應用於數據中心運維管理的BIM輕量化技術

通信世界網消息（CWW）隨着雲計算、大數據、人工智能的發展，數據中心已成爲支撐現代信息服務的基礎，但數據中心規模的擴大和運維任務的複雜化使得傳統運維方式難以滿足需求。當前，可視化運維已成爲提高運維效率和質量的重要手段，但傳統的3D可視化建模複雜、成本高昂，限制了其廣泛應用。BIM（Building Information Modeling，建築信息模型）輕量化技術通過簡化BIM以支持在普通終端設備上的瀏覽，爲數據中心的3D可視化提供了有效解決方案。

BIM作爲一種多維信息模型，廣泛應用於建築工程的設計、建設和管理。但BIM具有複雜性且數據量大，使得在移動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BIM輕量化技術在數據中心運維管理中的應用及其帶來的效益。BIM輕量化技術通過模型數據的優化和簡化，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的應用範圍並簡化了其使用方法。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輕量化引擎的技術原理

BIM輕量化引擎的技術策略

就技術策略來說，BIM輕量化引擎產品有兩種主流選擇：傳統的ActiveX插件技術和WebGL技術。由於技術老化和存在嚴重的安全問題，ActiveX插件技術逐步被淘汰。以WebGL技術作爲支撐的BIM輕量化引擎呈現出最新的科技發展趨勢，其優點在於沒有數據安全方面的問題，可以適配各種Web瀏覽器和移動APP應用，被公認爲目前BIM輕量化引擎的最優選擇。

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

基於WebGL的BIM輕量化引擎工作機制

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

●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行拆分。經過這種操作，原始BIM文件中的非幾何數據（約佔20%~50%）被剝離，生成數據文件供BIM應用開發使用。

●三維幾何數據的輕量化處理

在剝離非幾何數據後，剩餘的三維幾何數據需進一步進行輕量化處理，以減小數據量，減少客戶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。

一是採用參數化或三角化幾何描述。通過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，只是處於不同的位置或角度，此時相似性算法就能夠用於合併數據，即保留一個構件的數據，其他相同的構件只需要記錄其引用和空間座標。這樣可以有效地減少存儲量，實現輕量化目標。

三是建立符合場景遠近原則的多級構件組織體系。單個大的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的。考慮到實際觀察BIM的視野範圍相對有限，可以創建一個符合場景遠近原則的多級構件體系，使得在觀察模型時，遠處可以看到全景而忽略細節，近處可以看清細節卻無需看到全模型。這種方式能優化BIM在Web瀏覽器的加載速度和用戶體驗，解決大型BIM的輕量化問題。

●三維幾何數據在Web瀏覽器或APP端的實時渲染及管理

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

基於BIM輕量化技術的可視化運維平臺

在利用BIM輕量化技術的同時，中國電信設計並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輕量化技術的重要性，即如何使用輕量化的BIM來實現真實環境及其變化的實時可視化，進而優化運維管理過程。下面將詳細介紹這一架構，對於各個層面的設計思想和功能進行深入解析。

數據層

數據層通過專業的設計軟件Revit進行精細化建模，運用BIM輕量化引擎處理原始的RVT（實時視頻傳輸技術）文件或導出的標準IFC文件，然後存儲到BIM模型數據庫中。同時搭配PostgreSQL進行業務數據的管理，在設備編碼與三維圖形之間建立關聯。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文件進行處理，將龐大的BIM轉換爲輕量化的數據格式，以便於存儲和展示。二是數據存儲。將輕量化處理後的BIM和業務數據存儲在相應的數據庫中，形成BIM模型數據庫和業務數據庫。三是數據關聯。通過設備編碼與三維圖形之間的關聯，實現對設備信息的快速查詢和定位。

服務層

基於Spring Boot開發的服務層滿足Spring Cloud微服務架構，並通過服務方式對外提供能力。平臺中的基礎服務可以提供基於數據中心對象的元數據管理方式，實現對機房實體屬性的快速管理。三維引擎服務則完成三維可視化引擎平臺的建立，使其能有效對接Revit，從而對輕量化後的模型進行快速展示。服務層的主要模塊包括四部分。

一是基礎服務。提供基於數據中心對象的元數據管理方式，可快速實現機房實體屬性的管理。基礎服務包括設備信息管理、空間信息管理、人員信息管理等功能，爲上層應用提供基礎數據支持。

二是三維引擎服務。實現三維可視化引擎平臺搭建，能夠與Revit有效對接，對輕量化後的模型快速展示。三維引擎服務包括三維場景渲染、模型交互、動畫展示等功能，爲用戶提供直觀的三維效果展示。

三是三維應用服務。基於輕量化模型，實現各種應用的展現，如數據中心園區環境可視化、資產管理可視化、動環監控可視化、容量管理可視化、管路配線可視化等。

四是接口服務。對接外圍系統，接入動力、製冷、安防等系統，獲取各接入系統的運行數據，保障機房內設備監控數據的準確及時。接口服務爲平臺與其他系統的交互提供了標準化的接口，實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，實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：一是三維場景渲染，利用BIM輕量化引擎和Three.js等技術，在瀏覽器和手機端呈現數據中心的三維場景；二是模型交互，提供對三維模型的操作功能，如旋轉、縮放、移動等，方便用戶對模型進行觀察和分析；三是數據展示，將業務數據以圖表、文字等形式展示在三維場景中，幫助用戶更好地理解數據和作出決策。

通過上述分析，可以清晰地看到，BIM輕量化技術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題，提高數據中心的可視化管理和監控效率。通過構建基於BIM輕量化技術的數據中心可視化運維平臺，以實踐證明其在運維管理中的高效性與必要性。儘管存在挑戰，如模型壓縮的無損性、高效的三維數據輕量化處理等，BIM輕量化技術的應用前景仍然被看好。隨着技術的進步，BIM輕量化技術有望爲數據中心運維管理提供互動性更強、更高效的新路徑，進而帶來革命性的變化。

*本文刊載於《通信世界》

總第942期 2024年4月25日 第8期