基于數(shù)字孿生平臺的應(yīng)用場景案例

接上兩篇文章闡述了三維技術(shù)的突破使數(shù)字孿生應(yīng)用成為可能，從國家戰(zhàn)略、行業(yè)發(fā)展、技術(shù)成熟度、資本市場合力催生了新的信息化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。重資產(chǎn)行業(yè)的信息化行為也是受這種大時代背景的裹挾，陷入了駐足觀望不上數(shù)字孿生平臺就是等死，選錯了數(shù)字孿生平臺就是找死的兩難境地。那么，接下來需要用實際案例論證數(shù)字孿生平臺需要具備哪些基礎(chǔ)技術(shù)才具備承載上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的能力……

從市場產(chǎn)品分析，充斥著自由言論下的各種現(xiàn)象級概念。這里有傳統(tǒng)二三維技術(shù)固守陳規(guī)、有小場景竭盡極致的炫酷、有專注設(shè)計期國際大廠的傲嬌、有游走在數(shù)據(jù)安全邊界的法外先驅(qū)。從積極的一面看市場，未來都是殊途同歸，共抗產(chǎn)業(yè)大旗，但是當(dāng)下泥沙俱下、良莠不齊，不妨抽絲剝繭看看應(yīng)用現(xiàn)狀。

(1)海量三維數(shù)據(jù)的應(yīng)用門檻。由于二三維數(shù)據(jù)處理方式存在本質(zhì)差異，所以傳統(tǒng)的GIS難以在原有技術(shù)平臺基礎(chǔ)上再衍生出來一個三維平臺，技術(shù)路線、框架不同，只能是改變不了強GIS弱三維的技術(shù)本質(zhì)去擾亂市場。三維數(shù)據(jù)處理能力是服務(wù)于GIS+BIM領(lǐng)域應(yīng)運而生的三維平臺，旨在解決城市大場景海量數(shù)據(jù)、工業(yè)級別高精度復(fù)雜設(shè)計數(shù)據(jù)管理。這些數(shù)據(jù)處理能力也是邁入城市級、企業(yè)級的門檻，才有可能延伸至傳統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，才有可能支撐起當(dāng)下的各種智慧應(yīng)用。

(2)頁面美術(shù)到業(yè)務(wù)應(yīng)用的能力門檻。由于BIM級別的三維數(shù)據(jù)處理方式的專業(yè)性門檻較高，市場上出現(xiàn)了眾多用定位于影視娛樂行業(yè)簡化模型，以其極致的三維科技風(fēng)冒充BIM級別的三維頁面美術(shù)公司。BIM級別的三維數(shù)據(jù)本質(zhì)在于通過分級保障在虛擬環(huán)境下建立從宏觀到微觀的成體系的、高精度的還原設(shè)計、還原現(xiàn)實，這一定是未來三維歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)的專業(yè)化數(shù)據(jù)處理產(chǎn)業(yè)。而簡化模型三維數(shù)據(jù)處理定位是面向影視、廣告設(shè)計，其數(shù)據(jù)處理只能浮于表面特效。這也就是為什么市場上諸多三維公司，只能止步于頁面美術(shù)展現(xiàn)，永遠不可能進一步深入業(yè)務(wù)應(yīng)用。

(3)設(shè)計期到運維期的應(yīng)用拓展門檻。傳統(tǒng)的三維設(shè)計通常應(yīng)用于建設(shè)期，無論是精度還是專業(yè)性已經(jīng)達到極致，雖然國際大廠與國內(nèi)眾多設(shè)計院形成了非常成熟的應(yīng)用模式，但是傳統(tǒng)技術(shù)無法完成寫實還原，應(yīng)用也僅止步于建設(shè)期，難以適應(yīng)運營期寫實還原場景的應(yīng)用需求。

(4)數(shù)據(jù)安全的隱患門檻。由于企業(yè)數(shù)據(jù)安全的要求，流媒體傳輸成了唯一選擇。傳統(tǒng)三維可視化引擎通過WebGL機制是下載到本地進行渲染，這種數(shù)據(jù)渲染機制在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中難以稱之為數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋举|(zhì)安全。

數(shù)字孿生平臺的定位是企業(yè)級的數(shù)據(jù)層平臺，是基于空間二三維數(shù)據(jù)服務(wù)賦能的傳統(tǒng)應(yīng)用的新技術(shù)平臺。從云的角度分析，在一個企業(yè)私有云的集中化資源體系，統(tǒng)一進行多源異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、輕量化處理、渲染處理，然后再將處理后的空間數(shù)據(jù)以數(shù)字底板形式提供給傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)做支撐，而前端業(yè)務(wù)應(yīng)用無需再考慮這些數(shù)據(jù)來自于哪些數(shù)據(jù)源。平臺定位是具備DaaS層數(shù)據(jù)處理能力的企業(yè)級PaaS層平臺，旨在為結(jié)合傳統(tǒng)應(yīng)用衍生迭代出To B SaaS基礎(chǔ)應(yīng)用平臺，是為傳統(tǒng)應(yīng)用賦能的新技術(shù)平臺。

數(shù)字孿生平臺關(guān)鍵能力在于具備解決密集資產(chǎn)場景、高精度、構(gòu)件級三維數(shù)據(jù)的能力，需要把用戶體驗，把性能、效果和易用性都做到極致。平臺需要具備解決包括：涵蓋三維空間處理通用解決方案，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、加工、輕量化、渲染、表達等標準化作業(yè)流程；平臺具備大數(shù)據(jù)量條件下的數(shù)據(jù)高逼真顯示頂尖技術(shù)；為傳統(tǒng)業(yè)務(wù)提供可定制開發(fā)的開放性、標準化接口。從企業(yè)IT架構(gòu)中的數(shù)據(jù)層，根本上解決數(shù)據(jù)層的技術(shù)創(chuàng)新引發(fā)的企業(yè)信息化技術(shù)升級問題；平臺需要具備強大的業(yè)務(wù)擴展性，能夠根據(jù)重資產(chǎn)的業(yè)務(wù)特點集成監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA、DCS、視頻監(jiān)控等）、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、節(jié)能減排系統(tǒng)、安全環(huán)保系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)、以及各種分析評價系統(tǒng)的綜合展示。具體性能要求如下：

(1)穩(wěn)定性和先進性

平臺運行穩(wěn)定、可靠，并能夠充分理解和把握信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，采用先進的三維技術(shù)，在同一可見場景內(nèi)，平臺支持6000萬以上三角面模型的高效瀏覽，支持100萬以上構(gòu)件數(shù)量的BIM模型的高效瀏覽，三維技術(shù)采用先進的調(diào)度技術(shù)，如LOD技術(shù)、動態(tài)加載技術(shù)等，具備調(diào)度的高性能。

(2)數(shù)據(jù)的標準化

目前市場上擁有數(shù)十種不同類型的BIM設(shè)計軟件或插件，為BIM應(yīng)用的各個專業(yè)和領(lǐng)域服務(wù)。BIM的應(yīng)用理念中，很重要的一點就是多源數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用。通常一個項目中，既有Autodesk Revit軟件的設(shè)計成果，也有Microstation軟件的設(shè)計成果，既有IFC這樣的不帶紋理的數(shù)據(jù)內(nèi)容，也有3DsMax輸出的FBX這樣的帶有紋理的數(shù)據(jù)內(nèi)容。所以，需要通過對源數(shù)據(jù)格式的解析、插件開發(fā)等技術(shù)手段，實現(xiàn)了對多類型的BIM數(shù)據(jù)格式的融合，為BIM模型數(shù)據(jù)的輕量化提供了必要的前提。

平臺需要具備統(tǒng)一的技術(shù)標準，原生具備GIS與BIM無縫融合的可視化能力，支持ifc、stp、rvt、catia、dgn、tekla和skp主流BIM數(shù)據(jù)格式加載，支持主流BIM（rvt、dgn、catia、ifc）數(shù)據(jù)以及通用三維模型（fbx、osg）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通用數(shù)據(jù)格式3dtiles、osgb、i3s的能力，具備大團隊協(xié)同工作特性，使后期工作具備持續(xù)性與擴展性。

(3)數(shù)據(jù)的輕量化

為保障海量模型數(shù)據(jù)的正常應(yīng)用，平臺需具備海量數(shù)據(jù)處理能力，承載的數(shù)據(jù)類型可能包括傾斜攝影、BIM模型、各類設(shè)備設(shè)施模型等。BIM模型是一個集多源數(shù)據(jù)的模型，最終表現(xiàn)形式是可視化的多維度、多用途、多功能的計算機圖形模型。GIS+BIM應(yīng)用需要協(xié)同，將模型導(dǎo)入到一個網(wǎng)上空間里面，讓應(yīng)用各方都能基于這個模型進行討論。

如果僅是將將原始模型直接上傳，不管是上行和下行都非常不方便，沒有什么利用價值。而輕量化處理，則是保障數(shù)字底座應(yīng)用的必要條件。

(4)逼真畫效

平臺需具備提供的三維場景達到畫面真實，光影豐富的效果，支持實時渲染，包括PBR材質(zhì)、Lambert材質(zhì)、Basic材質(zhì)、Phong材質(zhì)；支持基于物理特性的渲染，真實還原BIM模型材質(zhì)效果；支持對真實世界光照和天氣的模擬，支持任何日期和時間的光照效果，可以模擬全天候不同天氣的效果，如晴天、多云、陰天、霧、雨、雪，從而實現(xiàn)跟物理世界時間天氣實時同步的數(shù)字孿生，支持夜景模擬；支持烘培材質(zhì)和多層紋理，能夠真實地反映規(guī)劃和建筑設(shè)計方案，并能支持實時生成的動態(tài)水、骨骼動畫、物體運動、雨雪霧等多種畫面特效。

圖1? 平臺具備高逼真畫效

(5)支持海量數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)度

平臺需要具備支持海量三維場景仿真數(shù)據(jù)的快速加載和高速運行，加載超大規(guī)模帶工業(yè)園區(qū)的3D場景，50棟建筑、1000單體設(shè)備，加載用時≤5s；海量數(shù)據(jù)的瓦片化和動態(tài)調(diào)度技術(shù)，完全不受數(shù)據(jù)規(guī)模和數(shù)據(jù)復(fù)雜度的限制；支持超大體量的BIM模型的應(yīng)用，平臺支持億級以上的三角面、千萬級以上BIM構(gòu)件流暢加載和調(diào)用；在大于100平方公里面積的三維數(shù)據(jù)狀況時能快速漫游瀏覽，無明顯停滯感。具備服務(wù)器群集系統(tǒng)解決方案，且對主流硬件兼容性好。

(6)數(shù)據(jù)安全

平臺應(yīng)具備云渲染并采用流媒體的傳輸方式，從技術(shù)手段解決數(shù)據(jù)應(yīng)用的本質(zhì)安全。流傳輸不僅能應(yīng)用于Web端（即直接瀏覽器打開應(yīng)用），也能應(yīng)用于移動App，是三維應(yīng)用在面對數(shù)據(jù)安全中的唯一選擇。

城市級CIM2數(shù)據(jù)，源自于Revit設(shè)計模型的寫實還原，15萬BIM構(gòu)件，5億三角面。同時，結(jié)合了橋梁管理的運行監(jiān)控、巡護養(yǎng)護、病害防治等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。使設(shè)計期數(shù)據(jù)充分的應(yīng)用到運營期。

圖2? 橋梁設(shè)計模型數(shù)據(jù)處理

示例1 某城市跨江大橋應(yīng)用案例

基于CIM1-7級別定義標準，源自于數(shù)據(jù)恢復(fù)過程中的Max模型的寫實還原，43萬構(gòu)件，2億三角面。實現(xiàn)宏觀GIS省級覆蓋，中觀輸配管理，微觀變電站設(shè)備設(shè)施精細化管理，以設(shè)備資產(chǎn)舉例說明，數(shù)字孿生實現(xiàn)變電站細化管理，盤活資產(chǎn)，實現(xiàn)精細化管理下的電力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型有效路徑。

BIM與GIS數(shù)據(jù)結(jié)合，源自于Aveva設(shè)計模型的寫實還原，100萬BIM構(gòu)件，2500萬三角面。在充分還原空間場景的同時，結(jié)合了壓縮機振動與監(jiān)測系統(tǒng)、空間庫存管理等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。提升了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的協(xié)同與交互，降低了傳統(tǒng)應(yīng)用業(yè)務(wù)門檻。

圖4? 壓氣站設(shè)計模型數(shù)據(jù)處理

示例3 某長輸管道壓氣站應(yīng)用案例

李祎：男，43周歲。原中國石油，長期從事ERP、管道完整性管理、數(shù)據(jù)治理工作。現(xiàn)在北京飛渡科技有限公司，從事數(shù)字孿生相關(guān)信息化工作。聯(lián)系郵箱（[email protected]）

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