项目名称:城市信息模型的融合方法和系统
- 北京建筑大学
- 北京市西城区展览馆路1号
- 100044
- 张大玉
- 13810979493
- www.bucea.edu.cn
姓名 |
周小平 |
电话 |
61209155 |
电子邮件 |
zhouxiaoping@bucea.edu.cn |
区号 |
010 |
邮编 |
100044 |
通信地址 |
北京市西城区展览馆路1号 |
王 佳 郭茂祖 陆一昕 李浩然 姚子宣 高新傲 张伟松 韩翔宇 孙健桐
专利类型 |
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专利状态 |
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申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
CN202010806775.3 |
2021-03-23 |
ZL202010806775.3 |
CN202010104642.1 |
2022-05-17 |
ZL202010104642.1 |
CN201910277093.5 |
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CN202010104864.3 |
2020-06-23 |
ZL202010104864.3 |
CN201911360578.7 |
2021-06-29 |
ZL201911360578.7 |
CN202210055032.6 |
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中国是建筑发展历史最丰富的国家,建筑业作为国家支柱产业其施工量和现存建筑量是全球第一。国家数字化和“碳达峰与碳中和”等发展目标需要建筑大数据智能融合支撑建筑全生命周期方案优化和科学决策,促成建筑业数字化转型升级。
在此发展期间,还存在以下亟需解决的问题:建筑全生命周期时间跨度长、专业领域多、数据复杂多样,严重制约了建筑全生命周期勘察、设计、施工和运维等方面的科学决策。建筑信息模型(BIM)一般定义为数字形式的建筑信息的“总和”,是一种有前途的建筑全生命周期管理技术。面向BIM的建筑大数据智能融合,通过关联实体挖掘实现分散、孤立数据的有机融合,建立建筑全生命周期一致、完整、关联的数据融合系统,是实现建筑全过程科学决策的核心关键。
针对以上问题,本项目是由参评人北京建筑大学与盈嘉互联(北京)科技有限公司产学研合作研发,以面向BIM的建筑大数据智能融合为目标经过多年攻关和实践,从多模异质信息网络关联实体识别、面向BIM的大数据并行计算框架、面向建筑全过程数据融合和面向BIM的建筑大数据智能融合存储等方面开展了创新突破,研制了面向BIM的建筑大数据智能融合系统,旨在为建筑全生命周期不同参与方的决策与协同提供可靠的共享知识资源,为工程建设项目和智慧城市“全周期管理”提供可靠完整的基础设施大数据支撑。
本项目自实施以来,本项目技术提出建筑大数据智能融合系统在建筑BIM、生物信息学、社交网络等多个领域进行了应用验证,项目成果“microRNA结构与功能的智能预测方法”获得了2019年教育部高等学校优秀成果奖自然科学二等奖;“BIM技术在延崇高速(北京段)工程中的创新应用研究”在冬奥重点工程(北京段)进行了创新应用,得到了行业专家的高度认可,获得了2019年中国公路学会一等奖;“佛山市禅城区数字城市基础设施大数据平台”荣获“18届精瑞人居数字科技与产品创新奖”优秀奖;项目相关成果“中交国际中心数字建筑物平台”获得“中国政府信息化方案案例创新奖”。
该项目成果进行了自主产业化,获授权发明专利8项,发表SCI/EI等论文12篇,成果在全国百余项工程中应用,大幅降低BIM全过程数据融合应用门槛。近三年新增产值1.3亿元,销售额为9939万元,平均年利润率超过35%, 产生了重大的经济和社会效益。
本项目以面向BIM的建筑大数据智能融合为目标,从面向BIM的大数据并行计算框架、面向建筑全过程数据融合和面向BIM的建筑大数据智能融合存储等方面开展了创新突破,研制了城市信息模型的融合方法和系统。主要创新成果如下:
(1)目前关联实体识别研究还主要集中于单模同质环境,需要先验关联实体的技术难点。项目专利“ZL202010806775.3 一种基于跨网络表示学习的多模异质关联实体识别方法”通过两个多模异质信息网络,利用随机游走路径及迭代的方法得出转移概率,经过数学运算,结合多模异质、属性、环境一致性判断关联实体,形成一套多模异质信息网络形式化描述方法和基于跨网络表示学习的多模异质关联实体识别模型和方法。
(2)为克服BIM三角剖分需要大量内存且对算力要求高的问题。基于IFC规范,通过专利“ZL202010104642 .1 建筑信息模型产品的几何数据分割方法”根据IFC文件中各BIM产品的几何数据的IFC实例之间的关系,构建每个所述BIM产品的异构几何关系模型,计算出每个IFC实例包含的几何数据的大小,结合IFC实例的可分割状态进行标记、分割使其达到预设总阈值实现了对原始BIM数据进的分割,基于分割结果使用并行方式可以加速三角剖分和渲染过程。本项目专利“CN201910277093.5 基于并行计算框架的建筑信息模型三角剖分方法及装置”利用有限的内存对大型的BIM模型进行三角剖分,将目标BIM模型的IFC文件划分为多个IFC子文件分配给多个IFC三角剖分单元,通过并行计算框架件述IFC三角剖分单元的IFC子文件进行三角剖分,降低了内存使用和时间消耗,突破BIM密集型计算的算力瓶颈。通过专利“ZL202010104864.3 建筑大数据缓存方法及装置”将深度强化学习和移动边缘缓存进行结合,基于移动边缘网络的MEC架构,对建筑大数据在MEC服务器中的内容项进行合作缓存,优化建筑大数据的缓存性能。
(3)为克服建筑全过程中数据多源异质融合效率低、准确率不高的问题,项目专利“ZL201911360578.7 一种BIM模型和GIS模型配准方法”提取BIM模型和GIS模型的特征点形成特征点集合,进行粗匹配得到相应点对,通过精准匹配建立一一对应的点对关系,结合空间配准求取配准姿态参数,实现自动精准匹配,提高自动化程度。通过专利“CN202210055032.6三维模型和地理信息系统的融合方法及装置 ”通过将3D模型的俯视图截图和3D模型所在区域的卫星影像图作为图像匹配模型的输入,得到相应的匹配点对,计算3D模型所在区域的卫星影像图上的映射区域以及其中心经纬度,最终将3D模型按照中心经纬度映射到GIS中对应区域,基于中心经纬度将3D模型和GIS数据进行融合,实现面向BIM的建筑全过程空间数据融合。
本项目在国家自然科学基金、北京市自然科学基金项目等科技项目大力支持下,历经多年研究突破,对城市信息模型的融合方法和系统关键技术及应用进行总结性和突破性的创新研究。
该项目成果已进行了自主产业孵化,由盈嘉互联(北京)科技有限公司进行该技术的产品化和应用推广。近三年新增产值9939万元,新增利润3478.65万元,具体经济效益如下,2019年、2020年和2021年销售额分别为2642万元、2900万元和4397万元,平均利润率超过35%,经济效益显著。根据智研咨询发布的《2019-2025年中国建筑工程行业市场调研及投资方向研究报告》显示:2018年我国建筑信息化市场规模达245亿元。保守计算,若有30%的建筑信息化采纳BIM技术,而本项目所研究的关键技术占BIM技术总成本的2%,则其市场规模可达:245亿元×30%(BIM技术采纳比)×2%(本项目研究成果集成费用)≈ 1.5亿元。若考虑智慧城市建设、传统基础设施建设和新型基础设施建设等,本项目研究成果将具有更大的应用场景和市场价值。
其次,对于市场应用成效而言,本参评项目技术成果在国家冬奥重点工程延崇高速(北京段)、国家首批“新城建”试点城市广东省佛山市禅城区等全国百余项工程中应用,所研发的面向BIM的建筑大数据智能融合与服务平台BOS在冬奥重点工程(北京段)进行了创新应用,得到了行业专家的高度认可,获得了2019年中国公路学会一等奖。可以看出随着项目成果的应用,大幅降低了BIM全过程数据融合应用门槛,提升了建筑全过程科学决策能力。
值得一提的是,依托本项目技术科技成果,项目组与众多政府机构、央企、国企、民企等600余家企业建立了战略合作关系,并先后被北京、上海、深圳等地的政府作为重点科技创新企业引进,进驻当地知名创新产业园区。此外,本项目技术成果还被CCTV、凤凰卫视等多家媒体报道。