建筑信息模型(building information modeling,BIM)作为信息集成技术，通过对建筑工程项目实体和功能特性的数字化表达，集成建筑工程项目全生命周期和各专业相关信息。在BIM技术高速推进和发展的大环境下，建筑企业BIM技术的应用水平直接关系到企业竞争力，而BIM信息资源是建筑企业在BIM实施过程中开发积累的信息资源，是建筑企业BIM应用的核心竞争力之一。BIM构件作为建筑信息模型的最小粒度，是模型创建的基本单元，更是BIM信息资源的重要载体。BIM构件作为企业BIM信息资源的重要组成部分，其完备程度和管理水平对建筑企业建模效率和质量的提高，及BIM信息资源的积累非常重要。建立完备的BIM构件库管理系统，提升构件库的管理水平和应用水平是建筑企业BIM应用的关键。

　　目前建筑企业BIM构件库系统广泛采用个人计算机终端创建、服务器集中存储的管理模式，存在硬件成本高、管理效率低、构件库扩展困难、构件标准化程度低、系统可靠性难以保障等问题。而公有云作为云计算的服务方式，已在不同领域得到广泛应用，通过公有云平台提供的软硬件资源和服务，结合BIM构件的管理标准与管理流程，建立基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统，为建筑企业BIM构件库管理提供可行的技术路线。

　　1 BIM构件与BIM构件库

　　目前，建筑企业逐渐重视信息资源的共享、重用和规模化管理过程。BIM构件资源作为BIM信息资源的重要组成部分，其开发、积累、加工和处理逐渐受建筑企业和研究人员的关注。如由于BIM建模存在大量重复性工作，通过BIM内容库的建立可有效减少建模工作的冗余，提高建模效率^[1]。针对伊斯兰风格建筑形式复杂、信息量大的特点，Almaimani等^[2]基于BIM建立伊斯兰风格建筑的构件库，该构件库以Revit系列软件插件的形式进行设计，内嵌在Revit软件中，从时间和空间维度对BIM构件进行分类和表达，实现对构件的管理。为解决建筑信息模型和能耗模拟软件操作性不足的问题，Kim等^[3]使用面向对象的建模方法和以方程为基础的Modelica语言建立Modelica BIM资源库。

　　崔旸等^[4]针对机电专业常用族，从族的属性和功能方面进行分类，从文件夹级、构件级和数据级进行命名。刘尚蔚等^[5]以桥梁工程BIM构件库的开发和建设为目标，研究桥梁工程BIM构件的命名、分类编码、建立流程和在实际项目中的运用。李伟伟等^[6]研究设计企业BIM构件库的建设方法，提出设计企业BIM构件库的建立流程。冯延力^[7]通过分析建筑工程设计各阶段对BIM构件的需求，对BIM构件制作标准体系的建立、BIM构件库管理系统的功能和扩展应用进行规划。符聪^[8]结合国内设计标准和习惯，基于Revit API开发族库管理工具集。周洪波等^[9]对BIM构件库中产品数据格式仅针对专属软件，缺乏数据通用性和统一性等问题，提出基于IFC标准构建BIM构件库。佘长岗等^[10]针对BIM构件库激励机制展开研究，并提出激励措施。

　　构件库管理系统主要存在系统服务器软硬件购置成本高、后期BIM构件库维护和扩展困难、服务器维护成本高、构件库可靠性和安全性难以保障、BIM构件标准化程度低等问题。针对该问题，利用公有云平台提供的硬件基础，结合对BIM构件管理标准与管理流程的研究，按应用系统开发流程，建立基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统，并在一定程度上解决问题。

　　2 云计算与阿里云ECS服务

　　2.1 云计算

　　云计算被看成商业交互模式，将各种底层资源虚拟成资源池，屏蔽物理资源的异构性，从而便于云计算服务商进行统一管理和分配资源。消费者通过该服务资源池有偿获得存储和计算等多种资源，云计算也被看作服务交互模式。云计算按服务模式自下而上分为基础设施即服务(infrastructure as a service，简称Iaa S，)、平台即服务(platform as a service，简称Paa S)、软件即服务(software as a service，简称Saa S)，如图1所示。

　　图1 云计算的服务模式体系架构  

　　1) Iaa S位于架构最底层，主要为需要硬件资源的IT建设部署者提供服务，以虚拟资源池的方式为用户提供底层硬件资源，包括服务器、存储和网络资源等。

　　2) Paa S位于架构中间层，主要为程序员和开发者提供服务，是在Saa S模式基础上发展的以软件开发平台为服务，通过Saa S模式提供给用户使用的模式。用户使用该平台支持的开发编程工具开发出自己的应用，并在平台上部署使用。

　　3) Saa S位于架构最顶端，主要针对需要软件应用的用户，通过互联网将软件作为服务模式，Saa S服务提供商不仅需搭建服务要求的网络基础设施及软硬件开发平台，且需要以此为基础部署软件和相关应用。

　　云计算以提供者和使用者的隶属关系为标准，进行如下划分:(1)公有云(public cloud)由独立的第三方供应商为用户提供所需服务，服务对象包括普通用户、公司或其他组织，用户可同时共享供应商提供的所有资源;(2)私有云(private cloud)为某个组织或企业内部创建的独占云环境，在自有数据中心布置完整的云服务，具有防火墙内的信息安全保障，是封闭性的，只有组织和企业内部成员拥有权限才可访问云中资源;(3)混合云(hybrid cloud)提供通过整合公有云及私有云提供的云环境为用户提供所需服务，用户可根据自身因素和业务需求选择合理的整合方式。

　　2.2 ECS服务

　　ECS(elastic compute service)是阿里云推出的计算服务，具有简单高效、安全可靠、处理能力弹性伸缩等特点。用户无须购买任何硬件，便可随时创建或释放多台ECS服务器。ECS服务器涉及的资源如图2所示，主要功能包括完全管理权限、块存储、自定义镜像、快速备份和恢复、安全防护。ECS服务器相比传统服务器，在扩展性、可靠性、安全性、系统性、易用性、成本等方面具有一定优势。

　　图2 ECS服务器涉及的资源  

　　3 基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统分析与设计

　　3.1 功能性和性能需求分析

　　对基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统进行需求分析，可明确系统需要实现的功能和性能目标，主要用户包括普通用户和管理员。普通用户主要针对建筑企业内部相关的BIM建模人员和BIM构件创建人员，实现普通用户登录系统后完成操作构件、查看库内公告和管理个人信息的功能。

　　BIM构件库管理系统管理员是建筑企业内部专门管理BIM构件及信息、用户及其信息与公告信息的相关人员。管理员具有普通用户的所有权限，并可在此基础上增加管理和维护BIM构件库管理系统的相关权限。管理员登录系统后可实现管理构件、审核构件、管理公告、管理用户信息和管理个人信息模块的功能。

　　建筑企业BIM构件库管理系统在满足普通用户和系统管理员功能性需求的前提下，需进一步满足企业及用户对BIM构件库管理系统的性能需求。基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统性能需求主要包括安全性、可靠性、可扩充性、易使用性、健壮性和可移植性等。

　　3.2 架构设计

　　对基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统进行需求分析，确定系统需满足的功能性需求和性能需求，以系统需求为目标，设计BIM构件库管理系统。系统架构设计分别从技术架构、物理架构、逻辑架构和模型结构方面展开。

　　目前系统开发常用C/S架构和B/S架构。C/S架构即客户机/服务器(client/server)架构，是分布式软件系统结构，主要包括前台客户端应用程序和后台服务器。由于建筑企业BIM构件库管理系统对构件保密性和安全性要求较高，系统用户群体相对固定，一般仅针对建筑企业内部人员。因此，在综合考虑建筑企业对BIM构件库管理系统的功能和性能需求后，采用C/S架构进行设计。用户只需运行系统客户端并提交用户需求，客户端程序即将用户需求提交到服务器端，再将服务器端返回的结果以特定形式显示给用户。

　　系统物理架构主要体现在系统在硬件设施的选择和策略上。基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统硬件设施，主要用于阿里云平台的ECS服务器中，以满足建筑企业对BIM构件库管理系统的经济性、可扩展性和安全性等需求。如图3所示，用户在个人计算机上运行基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统客户端，通过网络通信设备与云服务器进行交互。服务器端部署在阿里云平台上，其中FTP服务器是支持FTP (file transfer protocol,FTP协议)的ECS服务器，用于存储BIM构件和二维、三维视图等文件。数据库服务器是运行Oracle数据库管理软件的ECS服务器，用于存储BIM构件、用户和公告等相关信息。

　　图3 物理架构  

　　基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统逻辑架构包含界面表示层、业务逻辑层、数据访问层和基础设施层4个层次。系统运行和功能实现通过这4个层次间的相互协作完成。系统逻辑架构如图4所示。

　　系统建模过程涉及大量的类、接口、构件、节点和图，可通过组织形成包，通过描述包与包间的关系形成包图。包图在逻辑上可对系统模型进行模块化分解，描述和维护系统模型的组织结构。在基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统建模过程中，构件类、公共类、数据模型类和逻辑类等都存放在Java包中。系统中Java包可根据软件开发的3层架构体系进行组织和设计。其中Cient包内部放置单例类Sing Leton，用于实现软件的单例模式，保证系统中一个类只有一个实例，并提供一个访问的全局访问点，从而方便统一管理系统中的资源。UI包属于界面表示层，放置系统中的所有构件类，UI包又划分以下子包:(1)main UI包放置系统的头界面类和一些父界面类;(2)user UI包放置普通用户界面类;(3)administrator UI包放置管理员界面类。Business Login包属于业务逻辑层，放置系统中的身份认证、构件操作、界面响应、安全管理等业务逻辑类。DAO包和FTP包属于数据访问层。DAO包放置与数据库进行交互的类，包括与数据库保持连接的类和对数据库中数据进行增、删、改、查的类。FTP包放置与FTP服务器进行交互的类，包括FTP服务器中对文件进行上传、下载、删除等操作的类。

　　图4 逻辑架构  

　　4 云服务器部署及系统功能实现与测试

　　4.1 云服务器部署

　　建筑企业BIM构件库管理系统初步租用ECS服务器，ECS服务器的基本配置为CPU核心数为1，内核为2GB，宽带峰值为1Mbps。选择华北2地区，操作系统选择Windows Server 2016数据中心64位中文版，ECS服务器的基本配置可根据BIM构件库管理系统的需求进行在线变更，提高资源利用率，节约企业成本。实例开通后，可查看新建实例名称、实例ID、公网IP地址、内网IP地址等信息。

　　BIM构件的上传、下载和删除采用FTP工具进行实现。本系统需在ECS实例上搭建FTP站点。添加FTP站点前，需创建FTP服务器用户名及密码，创建FTP文件并对共享文件进行权限设置。在FTP站点添加过程中，需设置FTP站点名称、共享文件夹的物理路径、ECS实例公网IP及端口号等信息，并设置用户访问的身份验证方法。

　　BIM构件、用户及公告信息采用Oracle数据库进行管理。本系统选择Oracle Database 12c作为数据库管理软件。数据库安装完成后，需通过图形化用户界面工具DBCA创建基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统数据库，并通过Oracle Net Manager(简称Oracle网络管理)工具配置服务命名和监听程序。配置结束后，使用图形管理工具SQL Developer创建和管理数据表。

　　作为逻辑上的分组，安全组由同一地域内具有相同安全保护需求且相互信任的实例组成，是网络安全隔离的手段之一，可对云服务器的网络访问控制进行设置。每台ECS服务器实例至少应属于1个安全组，本系统中ECS服务器实例共创建4个安全组，安全组的规则方向为入方向，表示其他实例可访问本系统的ECS服务器实例。

　　4.2 系统功能实现与测试

　　普通用户进入BIM构件库管理系统的登录界面后，进入普通用户功能选择界面，界面显示普通用户可进行的功能操作，包括操作构件、查看库内公告、管理个人信息。

　　5 结语

　　本文针对建筑企业BIM构件库存在的问题，分析云计算技术的相关理论和BIM构件的管理标准与管理流程，结合系统开发和设计的基本路线，实现基于公有云的建筑企业BIM构件库管理系统。该系统以需求为目标，设计建筑企业BIM构件库管理系统的架构、业务流程、主要功能和数据库。本系统能充分发挥云计算节约成本、安全可靠、动态扩展等优势，提高建筑企业BIM构件库管理系统的管理效率和管理水平，实现BIM构件的高效复用和不断积累，促进BIM技术在企业内部的推广和应用。