應用于數據中心運維管理的BIM輕量化技術(shù)

作者:中國電信股份有限公司北京分公司算力中心運營(yíng)部 劉嘉寧 張帆 中通服軟件科技有限公司 賴(lài)遠東 責任編輯:包建羽 2024.05.06 18:40 來(lái)源:通信世界全媒體

通信世界網(wǎng)消息(CWW)隨著(zhù)云計算、大數據、人工智能的發(fā)展,數據中心已成為支撐現代信息服務(wù)的基礎,但數據中心規模的擴大和運維任務(wù)的復雜化使得傳統運維方式難以滿(mǎn)足需求。當前,可視化運維已成為提高運維效率和質(zhì)量的重要手段,但傳統的3D可視化建模復雜、成本高昂,限制了其廣泛應用。BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)輕量化技術(shù)通過(guò)簡(jiǎn)化BIM以支持在普通終端設備上的瀏覽,為數據中心的3D可視化提供了有效解決方案。

BIM作為一種多維信息模型,廣泛應用于建筑工程的設計、建設和管理。但BIM具有復雜性且數據量大,使得在移動(dòng)設備或低性能計算機上的處理及加載變得困難。本文將探討B(tài)IM輕量化技術(shù)在數據中心運維管理中的應用及其帶來(lái)的效益。BIM輕量化技術(shù)通過(guò)模型數據的優(yōu)化和簡(jiǎn)化,不僅減少模型文件大小,提高處理速度,而且降低計算和存儲壓力,還擴展了BIM的應用范圍并簡(jiǎn)化了其使用方法。輕量化處理包括數模分離、三維數據壓縮等步驟,最終實(shí)現在不損失重要信息的前提下縮小文件體積,支持模型在多平臺的高效運用。

BIM輕量化引擎的技術(shù)原理

BIM輕量化引擎的技術(shù)策略

就技術(shù)策略來(lái)說(shuō),BIM輕量化引擎產(chǎn)品有兩種主流選擇:傳統的ActiveX插件技術(shù)和WebGL技術(shù)。由于技術(shù)老化和存在嚴重的安全問(wèn)題,ActiveX插件技術(shù)逐步被淘汰。以WebGL技術(shù)作為支撐的BIM輕量化引擎呈現出最新的科技發(fā)展趨勢,其優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有數據安全方面的問(wèn)題,可以適配各種Web瀏覽器和移動(dòng)APP應用,被公認為目前BIM輕量化引擎的最優(yōu)選擇。

WebGL技術(shù)能利用瀏覽器中的WebGL引擎,通過(guò)JavaScript調用GPU(圖形處理器)實(shí)現三維圖形的渲染,從而實(shí)現BIM的輕量化。主要的技術(shù)手段有幾何壓縮、模型轉換、LOD(細節層次)等,這些方法可以實(shí)現BIM在幾何實(shí)體、承載信息、構建邏輯等方面的精簡(jiǎn)、轉換、縮減。

基于WebGL的BIM輕量化引擎工作機制

通過(guò)運用WebGL技術(shù),輕量化BIM引擎能在保證BIM數據完整的情況下將BIM輕量化,進(jìn)而使BIM在Web瀏覽器或APP中更快速地加載和使用。WebGL對BIM進(jìn)行輕量化處理的具體步驟如圖1所示。

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●數據與模型的分離

BIM的數據主要包括三維幾何數據和非幾何數據(如模型結構屬性等)。首要的步驟是,WebGL輕量化BIM引擎需要將這兩部分數據進(jìn)行拆分。經(jīng)過(guò)這種操作,原始BIM文件中的非幾何數據(約占20%~50%)被剝離,生成數據文件供BIM應用開(kāi)發(fā)使用。

●三維幾何數據的輕量化處理

在剝離非幾何數據后,剩余的三維幾何數據需進(jìn)一步進(jìn)行輕量化處理,以減小數據量,減少客戶(hù)端計算機的渲染計算量,從而提高BIM模型下載、渲染和功能處理的速度;主要包括以下步驟。

一是采用參數化或三角化幾何描述。通過(guò)參數化或三角化幾何描述,減小三維幾何數據的文件大小,使其符合模型數據最小化。

二是利用相似性算法縮減構件存儲量。在BIM中許多構件具有同樣的形狀,只是處于不同的位置或角度,此時(shí)相似性算法就能夠用于合并數據,即保留一個(gè)構件的數據,其他相同的構件只需要記錄其引用和空間坐標。這樣可以有效地減少存儲量,實(shí)現輕量化目標。

三是建立符合場(chǎng)景遠近原則的多級構件組織體系。單個(gè)大的BIM極可能擁有大量構件,全部在Web瀏覽器中下載和加載是不現實(shí)的??紤]到實(shí)際觀(guān)察BIM的視野范圍相對有限,可以創(chuàng )建一個(gè)符合場(chǎng)景遠近原則的多級構件體系,使得在觀(guān)察模型時(shí),遠處可以看到全景而忽略細節,近處可以看清細節卻無(wú)需看到全模型。這種方式能優(yōu)化BIM在Web瀏覽器的加載速度和用戶(hù)體驗,解決大型BIM的輕量化問(wèn)題。

●三維幾何數據在Web瀏覽器或APP端的實(shí)時(shí)渲染及管理

WebGL輕量化BIM引擎需要實(shí)現對三維幾何數據的實(shí)時(shí)渲染,這個(gè)過(guò)程包含以下步驟。一是從服務(wù)器將三維幾何數據下載到客戶(hù)端電腦或移動(dòng)設備的內存。二是調用客戶(hù)端電腦或移動(dòng)設備的內存、GPU,高效實(shí)時(shí)渲染三維幾何數據,還原三維BIM。三是通過(guò)API接口調用,實(shí)現對三維BIM及其構件的操作、管理以及功能導出。

基于BIM輕量化技術(shù)的可視化運維平臺

在利用BIM輕量化技術(shù)的同時(shí),中國電信設計并構建了一款新型的數據中心可視化運維平臺架構,如圖2所示。該架構突出了在數據中心運維管理中應用BIM輕量化技術(shù)的重要性,即如何使用輕量化的BIM來(lái)實(shí)現真實(shí)環(huán)境及其變化的實(shí)時(shí)可視化,進(jìn)而優(yōu)化運維管理過(guò)程。下面將詳細介紹這一架構,對于各個(gè)層面的設計思想和功能進(jìn)行深入解析。

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數據層

數據層通過(guò)專(zhuān)業(yè)的設計軟件Revit進(jìn)行精細化建模,運用BIM輕量化引擎處理原始的RVT(實(shí)時(shí)視頻傳輸技術(shù))文件或導出的標準IFC文件,然后存儲到BIM模型數據庫中。同時(shí)搭配PostgreSQL進(jìn)行業(yè)務(wù)數據的管理,在設備編碼與三維圖形之間建立關(guān)聯(lián)。數據層的主要功能包括三部分。

一是BIM輕量化處理。運用BIM輕量化引擎對原始的RVT文件或導出的標準IFC文件進(jìn)行處理,將龐大的BIM轉換為輕量化的數據格式,以便于存儲和展示。二是數據存儲。將輕量化處理后的BIM和業(yè)務(wù)數據存儲在相應的數據庫中,形成BIM模型數據庫和業(yè)務(wù)數據庫。三是數據關(guān)聯(lián)。通過(guò)設備編碼與三維圖形之間的關(guān)聯(lián),實(shí)現對設備信息的快速查詢(xún)和定位。

服務(wù)層

基于Spring Boot開(kāi)發(fā)的服務(wù)層滿(mǎn)足Spring Cloud微服務(wù)架構,并通過(guò)服務(wù)方式對外提供能力。平臺中的基礎服務(wù)可以提供基于數據中心對象的元數據管理方式,實(shí)現對機房實(shí)體屬性的快速管理。三維引擎服務(wù)則完成三維可視化引擎平臺的建立,使其能有效對接Revit,從而對輕量化后的模型進(jìn)行快速展示。服務(wù)層的主要模塊包括四部分。

一是基礎服務(wù)。提供基于數據中心對象的元數據管理方式,可快速實(shí)現機房實(shí)體屬性的管理?;A服務(wù)包括設備信息管理、空間信息管理、人員信息管理等功能,為上層應用提供基礎數據支持。

二是三維引擎服務(wù)。實(shí)現三維可視化引擎平臺搭建,能夠與Revit有效對接,對輕量化后的模型快速展示。三維引擎服務(wù)包括三維場(chǎng)景渲染、模型交互、動(dòng)畫(huà)展示等功能,為用戶(hù)提供直觀(guān)的三維效果展示。

三是三維應用服務(wù)?;谳p量化模型,實(shí)現各種應用的展現,如數據中心園區環(huán)境可視化、資產(chǎn)管理可視化、動(dòng)環(huán)監控可視化、容量管理可視化、管路配線(xiàn)可視化等。

四是接口服務(wù)。對接外圍系統,接入動(dòng)力、制冷、安防等系統,獲取各接入系統的運行數據,保障機房?jì)仍O備監控數據的準確及時(shí)。接口服務(wù)為平臺與其他系統的交互提供了標準化的接口,實(shí)現了數據的共享與同步。

展示層

展示層使用BIM輕量化引擎、VUE、Three.js等技術(shù),實(shí)現在瀏覽器以及手機端的三維展示。展示層的主要功能包括三部分:一是三維場(chǎng)景渲染,利用BIM輕量化引擎和Three.js等技術(shù),在瀏覽器和手機端呈現數據中心的三維場(chǎng)景;二是模型交互,提供對三維模型的操作功能,如旋轉、縮放、移動(dòng)等,方便用戶(hù)對模型進(jìn)行觀(guān)察和分析;三是數據展示,將業(yè)務(wù)數據以圖表、文字等形式展示在三維場(chǎng)景中,幫助用戶(hù)更好地理解數據和作出決策。

通過(guò)上述分析,可以清晰地看到,BIM輕量化技術(shù)在數據中心運維管理中顯示出巨大潛力,能夠應對BIM模型體積龐大和處理效率問(wèn)題,提高數據中心的可視化管理和監控效率。通過(guò)構建基于BIM輕量化技術(shù)的數據中心可視化運維平臺,以實(shí)踐證明其在運維管理中的高效性與必要性。盡管存在挑戰,如模型壓縮的無(wú)損性、高效的三維數據輕量化處理等,BIM輕量化技術(shù)的應用前景仍然被看好。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步,BIM輕量化技術(shù)有望為數據中心運維管理提供互動(dòng)性更強、更高效的新路徑,進(jìn)而帶來(lái)革命性的變化。

*本文刊載于《通信世界》

總第942期 2024年4月25日 第8期

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