大數據時代下的BIM數據可視化
BIM
數據可視化
Eva Chen-Gehry Technologies
摘要
abstract
通過對BIM技術、虛擬現實技術、地理信息系統、無線射頻技術、虛擬現實技術等各行業技術的研究，討論在大數據時代下以BIM技術為核心的數據可視化的應用與研究方向，在智慧構件、智慧建築、智慧建築三個不同層面BIM技術在可視化程度中起到的作用。
關鍵詞
Keyword
BIM，大數據，可視化智慧建築
引言
Introduction
BIM從出生到現在發展了10多年，因其先進的表現理念以及工作模式，一直備受建築行業各方的廣泛關注。而大數據也是最近幾年由雲計算興起的根據統計學理論推出的新的管理統計服務方式。在大數據時代，應用BIM技術的數字化模型為核心及時獲取建築數據，管理歸類建築數據，應用處理建築數據，合理全面的建築數據表達是當前建築發展、城市更新的主要應用目標。
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BIM技術與大數據的定義
BIM即建築信息模型，是通過創建並利用數字化模型對項目進行設計、建造及運營管理的過程。在建設項目全生命周期中，BIM模型的信息可以為所有決策者提供可靠依據，在項目不同階段，不同參與方可以在BIM中插入、提取、更新和修改信息，實現多專業協同作業。
「隨著大數據技術成為我們生活的一部分，我們應該開始從一個比以前更大更去全面的角度來理解事物。」大數據是一種現象。由於網路的發展，人們已經被海量的數據包圍。這些數據被人們所使用的同時，也在產生新的數據，這些數據的輸入者是不確定的，甚至是數據輸入者毫無意識的，然而這些數據被記錄下來，形成了PB級的相關數據。
大數據是一個非常寬泛的概念，從自然界的狀態到人類生產生活，理論上都可以數字化、數據化。因此，大數據有兩個層面的含義：
一、廣義大數據
指基於非特定目的，對信息數據的收集和記錄。這類似於圖書館，只能用來存儲一切可以數字化的事物狀態以及人類思考的成果。
二、狹義大數據
是針對某種或多種既定的應用目的，按照一定的規則，對數據進行整理、梳理、組合，形成結構化或半結構化資料庫，然後利用資料庫的統計、運算和分析結果，可提供依據以輔助決策。大數據具有「4V」特點：數據量大（Volume）；類型繁多（Variety）；價值密度低（Value）；速度快時效高（Velocity）。[1]
狹義大數據與BIM最為相關。在建築工程領域，基於BIM的應用，其核心就是能夠形成資料庫，該資料庫存儲著與建築相關的信息，這些信息足夠有效，使建築工程各參與方能夠得到必要的決策依據。
因此作者本文指出，在構建大數據當中，BIM技術、GIS（地理信息系統）、物聯網、雲計算機、移動互聯的結合使用是體現時代下BIM數據可視化系統的集合應用。
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智慧構件的數據可視化
虛擬現實的應用
虛擬現實技術英文表述為Virtual Reality，簡稱VR，是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供用戶關於視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同聲臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。
VR體感技術與VR力學反饋技術（觸覺模擬）
隨著前沿技術不斷發展進化的，VR技術的定義也在不斷變化，但到目前為止，VR得信息主體仍然是「視覺」和「聽覺」，即計算機合成的圖形圖像和聲音。其餘感官發展迅猛，在其技術成熟、成本下降後將逐步「實用化」。
在VR場景中進行材料方案比選
虛擬現實技術可直接採用BIM三維模型進行簡單的格式轉換後直接使用，十分便利。在溝通交流時，配合VR頭戴式設備即可讓觀看者猶如直接走進樣板房。在實際項目的裝飾方案設計中，可將材料小樣掃描後進行後期處理，做成貼圖後導入模型中，可模擬各材料在樣板房中的實際效果，對確定選材等工作有很大的幫助，大大提高了溝通及決策效率，同樣的方法也適用於其他各種裝飾材料、軟裝、陳設和傢具。
材料樣板、貼圖及VR渲染圖
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智慧建築的數據可視化
BIM與物聯網的結合應用
在智慧建築之前，就有智能建築、智能傢具的技術應用，這些技術實踐成果，以及應用BIM技術，都為「自會建築」的技術發展提供了前期實踐積累。基於BIM核心的物聯網技術應用，不但能為建築物實現三維可視化的信息模型管理，而且為建築物的所有組件和設備賦予了感知能力和生命力，從而為建築物的運行維護提升到智慧建築的全新高度。
物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是「信息化」時代的重要發展階段。其英文名稱是：「Internet of things（IoT）」。物聯網的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等息息感測設備，按約定的協議，把任何物品與物聯網銜接起來，進行信息互換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網路。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，廣泛應用於網路的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯網之後世界信息產業發展的第三次浪潮。
為了實現對建築的有效管理，實現建築的「智慧」思考，可以在建築BIM模型中與建築物內所有設備、物體進行管理。物聯網就成了建築的感知系統，每個設備、物體都可以有自己獨特的ID，無線射頻技術發射信息、或使用閱讀器來讀取相關信息，上傳至互聯網上，通過足夠的信息量來進行決策的支持。[2]
利用三維信息模型的三維功能，不僅實現了建築物的可視化、數字化，更可記錄工程實施過程中幾乎所有的信息、數據，在運營維護階段還可以不斷增加相關設備、構件、物體的其他信息，如空調的參數、樓梯的檢查時間及廠家的聯繫方式等。
如能源系統的可視化，通過安裝具有感測功能的電錶、水表、煤氣表後，在管理系統中可以及時收集並查看所有能源信息，並通過開發的能源管理功能模塊，對能源消耗情況進行自動統計分析，比如各區域的每日（每月）用電量，用水量等；並對一場能源使用情況進行警告或者標識。
如設備管理，基於BIM的智慧建築管理系統集成了設備的所有信息，可進行對設備的搜索、查閱、定位功能，通過點擊模型中的設備，可以查閱設備的所有信息，包括靜態的供應商、使用期限、設備參數、維保記錄等。同時系統可以繼承所有設備的使用壽命和維保時間，到期可以自動提醒進行維修、更換等等。還可以查閱設備目前的運行參數，如空調的製冷情況，溫度等。
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智慧城市的數據可視化
BIM與GIS的結合應用
GIS（地理信息系統，Geographic Information System）是隨著地理科學、計算機技術、遙感技術和信息科學的發展而發展起來的一門學科。在計算機軟、硬體系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行採集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。目前在城市規劃管理領域，地理信息系統作為一個直觀和理性的規劃工具具有數據存儲、管理與分析、規劃方案展示與決策、城市管理服務等重要作用。這個就是智慧城市的數據可視化應用。
智慧城市的數據可視化上應用方案主要包含為城市建築可視化、市政模擬、以及資產可視化幾個方面。
城市建築可視化
城市建築類型各具特色，外型尺寸不同，外部顏色紋理不同，以及障礙物阻擋等。如果是「航測+地面攝影」，後期需要人工做大量貼圖;如果是用價格昂貴的激光雷達掃描，成本太高而且生成的建築模型都是「空殼」，沒有建築室內信息，同時室內三維建模工作量也不小，並且無法進行室內空間信息的查詢和分析。而通過BIM，可以輕易得到建築的精確高度、外觀尺寸以及內部空間信息。[3]
因此，通過綜合BIM和GIS，先對建築進行建模，然後把建築空間信息與其周圍地理環境共享，應用到城市三維GIS分析中，就極大的降低了建築空間信息的成本。當然這個前提是建築都應用到BIM，現階段在我國還依舊很難實現。
國外BIM+GIS系統平台
市政模擬
通過BIM和GIS融合可以有效的進行樓內和地下管線的三維建模，並可以模擬冬季供暖時熱能傳導路線，以檢測熱能對其附近管線的影響。或是當管線出現破裂時使用疏通引導方案可避免人員傷亡及能源浪費。
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結論
感謝技術的飛速發展帶給了人類更多元的選擇，使我們可以運用前所未有的創造性方式來展示數據，給BIM技術的應用者，展現了巨大的應用可能。數據可視化是一門同時結合了科學、設計和藝術的複雜學科，其核心意義始終在於清晰的敘述和藝術化的呈現，不僅這些需要依靠數據分析師和設計師的精心策劃，同樣需要GIS技術、無線射頻技術、虛擬現實技術等非建築系統技術的結合應用，最終達到幫助用戶理解數據和做出決策的目標，才能發揮它巨大的價值和無限的潛力。
參 考 文 獻
[1]. 魏來，BIM、信息化、大數據、智慧城市及其他[J]，城市住宅，2014，6
[2]. 孫鴿梅，基於BIM、RFID和雲計算技術的智慧建築研究[J]，矽谷，2014.1
[3] 王玲莉、戴晨光、馬瑞，GIS與BIM集成在城市建築規劃中的應用研究[J]，地理空間信息，2016年6月vol.14,No.6
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