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应用于数据中心运维管理的BIM轻量化技术

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通信世界网消息(CWW)随着云计算、大数据、人工智能的发展,数据中心已成为支撑现代信息服务的基础,但数据中心规模的扩大和运维任务的复杂化使得传统运维方式难以满足需求。当前,可视化运维已成为提高运维效率和质量的重要手段,但传统的3D可视化建模复杂、成本高昂,限制了其广泛应用。BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)轻量化技术通过简化BIM以支持在普通终端设备上的浏览,为数据中心的3D可视化提供了有效解决方案。

BIM作为一种多维信息模型,广泛应用于建筑工程的设计、建设和管理。但BIM具有复杂性且数据量大,使得在移动设备或低性能计算机上的处理及加载变得困难。本文将探讨BIM轻量化技术在数据中心运维管理中的应用及其带来的效益。BIM轻量化技术通过模型数据的优化和简化,不仅减少模型文件大小,提高处理速度,而且降低计算和存储压力,还扩展了BIM的应用范围并简化了其使用方法。轻量化处理包括数模分离、三维数据压缩等步骤,最终实现在不损失重要信息的前提下缩小文件体积,支持模型在多平台的高效运用。

BIM轻量化引擎的技术原理

BIM轻量化引擎的技术策略

就技术策略来说,BIM轻量化引擎产品有两种主流选择:传统的ActiveX插件技术和WebGL技术。由于技术老化和存在严重的安全问题,ActiveX插件技术逐步被淘汰。以WebGL技术作为支撑的BIM轻量化引擎呈现出最新的科技发展趋势,其优点在于没有数据安全方面的问题,可以适配各种Web浏览器和移动APP应用,被公认为目前BIM轻量化引擎的最优选择。

WebGL技术能利用浏览器中的WebGL引擎,通过JavaScript调用GPU(图形处理器)实现三维图形的渲染,从而实现BIM的轻量化。主要的技术手段有几何压缩、模型转换、LOD(细节层次)等,这些方法可以实现BIM在几何实体、承载信息、构建逻辑等方面的精简、转换、缩减。

基于WebGL的BIM轻量化引擎工作机制

通过运用WebGL技术,轻量化BIM引擎能在保证BIM数据完整的情况下将BIM轻量化,进而使BIM在Web浏览器或APP中更快速地加载和使用。WebGL对BIM进行轻量化处理的具体步骤如图1所示。


●数据与模型的分离

BIM的数据主要包括三维几何数据和非几何数据(如模型结构属性等)。首要的步骤是,WebGL轻量化BIM引擎需要将这两部分数据进行拆分。经过这种操作,原始BIM文件中的非几何数据(约占20%~50%)被剥离,生成数据文件供BIM应用开发使用。

●三维几何数据的轻量化处理

在剥离非几何数据后,剩余的三维几何数据需进一步进行轻量化处理,以减小数据量,减少客户端计算机的渲染计算量,从而提高BIM模型下载、渲染和功能处理的速度;主要包括以下步骤。

一是采用参数化或三角化几何描述。通过参数化或三角化几何描述,减小三维几何数据的文件大小,使其符合模型数据最小化。

二是利用相似性算法缩减构件存储量。在BIM中许多构件具有同样的形状,只是处于不同的位置或角度,此时相似性算法就能够用于合并数据,即保留一个构件的数据,其他相同的构件只需要记录其引用和空间坐标。这样可以有效地减少存储量,实现轻量化目标。

三是建立符合场景远近原则的多级构件组织体系。单个大的BIM极可能拥有大量构件,全部在Web浏览器中下载和加载是不现实的。考虑到实际观察BIM的视野范围相对有限,可以创建一个符合场景远近原则的多级构件体系,使得在观察模型时,远处可以看到全景而忽略细节,近处可以看清细节却无需看到全模型。这种方式能优化BIM在Web浏览器的加载速度和用户体验,解决大型BIM的轻量化问题。

●三维几何数据在Web浏览器或APP端的实时渲染及管理

WebGL轻量化BIM引擎需要实现对三维几何数据的实时渲染,这个过程包含以下步骤。一是从服务器将三维几何数据下载到客户端电脑或移动设备的内存。二是调用客户端电脑或移动设备的内存、GPU,高效实时渲染三维几何数据,还原三维BIM。三是通过API接口调用,实现对三维BIM及其构件的操作、管理以及功能导出。

基于BIM轻量化技术的可视化运维平台

在利用BIM轻量化技术的同时,中国电信设计并构建了一款新型的数据中心可视化运维平台架构,如图2所示。该架构突出了在数据中心运维管理中应用BIM轻量化技术的重要性,即如何使用轻量化的BIM来实现真实环境及其变化的实时可视化,进而优化运维管理过程。下面将详细介绍这一架构,对于各个层面的设计思想和功能进行深入解析。


数据层

数据层通过专业的设计软件Revit进行精细化建模,运用BIM轻量化引擎处理原始的RVT(实时视频传输技术)文件或导出的标准IFC文件,然后存储到BIM模型数据库中。同时搭配PostgreSQL进行业务数据的管理,在设备编码与三维图形之间建立关联。数据层的主要功能包括三部分。

一是BIM轻量化处理。运用BIM轻量化引擎对原始的RVT文件或导出的标准IFC文件进行处理,将庞大的BIM转换为轻量化的数据格式,以便于存储和展示。二是数据存储。将轻量化处理后的BIM和业务数据存储在相应的数据库中,形成BIM模型数据库和业务数据库。三是数据关联。通过设备编码与三维图形之间的关联,实现对设备信息的快速查询和定位。

服务层

基于Spring Boot开发的服务层满足Spring Cloud微服务架构,并通过服务方式对外提供能力。平台中的基础服务可以提供基于数据中心对象的元数据管理方式,实现对机房实体属性的快速管理。三维引擎服务则完成三维可视化引擎平台的建立,使其能有效对接Revit,从而对轻量化后的模型进行快速展示。服务层的主要模块包括四部分。

一是基础服务。提供基于数据中心对象的元数据管理方式,可快速实现机房实体属性的管理。基础服务包括设备信息管理、空间信息管理、人员信息管理等功能,为上层应用提供基础数据支持。

二是三维引擎服务。实现三维可视化引擎平台搭建,能够与Revit有效对接,对轻量化后的模型快速展示。三维引擎服务包括三维场景渲染、模型交互、动画展示等功能,为用户提供直观的三维效果展示。

三是三维应用服务。基于轻量化模型,实现各种应用的展现,如数据中心园区环境可视化、资产管理可视化、动环监控可视化、容量管理可视化、管路配线可视化等。

四是接口服务。对接外围系统,接入动力、制冷、安防等系统,获取各接入系统的运行数据,保障机房内设备监控数据的准确及时。接口服务为平台与其他系统的交互提供了标准化的接口,实现了数据的共享与同步。

展示层

展示层使用BIM轻量化引擎、VUE、Three.js等技术,实现在浏览器以及手机端的三维展示。展示层的主要功能包括三部分:一是三维场景渲染,利用BIM轻量化引擎和Three.js等技术,在浏览器和手机端呈现数据中心的三维场景;二是模型交互,提供对三维模型的操作功能,如旋转、缩放、移动等,方便用户对模型进行观察和分析;三是数据展示,将业务数据以图表、文字等形式展示在三维场景中,帮助用户更好地理解数据和作出决策。

通过上述分析,可以清晰地看到,BIM轻量化技术在数据中心运维管理中显示出巨大潜力,能够应对BIM模型体积庞大和处理效率问题,提高数据中心的可视化管理和监控效率。通过构建基于BIM轻量化技术的数据中心可视化运维平台,以实践证明其在运维管理中的高效性与必要性。尽管存在挑战,如模型压缩的无损性、高效的三维数据轻量化处理等,BIM轻量化技术的应用前景仍然被看好。随着技术的进步,BIM轻量化技术有望为数据中心运维管理提供互动性更强、更高效的新路径,进而带来革命性的变化。

*本文刊载于《通信世界》

总第942期 2024年4月25日 第8期

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