的云平台而言,