一种基于WEB端三维模拟的变电站工程进度信息可视化系统的制作方法

文档序号：14445739阅读：459来源：国知局

本发明涉及变电站信息技术领域，特别是一种基于web端三维模拟的变电站工程进度信息可视化系统。

背景技术：

目前，建设工程项目越来越多地应用信息技术进行辅助管理，但大多数还是局限于一些局部过程。虽然信息技术已经用于改进单项任务的生产效率，尤其是在所建造项目的设计方面，但是它几乎仍未解决贯穿于整个过程的集成与沟通这个更为基本的问题。

当前专业应用软件只是涉及工程项目生命期的某个阶段或某个专业的领域应用，对于建筑全生命周期信息的集成管理存在较大的缺陷，主要原因包括：

(一)信息交互方面。现阶段bim软件种类繁多，数据格式复杂多样，缺少统一、规范的信息标准，交互难度大。每一种软件都有的各自的标准格式，如.rvt是revit的标准默认输出格式；dwg\.dwf\.dxf是autocad的标准默认输出数据格式；.sldasm\.sldprt\.asmdot是solidworks的标准默认输出数据格式；.idw是iventor的标准默认输出数据格式；.dgn是microstation的标准默认输出数据格式等等。要实现这么复杂多样的数据格式的交互需要大量的插件和转换方法的设计，难度和工作量都是非常大的。

(二)信息传递方面。在工程项目实施的各个阶段所使用的计算机系统都是相互孤立，自成体系，信息往往需要重复录入，致使数据冗余，造成资源浪费，无法信息共享，形成“信息孤岛”现象。

(三)信息管理方面。设计施工资料和维护数据不全，且不能实现实时的共享，导致维修规划和设计无据可依，更缺乏精确的定性、定量分析。且伴随工程建设规模日趋增大，附加在项目上的信息量越来越大，传统的项目管理方式难以实现整个建设工程生命周期对项目的全面信息进行管理，且成本高效率较低。

(四)平台开发难度方面。整个项目管理的信息系统的开发过程中要融合许多新技术，如web技术、实时交互技术、三维模型显示技术、gis地理信息技术等，这种对新技术的融合，借鉴参考材料少，开发难度大。

这些问题不仅使当前建设领域计算机应用的整体水平和不同开发商开发的应用系统之间难以实现信息集成和共享，总体效果受到很大限制，也影响了整个建设领域信息化水平的提高。随着现代化建设的发展，如何实现建筑维护领域的科学管理，特别是在建设项目的初期阶段就引入生命期管理方法，是当前我国建设领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于web端三维模拟的变电站工程进度信息可视化系统，利用bim(buildinginformationmodeling)技术，通过计算机在网页端展示变电站的相关工程建设信息，使得工程项目的各相关方通过网络即可实现对工程项目实施信息化和可视化的高效建筑管理，使变电站工程在整个建设进程中显著提高效率、大量减少风险。

本发明采取的技术方案为：一种基于web端三维模拟的变电站工程进度信息可视化系统，包括数据管理服务器、web服务器、web三维展示模块以及客户端计算机：

数据管理服务器包括模型处理模块、bim数据存储模块和文本数据存储模块；

所述模型处理模块执行的指令包括：a获取目标变电站工程的实际项目信息数据；b基于已获取数据进行二维模型的建模；b基于已获取数据，在已建立的二维模型基础上，进行3d模型建模，得到obj格式的三维模型；c将obj格式的三维模型存储至bim数据存储模块；

所述bim数据存储模块用于存储变电站工程项目信息数据、二维模型和三维模型；

所述文本数据存储模块用于存储工程项目相关文本数据；

web服务器用于处理web客户端请求并根据web客户端请求，从数据管理服务器中获取相应的bim数据或者文本数据，返回至web客户端；或者将从web客户端接收的数据传输至数据管理服务器；

web三维展示模块用于通过支持webgl的浏览器页面，显示web服务器返回的三维模型、工程项目信息数据或工程项目相关文本数据，并通过浏览器页面向用户提供用于输入客户端请求信息的输入接口；

以及客户端计算机，用于加载运行所述web三维展示模块。

优选的，模型处理模块中，目标变电站工程的实际项目信息数据包括工程项目的bim模型数据；步骤a中利用autocad进行二维模型的建模，得到dwg格式的二维模型文件，步骤b中利用revit进行三维模型的建模，得到obj格式的三维模型文件。

优选的，本发明web三维展示模块包括模型与地图集成显示模块、三维模型浏览模块、用户管理配置模块、集成展示配置模块、bim数据管理模块和文本数据管理模块；

所述模型与地图集成显示模块通过web服务器从数据管理服务器获取工程项目中变电站的gis地图数据和bim模型数据，利用web地图技术将变电站的bim贴图模型匹配至电子地图的相应位置并通过web浏览器显示；所述变电站的bim贴图模型链接至相应的变电站三维模型；

所述三维模型浏览模块根据用户对电子地图中变电站bim贴图模型的选择，从数据管理服务器中获取相应的变电站三维模型，对变电站三维模型进行解析和渲染，进而通过浏览器页面展示；

所述用户管理配置模块提供对系统用户信息及用户权限信息进行修改或查询的接口；

所述集成展示配置模块用于定义三维模型相关数据与三维模型之间的关联关系，以及三维模型与相关联的数据集成显示的展示界面模板；

所述bim数据管理模块为用户提供获取和存储模型数据的接口；

所述文本数据管理模块为用户提供调用和存储文本数据的接口。

进一步的，web三维展示模块还包括构件标记管理模块，构件标记管理模块包括添加标记点管理单元、标记点位置改变管理单元和标记说明文件管理单元；所述添加标记点管理单元获取用户在三维模型上的标记点位置数据，并根据获取到的标记点位置数据，定义一个新的标记点；所述标记点位置改变管理单元获取用户指定待修改的标记点位置数据，以及重新指定的标记点位置数据，对原标记点位置数据进行修改；所述标记说明文件修改管理单元获取用户指定的标记说明替换文件，通过将标记说明替换文件拷贝至待修改的标记说明文件的文件路径中，从而替换原标记说明文件。标记说明文件后的文件名称修改可利用现有文件名称修改代码实现。本发明的浏览器页面中，构件标记管理模块还可包括标记说明文件删除单元，通过删除原标记说明文件的相关代码即可完成，为现有技术。

优选的，所述标记点位置数据为标记点距离图片顶部和左边的像素值。

本发明构件标记管理模块的实现可利用现有的网页图片热点链接技术。

更进一步的，web三维展示模块还包括作业指导控制模块，作业指导控制模块包括成本控制模块、进度控制模块和质量控制模块；

所述成本控制模块通过web服务器获取数据管理服务器中已存储的当前工程施工成本相关数据，并将获取到的数据与三维模型进行链接，及计算当前工程施工成本；然后将当前工程施工成本与计划的工程施工成本进行对比分析，输出对比结果数据；

所述质量控制模块获取用户输入的工程现场问题数据，通过web服务器存储至文件管理服务器中。工程师可随时获取工程现场问题数据，并进行分析判断，以给出质量改进的措施建议，并可使用前述的构件标记模块在模型上进行标记显示，措施建议以及标记信息可进行实时更新，以能够同时反馈给其他质量管理用户。用户可根据对比结果数据对施工进度和成本分配进行调整。本发明作业指导模块对输出的对比结果数据进行实时更新，以方便工程管理人员以及成本管理用户及时获知当前工程进度，并根据需要进行工程进度调整。对比结果数据包括与工程量、成本及质量相关的三维模型数据。

优选的，模型与地图集成显示模块将bim贴图模型匹配至电子地图的相应位置时，通过识别bim模型中的坐标信息，利用坐标转换函数将bim模型匹配到开源地图中的相应坐标位置，并以贴图形式展示，使bim贴图模型能够在指定的位置附着。具体实现步骤包括：a、获取转换前坐标系和目标坐标系的大地坐标体系下的大地维度、大地经度、大地高、高程和高程异常值b、计算bim模型在目标坐标系下的三维直角坐标值。

优选的，三维模型浏览模块执行的指令包括三维模型的网页展现和浏览器模型渲染显示；

所述三维模型网页展现指令采用java语言，通过对.obj格式文件进行调用与解析，并使用javascript与html技术转换为.html和.js格式文件，实现三维模型在网页中的展现；

所述浏览器模型渲染显示指令采用web3d技术，通过webgl的glsles着色器将三维模型在浏览器中进行渲染显示。

优选的，用户管理配置模块包括用户信息管理单元、用户操作权限管理单元和用户组管理单元；

所述用户信息管理单元提供对所有的用户信息进行创建、修改、删除及查询的接口；

所述用户操作权限管理单元提供对用户具有的操作权限进行管理的接口，用户操作权限包括创建、修改、删除、查询和权限分配；

所述用户组管理单元提供对一个或一个以上的用户组的操作权限进行管理。

优选的，集成展示配置模块包括数据关联单元、展示界面配置单元和交互功能配置模单元；

所述数据关联单元，用于通过三维模型中的标记属性，将结构化与非结构化数据与模型建立关联；

所述展示界面配置单元，用于提供标准的数据关联展示界面模板，实现多种数据与web3d的交互展示界面的配置，使不同来源数据能够集成的使用统一的界面展示；

所述交互功能配置模块，用于配置用户在展示界面中操作时所触发的事件。使用户能够在网页端实现包括模型动态查看、模型特定点标记、模型尺寸测量、模型截面剖切和图纸生成等三维功能。

优选的，展示界面配置单元包括视图转换单元和模型阴影显示单元；

所述视图转换模块，采用视图变换矩阵的形式对模型进行旋转和平移；旋转和平移规则矩阵如下：

1)一次视图旋转矩阵：

2)一次旋转平移矩阵：

其中，p(x,y,z)和p’(x’,y’,z’)分别为模型中的点p在旋转或平移前后的坐标，α和β分别为三维坐标系中，点p和点p’与坐标原点之间的连线与x轴之间的夹角；

所述模型阴影显示单元执行以下着色器绘制指令，以实现阴影效果渲染：

1)获取片元深度z值(即gl_fragcoord.z)：

gl_fragcoord.z＝(gl_position.xyz/gl_position.w)/2.0+0.5(1)

2)将片元深度z值写入阴影贴图中：

gl_fragcolor＝vec4(gl_fragcoord.z,0.0,0.0,0.0)(2)

3)通过v_positionfromlight的x和y坐标从阴影贴图中获取纹素，然后将z值与阴影贴图中的相应纹素值比较；文素获取函数为：

s＝(v_positionfromlight.x/v_positionfromlight.w)/2.0+0.5(3)

t＝(v_positionfromlight.y/v_positionfromlight.w)/2.0+0.5(4)

4)利用shadowcoord.xy抽取纹素，比较shadowcoord.z和depth以判断片元是否在阴影中，并利用visibility变量计算模型点的最终颜色：

vec3shadowcoord＝

(v_positionfromlight.xyz/v_positionfromlight.w)/2.0+0.5(5)

vec4rgbadepth＝texture2d(u_shadowmap,shadowcoord.xy)(6)

gl_fragcolor＝vec4(v_color.rgb*visibility,v_color.a)(7)

5)为了提高阴影显示精度，调用unpackdepth函数获取z值：

有益效果

本发明能够让工程项目的各利益相关方基于web端实现对工程项目实施信息化和可视化的高效建筑管理，支持建设项目全生命期中的动态信息创建、共享和管理，并且能解决异构工程数据与分布式之间的全局共享和一致性问题。能够通过模型数据的集成与交互，实现进度管理、成本管理、质量管理、安全管理、信息管理、物资管理等多个子模块的信息集成，实现多方协同管理的形式，减少时间、人力、物力的消耗，提高项目管理的效率。

附图说明

图1所示为本发明系统结构示意图；

图2所示为本发明系统实现原理示意图；

图3所示为地图集成显示界面；

图4所示为用户与后台管理界面；

图5所示为模型三维浏览前端展示和交互界面；

图6所示为变电站施工进度控制界面；

图7所示为变电站施工成本表单界面；

图8所示为对变电站关键部位进行标记界面。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

结合图1和图2所示，本发明基于web端三维模拟的变电站工程进度信息可视化系统，包括数据管理服务器、web服务器、web三维展示模块以及客户端计算机：

数据管理服务器包括模型处理模块、bim数据存储模块和文本数据存储模块；

所述bim数据存储模块用于存储变电站工程项目信息数据、二维模型和三维模型；

所述文本数据存储模块用于存储工程项目相关文本数据；

以及客户端计算机，用于加载运行所述web三维展示模块。

实施例

模型处理模块中，目标变电站工程的实际项目信息数据包括工程项目的bim模型数据；步骤a中利用autocad进行二维模型的建模，得到dwg格式的二维模型文件，步骤b中利用revit进行三维模型的建模，得到obj格式的三维模型文件。

本发明web三维展示模块包括模型与地图集成显示模块、三维模型浏览模块、用户管理配置模块、集成展示配置模块、bim数据管理模块和文本数据管理模块；

模型与地图集成显示模块，用于为用户在浏览器中将变电站模型集成到项目所在地的地图中，并以变电站模型作为整个集成系统的索引。模型与地图集成显示模块通过web服务器从数据管理服务器获取工程项目中变电站的gis地图数据和bim模型数据，利用web地图技术将变电站的bim贴图模型匹配至电子地图的相应位置并通过web浏览器显示；所述变电站的bim贴图模型链接至相应的变电站三维模型。

三维模型浏览模块用于在用户浏览器上展示三维模型，并为用户提供模拟现实的展示和交互数据接口；三维模型浏览模块根据用户对电子地图中变电站bim贴图模型的选择，从数据管理服务器中获取相应的变电站三维模型，对变电站三维模型进行解析和渲染，进而通过浏览器页面展示。

所述用户管理配置模块提供对系统用户信息及用户权限信息进行修改或查询的接口；

所述集成展示配置模块用于定义三维模型相关数据与三维模型之间的关联关系，以及三维模型与相关联的数据集成显示的展示界面模板；

所述bim数据管理模块为用户提供获取和存储模型数据的接口；

文本数据管理模块用于用户对作为信息载体的文本化资料进行有序地收集、加工、分解、编目、存档，并为项目各参与者提供专用的和常用的信息；文本数据管理模块为用户提供调用和存储文本数据的接口。

进一步的，web三维展示模块还包括构件标记管理模块，所述构件标记模块，用于用户对变电站关键位置的信息进行标记，通过指定某点文本和图片说明信息的路径实现与该点链接。

构件标记管理模块包括添加标记点管理单元、标记点位置改变管理单元和标记说明文件管理单元；所述添加标记点管理单元获取用户在三维模型上的标记点位置数据，并根据获取到的标记点位置数据，定义一个新的标记点；所述标记点位置改变管理单元获取用户指定待修改的标记点位置数据，以及重新指定的标记点位置数据，对原标记点位置数据进行修改；所述标记说明文件修改管理单元获取用户指定的标记说明替换文件，通过将标记说明替换文件拷贝至待修改的标记说明文件的文件路径中，从而替换原标记说明文件。标记说明文件后的文件名称修改可利用现有文件名称修改代码实现。本发明的浏览器页面中，构件标记管理模块还可包括标记说明文件删除单元，通过删除原标记说明文件的相关代码即可完成，为现有技术。所述标记点位置数据为标记点距离图片顶部和左边的像素值。

本发明构件标记管理模块的实现可利用现有的网页图片热点链接技术。

更进一步的，web三维展示模块还包括作业指导控制模块，作业指导控制模块，用于为用户对变电站项目建造和维护过程提供可视化管理接口，以实现管理数据交互，对项目作业过程进行指导控制。

作业指导控制模块包括成本控制模块、进度控制模块和质量控制模块；

所述进度控制模块获取工程项目各板块的开始时间和结束时间数据，通过web服务器存储至文件管理服务器中的变电站工程项目信息数据(即bim模型数据)中，同时将工程项目板块开始时间和结束时间数据与相应的三维模型部分进行链接；进度控制模块根据三维模型各部分的开始时间和结束时间数据，与计划进度时间进行对比，输出对比结果数据；进度控制模块通过将三维模型与工程施工进度计划相结合，将模型的空间和时间属性反映在bim模型中，进一步地反映在动画视频中，实现对工程施工阶段的进度可视化控制。定义有计划进度时间的计划进度project文件可通过文本管理模块进行新增。

所述质量控制模块获取用户输入的工程现场问题数据，包括照片或文字，通过web服务器存储至文件管理服务器中。工程师可随时获取工程现场问题数据，并进行分析判断，以给出质量改进的措施建议，并可使用前述的构件标记模块在模型上进行标记显示，措施建议以及标记信息可进行实时更新，以能够同时反馈给其他质量管理用户。用户可根据对比结果数据对施工进度和成本分配进行调整。本发明作业指导模块对输出的对比结果数据进行实时更新，以方便工程管理人员以及成本管理用户及时获知当前工程进度，并根据需要进行工程进度调整。对比结果数据包括与工程量、成本及质量相关的三维模型数据。

模型与地图集成显示模块包括web地图服务、bim贴图模型、系统索引，其中web地图服务是利用gis技术结合现在开源的地图开发包，实现在网页平台使用电子地图的功能；bim贴图模型是整合bim模型与web地图技术，通过识别模型坐标信息，利用坐标转换函数自动将模型匹配到开源地图中的正确位置，使bim贴图模型能够在指定的位置附着；包括步骤：a、获取转换前坐标系和目标坐标系的大地坐标体系下的大地维度、大地经度、大地高、高程和高程异常值b、计算不同坐标系下的三维直角坐标值。系统索引是指以地图中的变电站贴图模型作为整个系统的索引，通过点击选择相应的变电站贴图模型，可以链接获取其相关的模型数据信息，创新性的实现了模型信息的集成管理。可以实现包括bim模型三维浏览、设计图纸查看、虚拟漫游查看、作业指导及部件展示等功能。

三维模型浏览模块包括模型网页文件的展现和浏览器模型渲染显示，即三维模型浏览模块执行的指令包括三维模型的网页展现和浏览器模型渲染显示：

所述浏览器模型渲染显示指令采用web3d技术，通过webgl的glsles着色器将三维模型在浏览器中进行渲染显示。具体的，浏览器模型渲染显示是使用web3d技术作为网页端三维模型展示方案，通过webgl内置的glsles着色器将从数据库中提取的三维模型在浏览器中进行渲染显示。

用户管理配置模块用于为系统管理员对用户基本信息和用户操作权限进行管理；

用户信息管理指对所有的用户信息进行创建、修改、删除及查询；用户信息管理单元提供对所有的用户信息进行创建、修改、删除及查询的接口；

用户操作权限管理指按照系统操作权限表对用户具有的操作权限进行管理，包括创建、修改、删除、查询、权限分配等操作权限；用户操作权限管理单元提供对用户具有的操作权限进行管理的接口；

用户组管理指对一个或一个以上的用户的操作权限进行管理，且系统默认系统管理员用户组不能被删除。用户组管理单元提供对用户组进行操作权限管理的接口。

bim数据管理模块包括工程项目信息扩展和工程项目信息与bim模型的映射。其中，工程项目信息扩展指在ifc标准体系结构的基础上，确定所需扩展工程项目信息所对应的实体和属性，根据实体特征的不同划分属性集，并定义属性集和属性，实现工程项目信息扩展。工程项目信息与bim模型的映射指通过revit软件创建族，新建参数并关联到族，将族载入项目并输入工程项目信息值，实现工程项目信息与模型之间的关联。