一种面向一体化的工程数据中心的制作方法

本发明涉及工程协作技术领域，具体涉及一种面向一体化的工程数据中心。

背景技术：

在建设领域的大型集团公司中，要实现高效的水电工程勘测设计施工一体化协同，存在项目内设计、施工的协作方式没有发生根本改变，价值共同体的构建困难重重，集团产业链一体化的核心优势未得到充分发挥，效率、核心竞争力以及可持续发展等问题需要解决等问题，具体表现为：

(1)信息不畅，设计成果无法有效帮助项目现场生产和管理需要，发挥好价值，造成施工企业的重复性图纸分析和计算、施工阶段进度计划制定与项目总计划偏差较大、计划无法真正指导现场施工工作；传统工作模式下，设计向施工企业单向传递信息，项目现场实际信息无法回传设计企业，造成的设计无法充分满足施工生产需要及时进行设计变更。

(2)基于bim技术的方案设计与项目实施管理逐渐成为中标和履约的必要条件，但目前集团设计、施工一体化的应用态势还未形成。

(3)项目市场营销、项目策划和项目管控等经营生产过程中缺少一体化协作，缺少配套管控机制、标准体系和协作支撑平台，企业间信息共享交流效率低，项目成本控制、工作效率以及项目经营和管理能力有待提高等。

(4)集团内设计和施工企业数据和经验无法共享利用；各方优势资源无法高效组合，项目资源配置不尽合理，无法最优化。

(5)集团内几家大型水电设计院已经形成了三个不同三维设计应用平台，三大设计平台的割裂，施工单位如何接收三种不同平台格式数据，无法在统一数据、统一平台下协作工作。

面向一体化的工程数据中心(以下简称工程数据中心)是指由企业服务总线和公共服务框架串接工程主数据库和设计、施工多业务数据库构成的在线数据交换与共享服务系统，承载工程结构化数据(编码及属性)和非结构化数据(模型、报告、图纸、视频、照片等)的统一存储、传输、发布和共享，可根据业务需要灵活部署到集团、企业或项目现场。

数据中心所具有的主要功能有数据采集、数据交换、数据转换、数据存储以及数据管理的工程数据中心，通过建立数据中心与数据源的接口规范及接口研发，解决不同设计软件之间、设计结果无法共享的现状，在中心形成标准模型，各施工单位能够通过数据中心获取统一格式的模型数据。通过各接口规范的制定，将各设计系统、生产管理系统的数据统一进行管理及转换，为水电工程勘测设计施工一体化应用提供数据存储和服务基础。

已有的研究主要针对设计、项目管理、设施管理、生命周期管理、数据交换共享等方面的软件框架理论与软件系统实现。这些研究涵盖建设项目生命周期的各个阶段，但很多研究只开发了软件原型系统，实现了某个阶段的某方面的局部功能，而实现的功能又仅限于处理简单的情况。中国发明专利cn201810600035.7公开了一种智能建筑管理中基于bim模型与运维信息交互的装置及方法，包括源数据层，用于提取bim模型、gis模型、设备台账及设备动态数据等信息；数据存储层，用于模型、信息、数据的存储及匹配；外部接入层，用于智能子系统信息的提取及接入；平台应用层，用于bim模型数据交互管理，并用于接受及发布指令；移动及微信终端，用于现场管理人员移动办公。本发明实现了整个bim运维平台的“集约建设、资源共享、规范管理”，在不重复建设的前提下，结合项目的实际情况，利用大数据、云计算、bim技术和iot技术，基于统一的平台，将各个子系统、数据信息与服务资源进行综合的集成，提高建筑的运维管理水平和综合服务能力，然而该系统仅能对于建筑的消防、安全、广播等方面进行统一监控，仅是小型化的监控协作平台，无法达到建筑从开始至完成全周期的监控和资源贡献，对于各种交口和模块也没有进行设计和调查。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种面向一体化的工程数据中心，具有数据采集、数据交换、数据转换、数据存储以及数据管理的功能，能够实现高效的水电工程勘测设计施工一体化协同。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向一体化的工程数据中心，包括数据集成层、数据储存层、数据服务层、模型转换系统以及数据管理平台；

所述数据集成层包括多种形式的接口，通过接口表、接口文件、数据接收服务、数据消息接收等方式，实现对结构化数据、非结构化数据以及实时数据的获取；

所述数据储存层包括混合架构的不同类型的数据库，用于存放结构化数据和非结构化数据；

所述模型转换系统将多种工程设计平台的模型统一转换为电建标准bim模型；

所述数据管理平台用于对储存的数据进行统一管理、分析、监测、整理；

所述数据应用层包括多种形式的服务调用，用于为终端用户提供对各种共享网络服务的访问，能够与用户通过应用程序进行交互。

优选地，所述数据管理平台包括元数据管理模块、主数据管理模块、模型数据管理模块、数据质量管理模块、数据标准管理模块；

所述元数据管理模块用于对工程数据中心元数据的快速查找、获取、使用和共享，为工程数据中心数据共享交换、多维分析、辅助决策、数据挖掘等应用提供元数据支撑；

所述主数据管理用于对项目质量、安全、物资、合同主数据的统一管理、应用和维护；

所述模型数据管理模块用于对电建标准工程信息模型及bentley、catia、autodesk平台原生bim模型的统一审核、存储和管理，支持电建标准bim模型的在线浏览；

所述数据质量管理用于对工程数据中心中存储数据的常态化质量稽查，保证各业务系统数据接入的及时性、完整性和合规性；

所述数据标准管理用于对工程数据中心标准文档体系的统一维护管理。

优选地，所述数据储存层包括用于储存结构化数据的sql存储集群，用于储存非结构化数据的分布式文件存储集群、、用于存储实时数据的实时数据库。

优选地，所述模型转换系统包括:bentley模型转换模块、autodesk模型转换模块和catia模型转换模块，分别用于将bentley平台、autodesk平台和catia平台的bim模型转换为电建标准bim模型。

优选地，所述数据集成层包括勘测接口组、设计接口组、采购接口组、数字移交接口组；

所述勘测接口组包括bim模型存取接口、工程成果资料存取结构、项目基础数据存取接口、地址对象存取接口、测绘对象存取接口、勘探数据存取接口；

所述设计接口组包括bim模型存取接口、设计成果资料存取接口、坝工专业属性存取接口、厂房专业属性存取接口、引水专业属性存取接口、水机专业属性存取接口、水机专业属性存取接口、电气专业属性存取接口、暖通专业属性存取接口、给排水专业属性存取接口；

所述采购系统与接口组包括bim模型存取接口、人工价格存取接口、材料价格存取接口、设备价格存取接口、项目信息存取接口、合同信息存取接口、施工包存取接口；

所述数字移交接口组包括bim模型存取接口、勘测数据移交接口、设计数据移交接口、采购数据移交接口、项目信息移交接口、合同信息已交接口、人员信息移交接口。

一种面向一体化的工程数据中心的客户端程序，包括系统管理模块、勘测设计管理模块、总包项目管理模块、虚拟建造模块、智慧建造模块、采购管理模块和数字化移交模块，

所述系统管理模块，用于对系统中的项目、单位及用户进行管理和相关统计，包括枚举管理单元、系统管理单元和项目管理单元；

所述勘测设计管理模块，用于对勘测设计及水工监测数据进行管理，包括项目概况单元、勘探工作量单元、施工地质单元、现场试验单元、室内试验单元、物探试验单元、监测仪器单元、设计成果单元、水工测量单元；

所述总包项目管理模块，用于对流程、合同、进度、质量安全等数据进行管理，包括设计管理单元、综合办公单元、流程管理单元、合同及费用管理单元、进度管理单元、bim管理单元、技术管理单元、科研项目管理单元、施工包管理单元、质量管理单元、hse管理单元、地质预报管理单元和文档管理单元；

所述虚拟建造模块，用于对模型相关的建造进度信息进行管理，包括建造进度管理单元；

所述智慧建造模块，用于对现场的人员车辆、机械、监测数据进行管理，包括大坝碾压单元、智能灌浆单元、智能温控单元、智能拌合楼单元、智能摄像头单元、现场人员单元、现场车辆单元及现场机械单元以及预警与监测信息。

所述采购管理模块，用于对采购相关的数据进行管理且对接集团集采平台，包括采购计划单元、采购方案单元、采购合同单元及采购执行单元。

所述数字化移交模块，用于对数据化移交成果进行管理，包括移交管理单元。

优选地，所述系统管理单元还包括系统单位管理和系统用户管理，所述项目管理单元又包括项目管理、项目单位管理和项目用户管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)创新建立可以承载电建标准工程信息模型以及勘测、设计、采购、数字移交等业务数据的工程数据中心，并通过跨平台通用的接口对外统一提供数据服务，实现设计、施工企业数据的高效共享和合理配置；

(2)创新设计多种标准接口，以方便设计院、施工单位、基团采购方、行政方等的数据共享和联动，提高数据的使用效率，避免重复工作，降低了建设领域的人工、管理、交流成本，同时提高了安全监测性能；

(3)创新建立基于ifc的电建标准工程信息模型和工程信息模型转换系统，基于该研究成果，集团内autodesk、bentley、catia，三大设计平台的bim成果在移交给施工单位前，将统一通过工程信息模型转换系统将各自的成果转换为电建标准工程信息模型，从而实现数据格式的统一，施工单位只需要基于电建标准工程信息模型即可实现设计施工一体化应用。

附图说明

图1为本发明工程数据中心的结构示意图；

图2为本发明客户端的业务架构图；

图3为本发明单位、用户和项目间的联系图；

图4为本发明数字中心顶层数据流图；

图5为本发明系统管理的一级数据流图；

图6为本发明勘探建造的一级数据流图；

图7为本发明总包项目管理的一级数据流图；

图8为本发明虚拟建造的一级数据流图；

图10为本发明智慧建造的一级数据流图；

图9为本发明采购管理的一级数据流图；

图11为本发明数字化移交的一级数据流图；

图12为本发明工程数据中心的数据流汇总表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，根据水电工程设计施工一体化管控模式现状、相关技术标准体系以及epc项目管理平台的调研分析，设计了面向一体化的工程数据中心总体架构，整个平台的开发过程中，所用到的主要技术有界面展现技术(html5、javascript)，服务器开发技术(python3.6、django1.11)，数据访问技术(odbc)，浏览器支持(ie、chrome、firefox)，开发工具(sublimetext或pycharm)，中间件(middleware)，数据库(sqlserver)，基础框架类(djangorestframework3.8.2)和数据存储类(redis2.10.6)。

工程数据中心总体架构按层次划分可分为数据集成层、数据存储层、数据服务层、模型转换系统以及整体的数据管理平台。

所述数据集成层包括多种形式的接口，通过接口表、接口文件、数据接收服务、数据消息接收等方式，实现对结构化数据、非结构化数据以及实时数据的获取，以便于对接多种外部系统以实现多方配合、联动，主要的外部系统有设计院设计管理系统、施工智能化系统、基团集采平台、施工单位prp管理系统、epc管理平台；所述数据集成层包括勘测接口组、设计接口组、采购接口组、数字移交接口组；

所述勘测接口组包括bim模型存取接口、工程成果资料存取结构、项目基础数据存取接口、地址对象存取接口、测绘对象存取接口、勘探数据存取接口；

所述设计接口组包括bim模型存取接口、设计成果资料存取接口、坝工专业属性存取接口、厂房专业属性存取接口、引水专业属性存取接口、水机专业属性存取接口、水机专业属性存取接口、电气专业属性存取接口、暖通专业属性存取接口、给排水专业属性存取接口以及其他接口；

所述采购系统与接口组包括bim模型存取接口、人工价格存取接口、材料价格存取接口、设备价格存取接口、项目信息存取接口、合同信息存取接口、施工包存取接口；

所述数字移交接口组包括bim模型存取接口、勘测数据移交接口、设计数据移交接口、采购数据移交接口、项目信息移交接口、合同信息已交接口、人员信息移交接口；

所述数据储存层包括混合架构的不同类型的数据库，用于存放结构化数据和非结构化数据；所述数据储存层包括用于储存结构化数据的sql存储集群，用于储存非结构化数据的分布式文件存储集群、用于存储实时数据的实时数据库，非结构化数据根据文件类型(模型、图纸及其他文件)，在分布式文件存储中分门别类进行存储。

所述模型转换系统将多种工程设计平台的模型统一转换为电建标准bim模型；所述模型转换系统包括bentley平台bim模型到电建标准bim模型的bentley模型转换模块、autodesk平台bim模型到电建标准bim模型的autodesk模型转换模块、catia平台bim模型到电建标准bim模型的catia模型转换模块；

所述数据管理平台用于对储存的数据进行统一管理、分析、监测、整理；所述数据管理平台包括元数据管理模块、主数据管理模块、模型数据管理、数据质量管理模块、数据标准管理模块；

所述元数据管理模块用于对工程数据中心元数据的快速查找、获取、使用和共享，为工程数据中心数据共享交换、多维分析、辅助决策、数据挖掘等应用提供元数据支撑；

所述主数据管理用于对项目质量、安全、物资、合同主数据的统一管理、应用和维护，实现项目质量、安全、物资、合同等主数据的统一管理、应用和维护，保证主数据的一致性和稳定性。

所述模型数据管理模块用于对电建标准工程信息模型及bentley、catia、autodesk平台原生bim模型的统一审核、存储和管理，支持电建标准bim模型的在线浏览；

所述数据质量管理用于对工程数据中心中存储数据的常态化质量稽查，证各业务系统数据接入的及时性、完整性和合规性；

所述数据标准管理用于对工程数据中心标准文档体系的统一维护管理。

所述数据应用层包括多种形式的服务调用，用于为终端用户提供对各种共享网络服务的访问，能够与用户通过应用程序进行交互。

一种面向一体化的工程数据中心的客户端程序，包括系统管理模块、勘测设计管理模块、总包项目管理模块、虚拟建造模块、智慧建造模块、采购管理模块和数字化移交模块。

所述系统管理模块，用于对系统中的项目、单位及用户进行管理和相关统计，包括提供字段描述信息的枚举管理单元、系统管理单元和项目管理单元；

所述系统管理单元又包括为整个水电数据中心提供所有单位信息的系统单位管理和为整个水电数据中心提供所有用户信息的系统用户管理；

所述项目管理单元又包括为整个水电数据中心提供所有项目信息的项目管理、根据项目及系统单位信息组成的项目单位管理和根据项目及系统用户信息组成的项目用户管理。

所述勘测设计管理模块，用于对勘测设计及水工监测数据进行管理，包括项目概况单元、勘探工作量单元、施工地质单元、现场试验单元、室内试验单元、物探试验单元、监测仪器单元、设计成果单元、水工测量单元；

所述项目概况提供工程项目情况、勘察阶段和工程区信息，

所述勘探工作量提供钻探、硐探、探坑、探槽、探井和洞室的工作量信息，施工地质提供地下洞室信息，现场试验提供钻孔压水试验、重型动力触探试验、标准贯入试验和地下水位长期观测孔信息；

所述室内试验提供土工试验、岩石物理力学性质试验和水质分析试验信息；

所述物探试验提供地震勘探、钻孔声波测井(单点)、钻孔声波测井(分段)、地应力测试、高压压水试验、钻孔电视、平硐声波测试、平硐弹性波测试、岩体变形试验、岩岩抗剪试验、岩混抗剪试验信息；

所述工程测量提供实测断面信息；

所述设计成果提供设计阶段成果数据；

所述水工监测提供水工监测相关数据。

总包项目管理模块，用于对流程、合同、进度、质量安全等数据进行管理，包括设计管理单元、综合办公单元、流程管理单元、合同及费用管理单元、进度管理单元、bim管理单元、技术管理单元、科研项目管理单元、施工包管理单元、质量管理单元、hse管理单元、地质预报管理单元和文档管理单元；

所述设计管理包括设计成果和设计交底子菜单，所述设计成果包括根据项目提供设计模型、图纸等相关信息；

所述设计交底提供项目交底方案及较低成果相关信息；

所述综合办公单元又包括项目人员考勤、项目考勤月报审核、项目人员授权：项目人员授权单相关信息、项目人员日志、项目任务分派单、项目日报、项目周报、项目月报、项目收文管理、项目发文管理、提供项目来文、发文相关信息、项目会议纪要子菜单；所述流程管理包括流程基本信息、流程历史信息、流程记录信息子菜单；

所述合同及费用管理包括项目总包合同、项目分包合同子菜单，每个子菜单下分别记录价格构成、合同收款、合同变更、合同结算、合同终止，还包括项目分包合同支付、项目分包合同支付申请、项目资金计划、项目单笔支付清单、项目单笔支付、项目建造合同收入确定明细、项目建造合同成本确定明细；

所述bim管理包括模型管理、整改任务标记、信息标记、桩基信息和阶段照片；

所述技术管理单元包括qc总计划、qc小组等级、qc小组活动计划、wc小组活动计划字表、qc成果申报、qc获奖情况、施工方案、施工组织设计、水情测报、年度工法申报计划、工法获得情况；

所述科研项目管理单元包括科研项目立项、科研活动计划、科研活动计划子表、供方调查、选择、合同会签、产品评审、研发项目验收和科技奖申报；

所述施工包管理单元包括单位工程维护、分部工程维护、施工时序维护、单元工程维护；所述质量管理单元包括工程质量巡检单、工程质量检测单、工程质量验收单子菜单；

所述hse管理包括危险源管理、安全检查和隐患排查、教育培训、人材机报验、hse费用管理、作业安全、施工管理、应急管理、hse目标及计划、组织机构与职责、职业健康、环境和节能减排子菜单；

所述文档管理包括档案同步配置表、档案配置明晰、文件管理和档案维护子菜单。

所述虚拟建造模块，用于对模型相关的建造进度信息进行管理，包括建造进度管理单元；

所述智慧建造模块，用于对现场的人员车辆、机械、监测数据进行管理，包括大坝碾压单元、智能灌浆单元、智能温控单元、智能拌合楼单元、智能摄像头单元、现场人员单元、现场车辆单元及现场机械单元以及预警与监测信息。

所述采购管理模块，用于对采购相关的数据进行管理且对接集团集采平台，包括采购计划单元、采购方案单元、采购合同单元及采购执行单元。

所述数字化移交模块，用于对数据化移交成果进行管理，包括移交管理单元。

本发明的数据流结构如图4-11所示，描述了整个数据中心的数据走向和逻辑联系。

使用原理

首先，多部门的使用者如设计院、施工单位、集团采购部门、勘探部门等可利用客户端输入原始资料，比如勘探的现场数据、设计模型、施工计划、施工现场摄像头、测量仪器传输的实时数据等，这些数据通过数据集成层的不同接口进入数据储存层分为结构化数据和非结构化数据进行储存，同时上传的autodesk、bentley、catiabim模型经由模型转换系统自动转换为电建统一标准的bim模型进行管理和存放，数据管理平台对数据储存层的数据进行梳理和管理；当使用者或其他部门具有权限的使用者通过客户端进行调用时，客户端经过应用层接入数据中心，进行相关数据的调出和使用。

系统测试

根据表1对整个数据平台的客户端系统进行测试，主要根据用户需求说明书和软件需求规格说明书以及相应的文档进行系统的测试，包括功能测试、性能测试、用户界面测试、兼容性测试以及api接口测试，而单元测试和集成测试由开发人员来执行，具体测试环境为：intel(r)core(tm)i7-6700cpu@3.40ghz(处理器)，win7专业版，64位操作系统，ie11浏览器。

测试覆盖

账号登录模块，包括主界面的布局、用户的登录登出、密码的明暗码功能、记住密码、找回密码以及一些可用性测试；首页模块：页面的布局排版，数据的更新以及图表的正确性；总包项目管理模块：各项目列表里面的综合办公、设计管理、合同及费用管理、进度管理、质量管理、hse管理、文档管理、施工包管理、bim管理、技术管理、科研项目管理等模块的页面布局以及新增、删除、编辑、地图的展示与连接等功能的实现；勘测设计数据模块：项目概况、勘探工作量、施工地质、现场试验、室内试验、物探试验以及工程测量各个子模块里面的数据的新增、编辑与删除功能；虚拟建造、智慧建造、数字化移交、采购管理模块；系统管理模块：枚举管理、系统单位管理、系统用户管理、项目管理、项目单位管理以及项目用户管理模块的新增、编辑、删除等功能的实现；个人中心模块：页面的布局以及信息的更改功能的实现。

测试结果

本次测试的功能测试结果、api接口测试结果、功能测试结果分别如表2-5所示，同时本系统进行了多浏览器的兼容性测试，使用到的浏览器包括：ie11.0浏览器、360安全浏览器v8.5、chrome浏览器v51.0、firefox浏览器v47.0；在进行多浏览器的测试过程中，发现只有ie11浏览器能够正常使用，其它浏览器在“模型管理”模块会出现模型无法加载的问题，因此，建议使用ie11来操作该系统。

测试结论

本系统测试比较充分，主要业务模块的测试覆盖率达到了100％，所有功能的通过率达到了95.22％，基本的功能模块都已经实现，测试结果基本达到了软件的预期目标。

表1客户端系统测试内容

表2功能测试结果

表3api接口测试结果

表4性能测试结果一

表5性能测试结果二