基于BIM技术的设计项目多源数据挖掘融合协同化设计平台.pdf

现代计算机Modern Computer第 29 卷 第 13 期2023 年 7 月 10 日基于BIM技术的设计项目多源数据挖掘融合协同化设计平台杨晓超*，刘丽楠，韩英伟（辽宁省交通规划设计院有限责任公司技术研发中心，沈阳 110166）摘要：对于设计项目多源数据展开协同挖掘融合处理时，主要采用地理信息系统（GIS）技术建立数据挖掘融合协同化方案，难以直接发现和解决冲突问题，导致平台运行时间较长。因此，提出应用建筑信息模型（BIM）技术的设计项目多源数据挖掘融合协同化设计平台。分析多源数据挖掘融合流程，将协同化设计任务分解为成果任务、资料互提任务。考虑设计项目数据来源的差异性，结合云计算技术构建多源数据协同采样模型，辅助后续数据挖掘融合处理。最后，依托于BIM技术构建设计项目三维模型，并在模型上布置数个数据采集结点，设定数据共享程序后，得到设计项目多源数据挖掘融合协同化设计方案。平台测试结果表明：当数据点数量达到1200个时，所提协同化设计平台的运行时间仅为19.97 s，满足实时性要求。关键词：BIM技术；多源数据；数据挖掘；融合；协同化；工程项目文章编号:10071423（2023）13009505DOI:10.3969/j.issn.10071423.2023.13.017收稿日期：20230310修稿日期：20230510作者简介：*通信作者：杨晓超（1989），男，辽宁沈阳人，学士，高级工程师，主要研究方向为BIM技术应用、BIM相关科研、管理系统、桥隧检养与设计等，Email：；刘丽楠（1983），女，辽宁沈阳人，硕士，工程师，主要研究方向为数据挖掘、Web模式识别、数据分析等；韩英伟（1989），男，辽宁朝阳人，学士，工程师，主要研究方向为公路隧道BIM设计、轨道交通BIM设计等0引言工程项目的制定包括方案策划、内容设计、过程管理等多个环节1，想要确保工程项目顺利实施，就要在项目设计阶段以大量的数据信息作为依托2。考虑到项目内容的多样化，其涉及的数据信息更加混乱，来源也更多，导致数据管控水平大幅下降，间接引起现代工程建设项目出现交付延期、成本偏高等问题3。因此，近年来工程建设项目设计阶段，开始应用多源数据挖掘融合协同化设计平台，通过平台生成协同化设计方案，基于此实现设计项目多源数据的同步挖掘和融合处理，从而达到更优的数据管控效果4。但当前研究的协同化设计平台不够成熟，难以满足实际应用需求，需要构建新型协同化设计平台，辅助工程项目的规划。为了更好地满足设计项目多源数据挖掘融合协同化设计要求，本研究提出基于BIM技术的新型协同化设计平台。了解协同化设计平台的具体应用流程，并将协同化设计任务描述为多个子任务。通过BIM技术建立一个施工项目建筑物三维模型5，并基于此建立一个数据协同处理程序，与云计算多源数据采样模型相结合，实现设计项目多源数据的协同挖掘融合处理。从平台测试结果可以看出，本文设计的协同化设计平台应用后，即便面对大规模设计项目多源数据，也可以快速完成数据挖掘融合协同化设计，实施该设计方案可以保证项目数据管理的实时性。1应用BIM技术构建设计项目多源数据挖掘融合协同化设计平台1 1.1 1分解多源数据挖掘融合协同化设计任务分解多源数据挖掘融合协同化设计任务对于多源数据挖掘融合协同设计平台来说，其工作的第一个环节是由项目管理员完成，由 95现代计算机2023年管理员登录计算机后台，创建新建项目，并设置人员权限和数据审核流程。而后进行数据挖掘融合协同化总体设计，根据设计项目涉及的数据来源，分配对应的设计人员进行信息挖掘融合处理，再由设计人员将科学的数据采集节点分布方案提交到协同设计平台。最后，通过专业人员审核当前协同化设计方案，并根据反馈的校审意见进行设计调整，才能得到符合要求的设计成果。为了便于进行协同化设计，在平台构建的第一阶段，先分解了设计项目多源数据挖掘融合协同化设计任务，将其划分为成果任务、资料互提任务两部分6。其中，成果任务主要呈现为二维图纸、三维模型的形式，而资料互提任务指的是，多源数据挖掘融合协同化设计所需的其他专业资料，大部分也是图纸。针对成果任务进一步分解，构建设计项目多源数据挖掘融合协同化设计的任务结构树，任务结构树上每个节点，都对应着协同化设计平台的一项功能。再考虑数据挖掘融合过程中数据的流转方式，研究基于BIM技术的协同化设计方案。1 1.2 2构建云计算多源数据采样模型构建云计算多源数据采样模型多源数据挖掘融合的复杂性，在协同化设计过程中引入云计算技术，构建云计算多源数据采样模型，作为协同化设计的前提。在云计算环境下，采用区间概念格描述每个数据源，利用有向图模型，可以将区间概念格中包含的多个节点组成分布式存储机制构架7，在每次数据采样完成后，建立一个信息采样时间序列。多源数据存储过程中，需要检测相邻数据块的关联性8，将具有强相关性的数据保存在相同标签内。基于映射函数，将同态标签的相邻数据关系表示为公式（1）。(x y)=(x)(y)（1）式中：x、y表示相邻节点数据块；表示映射函数。对于其中一个数据块来说，其Hash（哈希）值计算公式为Hx(p)x(q)=p-q（2）式中：H表示 Hash 值；p、q分别表示频带p、q的分量，表示数据完整性相关系数。在云计算环境中，构造图1所示的数据处理结构，以时态变量为基础，将采样得到的多源数据分为N个时间片，经过数据处理结构的处理，输出符合要求的采样数据。设计项目数据分片0设计项目数据分片1设计项目数据分片2设计项目数据分片NMap0Map1Map2MapN本地磁盘本地磁盘本地磁盘本地磁盘本地磁盘Reduce0Reduce1输出0输出1图 1数据处理结构依托于时态关系演算理念，针对采样数据的重叠部分进行计算，得出状态估计值和属性值。基于时态论域，计算任意位置的交运算操作次数估算值。再考虑每个信息节点，与平台数据负载之间的联系，建立公式（3）所示的信息采样矩阵。A (m+1)=x1,1x1,mx1,m+1x2,1x2,mx2,m+1x,1x,mx,m+1（3）式中：A表述数据挖掘矩阵，x表示挖掘得到的信息节点，表示数据时间序列长度，m表示特征嵌入维数。1 1.3 3生成基于生成基于BIMBIM技术协同数据挖掘融合技术协同数据挖掘融合方案方案以数据采样模型为基础，结合BIM技术生成数据挖掘融合协同化设计方案，至此完成协同化设计平台的整体研究。为了简化BIM技术的应用，利用 C/S 和 B/S 的组合架构9，构建BIM数据协同程序，实现设计项目多源数据的同步挖掘、交换和融合处理。在协同化设计平台中引入BIM技术，可以在考虑数据冲突的前提下，同步挖掘出每个数据源包含的符合条件的数据资源。考虑设计项目每个施工阶段涉及的数据类型都不同，在协同化设计过程中，布置合理数量的数据节点，用来实现数据挖掘的数据交换融合。建立一个基于 BIM 技术的数据共享程序，96杨晓超等：基于BIM技术的设计项目多源数据挖掘融合协同化设计平台第13期针对数据采集点分布情况进行分析，测量当前节点布设间距，并在该环境下汇总多源数据挖掘结果。考虑每个数据节点额定实际覆盖距离，按照数据共享交换融合原则，调整每个数据节点的位置，使得相邻节点之间可以顺利进行数据共享交换10。其中，每个数据采集点的识别距离计算公式为U=1-+12-2(2-1)（4）式中：U表示数据采集点的识别距离；1表示预设覆盖范围；2表示节点实际覆盖范围；表示共享交换偏差；表示挖掘数据总量。按照公式（4）所示的可识别距离计算结果，确定节点覆盖范围，并基于此调整节点位置，使得节点分布方案满足阶段性施工数据协同化挖掘融合处理要求。生成基于BIM技术协同数据挖掘融合方案时，需要先定义一个数据传输路径，作为协同数据挖掘和融合的基础。经过研究，将基于BIM技术的数据挖掘融合协同化处理结构表示为图2。设计项目多源数据采集网络采集布置数据点扩展数据采集范围数据挖掘BIM多阶传输形式转换设置数据交换格式数据协同化挖掘融合处理数据挖掘图 2基于BIM技术的数据挖掘融合协同化处理结构结合图2所示的协同化处理结构，生成基于BIM技术协同数据挖掘融合方案，按照该方案进行操作后，可以得到设计项目多源数据的协同数据挖掘融合结果。2平台测试在上述功能模块设计完成后，完成整个协同化设计平台的研究。为了保证该平台在实际应用中可以发挥良好的应用效果，需要进行平台测试研究。在验证协同化设计平台的应用性能后，实现该平台的推广应用。2 2.1 1测试环境测试环境考虑到本文设计的数据挖掘融合协同化设计平台，主要是在工程项目数据管理过程中发挥作用。在平台测试环境搭建过程中，选择羊台山隧道群工程为研究对象。所选工程项目是赣深高铁的组成部分，由于当地地形起伏较大，且局部场区地貌较为陡峭，隧道的施工需要穿越花岗岩地层，使得该项目较为复杂。同时，经过实地考察可知，该项目规划在隧道进口段设置双线隧道，并且为了满足深圳北联络线的接入，在隧道中部建立上行联络线和下行联络线，前者所处区段为 DK430+653.81DK430+868，后者所处区段为 DK431+211.66DK431+292，二者均属于小间距并行段。整体来看，该正线隧道项目区别于一般的断面过渡，属于大跨断面隧道项目，并逐渐过渡为燕尾分离式断面项目。在大跨段区域，隧道项目的最大跨度和最大开挖断面面积，分别为 25.6 m 和 370 m2。由于羊台山隧道群工程包括多个工点，为了保证隧道项目的安全施工，在项目设计阶段需要多个专业的共同参与，其所需的数据也较为复杂。为了辅助该工程设计项目的数据管理，需要应用本文提出基于 BIM的多源数据挖掘融合协同化设计平台，进行工程数据协同化处理。2 2.2 2平台搭建平台搭建在平台测试环境设置完成后，搭建出本文研究的系统化设计平台。为了辅助铁路工程BIM模型设计，在平台搭建过程中，需要同时兼容多个主流设计平台，取每个平台的长处构建完美的三维建筑模型。此外，搭建的协同化设计平台还需要兼容众多图形引擎，使得这些图形引擎以软件格式保存在平台上。保证平台设计铁路工程项目BIM模型时，最大程度保留项目的几何结构和属性信息。采用 C/S、B/S 组合架构，开发出铁路 BIM多源数据挖掘融合协同化设计平台，该平台具体架构如图3所示。将图3所示的协同化设计平台应用到测试环境中，进行设计项目多源数据挖掘融合协同化设计测试。97现代计算机2023年2 2.3 3平台测试结果平台测试结果应用上述搭建出的平台，在目标环境中进行测试时，所建立的铁路设计项目BIM模型如图4所示。图 4铁路设计项目BIM模型以图 4 所示的铁路设计项目 BIM 模型为基础，运行本文设计的协同化设计平台，得到设计项目多源数据挖掘融合协同设计方案。考虑到面对的数据规模越大，协同化设计复杂程度越高，而运行时间就成为反映协同化设计平台应用性能的关键指标。本次平台测试过程中，设置数据点数量为200、400、600、800、1000、1200，分别记录协同化设计平台的运行时间。而后，选用基于云计算的平台、基于知识图谱技术的平台作为对照组，在相同的数据规模下进行协同化设计，将两个平台在不同环境下的运行时间与本研究设计平台进行对比，得到图5所示的对比结果。图 5不同平台的协同化设计运行时间对比根据图5可知，三个协同化设计平台在相同的环境下运行，本文设计平台的运行时间明显低于其他两个平台。当数据点数量达到1200个时，所提平台的运行时间为19.97 s，此时另外两个平台的运行时间分别为 89.15 s、107.06 s。综上所述，基于 BIM 技术的协同化设计平台，在大数据规模下的多源数据挖掘融合工作中可以发挥更大价值。表示层Spring MVCBootStrapBIM管理设计平台统一日志记录控制层业务层持久层Spring SecuritySpringPost请求Get请求异步Ajax请求标准库审校管理模型配置BIM应用资料互提项目数据总览MyBatis读写数据库数据映射统一权限控制统一异常处理基础支持层事务管理连接管理配置加载缓存处理数据管理层用户数据项目数据资料归档图 3铁路BIM多源数据挖掘融合协同化设计平台架构 98杨晓超等：基于BIM技术的设计项目多源数据挖掘融合协同化设计平台第13期3结语随着工程建设项目质量要求越来越高，人们开始更加注重设计项目多源数据的协同管控。本研究以提升多源数据挖掘融合效率为目标，提出基于BIM技术的新型协同化设计平台，该平台在大规模数据下快速生成数据挖掘融合协同化设计方案，基于此更好地满足多源数据协同管控的实时性要求。参考文献：1 齐成龙.基于达索平台的铁路土建工程BIM协同设计技术研究 J.铁路计算机应用，2022，31（8）：4651.2 李明昊，冯新，刘绪都，等.大型地下管网预测性运维多源监测数据融合决策方法 J.同济大学学报（自然科学版），2023，51（2）：170178.3 任杰，于明洋.多源数据融合的精细建模在建设工程中的应用 J.测绘与空间地理信息，2023，46（1）：189192，197.4 高群，齐振鹏，王忠鑫，等.基于Bentley平台的BIM协同设计在露天矿工程中的应用 J.智能矿山，2023，4（1）：7175.5 程宇杰，刘卓涵，闫实，等.6G车联网络面向多源感知的数据融合技术 J.无线电通信技术，2023，49（1）：4655.6 洪彦.基于数据挖掘算法的通信网络多源数据处理与分类 J.景德镇学院学报，2022，37（6）：1922.7 潘建宏，王磊，樊家树，等.一种基于知识图谱技术的多源异构数据融合、共享方法 J.电子设计工程，2022，30（23）：185188，193.8 杨博涵，燕雪峰，郭丽琴.面向信息物理融合系统的多源异构数据交互模型J.数据采集与处理，2022，37（6）：13231332.9 王晓锋.基于数据挖掘的电力工程建设项目精细化管理系统 J.电气技术与经济，2022（5）：178181.10 赵国深，赵嘉玲，刘思妤，等.油气管道监理项目资源数据挖掘技术研究 J.化工装备技术，2022，43（5）：14.Multisource data mining fusion collaborative design platform fordesign projects based on BIM technologyYang Xiaochao*,Liu Li nan,Han Yingwei（Technology RESEARCH and Development Center，Liaoning Provincial Transportation Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Shenyang 110166,China）Abstract:When carrying out collaborative mining and fusion processing for multisource data of design projects,GIS（Geographic Information System）technology is mainly used to establish data mining and fusion collaborative scheme,which is difficultto directly find and solve conflict problems,resulting in a long running time of the platform.Therefore,a collaborative design platform for multisource data mining and fusion of design projects based on BIM（building information model）technology is proposed.Analyze the fusion process of multisource data mining,and divide the collaborative design task into achievement task and data submission task.Considering the difference of the data sources of the design project,a multisource data collaborative sampling modelis built in combination with cloud computing technology to assist the subsequent data mining and fusion processing.Finally,thethreedimensional model of the design project is built based on the BIM technology,and several data collection nodes are arrangedon the model.After the data sharing program is set,the multisource data mining fusion collaborative design scheme of the designproject is obtained.The platform test results show that when the number of data points reaches 1200,the running time of the proposed collaborative design platform is only 19.97 s,meeting the realtime requirements.Keywords:BIM technology;multisource data;data mining;integration;synergy;project 99