WebBIM的分布式軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、    webbim的分布式軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    李光威摘要：關(guān)于基于web的bim（building information modeling）軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，學(xué)術(shù)界和工程界對此方面的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了長期的研究與討論。當(dāng)前webbim的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)多種多樣，同濟(jì)大學(xué)學(xué)生將介紹webbim的分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，給出一整套開發(fā)方案，并對開發(fā)過程中的科學(xué)問題進(jìn)行突破并實(shí)現(xiàn)webbim在線可視化系統(tǒng)的示范性應(yīng)用。關(guān)鍵詞：bim;軟件架構(gòu);分布式;web;數(shù)據(jù)庫：tp311      ：a     

2、; ：1009-3044（2018）31-0073-021 背景建筑信息模型bim是近年來興起的新概念，在建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的全生命周期中應(yīng)用價值極高，已成為建筑業(yè)的新趨勢。理論中的bim應(yīng)能夠貫穿建設(shè)項(xiàng)目的整個生命周期，并支持項(xiàng)目全部信息的存儲與交互。目前我國的bim技術(shù)應(yīng)用大體分為以下兩大類：1）單機(jī)模式。每個用戶都有一個工作站，bim數(shù)據(jù)模型一般都是保存在本地的，由自己掌握。2）基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理模式。bim可視化管理平臺使企業(yè)內(nèi)部的所有設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)集中存儲與管理。每個用戶還擁有一個工作站。然而傳統(tǒng)bim應(yīng)用模式中尚且存在一些問題：1）投入的成本比較高。2）bim模型數(shù)據(jù)的安全性讓人

3、擔(dān)憂。3）bim模型的交互性較差。所以仍需要一個以實(shí)際技術(shù)搭建的系統(tǒng)將bim的這些特性實(shí)現(xiàn)，bim服務(wù)器應(yīng)運(yùn)而生。目前主流的bim服務(wù)器多為c/s架構(gòu)，而c/s架構(gòu)的桌面應(yīng)用程序?qū)﹄娔X軟硬件和軟件使用者都有一定的要求。隨著html5標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)，帶來了支持瀏覽器硬件圖形加速的webgl技術(shù)，更帶來了一系列劃時代的web技術(shù)，同時為實(shí)現(xiàn)b/s架構(gòu)下的bim信息管理與模型三維瀏覽奠定了基礎(chǔ)。html5的出現(xiàn)為web瀏覽器帶來了各式各樣的功能支持，引領(lǐng)我們走向內(nèi)嵌式富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的新紀(jì)元。于是面向web的bim服務(wù)器有了理想的技術(shù)支撐。因此，隨著bim技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)基于b/s架構(gòu)的webbim系統(tǒng)越來

4、越重要。該文的主攻方向是設(shè)計(jì)基于webbim開發(fā)的后端架構(gòu)方式，該課題現(xiàn)階段還有許多尚未攻克的技術(shù)難題。一方面，基于b/s架構(gòu)的webbim系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)受到物理環(huán)境的影響;另一方面，webbim場景中的模型的5v特性（大量化（volune）、多樣性（variety）、高速性（velocity）、價值（value）和可視化（visualization）使得對存儲系統(tǒng)提出了負(fù)載均衡性能的要求。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 大型webbim軟件架構(gòu)方式雖然已有基于服務(wù)器的bim軟件架構(gòu)方式，但是對于大型webbim系統(tǒng)的架構(gòu)方式仍在探索階段。所以該課題借鑒其他項(xiàng)目的分布式架構(gòu)方式，設(shè)計(jì)大型webbim的分布

5、式軟件架構(gòu)。2.2 大型webbim系統(tǒng)前端與后端的高效網(wǎng)絡(luò)傳輸方式使用node.js+mongodb+redis作為整體服務(wù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)前端與后端的高效傳輸。主要功能在于交互式地瀏覽和修改數(shù)據(jù)，生成動態(tài)web內(nèi)容。目前基于web的應(yīng)用程序開發(fā)很多是使用node.js來進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。在大型webbim系統(tǒng)開發(fā)中，后端數(shù)據(jù)庫要與前端通信，并配合前端語義表達(dá)。2.3 大規(guī)模webbim系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)該文就bim行業(yè)內(nèi)某公司需求，設(shè)計(jì)并實(shí)施了以fastdfs為主hdfs為輔的分布式文件存儲系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)室前期已經(jīng)ifc的bim模型數(shù)據(jù)進(jìn)行輕量化，形成了dat文件，每個dat文件只有幾kb級別的數(shù)據(jù)，一

6、個大型建筑總的文件只有幾十兆級別的。而主流分布式存儲系統(tǒng)hdfs適合存儲大文件，為節(jié)省研發(fā)hdfs針對小文件存儲算法方面的成本，該文引入適合存儲中小型文件的輕量級分布式存儲系統(tǒng)fastdfs，以此為主要存儲系統(tǒng)，并部署hdfs，存儲大文件，為之后優(yōu)化小文件存儲，遷移全部存儲平臺至hdfs，并在此之上建立分布式計(jì)算平臺打下技術(shù)基礎(chǔ)。2.4 基于ifc文件的bim模型數(shù)據(jù)云存儲設(shè)計(jì)webbim模型的集合數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)都將存入數(shù)據(jù)庫中，前端需要加載幾何數(shù)據(jù)，我們將集合數(shù)據(jù)放在分布式文件系統(tǒng)中，而描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)（元數(shù)據(jù)）放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。2.5 針對ifc文件的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫到分布式數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)遷移工具

7、該項(xiàng)目目前將模型文件存儲在mongodb數(shù)據(jù)庫中，現(xiàn)在需要將這些文件通過mysql遷移到分布式數(shù)據(jù)庫中。初步使用sqoop，此開源工具主要用于hadoop與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，在遷移過程中，設(shè)計(jì)基于該項(xiàng)目目前開發(fā)中的數(shù)據(jù)，遷移到分布式數(shù)據(jù)庫中的方法。3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)采用node.js作為開發(fā)語言環(huán)境，選擇mongodb作為模型數(shù)據(jù)庫。根據(jù)webbim項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)際情況，結(jié)合業(yè)務(wù)流程，確定了系統(tǒng)的整體框架，對功能模塊，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入分析，研究與探討。切實(shí)完成了webbim系統(tǒng)設(shè)計(jì)，代碼編寫，系統(tǒng)壓力測試，如圖1。由于該系統(tǒng)功能模塊較多，受篇幅限制，只給出技術(shù)路線圖與web展示，如

8、圖2。4 結(jié)束語針對瀏覽器端提出一套webbim軟件開發(fā)的架構(gòu)方式，該解決方案具有通用性強(qiáng)、適用性廣、兼容性好的特點(diǎn)，并且有很好的功能拓展性和完整的對外接口。對下列關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究并形成研究報(bào)告，主要體現(xiàn)下列關(guān)鍵技術(shù)研究內(nèi)容：大型webbim軟件架構(gòu)方式;大型webbim系統(tǒng)前端與后端的高效網(wǎng)絡(luò)傳輸方式;大規(guī)模webbim系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì);基于ifc文件的bim模型數(shù)據(jù)云存儲設(shè)計(jì);針對ifc文件的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫到分布式數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)遷移工具。最終形成一整套webbim軟件開發(fā)項(xiàng)目的架構(gòu)方案。參考文獻(xiàn)：1 呂玉惠， 俞啟元， 張尚. 基于bim的施工項(xiàng)目多要素集成管理信息系統(tǒng)研究j. 建筑經(jīng)濟(jì)， 2013（8）： 35-38.2 王珩偉， 胡振中.