Web3D可视化技术在建筑工程管理信息化系统中的应用

段广　张广海

摘  要：Web3D可视化技术可对建筑工程管理信息化系统的可用算力资源进行重新优化整合，将建筑工程管理信息化系统的Web3D可视化技术整合为独立服务的三维场景可视化系统，构建管理模型并形成新调度桌面系统。文章分析建筑工程管理信息化系统中Web3D可视化模块的功能，进行了相应技术的功能模块分割及设计，完成了Web3D可视化技术在建筑工程管理信息化系统中的应用效果测试。

关键词：建筑工程；Web3D可视化；可视化模块；应用效果

中图分类号：TP39  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）12-0112-04

Application of Web3D Visualization Technology in the Construction Engineering Management Information System

DUAN Guang， ZHANG Guanghai

（PowerChina Road Bridge Group Co.， Ltd.， Beijing  100036， China）

Abstract： Web3D visualization technology can optimize and integrate the available computing resources of the construction engineering management information system， integrate the Web3D visualization technology of the construction engineering management information system into an independent 3D scene visualization system， construct a management model， and form a new scheduling desktop system. This paper analyzes the functions of the Web3D visualization module in the construction engineering management information system， divides and designs the corresponding technical functional modules， and completes the application effect test of Web3D visualization technology in the construction engineering management information system.

Keywords： construction engineering; Web3D visualization; visualization module; application effect

0  引  言

建筑工程管理包含建筑工地相關设备和基础临建设施的管理，在实现建筑工地精细化管理的过程中依赖完整的管理信息化系统，对建筑工程的相关环节和设备实现管控，可保障建筑工程相关工作的开展。建筑工程管理信息化系统作为一个较为复杂的管理系统，采取Web3D可视化技术实现管理信息化，其核心目标为通过可视化技术采集建筑工程管理过程中的全面数据，使用云计算技术（Cloud Computer， CC）、Web3D可视化技术（Web 3D visualization）、人工智能（Artificial Intelligence， AI）技术相结合，对建筑工程管理数据进行全面的挖掘处理。建筑工程管理信息化系统从管理的功能出发，针对每项具体功能构建独立的大数据子系统，为纵向布局模式。管理信息化系统对建筑工程的基础信息进行整合，形成基础数据服务层，上层各独立系统在底层基础数据服务层中读取数据并根据系统功能设计目标进行分别挖掘分析。最新的建筑工程管理信息化系统设计思路中，将所有管理功能模块进行综合设计，形成独立的工作模块，实现可视化技术在管理信息化系统中的应用。

1  系统中Web3D可视化模块的功能

前文所述，在早期的建筑工程管理系统中，一般用于运行多个相对独立的大数据系统，最新的建筑工程管理信息化系统设计思路中，将所有管理功能模块进行综合设计，形成一套可以支持多个系统输出数据整合在三维模型上进行显示的Web3D可视化模块，例如，我们在犬木塘水库工程的建筑体系中就运用到了Web3D可视化模块，利用三维可视化模块对相应的建筑设施、设备等工程概况进行管理，实现工程一览图，形成了良好的工程管理模式，如图1所示。

建筑工程管理信息化系统中Web3D可视化模块可以实现精细的建筑工程管理过程，在智能矿山的建筑工程中，采取三维可视化平台对矿山整体的生产报表、安全监管及能耗统计进行实时监控，可实现良好的工程建设管理模式，如图2所示，这些建筑工程中的三维可视化技术的运用可以对工程概况进行合理的监测，实现良好的管理效果。

建筑工程管理信息化系统中Web3D可视化模块的功能较多，可以为建筑工程管理提供精细化的管理方法和手段，实现良好的建筑体系管理架构，通过分析犬木塘水库工程建筑体系和智能矿山建筑体系的三维可视化技术的运用效果，研究调度过程中的可用资源，该建筑工程管理信息化系统需要调用的系统软硬件模组如图3所示。

图3中，所有用于Web3D可视化的数据来自该图下部的数据接口部分，其中文件管理系统（File System Object， FSO）读取独立文件数据，如建筑施工设计图纸等，应用数据接口（Application Programming Interface， API）部分用于直连包括物联网和外部系统的外部数据库同步数据，结构化逻辑数据管理系统（Structured Query Language， SQL）部分用于读取施工管理系统的本地数据库资源。逻辑数据资源读取到可视化系统的数据源系统中，其中快速逻辑数据使用DBase系统进行管理，大宗数据使用HaDoop系统进行管理，上述数据在管理系统控制下，读取可用数据使用Redis系统构建高速数据缓存，形成Redis一级数据缓存和DBase二级数据缓存共同管理的局面，Redis数据使用多个数据挖掘系统构建三维可视化图表，包括Matlab系统及Python系统等，这些数据根据数据索引，通过Map系统形成数据热点集，通过LOD系统将经过Map处理的数据热点及与地图数据进行整合，最终交由Html5整合的Flash、JavaScript等前端组件进行数据显示。

即，对该数据显示功能构建数据管理信息化模型，将上述软硬件系统形成功能黑箱，仅考察数据管理部分的工作流程，可以形成图4中的数据管理模型。

图4中，大部分数据均需要进过数据缓存、数据挖掘、数据三维整合三步操作后提交到管理桌面系统中，但部分深度挖掘结果可以直接跳过三维整合部分提交到管理桌面，如预警结果数据、逻辑闭锁数据、综合保护动作结果数据等；部分原始数据可以在初步治理后，直接进入到三维整合阶段，并不进行数据深度挖掘工作，包括建筑设备数量、图纸设计、建筑工程概况的录波图数据，这些数据进行时域—频域分析后，可以直接形成数据图表，作为三维可视化系统的原始数据进行展示。

2  Web3D可视化技术的功能模块分割及设计

该系统的设计目的是将Web3D可视化技术与建筑三维地图相结合，一方面方便数据查询，另一方面使数据更为直观以提升建筑工程管理调度效率。即该系统的模块设计中，应强化数据检索功能，提供更多的针对三维地图直接查询的数据检索模式，同时不应弱化针对数据值域、峰值、离群数据等关键数据要素的检索模式。该数据查询模式如图5所示。

图5中，基于地理范围的查询功能，支持针对省、市、区县、街道乡镇、社区行政村、街区及大型建筑物、电表户的分别查询功能，且主要数据应在基于地图显示的主界面上进行直接显示，调度人员点击相应区域后，可以显示详细数据，还应支持基于不同等级变电站覆盖范围内的数据查询，可以显示不同倒闸状态下变电站交叉辖区的实际供电模式；基于值域范围的查询功能，支持对录波图数据的直接查询，对录波图数据中的离群数据、峰值数据、谷值数据等进行直接预警提示，当数据的多列关联（如负荷—无功关联数据、电压电流关联数据、负荷—设备温度关联數据等）数据、时域关联数据、频域关联数据等发生突变时，也应该有预警提示数据，同时应支持调度人员针对不同数据显示功能的直接查询。

上述数据查询功能驱动下的Web3D可视化功能模块，应按表1进行资源分配。

表1中整理了5个核心功能模块对前文图1中相关算力资源的调用需求，可以发现，虽然该系统为基于Web3D可视化的技术展示，但部分功能如特值数据查询、关联数据查询等，并不需要调用三维地图资源，而数据汇总统计功能和前端显示功能需要在每个模块中都进行调用。综合该算力调用需求情况，进行以下讨论。

2.1  前端显示和三维地图调用功能

如前文综合分析，3D地图功能来自电力BIM系统和地理信息地图数据GIS系统，使用前端的Flash组件将上述地图信息整合Map系统中提供的相关数据进行显示。在没有三维地图支持的系统中，原始录波图数据、深度挖掘数据、汇总统计数据等，使用三维数据图表进行数据整合并实现数据可视化输出。即建筑工程管理信息化系统的前端显示系统设计初衷，是通过更丰富的三维图表显示系统进行数据展示，使调度桌面前端系统更为直观，在增加桌面数据显示复杂度的同时，使界面的人机交互更为和谐。

2.2  数据初步治理和数据深度挖掘功能

如前文图2所示，数据初步治理和数据深度挖掘属于接续系统，部分数据经过初步治理后即可满足数据可视化展示的需求，但部分数据需要经过数据深度挖掘模块。该系统应用到的数据深度挖掘模块部分为系统内置，如数据的深度迭代回归分析等，但部分数据深度挖掘为关联系统提供的数据深度挖掘功能，如预警数据等。数据初步治理过程主要为数据时域分析中的回归分析功能及超限学习功能，数据频域分析的小波变换、傅里叶变换等频域特征值提取功能以及其提取的特征值形成的二次时域数据。数据深度挖掘主要包含了相关的模糊决策矩阵、神经网络、蚁群分布、热力矢量分析等功能。受制于篇幅限制，且因为相关的大部分功能均布局在前置各独立管理信息系统中，所以此处不展开讨论。

3  应用效果测试

为测试Web3D可视化技术在建筑工程管理信息化系统调度过程中的应用可靠性，选择2019年与2020年全年的实际运行数据作为背景数据进行应用场景仿真，使用原有调度可视化桌面系统和Web3D可视化技术驱动下的调度可视化桌面系统分别构建调度桌面，选择某建筑工地不同工作年限的调度值班员150人，工作经验分别为1年、3年、7年、15年、30年，每组30人，使其分别操作两套调度桌面系统完成仿真调度过程。统计其调度反应效率、调度决策效率、调度失误率，得到表2。

表2中，主要有以下3点表现差异：

1）调度反应效率指管理信息化系统运行数据出现调度指令下达窗口后，调度员做出反应的思考时间，单位为s，该数据中，不同工龄建筑工程调度人员的反应效率均有提升，即其调度指令的下达思考时间均有所缩短，但该系统相比较之前可视化系统，其核心表现为缩小了新调度员与经验丰富调度员之间的工作能力差异，即比较30年工作经验的调度员与1年工作经验的调度员，在之前系统下，前者较后者效率提升3.46倍，在新系统下，前者较后者效率仅提升1.33倍。

2）调度决策效率指调度员发现系统运行状态故障并发出调度令后，有效调度令与全部调度令之间的比值，该数据中，即便1年工作经验的施工调度员其决策效率也达到了96.2%，但也可以看到2点表现，即所有工龄状态下的调度员，使用新系统后，调度决策效率均有所提升，而且新调度员的提升幅度超过经验丰富的调度员。

3）调度失误率为调度员对运行数据的观察遗漏与观察错误次数与所有按规程的观察次数之间的比值，可以看到，在建筑工程管理过程中使用Web3D可视化技术驱动下的调度系统后，所有调度员的调度失误率均有所下降，且新调度员的调度失误率下降幅度超过经验丰富的调度员。

4  结  论

Web3D可视化技术应用于建筑工程管理信息化系统中，通过对工程管理过程中相关数据资源进行重新优化整合，优化了施工调度桌面系统的可视化功能，使人机界面更符合人机关系，界面更加友好和谐。研究发现Web3D可视化技术驱动下的新系统对施工现场不同工作经验的调度员的工作效率均有提升作用，且对新调度员的工作效率提升作用更为显著。该系统充分缩小了新调度员与经验丰富调度员之间的功能能力差距，可以有效提升施工人员的调度效率，增加施工管理运行的安全性和可靠性。

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作者简介：段广（1972.02—）男，汉族，四川眉山人，高级工程师，本科，研究方向：工程技术、安全质量管理。