建筑可视化分析精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇建筑可视化分析，期待它们能激发您的灵感。

篇1

中图分类号：TU983 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）08-0240-01

近些年以来我国发展非常的迅速，与之相伴的是环境问题越来越突出，热岛效应在城市中也越来越明显，城市中汽车数量急剧增加导致汽车尾气排放大大超标正是导致热岛效应出现的重要原因，除此之外，建筑物在白天吸收并储存了大量的太阳能并在晚上释放也是热岛效应产生的另一个重要原因。根据之前的调查信息统计，城市中建筑物屋顶的面积占到了整个建筑面积的五分之一左右，因此如果将城市中的屋顶都采取屋顶的绿化技术，可以大大的提高城市的绿色面积，使城市的环境问题得到很好的解决，相应的热岛效应也会得到控制。

1.建筑屋顶绿化的常见形式

按照绿化植物在建筑物中所处的位置，常常将建筑绿化分为屋顶绿化、室内绿化以及竖向绿化三种。而我们这里探究的屋顶绿化又可以根据不同的屋顶类型而分为坡屋顶绿化和平屋顶绿化两种。

1.1平屋顶绿化

平屋顶绿化可以划分为花园式和简单式。花园式屋顶绿化的适用条件是建筑物的静荷载大于或等于每平方米300kg，常采用的绿色植物为一些低矮的灌木、小型的乔木、草坪和一些地被植物，而在植物间还可以建造一些座椅和园路等等。花园式屋顶绿化在为城市绿化做贡献的同时还能为人们的日常生活提供美丽的园林环境，除此之外，该种绿化方式采用丰富的植物种类，色彩多样的和造型多样的植物类型，使得城市建筑物的整体形象得到提升。简单式屋顶绿化的适用条件是建筑物的静荷载大于或等于每平方米100kg，常常采用草坪、低矮的灌木和地被植物，而在植物间不需要设置园路和座椅，这种屋顶绿化方式是禁止人员活动的，普通建筑物的屋顶、地下车库顶板和旧建筑物的改造屋顶上常常使用这种屋顶绿化方式。简单式屋顶绿化并不是力求单一的，常常在荷载的限定条件下使用多种植物类型，这样做可以尽可能的增加简单式屋顶绿化的生态效应。

1.2坡屋顶绿化

坡屋顶绿化常常运用在一些大型的公共建筑物的屋顶上，比如博物馆、大型的超市、体育馆等等就常常使用这样屋顶绿化方式，该种类型的屋顶绿化方式一般按照功能和造型的不同而采用台地式或是纯草坪式的绿化方式，小型的乔木、草坪植物和一些低矮的灌木这是该种屋顶绿化方式常使用的植物。坡屋顶由于其自身的特点，其屋顶的绿化通常具有很强的层次性和立体性。

2.建筑屋顶绿化实施技术的分析

目前在我国的建筑领域，屋顶绿化仍是一个比较新的课题，在很多方面还不够成熟，屋顶绿化的完成也不仅仅是建筑人员的独立工作，还需要园艺和农林等相关人员的配合。在实施屋顶绿化过程中，有以下几个技术问题值得注意：防水、排水、防滑、种植土选择以及植物固定手法和种植池的处理方法等等。

2.1防水

向水性、向心性和强穿刺能力是任何植物根系在生长过程中的特性，这也使得植物的根在生长过程中会穿破很多的防水材料，从而导致绿化屋顶的建筑物出现渗水的情况，因而在进行屋顶绿化建设过程中，防水的设计、防水材料的选取以及屋顶防水的构造和施工工艺显得很重要，防水技术是否能够很好的使用也成为屋顶绿化是否可以顺利实施的关键。现阶段，相关的技术人员常常使用混凝土的刚性防水层和涂膜防水层两道防线，在此基础上，还要使用一层具有特殊结构的可以防止根系穿刺的防水层至于上述两道防水层的找平层上，这种防根刺透的防水层需要具备抗腐蚀、抗霉变和耐水等特性。在建造防水层的过程中，要严格的遵守建筑防水的技术要求，在建造完毕后应该实行二十四小时的蔽水试验，在确认良好的情况下，建造保护层，以避免防水层因外部因素而导致的破裂。

2.2排水和蓄水

排水和蓄水层的主要作用是把植被土壤中多的水分通过蓄水板排出，以免植被因为过量的水分而出现烂根和死亡的现象，该层主要铺设在防根系穿刺的防水层之上。蓄水排水是平屋顶通常用来排出土壤水分的方法，而坡屋顶常常使用重力的作用来调整土壤中的水分。常见的排水方式有两类，一种是100%铺设排水系统法，另外一种是碎石屑挤压式排水法。前者主要采用滤水板和排水板来铺满阻根膜，后者是采用碎石屑、滤水板和渗水板来铺设阻根膜，这两种方法的使用是根据工程建设所处的不同情况来进行选择的。

2.3防滑

建筑物屋顶如果是坡屋顶，防滑要引起注意，特别是使用纯草坪式的绿化方式，草坪滑坡的现象很容易出现。为了有效的避免滑坡的出现，可以制作挡板并将其置于屋顶的边缘处，除此之外，另外一种常见的做法是采用台地式的绿化方式，这种方法还可以与立体绿化结合起来使用，使建筑物更加美观。与此同时，还要注意选择根系比较发达的草种类来进行工程建设。

2.4种植土选择

屋顶绿化所使用的植物需要有成长的土壤环境，种植介质扮演着重要的作用，考虑到屋顶绿化的美观以及屋顶的承载负荷，相关的技术人员常常会使用人工栽培基质作为屋顶绿化植物的生长环境，而介质要尽量选择重量比较轻、不容易板结、能够保水保肥以及肥效充足的品种，同时还要保证该种介质施工比较方便而且经济环保。就目前来看，相关的技术人员常常使用草灰、膨胀珍珠岩、细沙以及动物粪便等作为种植用的土壤。种植土壤具有比较高的成本，其造价在整个工程建筑造价中能够占到百分之二三十，除此之外，为了很好的提供植物生长的环境以及减轻建筑物的承载符合，要合理的设置土壤的深度。

2.5植物固定和种植池处理

建筑荷载较大的分布区域一般位于建筑物周边的圈梁位置，考虑到建筑物的这一特点，在建筑物屋顶周边的女儿墙一侧常常需要固定种植池，一般可以使用地下固定法或是地上支撑法，前者相比后者来说，更具美观，使得建筑物有更好的视觉效果，所以通常情况下，地下固定法是首选的方法。除此之外，技术人员还要注意屋顶绿化植被的选择，对于速生树种，通常不能够用来作为备选植物，因为其快速的生长会导致自身重量的迅速增加，而其长大之后不仅仅难以固定，还会由于比较大的树冠而导致风荷载的增大，从而对建筑屋顶的荷载造成消极的影响。

在工程的设计过程中，除了上述的五种情况需要注意外，通风、采光等方面的技术问题也值得注意，特别是通风问题，对于草皮的生长起着重要的作用。

3.结语

建筑物屋顶绿化技术在经济飞速发展的今天，扮演着越来越重要的作用，它的合理使用可以很好的改善我们居住的环境以及减少城市的污染，同时还能极大的美化我们城市。相关的技术人员要进行不断的探索，不断的改进和探索屋顶绿化可实施技术，这对于我们建筑事业的不断发展和现代化的建设起着重要的作用。

参考文献

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关键词： 建筑施工 工艺课程 一体化教学

建筑施工工艺课程是建筑课程教育中的专业必修课程，主要目的就是研究建筑工程中一些主要施工工艺及相应施工方法和一般规律。一体化教学方法的运用应当以学生为中心，在教师帮助下，学生自行制定科学的学习目标，完成学习任务。施工工艺课程需要大量实训辅助教学，能够较好地解决理论和实践之间的脱节问题，增强教学实效性，充分发挥学生参与作用，提高学生专业技能。那么，教师应当采取怎样的措施教会学生转变呢？笔者认为应当做到以下几点。

一、课程构思，科学开端

“万事开头难”，要让一体化教学成功，首先要有一个科学的开端，也就是最重要的课程构思，建筑施工工艺课程涉及选材、设计、施工及造价等方面内容，这门课程要求学生在掌握最基本概念原理的基础上，多加熟悉其中的材料选择及相应工艺流程，注重理论和实践的结合，注重各种项目的设计。随着经济的发展，人们生活水平的提高，建筑材料也日新月异，从单一的材料到复合型材料都有极大变化。在传统教学模式下，单一的教材和理论性极强的课堂已经无法满足教学需要，学生毕业后将面临尴尬局面。要想让建筑施工工艺课程取得良好的教学效果，就需要实施一体化教学模式，将理论与实践相结合，不仅对材料市场及简单理论加以理解，而且应当对市场上的材料价格及工程造价有十足把握，在现场施工过程中需要充分了解各个项目的流程工艺，对各种施工工具都能有深刻透彻的认识并熟练使用。所以，本课课程的教学思路需要对实践内容进行构思，从传统理论转向实训，构建可持续发展的实践施工工艺课程教学体系，建立一体化的教学机制。

二、课程设计，关键举措

随着市场对建筑施工人才的需求增加，建筑施工工艺课程中的设计理念可以归结为：“以理论为基础，以实践为核心，以市场为背景，以创新为目标。”这一设计理念的提出是为了让学生拥有发散性的设计思维，提高学生施工组织和设计管理能力，最终培养出能够从事相关设计工作的应用型人才。

对于施工工艺课程的设计，笔者认为可以从以下四个方面组织，也就是任务的提出、任务的准备、任务的实施及任务的考核。任务的提出是课程设计的基础，包括项目理论及课外项目两大板块，课内项目需要学生掌握熟悉一些最基本的材料种类和基本性质，课外项目可以让学生以小组为单位寻找建筑施工市场进行采样和调查；任务的准备需要学生完成相应的市场报告分析并发表相关报告；任务的实施阶段，也是至关重要的阶段，需要学生将理论与实践加以很好地整合，按照教师所教，在掌握各项建筑材料及基本的工艺流程之后进行实践；最后一个任务的考核，教师就需要提高自身评价能力，让学生在学中做，在做中学，实现一体化教学设计。

三、课程发展，根本保障

纵观整个建筑施工行业的发展，课程如何发展是施工工艺课程一体化教学的根本保障，现在的课程教学仍然有很大不足，如很多教师自身素质有待提高，对外交流平台还不够完善，现在的教学资源仍有很大局限性，为改变这一局面，就需要让课程具有可持续发展的可能性，据此，笔者对未来课程教学提出以下思考。

1.加强师资队伍建设。教师应当改变传统教学观念，通过多种途径积极投入到实践中，迅速提升教师的实战经验和能力，如果教师做出了好的项目，则学生能更好地接受，教师手上有项目，才是教学的最好载体，通过活的例子鼓励学生积极参与实践，让学生敢于接受社会的挑战。

2.加强校企合作交流。无论是口头教会学生实践，还是在学校建设实训基地，都没有让学生亲自体验效果来得更明显。建筑施工工艺的学习，最关键的还是实训，所以，学校应当经常邀请那些经验丰富的设计师到学校现场开展讲座，与学生洽谈，这样能够有效增强学生的市场竞争力，邀请施工专门人员与学生面对面交流，和学生进行直接的互相感悟，通过这样一些形式，横向加深学生对施工工艺的理解，增强对材料的使用能力和应用创造力。

3.培养学生创新意识。要培养学生创新意识，让他们及时了解当前建筑施工的最新动态，可以根据课程内容衍生出一些“工艺技术交流会”等类似的交流创新性活动，鼓励学生积极参加各种各样的施工工艺设计大赛，以此启发学生思维，拓宽眼界，加强与建筑市场的交流，实现一体化教学。

四、结语

建筑施工工艺课程的一体化教学，最根本的就是让学生通过多种渠道认识和了解施工工艺，培养出应用型和创新型人才，通过课程体系的不断改革及实训基地的建立，不断提高学生的参与度，达到“教学做”的有机统一，真正实现一体化教学。笔者希望广大建筑施工工艺课程的教学者能够通过不断探究，共同推动一体化教学可持续发展。

参考文献：

[1]夏燕靖.对我国高校艺术设计本科专业课程结构的探讨[D].南京艺术学院，2007.

[2]朱宁.“造屋”与“造物”：制造业视野下的建造过程研究[D].清华大学，2013.

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关键词：调度自动化；工程实践；考核方法

作者简介：王秀云（1977-），女，吉林集安人，东北电力大学电气工程学院，副教授；王汝田（1979-），男，山东潍坊人，东北电力大学电气工程学院，副教授。（吉林 吉林 132012）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0066-01

调度自动化是电力系统综合自动化的重要组成部分，调度自动化水平的高低将直接影响电力系统运行的管理水平，系统安全、稳定、经济运行状态及用户的电能质量。“电力系统调度自动化”课程将电力系统调度自动化理论与工程运行实践相结合，具有较强的工程性，具有理论与实际并重的特点。同时，“电力系统调度自动化”课程作为大四的一门专业课程，又面临着如何提高学生学习兴趣，[1]改善教学方法和手段，使学生在找工作的同时最大可能回归课堂。本文就实践教学、教学方法、考核手段等几个方面进行了探讨，以期望达到改善教学效果，提高教学质量的目的。

一、注重工程实践的教学

工程性是“电力系统调度自动化”课程的一个很重要的特点。因为“电力系统调度自动化”课程内容涉及调度自动化实际操作和应用的内容居多，因而在教学过程中如何强化工程性，也成为教学效果好坏的影响因素之一。通过学生具体动手操作更能加深对原理的理解。本文从以下四个方面进行了讨论：

1.引入大量工程实例

进入专业课程学习以后，很多学生会觉得课程偏难、枯燥。[2]如何激发学生的学习积极性和兴趣，[3，4]是很多专业课探讨的问题之一。“电力系统调度自动化”课程涉及到的电力系统自动化的内容和知识很多，在教学过程中可引入大量的实际操作、分析、处理等案例。如在“防误操作”中，可引入大量学生感兴趣的误操作案例，通过案例与“五防”相结合，分析其原因和危害，不但使学生对“防误操作”加深了印象，同时也提高了学生的安全意识。大量案列的引入，提升了学生学习兴趣，变被动为主动学习，增加查找相关资料的动力。

2.实际操作和演示

由于“电力系统调度自动化”课程涉及到实际操作的内容很多，光靠片面的讲授很难达到预期效果，通过实践教学把抽象的变成形象的，因而能让学生亲手实践才能使教学效果进一步提高。调度自动化涉及到很多自动化软件，如能让学生亲自操作，讲授难度就会大大降低。在这一过程中，若学校能提高实验平台，可以将部分授课搬到实验室，大大提高教学效果，也使得学生能够在今后工作中更加得心应手。若学校没有相应实验设备，有工程项目的教师也可以采用演示教学的方法，或仅由几名同学操作，其他同学观察的方法进行教学，这样对于讲授也有一定的帮助。

3.模拟教学

电力系统调度是对电力系统运行方式的控制。如何实现对本课程对电力系统运行方式的控制，也是本课程的主要内容。讲授过程中既要贯穿这一主线，又要想方设法使学生明确在实际工作中到底应该如何进行。此时，可以在课堂中引入模拟操作教学，就课程的某一知识进行模拟，尽量与现场实际一致。在模拟过程中要求学生参与，以提高学生学习兴趣。如在讲授“预想事故分析”时，就如何形成事故预案集进行模拟操作。给定一个系统，设定一种故障，启发学生分析故障后系统的参数变化、对系统的影响、继电保护如何动作、如何恢复供电、期间可能出现什么问题、如何解决等，由此，激发学生自主分析问题解决问题的能力。

4.鼓励学生自主研发课程平台

调度自动化所涉及到的软件、硬件很多，可以将其分解成各个子模块，由学生自主或协作完成。作品的形式和规模可以不拘一格，如可以只做数据采集模块，甚至软件的设计流程，有能力的可以完成硬件设计和编程。最主要的是激发学生动手实践能力，进而提高学习兴趣。亦可利用第二课堂，将各子模块设计交给有兴趣的同学课外完成，既丰富了第二课堂，也提升了学生对教学内容的理解。

二、注重引入学科发展前沿

教师在教学过程中一般以基础理论、基本概念为基础，进一步延伸至其应用和前景。若能结合教师实际工程实践及学科发展前沿，课上抓住几个学生感兴趣的切入点，启发学生讨论新的知识和观点，培养学生对相关发展的联想，甚至是遐想，都有助于提高学生的学习兴趣，开拓学生视野，同时也活跃了课堂气氛。

如在介绍“变电站自动化”时，可以在讲授传统变电站与变电站自动化系统之间联系和区别的同时引入现代变电站综合自动化系统发展的新方法、新手段。如，讨论引入传感器后变电站的保护和监控会有什么飞跃，微电网的发展对变电站的影响等一系列学生感兴趣的热门话题，培养学生查阅文献的积极性。

三、多种教学方法、手段结合

“电力系统调度自动化”课程在教学过程中一般主要以板书教学为主，辅助以多媒体教学方法。以板书教学为主传授基本知识，主要是考虑到学生对知识的接受程度及速度。但完全的板书教学又缺乏形象教学的效果，因而以多媒体教学来提高课堂的生动效果，增加学生知识量，同时结合多种教学方法，激发学生学习兴趣。利用启发式教学抓住学生感兴趣的方面，以学生为主体，实现师生互动，共同分析问题解决问题，以求带动学生思维，活跃课堂。案例教学在“电力系统调度自动化”课程中也起到了积极效果。通过案例分析，带动了学生的思维，引发了共鸣。同时，演示教学亦可以作为板书教学的辅助手段，简化教学过程。

四、改进考核方法

由于“电力系统调度自动化”课程是在大四上学期，课堂出勤率相对不高。为了使学生尽可能掌握课上知识，不仅要在教学方法上有所改进，还要在考核方法上做出改革。首先可以改变以往单纯的考试模式，将试卷考核与其他形式结合，如考试占60%，其他方式占40%。其他方式包括前面提到的自主平台的研发或软、硬件设计平台的设计等，鼓励学生自己动手创造和设计，广泛地查阅资料，提升自身位能。其次，设立标准试题库，涉及内容尽量广泛，数目尽量多。考试内容基本以试题库为主，这样也便于学生在考试之前对试题库的学习能够贯穿“电力系统调度自动化”课程的所有内容，达到学习的目的。

五、结束语

“电力系统调度自动化”课程与电力系统实际紧密结合，在教学过程中，应该注重课程的工程实践性。尽量通过工程实例、实际操作、模拟操作教学等方法将工程与教学结合起来，使学生将知识与今后的工作紧密结合起来。本文通过讨论尽力缩小教学与实际的差别，但教学效果的好坏还要靠师生的共同努力。

参考文献：

[1]梁振锋，康小宁，杨军晟.《电力系统继电保护原理》课程教学改革研究[J].电力系统及其自动化学报，2007，19（4）：125-128.

[2]王秀云，李娟，孙亮，等.图形化《电力系统分析》课程教学辅助软件开发[J].东北电力大学学报，2008，28（3）：35-38.

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>> 可视化管理的煤炭成本管控研究 高校考务管理可视化研究 基于IMAGIS 2.3构建三维可视化校园社区管理系统的研究 基于Skyline校园三维可视化研究 基于GIS校园地下管网三维可视化的研究 数字图书馆馆藏资源可视化研究 基于Google Maps API的地产资源可视化管理系统 高校数字图书馆学术资源门户的可视化构建研究 数据资源汇聚中可视化建模的研究与应用 音乐可视化研究 信息资源管理研究热点与前沿的可视化分析 信息化技术可视化项目管理系统的研究 基于可视化管理的企业营销管理变革研究 基于RFID的可视化地下电缆管理系统的研究① 基于知识图谱的国内知识管理领域可视化研究 可视化智能仓储信息管理系统的研究与设计 基于认知心理学的可视化管理选择与应用研究 石化行业管道管理系统的可视化研究与应用 基于BIM的建筑工程可视化项目管理系统研究 实验室仪器设备管理的可视化研究 常见问题解答 当前所在位置：#c1_15.

[4]李治洪.WebGIS原理与实践[M].北京：高等教育出版社，2011.

[5]李志秀，张军，陈光，杨丽红.JQuery Ajax 异步处理JSON数据在项目管理系统中的应用[J].云南大学学报（自然科学版），2011（s2）：247-250.

[6]曾江峰.基于百度地图 API 的门店信息搜集系统设计与实现[D].华中科技大学， 2013.

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Abstract: Three-dimensional geological modeling software is the focus and direction of computer technology applications in the geological investigation. It will make a large number of geological data and geological analysis of the results which have abstract geological model into the visualization. By rotation, the angle of view from different models visually, it fully uses computer management and analysis method to input digital, allowing full digital information processing and providing a modern instrument for hydraulic and hydroelectric engineering fast, accurately and effectively.

关键词:三维地质建模;地质分析;工程地质;水利水电工程

Key words: three-dimensional geological modeling; geological analysis; engineering geology; water resources and hydropower engineering

中图分类号:TV22 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0045-01

1三维地质模型的建立

1.1 水利水电工程地质三维统一模型的构建

1.1.1 统一建模结构。该结构以地质对象建模为主线,其主要技术包括面向对象的地质分类技术、地质实体NURBS拟合构造技术、改进的地质趋势面分析技术和三维几何对象的任意布尔算法等。[1]

1.1.2 主要建模技术。

(1)面向对象的地质分类技术。面向对象技术通常采用分类的思想,可根据实际工程中地质对象的几何形态特征和属性特征对其进行分析归类,水利水电工程区域内主要的地质信息可分为地形类、地层类、断层类和界限类四类,并形成各自的层次结构关系。面向对象的地质分类技术有利于相应建模方法的研究和模型的建立。

(2)改进的地质趋势面分析技术。根据钻孔、平硐的直接数据进行地质趋势面分析,是对三维地质模型重构进行补充和验证修改的重要环节。传统的地质趋势面分析是指,利用平面或曲面对地质空间观测点数值进行拟合的一种多元回归统计分析方法。考虑到一个复杂地质系统的本质属性包括非平衡性、非线性、突变性、自组织性和自相似性等特性,而人工神经网络(ANN)在这方面具有优势,可用来进行地质趋势面分析。由神经网络自动构建具有非线性映射关系的地质趋势面函数,将可获得更接近实际的地质拟合曲面。

1.2 模型的可靠性分析与三维统一模型的建立

模型的可靠性分析和检验,是三维地质建模工作中极其重要的环节,可靠性分析技术在整个模型建立的过程中贯穿始终。结合工程实践,我们从以下四个方面进行模型的可靠性分析:①模型组成部分的几何性检查。②地质结构合理性的检查。③原始数据的精度检验。④模型的反馈检查与检验。完成地质模型的可靠性分析后,我们可以运用三维几何对象的任意布尔切割算法,以三维地质几何模型为对象,利用工程建筑物模型对其进行一系列图形操作运算,构建水利水电工程地质三维统一几何模型。为了更真实清楚地表达不同地质结构间的物理特征和视觉差别,我们可以建立三维图例库,并采用扰动函数法来模拟表面凹凸纹理的真实效果,最终获得逼真且特征鲜明的效果。

2基于三维统一模型的水利水电工程地质分析

2.1 三维统一模型的可视化分析

通过较为复杂的三维地质建模过程,可以获得地上地质体的三维地质模型。通过模型可以直观的看到各个地质单元的空间布局和相互关系,既验证了已完成的勘察工作成果,也可以通过模型的可视化分析,为后续的勘察、设计乃至施工工作提供强有力的依据。三维统一模型的可视化分析具体表现为以下几个方面:[2](1)形象地表示出地上地质体的轮廓。(2)揭示地质体所在的地层和岩性,为施工人员选择合适的挖洞地址提供有力的依据。(3)在模型上可以任意切割地质剖面,从而获得所需要的地质信息。

2.2 主体工程三维地质分析

2.2.1 大坝工程地质分析。

大坝是水利水电工程中最重要的挡水建筑物,对地基岩体的稳定条件有很高的要求。因此,在大坝设计和施工过程中,应以三维岩级模型为主,进行建基面开挖与基础处理分析,或针对大坝重点部位进行剖切分析等,对坝基或坝肩岩体的地质条件加以充分地分析研究,为建基面的方案选择与优化调整提供依据。[3]

2.2.2 地下工程地质分析。

目前,水利水电工程中地下建筑物的数量迅猛增加,其规模也愈来愈大,复杂的地质条件和大量的地质问题,给地下工程设计与施工带来困难。而三维地质模型或岩级模型,可提供多方面的地质分析。例如:地下洞室群地质开挖分析、针对地下洞室关键部位的剖切分析、地下洞室布置方案选择的地质评价、地下工程施工开挖的宏观超前地质预报以及结合地质模型的地下洞室施工过程动态分析等。它们为复杂地下工程设计与施工中遇到的工程地质问题提供了一种有效的分析手段。

3结语

三维地质建模是一项复杂的系统工程。建模前,需要运用有关地质知识,对资料进行筛选分析;建模中,需要根据地质、地层、构造及工程等有关知识,对数据进行比较,对地质构造进行推测分析;建模后,仍需根据实际情况进行核实,运用交互式编辑工具进行完善。将三维动态可视化技术引入到地下三维地质环境中,可以形象地描述三维地质体的形态和分层结构等特征。将可视化技术引入3D矿体模型中,可实现矿体的生成和仿真,有助于更好地理解矿体形态结构。[4]随着当前计算机三维仿真技术和GIS技术不断结合和发展,三维GIS技术在地矿中的应用必将成为一个新的热点和发展趋势。

参考文献:

[1]王刚.水利水电工程三维数字地形建模与分析[J].中国工程科学,2005,7(7):65-70.

[2]钟登华.复杂工程岩体结构三维可视化构造及其应用[J].岩石力学与工程学报,2005,24(4):575-580.

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关键词：软件可视化 软件维护 软件度量

1.引言

   软件的可视化可以定义为软件产品的一个映射，包括软件到一个图形化的描述。我们之所以需要软件可视化本身是因为软件是不可见的，虽然我们可以把软件代码的文档以及产品说明书等纯文本看成是软件可视化最原始的类型，虽然这些纯文本也可以帮助程序员理解软件以及软件的功能，但是，根据软件可视化的定义，如果我们不把纯文本看成是图形化的描述，那么纯文本并不属于软件的可视化。很多先进的图形可视化技术提高了人们对软件的理解，包括提升抽象程度，减少信息的浏览量和浏览空间。图形化的描绘是否优于纯文本的描绘很少得到经验的证明，寻找这些证明也是不现实的，因为这依赖于描绘的方法和描绘的领域。有些经验的研究表明对于某些任务，图形可视化优于文本可视化，然而在某些领域，文本可视化可能更可取一些。很多研究者确信软件可视化的价值，特别是在软件维护，逆向软件工程，软件再工程领域，软件可视化对于增强对软件复杂数据和复杂交互的理解起到了关键作用。

   软件可视化存在很多研究领域和研究主题，这些主题包括：可视化的语言，算法的动画，隐喻的可视化，度量的可视化，自动图形生成，以及识别可视化数据中重复模式的技术以降低可视化的复杂性。这些方面都和一个特定的可视化技术相关。很多来自软件工程领域的工作者由于问题的驱动，他们希望找到一种合适的可视化技术来解决那些问题。特别是来自软件维护，逆向软件工程，软件再工程领域的工作者，软件可视化问题被视为他们工作领域的一个中心问题。

2.软件可视化内容

软件的可视化包含了丰富的内容，从软件的抽象程度来划分的话主要可以分为程序可视化，算法可视化，可视化程序设计，示范程序设计，计算可视化等。

（1）程序可视化：主要是指程序代码或数据结构的静态或动态特征的可视化，包括代码结构的可视化。

（2）算法可视化：主要是指对软件功能高层次抽象的可视化。工作流和数据流图是算法可视化的一个例子。

（3）可视程序设计：主要是指在构造程序时，利用可视化的技术对程序开发进行规范说明。

（4）示范程序设计：主要是指通过用户演示实例来实现软件的规范说明，让用户满意开发的软件产品。

（4）计算可视化：主要是优化多处理机体系结构上的负载均衡和性能。

3. 软件可视化的概念模型

这一部分将介绍Roman和Cox提出的软件可视化概念模型，Roman和Cox提出了以下软件可视化相关的角色和方面：

软件工程师：需要被可视化的软件产品的开发人员。

动画设计师：映射软件产品为一个图形化描述的人员。

用户：使用图形化描述的人员。

领域：什么产品以及哪些方面将被可视化？

抽象：什么样的信息通过可视化被转变？

方法：如何构建可视化？

图形化描述：如何使用图形化的描述来转换信息？

集成者：集成可视化的信息到一个统一的视图。

任务：用户使用可视化完成什么样的任务？

媒介：在哪里展现可视化的内容？

   Bassil和Keller针对软件可视化进行了一次相似的调查，主要调查了已经存在的软件可视化工具的功能，实用性和认知的方面（成本，可携带性，文档的质量等等）。他们调查的主要目标是已经存在的软件可视化工具在软件产业的应用（三分之二的被调查者来自于工业界，三分之一的调查者来自于学术界，而且被评价的软件可视化工具大多数都是商业产品）。

Whitley针对可视语言的经验评价进行了文献的调查，并且找到了支持或是反对这些语言的证据。

4. 软件可视化为一个城市

面向对象是一种广泛使用的软件开发模式，面向对象的软件结构清晰，方便维护和扩展。有一种方法将软件系统描述为一个三维的城市，软件中的类代表城市中建筑物，软件中的包代表街区。可以从软件中抽取软件度量的集合映射到城市可视化的属性上：类中方法的数量映射为建筑物的高度，属性的数量映射为建筑物地基的大小，代码行的数量映射为建筑物的颜色（从暗灰色到亮绿色）。实证研究表明通过将软件可视化为一个城市增强了程序开发人员和维护人员对软件结构和度量特征的理解。

5.软件可视化为一个网络

面向对象的软件是一个复杂的，交互的，多粒度的人工系统，软件与软件之间，软件内部类之间，方法之间存在着相互的调用和依赖关系，我们可以基于不同的粒度将软件可视化为一个网络。例如：我们可以将软件中的每一个类看成一个节点，如果一个类调用了另外一个类，我们就在它们之间建立一条边，这样我们就构建了一个基于类粒度的软件网络。基于此，我们同样可以建立基于属性，方法和包粒度的软件网络，实证研究同样表明通过将软件可视化为一个网络增强了程序开发人员和维护人员对软件结构和行为的理解。

6.结束语

软件可视化是一个流行的程序理解技术，广泛应用于软件维护，逆向软件工程和软件的演化分析。尽管广泛存在各种软件可视化的方法，但是缺少经验的评价，这对于工业界和学术界接受软件可视化技术是不利的。本文简单介绍了两种软件代码可视化的方法，对理解软件的结构、行为和统计特征有一定的帮助。

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Abstract:Building information modeling (Building Information Modeling)referred to as BIM, is the building itself and the construction ofthree-dimensional model of the process and data information,these models and information in the whole building life cycle can be sustained by each participant with, reach the control and management of construction process for the construction and. It has coordination, visualization, simulation, and five characteristics of graph optimization.

关键词：BIM；模拟施工；碰撞检测；信息模型；可视化分析；虚拟管理

中图分类号：TE42 文献标识码：A

建筑信息模型（Building Information Modeling）简称BIM，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型建立。随着市场需求和建筑行业迅速发展，高端业主寻求可持续设计、管理、运营的解决办法，纷纷开始把目光投向BIM平台。目前分析BIM在施工企业应用方向主要有以下几个方面。

BIM技术的出现，真正将项目的全生命周期进行串联，但目前设计、施工、运营在产业上被割裂，各个阶段的数据未能实现有效流通，对BIM的应用发展有着较大的阻碍作用。建筑业软件厂商需要提升上下游合作，加快实现数据接口的打通，实现BIM在项目生命周期全过程的有效利用。

珠海歌剧院钢结构模型 大连恒隆广场建筑施工模型

目前，BIM技术在中国建筑总公司旗下的企业已经开始渗入到项目管理的各项环节中，例如珠海歌剧院、大连恒隆广场等项目已经利用BIM技术解决了施工过程中很多重要的问题。BIM对于工程建设业有着革命性的作用，但作为新生事物，产业环境还不尽成熟，仍需要有所突破，希望BIM技术的推广能得到更多的支持与帮助，对建筑施工企业的发展能起到推波助澜的作用。

参考文献：

1.《中建八局建筑信息模型（BIM）作业指导手册》；

2.《 Revit Structure 基础概念教程》；

3. 《Revit Architecture 基础概念教程》；

4. 《Building Information Modelling (BIM) Standards Manual for Development and Construction Division of Hong Kong Housing Authority》；

篇8

关键词：可视化；概述；处理对象；数据类型；数据分析

中图分类号：TP391.41文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)06-1402-06

The Summary of Visualization Theory

ZHU Yao-hua, HAO Wen-ning, CHEN Gang

(Engineering Institute of Corps of Engineers, PLA University of Science & Technology, Nanjing 210007, China)

Abstract: There are forming too many methods and techniques of Visualization with the development in the past two decades. But each kind of classification is hard to contain the whole of Visualization. This paper introduces the characteristics of every kind of classification, provides reference for the further research, to help readers to distinguish the difference and contact between method and technology, and to understand the development of visualization in all round.

Key words: visualization; summary; handling objects; data types; data analysis

“可视化”（visualization）其实质是利用计算机的图形图像处理技术，把各种数据信息转换成合适的图形图像在屏幕上展示出来。这一过程涉及到图形学、几何学、辅助设计和人机交互等领域知识。

在20世纪上半叶，人们就已经利用多种统计表格和图形这些相对原始的可视化技术来分析各种数据。在1986年10月，美国国家科学基金会在其举办的“图形、图像处理和工作站”讨论会上，“科学计算可视化”的概念第一次被正式提出。1987年，由布鲁斯・麦考梅克等人所编写的美国国家科学基金会报告《Visualization in Scientific Computing》[1]，对可视化技术领域产生了大幅度的促进和刺激。人们不但利用医学扫描仪和显微镜之类的数据采集设备产生大型的数据集，而且还利用可以保存文本、数值和多媒体信息的大型数据库来收集数据。因而，就要高级的计算机图形学技术与方法来处理和可视化这些规模庞大的数据集。二十世纪90年代初期，人们发起了“信息可视化”的研究领域，其支持抽象的异质数据集的分析工作。因此，目前人们正在逐渐接受这个同时涵盖科学可视化与信息可视化领域的新生术语“数据可视化”。

1基于处理对象及目的的分类

随着可视化技术的发展，逐渐形成了一些分类，通常情况下，人们习惯于将可视化分为以下四类：科学计算可视化、数据可视化、信息可视化和知识可视化。这四类可视化的主要区别在于可视化处理对象以及目的的不同。科学计算可视化主要用于处理科研领域实验产生和收集的海量数据，力求真实的反应数据原貌，利于模拟实验的进行；数据可视化较为笼统，一般用于处理数据库和数据仓库中储存的数据，目的在于以可视化的方式呈现数据，利于使用者观察；信息可视化抽象层次较高，其目的主要在于让使用者方便地发现数据内部隐藏的规律；知识可视化则主要表现领域知识，使已有的知识能够更加迅速有效的在人群中传播。

1.1科学计算可视化

科学计算可视化也可称作科学可视化，是指通过运用计算机图形图像处理等相关技术，将科学计算过程中得到的大量数据转换为适当的图形界面显示出来，并能进行人际交互处理的一系列理论、方法和技术。

随着可视化技术的发展，科学计算可视化也出现了一些分支方向，如体可视化、流场可视化。

可视化概念扩展到测量数据和工程数据等空间数据场时，衍生出了空间数据场可视化，一般称之为体可视化（Volume Visualiza? tion）。体可视化技术主要研究如何表示、绘制体数据集，以观察数据内部结构，方便理解事物的复杂特性。体数据集存在于很多领域，如工程建筑和气象卫星测量的空间场，超声波探测工业产品和核磁共振产生的人体器官形成的密度场，地震预报的力场，以及航空航天实验和核爆炸模拟等大型实验产生的速度场、温度场数据等，使得体可视化技术应用广泛。

流场可视化技术是流体力学的重要组成部分，是科学计算可视化的分支之一。流场可视化技术的形成与发展有力的促进了计算流力学（Computational Fluid Dynamics）研究的深入。流场可视化技术用箭头、流线和粒子跟踪技术研究二维流场，重现计算流力学中的向量场和张量场数据。

科学计算可视化应用广泛，气象预报、医学图像处理、物理、油气勘探、地学、有限元分析、生命科学等众多领域都已经离不开科学计算可视化了。下面几幅图是科学计算可视化的一些典型应用，图1是美国国家海洋和大气局的预报系统实验室开发的三维可视化软件生成的图像，有效的让气象工作者从大量的二维图像计算中解脱出来，从而可以让精力集中于预报所需的实际数值。图2是美国航空航天局阿姆斯研究中心的航空航天数字模拟设备构筑的“虚拟风洞”，该技术基于三维交互特性，为分析非定常流动中的复杂结构提供了直观的研究环境。图3是英国的PGS Tigress公司开发的可视化软件生成的图像，其可以进行地震数据处理、测井评估以及模拟油气存储和生产的过程，在相关领域得到了广泛的应用。

1.2数据可视化

一般认为，数据可视化是指对大型数据库或者数据仓库中的数据进行可视化。这使得用户可以不再局限于通过关系数据库来分析处理数据，能以更加直观的方式来观察研究数据。广义的数据可视化则在一定程度上或全部包含了科学计算可视化、信息可视化和知识可视化。数据可视化的一般模型如下图所示：

数据可视化借助于计算机的快速处理能力，并结合计算机图形图像学方面的技术，能够把海量的数据以图形、图像或者动画等多种可视化形式更加友好的展现给人们。其中，丰富的交互手段能够显著改善用户的使用体验，是可视化技术的价值倍增器。用户可以通过人机交互的手段对显示数据进行分类、筛选，并控制图表的生成，便于以最佳的方式看到想要的数据。人机交互使得数据可视化技术更利于发现数据背后隐藏的规律，为人们分析使用数据、发现规律获取知识提供了强有力的手段。图5是某银行的一个数据可视化示例，利用Xcelsius软件制作，后台数据是近10年中每个月份的银行各种业务统计数据，通过数据可视化展现后，可以以饼图、柱形图、折线图以及雷达图等多种形式观察数据，各种业务的市场表现规律清晰明了，并可以通过按钮、单值指示器切换不同业务的数据展示，极大的方便了银行业务决策。

图5某银行数据可视化示例

数据可视化经过20多年的发展，形成了多种技术，这里简单做一介绍。

1）基于几何的可视化技术，包括散点图、解剖视图、平行坐标法以及星形坐标法等。该技术主要通过几何学的方法来表示数据。

以星形坐标法（如图6）为例，它可以在二维平面上显示出n维的空间数据。其原理是将n维的空间数据参照建立的坐标轴映射到二维平面上，每一维对应到一条坐标轴上，坐标轴在平面上交与一点。映射之后，n维的空间数据通过二维平面上的一个点来表示。

图6星型坐标法

2）面相像素技术（也称密集像素技术）。其原理是通过一个彩色的屏幕像素来表示一个数据项，并把代表每一个数据的像素归纳入临近的区域。用像素点来表示数据，面临的主要问题是如何合理有效的安排这些像素。该技术针对不同的可视化对象采取不同的方式来安排像素，最终的显示结果能够对数据局部关系、依赖性和热点分布情况提供较为详细的信息。比较著名的像素安排方式有递归模式技术和圆周分段技术。

3）基于图标的技术。其原理是通过一个图标的各个部分来表示n维的空间数据。图标可以是“枝形图”、“针图标”、“星图标”和“棍图标”等。该技术适用于那些在二维平面上具有较好展开属性的n维的空间数据集。以星图标技术为例（如图7），一条射线表示一个维的数据，射线的长短表示数据的大小，射线的条数即数据维数，射线起点相同，夹角想通，端点由折线段相连。

图7星图标表示数据

4）基于层次的可视化技术。其原理将n维的数据空间划分成若干子空间，同样以层次结构的方式组织这些子空间，并用平面图形将其表示出来。该技术主要用于那些具有层次结构的数据，如文件目录、单位编制结构数据等。树图是其代表技术（如图8）。1.3信息可视化

信息可视化（Information Visualization）主要是指利用计算机支撑的、交互的对非空间的、非数值型的和高维信息的可视化表示，以增强使用者对其背后抽象信息的认知[2]。信息可视化技术已经在信息管理的大部分环节中得以应用，如信息提供的可视化技术、信息组织与描述以及结构描述的可视化方法、信息检索和利用的可视化等。

信息可视化的框架技术还可以分为三种：映射技术、显示技术和交互控制技术[3]。映射技术主要是降维技术，如因素分析、自组织特征图、寻径网（Pathfinder）网、潜在语义分析和多维测量等。显示技术把经过映射的数据信息以图形的形式显示出来，主要技术有：Focus+Context、Tree-map、Cone Tree和Hyperbolic Tree等。交互控制技术通过改变视图的各种参数，以适当的空间排列方式和图形界面展示合理的需求数据，从而达到将尽可能多的信息以可理解的方式传递给使用者，主要技术有：变形、变焦距、扩展轮廓、三维设计和Brushing。

信息可视化的典型工具有：Prefuse、CiteSpace、VitaPad和IVT。

下面三幅图是信息可视化技术的应用示例，图8是树图的一种表达方式；图9是鱼眼技术的应用，凸显选中的节点，缩小其他节点；图10是一种树结构浏览方式，选中一个节点后，就只向节点后展开两层，使用者可以很容易的知道自己所处浏览的位置。

1.4知识可视化

知识可视化（Knowledge Visualization）主要是指通过可视化技术来构建和传递各种复杂知识的一种图解手段，以提高知识在目标人群中的传播效率。

知识域可视化（Knowledge Domain Visualization）是指对基于领域内容的结构进行可视化，通过使用多种可视化的思维、发现、探索和分析技术从知识单元中抽取结构模式并将其在二维或三维知识空间中表示出来，即对某一知识领域的智力结构的可视化[4]。

图10 Tree View知识域可视化技术可以帮助使用者快速进入新的知识领域并对其有一个总体上的直接理解，能使使用者更加高效的认识到感兴趣的领域概念及概念间的关系。

目前知识域可视化的研究对象具体表现为对某知识领域的科技文献，一个知识域可以用一组词来限定。研究方法主要有共引法、共词法、空间向量矩阵、自组织特征图和寻径网等。1.5几种可视化方法比较

科学计算可视化技术开创以来，现代可视化技术得到了长足的发展，逐渐形成数据可视化、信息可视化和知识可视化，四种可视化技术相互联系又互有区别。其处理对象从数据到知识是一个越发抽象的过程，数据是信息的载体，信息是数据的内涵，而知识又是信息的“结晶”[5]。数据、信息、知识以及智慧（Data、Information、Knowledge、Wisdom，DIKW）至今没有一个明确的普遍认可的定义，它们是相对的且依赖于所处环境的[6]，Zeleny[7]认为DIKW金字塔最能准确表达四者之间的相互关系，数据是塔基而智慧是塔尖，Ackoff[8]认为贯穿于DIKW金字塔之间的核心因素是“理解”（understanding），只有通过“理解”，才能从塔基升华到塔尖。

实际上，四种可视化技术之间的关系正如图11所示[9]，它们之间没有明显的界限，从广义上看科学计算可视化则从属于数据可视化，数据、信息和知识在一定程度也是相通的，因此它们彼此都有交叉。

图11常见可视化类型之间关系

2基于数据类型的分类

由本・施奈德曼（Ben Shneiderman）[10]概述的按照数据类型进行归类，可以将数据分成以下七类：一维数据、二维数据、三维数据、多维数据、时序数据、层次结构数据和网络结构数据等。从而将可视化分为如下七类：2.1一维数据可视化

一维数据即线性数据，如一列数字、文本或者计算机程序的源代码等。文本文献是最常见的一维数据，通常情况下文本文献不需要进行可视化。

计算机软件是一种特殊形式的一维数据，软件维护过程中需要分析大量的程序源代码，并从中找出特定的部分，因此有必要对其进行可视化。美国贝尔实验室的Eick等人利用可视化系统SeeSoft实现了对百万行以上的程序源代码进行可视化。SeeSoft系统可以用于知识发现、项目管理、代码管理和开发方法分析等领域，曾被成功用于检测大型软件源代码中与“千年虫”有关的问题代码。

2.2二维数据可视化

二维数据指包括研究对象两个属性的数据。用长度和宽度来描述平面物体尺寸，用X轴和Y轴来表示物置坐标，以及各种平面图都是二维数据的表现形式。最常见的二维数据可视化示例当属地理信息系统（GIS），地理信息的数据可视化极大的满足了人们对地理信息的需求，各种基于位置的社交类软件在电脑和智能手机领域如雨后春笋般繁荣起来，也从一个侧面反映出二维数据可视化的重要性。

2.3三维数据可视化

三维数据指包括研究对象三个属性的数据。相对于一维的“线”和二维的“面”，三维引入了“体”的概念。三维数据可视化在建筑、医学等领域应用广泛，很多科学计算机可视化也属于三维数据可视化，通过计算机用三维可视化方法模拟现实物体，帮助研究人员进行模拟实验，能有效的降低成本、提高效益。

2.4多维数据可视化

多维数据指研究对象具有三个以上属性的数据。多维信息已经难以在平面或空间中构建出形象的模型，因此人们对多维数据的认知也相对困难。现实生活中有着大量的多维数据，例如学校里的学生信息，其中包含姓名、性别、民族、年龄、专业、班级、地址等。美国马里兰大学人机交互实验室开发了一个动态查询的框架结构软件HomeFinder，该软件可以连接华盛顿特区的售房数据库，使用者可以选择按照价格、面积、地址和房间数量等进行可视化的动态排序。

2.5时间序列数据可视化

时间序列数据指那些具有时间属性的数据，也称时序数据。时序数据容易反映出事件前后发生的持续情况。学者Liddy建立了一个从文本信息中抽取时间信息的系统SHESS，该系统可以自动生成一个知识库，该知识库能够聚集关于任何已命名的实体信息，并且按照时序组织这些知识，时序覆盖知识库的整个周期。

2.6层次结构数据可视化

层次结构是抽象数据信息之间一种普遍的关系，常见的如单位编制、磁盘目录结构、图书分类方法以及文档管理等。描述层次结构数据的传统方法是利用目录树，这种表示方法简单直观，然而对于大型的层次结构数据而言，由于层次结构在横向和纵向的扩展不成比例，树结构的分支很快就会交织在一起，显得混乱不堪。在对层次结构数据可视化研究的过程中出现了一些新的方法，如1.3小节中提到的Tree-map等。

Xerox PARC的科研人员开发了Cone and Cam Trees。该方法用三维空间来描述层次信息，根节点放置在空间的顶端或者最左端，子节点均匀的分布在根节点的下面或者右面的锥形延展部分。Cone and Cam Trees可以动态的显示，当使用者点击了某个节点时，该节点就会高亮显示，同时树结构将该节点旋转到图形的前方。一个完整的Cone and Cam Trees图形能够持续旋转，便于使用者观察大型层次等级结构信息，进而理解其中的关系。研究人员在单独的一个屏幕范围内创造的Cone and Cam Trees图形能够描述80页书本的有组织内容。2.7网络结构数据可视化

网络结构数据没有固定的层次结构，两个节点之间可能会有多种联系，节点与节点之间的关系也可能有多个属性。网络信息不计其数，分布在全球各地的网站上，彼此之间通过超链接交织在一起，其规模还在继续膨胀。如何方便有效的利用网络信息，成为一个迫切需要解决的问题。

数据可视化的概念范围较大，也有认为这七类可视化更是信息可视化的细分[11]。信息可视化是近年来提出的一项新课题，其研究对象以多维标量数据为主，研究重点在于设计合理的显示界面，便于用户更好的从海量多维数据中获取有效的信息。

3基于可视数据分析技术的分类

由Daniel Keim[12]提出的基于可视数据分析技术的分类方法，从数据类型、可视化技术和交互技术的角度来分析研究可视化的分类方法。事实上，这三个要素即是数据可视化的主要组成部分。图12描述了这三要素的具体内容[13]。

数据类型和可视化技术在上文中分别都有介绍。交互和变形技术越来越是可视化技术中必不可少的一项技术，它使用户能够直接生动的与可视化视图进行交互，并根据用户研究重点的变化动态的跟进改变视图呈现方式。用户根据研究对象的相关知识和具体需求可以通过交互变形技术使可视化视图以多种不同的效果来进行展示，方便从多角度对数据信息进行分析观察，从而达到更好的使用效果。

4结束语

以上列举三种可视化分类方法，这三种分类方法比较典型，具有很强的代表性，事实上还有Ed H Chi[14]提出的基于数据状态模

型的分类方法等。可视化理论历经了20多年的发展形成了多种方法和技术，已经难以用某一种分类方法去包罗所有，它们的共同

特点都是利用相关的计算机技术来进行分析并合理显示数据，然而其概念众多，研究重点也不尽相同，实现方法则更是多种多样。可视化分类方法可以用来实现需求与可视化技术的匹配[15]。它可以指导使用者选择合适的可视化方法并利用合理的技术来实

现不同的目的。本文首先从基于处理对象及目的对可视化方法进行分类，这是最常见的分类方法，并介绍了一些常见的可视化技

术；然后介绍了基于数据类型的分类方法，这种分类方法同样较为常见，而实现技术则跟分类方法没有太大关系；最后介绍了基于

可视数据分析技术的分类方法，这种方法将之前介绍的可视化技术以及数据类型跟交互和变形技术结合在一起，这种分类方法能

够让使用者从宏观上把握可视化分类，并系统的认识可视化技术，加强了可视化类型和可视化技术之间的联系。

参考文献：

[1] Mccormick B H,Defanti T A,Brown M D,et al.Visualization in Scientific Computing[J].Computer Graphics,1987,12(6):1103-1109.

[2] Chen Chaomei.Mapping Scientific Frontiers: The Quest Knowledge Visualization[M].Singapore:Springer-Verlag London Ltd,2003.

[3]李淑丽.信息可视化工具的比较研究[D].哈尔滨:黑龙江大学,2006:10-13.

[4]周宁,张李义.信息资源可视化模型方法[M].北京:科学出版社,2008:244-250.

[5]张卓,宣蕾,郝树勇.可视化技术研究与比较[J].现代电子技术,2010(17):133-137.

[6] Dong Hyun Jeong.Knowledge Visualization: From Theory to Practice[D].North Carolina:The University of North Carolina,2010.

[7] Zeleny M.Management support systems: Towards integrated knowledge management[J].Human Systems Management,1987(7):59-70.

[8] Ackoff, R L.From data to wisdom[J].Journal of Applied Systems Analysis,1989(16):3-9.

[9]刘波,徐学文.可视化分类方法对比研究[J].情报杂志,2008(2):28-30.

[10] Shneiderman B.The Eyes Have It: A Task by Data Type Taxonomy for Information Visualizations[C]//IEEE Symposium on Visual Lan? guages’96,Los Alamos,CA,1996:336-343.

[11]芮小平.空间信息可视化关键技术研究[D].北京:中国科学院研究生院,2004:7-8.

[12]Keim D A.Information Visualization and Visual Data Mining[C]//IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics,2002,7(1): 100-107.

[13]翟旭君.基于平行坐标的可视化数据挖掘技术研究[D].北京:清华大学,2004:3.

篇9

关键词：GIS 城市规划；延安新区

中图分类号：TU984 文献标识码：A

随着信息化进程的加快，城市规划领域将越来越多的采用GIS技术，GIS 作为技术支撑，可综合考虑数据之间相互影响基础上做出科学的定量分析。现以一般类型的城市规划设计阶段为顺序，以下具体介绍各阶段的应用思路。

GIS在城市规划中的具体应用

（一）城市规划现状阶段

详细的地形分析是规划师进行规划设计的首要条件，特别是当遇到用地范围比较大，地形地势比较复杂，丘陵山地比较多的规划项目时，仅凭规划师的经验感知无法做到准确把握地形地势，利用GIS 技术则能够较好地解决这个问题[[[]周宏伟、乔相飞、 陈永清. GIS 技术在地形复杂地区城市设计中的应用[J].科技信息，2010,531-532.]]。

在现状分析阶段，可以借助GIS辅助场地分析，可以叠加遥感影像与三维地形模拟，辅助现状场地分析和现状地物的判读。同时，利用现有的GIS工具可完成现状分析（高程分析、坡度分析、填挖方分析、水文分析、城市建设用地适宜性评价等）的基础上进行方案的初步布局。这对于一些现状条件比较复杂，自然环境条件很好的地区更具优势。

（二）规划方案阶段

在规划方案阶段， 可借助GIS进行经济技术指标的统计和景观的可视性分析，可方便直观的进行比较、分析，为规划师提供了数据支撑。

利用GIS技术能方便地进行各类属性数据的统计分析，可生成各类经济技术指标和多种统计专题图，如直方图、饼状图、柱状图等等。利用GIS中的三维分析扩展模块能够对表面数据进行高效率的可视化分析。可以从不同的视点观察表面，查询表面，确定从表面上某一点观察时其他地物的可见性。

（三）规划成果反馈阶段

在模拟整个规划片区时，由于建筑数量众多，以往借助SketchUp辅助草图设计，不是基于真实地形，且费时费力，工作量十分巨大。利用GIS提供的三维场景分析模块，导入地形、道路、建筑物等图层，只需要赋以建筑高度或层数信息，即可快速生成大场景三维模型，还能很方便实现全方位动态、鸟瞰地形地貌。从而实现从各个角度推敲建筑的高度、体量以及与周边环境的协调关系，对于新区开发，是很实用的手段。

二、以延安新区概念性规划为例

延安北新区就位于延安市北部，用地规划面积28.8平方公里。现状基地位于长青路北侧，碾庄沟以南区域，属典型黄土沟壑地貌。自然灾害主要是山体滑坡，黄土滑坡。

首先，利用现有地形图的等高线数据获取DEM数据，同时，利用GIS的三维分析功能对基地现状地形进行三维模拟，对现状自然环境有一个直观的认识（图1）。利用GIS软件进行高程、坡度、坡向、滑坡等一系列分析，可以直观得到用地适建性评价，为后期规划方案的设计提供很好的参考。

另外，新区属于上山建城，适用于城市建设的用地极少，因此，需要一定的土方平整才能进行城市开发建设，经过确定地形整治区域、确定设计标高等过程后，利用GIS的填挖方计算功能进行土方测算，经过多次试验，尽量达到土方平衡，改造后地形如图2所示。

最后，利用GIS技术将改造后地形结合方案模拟规划成果，如图3所示，可以对规划成果进行实时鸟瞰，动态调整前期规划草案。从而进一步调整建筑高度、体量以及与周边环境之间的关系。对方案进行三维可视化模拟，改变了以往感性的、凭经验的设计进行辅助分析、反馈修正的观念，有助于提高规划设计的效率，同时也增强新区规划成果的科学性和合理性。

三、结语

延安新区规划设计中GIS技术研究，充分展示了GIS技术能够辅助规划设计的全过程，通过对场地的自然地形、填挖方计算等进行量化分析和三维模拟，从规划的构思、方案至最后规划成果表达整个阶段都与GIS的分析结果充分进行交互反馈，和规划设计真正结合起来，而不仅仅限于地形分析的浅层次应用，充分说明利用GIS技术辅助城市规划设计是完全可行的，而且还有很大的发展空间。

参考文献：

[1] 周宏伟、乔相飞、 陈永清. GIS 技术在地形复杂地区城市设计中的应用[J].科技信息，2010,531-532.

篇10

关键词：BIM；项目管理；电力工程

随着国家“一带一路”和工业4.0，以创新驱动的行动计划与经济全球化进一步加快，信息化、数字化发展水平已成为提高企业综合素质和核心竞争力的重要砝码。在“互联网+”盛行的当下，传统行业正受到移动互联的影响，有的说是冲击，也有的说也是机遇，角度不同、观点不同，反应不同罢了。在互联网大势的推动下，能吸引更广泛的用户，才能得到更大的市场。我国正在推行的“以信息化带动工业化”战略，企业也越来越意识到信息技术对于转型升级和管理运作模式的重要性。传统的工程建设领域近些年也在寻求新的发展，特别是电力企业，在借鉴了建筑领域的BIM经验后，也在探索适合自身特点的发展道路。虽然在建筑业应用已久，但BIM在电力工程项目上仍是个新概念，从电力工程建设的过程控制，到造价管理、进度管理、质量管理等三大目标的实现，均有其独树一帜的特点，是一个建设项目物理和功能特性的数字表达，是一个共享的知识资源，是一个分享有关实施过程的信息描述。

1BIM概述

1.1BIM的概念

BIM，译为：建筑信息模型（BuildingInformationModeling）或建筑信息管理（BuildingInformationManagement）是以建筑工程项目的各项相关数据作为基础，建立起的三维建筑模型，并通过数字模型仿真模拟建筑物所具有的真实信息。很多文章中曾提及过BIM技术，其实BIM并不是一种技术或软件，究其源头是一种概念，基于建筑产品模型的概念，类似于制造业的产品数据模型，即以数字形式表现建设过程和实施管理，同时也是以数字形式进行建设过程以及实施管理的信息交流和相互操作。

1.2BIM的特点

BIM具有信息完备性、信息关联性、信息一致性等特性，和可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。（1）可视化：可视化即“所见所得”。BIM提供了可视化手段，通过软件帮助人们将以往图纸上单调的，线条式的表述，转化成为三维立体的实物图形展现出来。尤其是近年来的建筑物形式各异，复杂造型不断推陈出新，原先那种单凭建设者的理解和经验来建造的模式已越来越不能适应新要求。在BIM建筑信息模型中，考虑到了构件间的互动性和反馈性，通过整体可视化过程，不仅可以生成总体的效果图及报表，还可以对项目设计、施工、运营各阶段中存在的问题清晰辨识，做到一目了然。（2）协调性：在项目设计阶段，设计单位通常按照建结水暖电等专业设置部门，同一项目组成员分属不同部门，且设计过程中并沟通较少，各专业设计经常会出现相互碰撞的现象，如给排水专业中的管道在进行布置、施工的过程中，可能发生布置管线时与同一位置暖通等其他类型的管线冲突，这就是施工中常遇到的碰撞问题。一般发生此类情况时，只能靠工程协调部门来解决，既耽误工期，还牵扯变更，影响成本。利用BIM的协调就可以辅助规避这种问题，在建筑物设计阶段对各专业的碰撞问题进行模拟，生成协调方案，避免问题出现后再去解决的被动局面。（3）模拟性：BIM的模拟性除了能够生成建筑物模型之外，还可以模拟出真实世界里不可操作的事物。例如节能模拟、日照模拟、进/通风量模拟、紧急疏散模拟、热能传导模拟等均可在设计阶段进行；4D模拟（三维模型加时间）在施工阶段，可以根据施工组织计划来模拟实际施工，从而确定施工方案的合理性；5D模拟（基于4D模型的造价控制）同样可以在施工阶段进行模拟，帮助建设方控制成本；在建筑的后期运营阶段，可以利用BIM模拟日常紧急情况的处理方式，如火灾发生时人员的疏散模拟、地震发生时的人员逃生模拟，以及其他紧急状态下的应急处置模拟等。（4）优化性：整个项目建设都是一个不断优化的过程，从设计、施工和运营的全过程都需要优化。目前，动辄400米以上的高层建筑随处可见，内部结构、设施纷繁复杂，其复杂程度使得参建人员无法掌握所有信息，必须借助一定的技术手段。BIM模型及其优化工具提供了项目方案的优化和特殊项目的设计优化，通过优化可使工期和造价得到改进。（5）可出图性：结合软件，BIM可以对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，在完成碰撞检查和设计修改，消除了相应错误后，可输出相关文档，如综合结构留洞图（预埋套管图）、综合管线图、碰撞检查纠错报告和建议改进方案以及一些构件加工的图纸等。

2国内企业对BIM的需求

在国际上，“BIM之父”——乔治亚理工大学的CharlesEastman教授，早在1975年就创建了BIM理念，并开始了为便于实现建筑工程的可视化和量化分析，提高工程建设效率为目标的理论研究和实践探索。但由于当时计算机处理能力和新概念影响力等原因，在我国企业应用较少。虽然很多国内企业对此普遍抱有热情，也想尽快完成本地实用化，但由于技术标准和人才等原因，直到2000年以后才有所突破。BIM之所以受到各大企业的追捧，是因为看到了其在工程造价、设计、施工和运营管理等方面的巨大价值。尤其是在设计和施工上，据美国2009年出版的《商业房地产革命》著作中列举了这样一组数据：现有模式的生产建筑成本差不多是应该花费的两倍；72%的项目超预算；70%的项目超工期；75%不能按时完成的项目，至少超出初始合同价格的50%。做过工程项目的人都知道：“错漏碰缺”（设计上的错误、遗漏、碰撞，缺陷等）听起来很专业，改起来却很花钱；“设计变更”变一次花一次钱。实际施工中，该预留洞口的地方没有留，管线施工中的避让时有发生，经常看到有些刚建好的地方拆了又重来。业主为此投入了巨大的开销、时间和精力，既不利于成本控制，也不利于把控工期。为此，国际上知名主打BIM理念的软件公司，与高校合作建立实验室，并从设计之初就参与国内项目的建设。随着南京青奥会议中心，上海中心大厦、上海迪士尼和“中国尊”等项目的相继投运，可以想见会有越来越多的公司将BIM纳入项目管理的范畴。

3电力企业的BIM探索

电力行业由于自身行业特点，计划性强，而且对安全的要求相对较高，对新技术的应用必须先有一个稳定和成熟的过程。此前鲜有以BIM为核心来整体实施的电力建设项目，只是在电力工程造价，建/构筑物建模、分析等层面有所涉及。此外，出于对电力生产安全和变电站等建筑物结构特点的考虑，BIM理念和实施方法并未完全在电力建设方面发挥出重要作用。随着近几年一批BIM概念下的应用软件问世，完善了如结构分析、碰撞检查、工程量统计、施工模拟、可视化交底和运营管理等，涉及项目管理的全过程。由于技术上的成熟度和在建筑行业的广泛应用，一些电力企业于是也开始着手探索电力工程建设领域的BIM应用，谋求企业增效。将设计人员从繁重的绘图、出图工作中解放出来，降低不同专业间的碰撞问题，降低设计变更率；帮助施工单位快速领会设计意图，把更多精力投入到现场预控和重要节点、关键部位的把握上；监理单位可借助产品模型，对项目过程实施管控；建设单位与运行单位则可从项目策划、设计、施工到运行管理的各阶段做到准确把控。

4BIM与电力工程

4.1过程应用

与建筑业相比，电力工程具有施工现场由于生产环节多、地域分布广，现场环境各异以及工程个体间联系性强等特点，对项目的整体协调性有一定的要求。众所周知，BIM是一个由二维模型到三维模型的转变过程，也是传统施工中从被动“遇到问题，解决问题”到主动“发现问题，解决问题”的一个转变过程。诸多方面都可以和BIM结合起来，以变电站的建设为例，预埋件的安装是变电站土建施工的重点和难点，在设计时要严格把关且根据预埋件的大小和实际情况在图纸验收前做出合理、科学的设计。变电站的土建施工原则是先地下后地上，预埋件的安装是地上工程和设备的基础，其安装质量直接影响到工程美观和设备投产后的使用性能。各种预埋件和预埋管道的施工工艺都是比较复杂的，因此施工单位要对图纸要有深刻的理解，要精确的测量预埋件的中心线、高程和定位轴等数据，并且精准定位，通过BIM软件可视化并协调这些施工；比如构支架基础施工中对于复杂的钢筋节点，在模型建立后进行观察，找到钢筋的碰撞点，对钢筋的布置进行优化，也可以模拟模板支撑体系的受力状况，以确保该体系的施工安全，体现了BIM的模拟性和优化性。综上所述，应用BIM模型，可以为复杂的电力工程项目带来传统作业方式下无法比拟的便利。

4.2应用前景

作为中国第一座，也是当今世界上最先进的全地下筒形变电站——500kV静安（世博）地下变电站，该项目采用国内最深的逆作法施工，过程中面临着大件设备运输吊装风险大、高落差注绝缘油难度大、地下管线敷设复杂、交叉作业频繁、施工环境恶劣、工期紧，质量要求高等难题。但通过结合BIM辅助项目建设多维集成管理的解决方案后，不仅实现了高效的项目合作与沟通，顺利完成工程计划与建造，还很好的进行了风险预测与过程控制。可以说，BIM为设计方解决了“设计内容是如何建造”的问题；为施工方解决了“施工是否组织合理”的问题；为建设方解决了“如何去管理和控制”的问题，为今后电力工程的项目建设提供了良好的借鉴经验。

5结束语

目前，BIM理念及其实施方法在电力工程建设领域愈发受到重视，火电、风电、水电各有涉及，在土建、变电、输电等施工现场作用明显，从项目的可视化、模拟性，过程的协调性，以及贯穿始终的优化性上，都是以往所无法比拟的。相信通过以BIM、大数据、云计算、物联网、智能移动等为代表的先进技术和概念的综合应用，必将在电力工程项目上得到更为广泛的应用。

参考文献：

[1]王雪青,张康照,谢银,等.BIM模型的创建和来源选择.建筑经济.2011,(9).

[2]刘睿,胡骁强,马健,等.电力建设工程BIM建模[M].北京:中国电力出版社,2015.

[3]刘占省.BIM技术与施工项目管理.北京:中国电力出版社,2015.

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关键词：工业建筑；结构耐久性；数据分析；大数据

中图分类号：TP311.13 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0106-02

随着物联网技术的不断发展，大数据时代也随之到来，大数据处理已经成为当今各个行业领域数据处理的热点研究课题。大数据技术是一种新的技术和数据构架，以低成本、高速采集、处理和分析技术，从各种大规模的数据中提取价值，大数据技术已经被应用于建筑结构的监测数据存储，并在很大程度上提升建筑结构监测系统的整体性能[1][2]。因此，将大数据技术应用于工业建筑结构耐久性监测系统，对于结构耐久性数据管理性能的提升具有很大的帮助。

1 工业建筑结构耐久性大数据种类

不同于大规模数据，大数据具有自身鲜明的4V特征[3]：Volume（规模性）、Variety（多样性）、Velocity（高效性）和Value（价值性）。与大数据的特征类似，工业建筑结构耐久性数据也具有多样性、规模大、辨别难度高等特点。工业建筑结构耐久性数据主要包括：

（1）工业建筑结构的荷载以及工业厂房环境参数等数据；

（2）工业建筑结构内部应力的动静态响应数据；

（3）钢筋混凝土与钢结构表面形态数据；

（4）结构耐久性无线监测信号状态监测数据。

采用大数据技术对工业建筑结构耐久性数据进行存储管理，能够实现结构耐久性数据的高效存储及筛选优化，并且使得系统管理员能够对工业建筑结构耐久性数据进行实时、数字化及可视化管理。大数据应用于工业建筑结构耐久性数据的价值体系如图1所示。

在工业建筑结构耐久性无线监测系统中，大数据技术将应用于结构耐久性数据的采集、管理、分析以及后期的综合评估等各个阶段。将使得工业建筑结构耐久性无线监测系统的高效性、稳定性及可靠性等性能得以很大提升。

2 工业建筑结构耐久性大数据模型

工业建筑结构耐久性数据复杂多样，需要高性能的无线监测系统去完成结构耐久性数据的采集、筛选及存储管理等工作，应用大数据技术的工业建筑结构耐久性无线监测系统需要多服务器的协同工作。大数据技术在工业建筑结构耐久性无线监测系统中应用的模型如图2所示。

大数据应用模型中各阶段的主要工作如下：

（1）工业建筑结构耐久性数据采集、传输和存储阶段，主要依靠结构耐久性无线监测网络以及监测节点去完成主要的监测工作。此阶段工作的好坏主要取决于无线监测网络的稳定性及可靠性。

（2）结构耐久性数据筛选及预处理阶段，对无线监测网络采集的数据质量进行分类。数据质量是指能够一致地满足用户需求的程度，它是区分数据好坏的重要依据[3]。在此阶段主要是对结构耐久性数据进行清洗，保证结构耐久性数据的完整性、正确性及有效性等。

（3）数据整合与特征提取阶段的主要工作是将工业建筑结构耐久性无线监测节点采集的数据进行特征提取，将有关系的结构耐久性数据进行整合，为后期的结构耐久性状态评估做准备。

（4）采集的结构耐久性数据往往含有大量的噪声，在结构耐久性数据挖掘与知识发现阶段，主要工作是把含有噪声的结构耐久性数据转换为可用的数据信息。

（5）在结构耐久性数据可视化与应用阶段，将传统的结构耐久性数据转化为简明的图形化数据，使得工业建筑结构耐久性数据更加直观的展示。

（6）结构耐久性数据智能评估与实时交互阶段，主要工作是从工业建筑结构耐久性数据库中提取结构耐久性数据进行分析，采用智能算法进行建模预测，对工业建筑结构耐久性状态进行评估。

（7）结构耐久性数据智能管理主要是将工业建筑结构耐久性状态评估的数据信息发送到大数据云服务器进行存储管理，便于定期对工业建筑结构耐久性状态进行查询，了解工业建筑的服役状态，为工业建筑结构的维护加固提供重要的参考依据。

大数据的应用将贯穿于工业建筑结构耐久性无线监测系统的各个阶段，保证结构耐久性数据的实时性、精确性、可视化及适用性等特性，为工业建筑后期结构耐久性状态评估及运营维护提供了重要的技术支撑。

3 工业建筑结构耐久性大数据分析平台

工业建筑结构耐久性无线监测系统采集的数据主要包括工业建筑服役的环境参数、工业建筑结构应力以及位移等结构耐久性信息。许多大量的工业建筑结构耐久性数据分散于不同的数据源中，有的存储在结构耐久性数据库服务器中，有的可能存储在其他文本文件中，需要一种智能化的数据分析管理工具来解决此类问题。

将Tableau数据分析软件应用于工业建筑结构耐久性数据的分析，可以实现结构耐久性数据的可视化。数据可视化让枯燥的数据以简单友好的图表形式展现出来，是一种最为直观有效的分析方式[4]。运用Tableau可视化的功能对工业建筑结构耐久性数据进行处理，从而更好地完成对结构耐久性数据的分析工作。将Tableau智能分析平台应用于工业建筑结构耐久性数据分析的优势有以下几方面：

（1）具有实时性且高效率。通过分析平台自身的内存数据引擎，不但可以直接查询外部的工业建筑结构耐久性数据，而且可以动态地从结构耐久性数据库中提取数据，实时更新连接的结构耐久性数据，从而提高了针对工业建筑结构耐久性数据的访问和查询的效率。

（2）多种数据源连接。工业建筑结构耐久性数据类型复杂多样，往往存在于不同类型的数据库或者文件中。Tableau不仅可以与存储工业建筑结构耐久性数据的Excel、Access以及文本文件等数据源连接，而且能够对SQL、Oracle等数据库中的结构耐久性稻萁行访问、筛选及处理等操作。

（3）实现数据融合。在调用工业建筑结构耐久性数据库以及数据文件时，Tableau可以创建多种链接，将存储于多个文件中的结构耐久性数据进行融合，方便对于工业建筑结构耐久性进行全面分析评估。

（4）云端数据连接。Tableau可以实现与工业建筑结构耐久性的Web数据源以及主流的云端数据服务器（如MySQL、Cloudera Hadoop、Oracle等）进行连接。在完成对结构耐久性云端数据的分析处理后，将筛选处理后的结构耐久性信息返回存储到云端服务器，便于后期对工业建筑结构耐久性状态的分析提供重要的参考数据。

采用Tableau大数据分析工具对工业建筑结构耐久性数据进行智能化分析，将对工业建筑结构耐久性的整体分析评价提供很大的帮助。

4 结语

大数据技术逐步被应用于各行各业，将大数据技术应用于工业建筑结构耐久性监测系统具有很大优势，借助于数据可视化可以实现工业建筑结构耐久性数据的图形化，能够将结构耐久性数据清晰有效地展示给管理用户，并使得工业建筑结构耐久性无线监测系统的整体性能得以很大的提升。

参考文献

[1]张付各，孙运良，孙宗军，等.大数据时代下的桥梁检测方法[J].山西建筑， 2016（33）：159-161.

[2]吴杰，衣枚玉，张金辉，等.大数据下的结构性态监测信息管理系统设计与应用[J].湖南大学学报（自科版），2016，43（9）：76-81.

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关键词　城市轨道交通，地理信息系统，设计

0 引言

我国从1965年开始修建地铁以来，城市轨道交通建设的规模不断扩大[1]。40多年虽然已完成数量巨大的工程地质勘察及轨道项目建设，但在项目中产生出的大量规划资料、基础地质勘察资料等的城市轨道基础地理信息，相当部分处在一种分散使用、分散保管、甚至大量遗弃的状态;此外，目前对城市轨道交通基础地理信息的存储管理还是以文字、图纸、图表为主的传统管理，查阅不便，尤其在处理大量工程数据时更是难以下手。因此，必须有一套现代的信息管理系统与之配套，而地理信息系统技术的发展为此提供了一种恰当和实用的工具。

地理信息系统(GeographicalInformationSys-tem，简为GIS)是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。近年来，地理信息系统在全球得到空前迅速的发展，成为实现现代化科学管理的高新技术。它被广泛地应用到城市规划、城市地下管网管理、城市交通、社会服务等方面。GIS具有处理海量数据的存储、进行复杂的逻辑运算和数据挖掘的功能，同时也是实现空间图形显示与空间信息查询、分析的有效工具。利用GIS的数据输入、存贮、检索、显示和综合分析应用等功能[2-3]，将轨道交通基础数据的空间信息与其相关的属性信息结合，能够实现城市轨道交通基础地理信息检索、统计、分析、修改、打印等，为城市轨道交通基础地理信息提供快速、准确的现代化管理手段;此外，城市轨道交通基础数据中有大量的工程地质数据和地下管线数据，传统的数据管理很难把不同类型的数据进行三维可视化显示，亦无法对数据进行分析和处理。而地理信息系统的三维可视化功能是以适当的数据结构建立特征数学模型，采用计算机图形技术将数学描述以3D图像的形式予以表现，这样可以实现城市轨道交通基础数据管理的可视化。

1 城市轨道交通基础GIS的分析与设计

1.1 总体结构

系统利用ArcGIS的强大的地图操作功能，来实现对城市轨道交通所涉及的地层、钻孔、监测、构筑物、管线等基础地理数据的可视化管理和分析。系统由硬件、GIS软件和系统软件、数据库、接口等4部分构成，其总体结构如图1所示。

1.2 模块设计

系统要对大量的轨道交通沿线的各种空间及属性数据进行管理，同时也要实现地层数据、构筑物数据和管线数据的可视化分析。根据通用软件设计原理，系统采用模块化设计。分为专题信息管理、基础信息管理和系统维护3个子系统总共由8个模块组成，如图2所示。

1.3 系统功能

系统要求把孤立、分散的各种城市轨道交通基础数据以地理空间为纽带建立起相关关系，在此基础上开发形成基于GIS的城市轨道交通基础地理信息系统。使各种钻孔数据、轨道周边构筑物基础数据、地面地形数据、地下管线数据等形成一个有机的整体;对城市轨道交通基础信息进行检索、查询、分析;同时可以使地层信息实现三维显示;并初步形成一个可扩展的城市轨道交通基础信息数据库。系统的主要功能如下:

1)地图的操作功能。包括地图的放大、缩小和移动等操作;对各种图形要素进行分层显示的功能;此外，还可以执行图形的任意范围打印输出功能。

2)属性数据录入编辑。对所有图形的属性建立专门的属性数据库表，通过数据维护子模块完成数据的录入、编辑、修改。主要的属性数据操作对象包括轨道交通概况、钻孔基本信息、轨道项目施工信息、地层分层信息、各类地下管线信息、地面建筑物信息、构筑物基础信息、监测数据等。

3)图形输入编辑。系统数据包括空间数据和空间属性数据两种。空间数据是指二维平面数据，主要包括轨道交通及站点、地形地貌、地质构造、建筑物、钻孔、管线、构筑物基础等点、线、面状数据。这些数据以层的方式进行组织，以矢量图的形式在平面图上表现出来。系统可通过数据维护子模块对空间数据进行编辑，即进行点、线、面的添加、删除操作。

4)信息检索与查询功能。系统可以同时对空间和属性数据进行方便、灵活、准确的查询与定位。实现空间图形数据和属性数据的双向联合查询和分析，既可由图形信息查询所需的属性信息，又可根据各种的属性信息条件查询图形信息。系统设计了点击、条件、逻辑等查询方式，具有空间位置、属性、范围等多种查询检索功能。

5)信息可视化功能。系统可以将数据库中的信息以文字、地图、图片等形式加以显示，并为用户提供分层显示和各要素的选择显示等功能。系统将以点、线为基本形态，以钻孔数据为基础，选用适当的内插方法，将零散的、局部的二维地质钻孔数据构成地层信息在三维空间中显示;并重现地下空间形态和组合关系，重建三维模型，用三维图形生动地表现出来，从而实现地下复杂空间结构与关系的表达、分析和过程的三维可视化。通过三维轨道可视化显示，可以直观、生动地反映轨道及其沿线各区域的概况。

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6)空间分析功能。强大的系统分析功能是GIS的优点之一。在现有的空间数据基础上，利用缓冲分析、网络分析、叠合分析与数据挖掘技术，支持复杂空间问题的决策研究，模拟预测变化趋势等。如:以轨道线为中心，建立任意长度的缓冲区，分析出在缓冲区范围内各种管线的分布情况，显示某范围内距离轨道最近的管线或者对其进行碰撞检查等;还可以对大量长期的轨道监测数据进行综合分析，建立回归分析模型，以预测轨道沉降变化。

7)数字影像叠合。对地面影像数据进行配准后可以叠合在矢量图上，以此来增加地面可视化效果。同时也可在此基础上进行地面要素分析。

8)用户权限设置。根据需要设置两类用户:管理员、客户。用户必须使用帐号和密码才能进入系统。管理员具有全部权限，可以进行系统备份、数据录入、修改、查询、删除、打印输出等，还可以增加、删除客户;客户的基本权限有数据查询、统计和打印输出等，客户可以有一个，也可以有多个。

2 城市轨道交通基础GIS的实现

2.1 数据库处理

依据系统基本功能和数据编码等，建立基于SQLSever的数据库管理系统。数据库中数据模型对象可分为如下几类:轨道工程信息表、钻孔基本信息表、剖面地层信息表、地层基本信息表、钻孔层位信息表、构筑物基础基本信息表、构筑物基础层位表、管线基本信息表、管线层位信息表等。以此来建立图形属性数据库，并建立图形属性值与索引字段关联。由图形属性值定位数据库索引字段，以此来调用其他相关字段内容。

2.2 GIS二次开发技术

系统采用ArcGIS作为二次开发平台，调用Ar-cGIS部分优秀的功能模块，并对其进行修改、完善，具体体现在:

1)图形数据属性编辑。根据相关行业规范定义图形属性及其结构，建立与数据库的连接，提高软件的专业化水平。

2)库文件扩充。根据行业标准定义图例及各种专业符号，扩充ArcGIS的图例库、图形库，用于显示调用。

3)以缓冲区分析和叠加分析为基础进行轨道沿线构筑物基础数据和管线数据的专题分析。

2.3 城市轨道交通基础数据一体化显示

1)采用遥感图片配准、建筑物贴图和三维造型技术，实现地面景观和建筑物的立体显示。

2)根据坐标的精确定位，确定构筑物基础数据、管线数据和轨道数据的位置关系，实现地下轨道基础数据的显示。同时，可以在ArcGIS功能模块支持下，进行系统查询功能开发，实现轨道范围内各种管线和构筑物基础数据的查询、分析。

3)依据多层DEM\TIN混合算法，以钻孔数据为基础，对轨道通过的地层数据进行可视化显示。首先，确定轨道沿线区域的综合地层顺序;其次，逐层形成单个地层的构建，各个地层体是通过上下两个地质层面表示的;最后，在区域范围内，在两层面间填充颜色、纹理[4-5]。

3 应用

1) 图形显示功能。如图3为本系统主界面，显示上海轨道交通规划图。

2) 轨道、管线等基础数据查询。点击图形要素，显示图形属性信息;亦可以输入查询条件，搜索数据库信息。如图4所示。

3) 地面建筑物三维显示。将遥感图像配准后，叠加在三维环境中显示，如图5所示。

4) 地下基础数据三维显示界面，如图6所示。

4 结语

1)城市轨道交通基础地理信息系统具有开放、通用、易操作、易维护、易扩展等特点，是一个集实用性和综合性为一体的多功能信息管理系统;

2)城市轨道交通基地理信息系统的应用，可以融合各种不同来源的城市轨道交通基础数据，进而达到数据的共享;

3)三维数据模型建立及其分析功能实现了轨道沿线各类基础地理信息的可视化表达，提供了一种直观的城市轨道交通基础地理信息游览查询，促进了城市轨道交通基础数据管理的信息化;

4)初步实现的地上建筑与地下要素关联显示和分析功能，具有良好的普适性，可进一步深入开发应用;

5)在充分实现系统内在功能的基础上可以不断深入地进行数据挖掘、开发集成所需的新功能，将可大大提高城市轨道交通基础信息管理的效率与质量，使城市轨道交通基础信息管理向科学化、数字化、可视化大步迈进。

参考文献

[1]贾学天.关于地理信息系统在地铁中应用的初步设想[J].中国市政工程，2003(5):71.

[2]陈述彭，鲁学军，周成虎.地理信息系统导论[M].北京:科学出版社，1999.

[3]吴信才.地理信息系统设计与实现[M].北京:电子工业出版社，2002.

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关键词：性能化建筑设计；BIM技术；

中图分类号：TU2文献标识码： A 文章编号：

一、建筑信息模型(BIM)

BIM已包含了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能，把一个项目的生命周期内的信息整合到一个建筑模型中。运用 BIM 技术，建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量设计信息，只要将模型导入相关的能量分析软件，就可以得到相应的能量分析结果。通过相应的 BIM 应用软件，在方案设计的初期阶段就能够方便快捷地得到直观、准确的建筑能量性能反馈信息，帮助建筑师及时对方案做出分析和调整。

比如与 Ecotect 生态建筑大师设计软件相结合，将BIM 模型输入即可得出较为直观的数字化的可视分析图。可提供许多即时性分析，比如对模型的太阳辐射、热、光学、声学甚至建筑投资等综合的技术分析；与CFD 类软件结合，则可迅速分析建筑内的自然通风及对周边气流造成的影响；与Virtual Environ-ment(VE)软件结合，可以在建筑前期对建筑的光照，太阳能及温度效应进行模拟。

二、基于 BIM 技术的性能化建筑设计

被动设计是指应用自然界的阳光、风力、温湿度的自然原理，以规划、设计、环境配置的建筑手法来改善和创造舒适的室内外环境，尽量不消耗常规能源的设计方式。目的是尽量减少或者不使用常规能源供热、制冷及照明，并创造高质量的室内外环境，设计策略强调的是依据当地的气候特征进行设计，遵循建筑环境控制技术的原则，考虑建筑功能和形式的要求等。本文试图从以下几个方面讨论 BIM 在性能化建筑设计中的应用。

（一）气候特征分析

BIM技术可以将繁杂的气象数据信息以图表的可视化方式表达出来，以帮助建筑师直观地认识建筑基地所处地区的气象资料。

比如绘制出逐日的气象参数数据；确定建筑最佳朝向；利用焓湿图，分析各种被动策略的组合效果，可以调节设计参数，观察图形变化，找到适宜的被动策略。如图 1 为采用被动太阳能采暖、蓄热效应、高热容围护 + 夜间通风、自然通风、直接蒸发降温和间接蒸发降温多种被动策略措施的焓湿图。通过这种可视化的界面，建筑师就可以定性地分析出适应本地气候特征的最佳被动设计措施及其效果。

图 1 多种被动措施的焓湿图

（二）日照采光分析

在建筑设计阶段处理好建筑日照与采光是实现建筑节能的根本环节和重要措施。基地地形起伏、建筑的布局形式都会对日照和采光产生较大的影响。所以对于基地进行合理模拟分析，尤其要对场地的日照遮挡情况进行准确分析。建筑师可以根据基地状况运用Virtual Environment软件进行初期的日照时数、阴影遮挡等模拟分析，根据模拟结果合理地进行建筑总平面布局、洞口设计，从而保证建筑能在冬季最大限度地接受太阳能辐射，夏季减少太阳辐射的影响。图 2、3 所示为 Suncast 软件和 Radiance 软件对本溪黄柏峪生态小学所做的日照阴影分析和遮挡分析

图 2 日阴影分析

图 3 日照遮挡分析

（三）风环境分析

合理的自然通风不但可以使节能效果显著，而且可以改善室内的居住空气质量。建筑风环境模拟的目的就是希望对建筑物的空气流动情况进行模拟和比较，来优化建筑的空间环境，减少建筑的能耗，充分利用自然资源。利用 BIM 技术创建的虚拟建筑模型，可以通过 IFC 数据标准将其导入 CFD 软件中。通过BIM 与 CFD 技术的结合运用，建筑师可以方便、快捷地对建筑内、外环境的气流流场进行模拟分析，对建筑的风环境做出分析和评价。从而进行建筑的优化设计。

图 4 为某小区模拟室外的风场。通过可视化的结果可以看出小区内整体的风速和风向，合理调整规划布局、建筑高低错落布置等方法满足小区内适宜的风环境。

图 4 某小区风场

（四）遮阳分析

遮阳设计是在夏季炎热地区防热的主要手法。尤其在太阳能建筑设计中，根据气候条件综合考虑利用太阳能的同时，合理的遮阳设计可以大大降低空调的能耗。图 5、6 为南加州建筑学院、SOM和盖里在印度所做的一个研究性项目。用 Ecotect 软件对建筑西立面和南立面的年太阳辐射做出统计，并根据上一步计算，在立面的不同区域结合辐射值大小考虑了遮阳设施的疏密布置，在高辐射地方遮阳设置较密，低辐射地方遮阳设施较稀疏。

图 5 建筑效果图

图 6 遮阳布置

（五）场地分析

BIM可以使建筑师在设计前期时注重场地的生态环境。比如建筑师可以利用 BIM 将绿化、水体整合到一个建筑的形式和功能中去，使设计之初就能考虑到建筑对场地的生态影响。图 7 通过对场地进行热辐射分析。了解场地的热辐射情况，对场地景观设计提供量化的数据依据，在辐射较大的地区，通过配置不同的绿化植被，起到隔热、遮阳等作用。图 8 为某小区的场地热辐射分析。在小区辐射量比较大的区域内设置水体、常绿乔木、凉亭、廊架等休闲设施以利于隔热或者避开主要活动的小区广场区域，即满足了人的使用需求，也改善了小区的微气候环境。

图 7 日总曝辐射量

图 8 某小区内日均辐射总量

三、结束语

大自然的风、光、热、水等环境因素，是影响建筑性能的决定性因素，在设计阶段，引入BIM技术，能在设计过程中提供直观的性能化分析数据，完善建筑设计，改善建筑的综合性能。目前，BIM 技术已经深刻影响着建筑设计行业，其不但可以极大提高建筑设计行业的整体效率，而且还可以在建筑全生命周期内，优化设计、保证建筑设计质量。虽然，目前 BIM 技术在现实应用中还存在很多不足，比如：国内外建筑标准和规范的不同，与BIM技术相关的软件较多，一体化平台设计还有待逐步完善等。但随着计算机技术的进步，BIM 技术在建筑设计中的应用会是未来的发展趋势并逐步走向成熟。

作者简介

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关键词：BIM技术 建筑设计 信息化

中图分类号：TU2文献标识码： A

1.BIM技术概述

BIM（Building Information Model，建筑信息模型）技术，核心是通过在计算机中建立虚拟的建筑工程三维模型，同时利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（例如空间、运动行为）的状态信息。借助这个富含建筑工程信息的三维模型，建筑工程的信息集成化程度大大提高，不仅可以用于建筑设计，还可以用于结构设计、设备管理、工程量统计、成本计算、物业管理等，可以在整个建筑业中发挥作用，管理建筑生命周期的全部信息。

2.BIM技术原理

BIM技术，是一种专门面向建筑设计的基于对象的 CAD 技术，用于对建筑进行数字描述。利用 BIM 技术可以在一个电子模型中存储完整的建筑信息，这种方法被称赞为一种最新的变革。

在 BIM 应用系统中，建筑构件被对象化，数字化的对象通过编码去描述和代表真实的建筑构件。一个对象需要有一系列参数来描述其属性。这个对象的代码必须包含这些参数。参数通常是预先定义好的，或者遵守某些制定好的规则。这些参数信息就构成了建筑的属性。例如，一个墙对象是一个具有墙的所有属性的对象，不仅包括几何尺寸信息如长、宽、高，还包含了墙体材料、保温隔热性能、表面处理、墙体规格、造价等等。而在一般的 CAD 绘图软件中，墙体是通过两条平行线的二维方式来表达，线条之间没有任何关联。

3.BIM技术工作概念

正如众所周知的“虚拟建筑”或是“建筑模拟”：图形, 建筑视图, 表现, 计算与工程量清单都会自动的从3D模型中得到。具体可概括为如下几点：

1）单一文件概念:完整的建筑项目模型和其所有的文档都包括在虚拟建筑文件里面。

2）模型是由真实建筑构件组成的。

3）模型与文档相互关联。

4）自动化文件工作流程管理。

5）建筑内容(图库)。

6）建筑信息数据库与建筑构件相连。

7）额外内容(渲染, 动画, 数量计算, 清单) 。

4.BIM技术在建筑设计中的优势

4.1可视化的虚拟建筑设计体验

运用 BIM 技术，建筑师可以创造“所见所想即所得”的虚拟建筑模型。建筑师可以随时看到设计的效果，身临其境的感受建筑内部的空间效果，确认设计思路、比较各种材料、颜色及不同的体量造型是否和谐以及所创造的空间是否与环境相融。基于 BIM 技术的虚拟建筑设计极大地解放了建筑师的想象力和创造力，将建筑师从图纸中解放出来。

通过 BIM 可以将专业、抽象的二维建筑描述通俗化、三维直观化，直观生动的三维模型使得建筑师可以自由地与他人交流、沟通，使得业主等非专业人员对项目功能性的判断更为明确、高效，决策更为准确，从而使设计方案能够进行预演，方便业主和设计方进行场地分析、建筑性能预测和成本估算，对不合理或不健全的方案进行及时的更新和补充。

4.2高效智能的设计评估

运用 BIM 技术创建的虚拟建筑模型中包含着丰富的非图形数据信息，提取模型中的数据，导入分析模拟软件中，即可进行面积分析、体形系数分析、可视度分析、日照轨迹分析、建筑疏散分析、结构分析、热工性能分析、管道冲突检验、防火安全检验，以及能量分析、规范检验等。通过分析可以及时准确的反映设计方案的可靠性和可行性，给方案的合理化设计提供了准确的数据。这大大降低了性能化分析的周期，提高了设计质量，同时也使设计公司能够为业主提供更专业的技能和服务。

4.3便捷的图形文档输出与修改

只要虚拟建筑模型建立起来，无论是在任何一个设计阶段，都可以自由的生成所有相关的建筑图纸、文档、图表。平面图、立面图、剖面图、3D 视图甚至大样图，以及材料统计、面积计算、造价计算等等都从建筑模型中自动生成。不仅仅在于充分利用计算机的高速性和智能性，大大提高建筑设计的质量，还保证了图纸的准确性，减少了错误，提高了工作效率，降低了工作强度。所有图纸直接从模型中生成，所有的修改和变更都会自动反映到整个项目的全部文件中，实时更新。利用 BIM 技术，在虚拟建筑中工作，建筑师可以把大部分时间花在设计上，从繁重的绘图工作中解放出来。

4.4协同工作

随着建筑工程复杂性的不断增加，学科的交叉与合作成为建筑设计的发展趋势，这就需要协同设计。基于 BIM 技术，可以使建筑、结构、给排水、暖通空调、电气等各专业在同一个模型基础上进行工作。从而使设计信息得到及时更新和传递，提高建

筑设计的质量和效率，实现真正意义上的协同设计。此外，利用BIM技术，可以使分布在不同地理位置的不同专业的设计人员通过网络的协同展开设计工作。协同设计是在建筑业环境发生深刻变化、建筑的传统设计方式必须得到改变的背景下出现的，也是数字化建筑设计技术与快速发展的网络技术相结合的产物。

5.BIM技术在建筑设计中的应用

由于以上强大优势，BIM技术在建筑设计领域中得到了很好的应用，不只是充当画图的工具，而是已成为一种设计理念，为设计师想象力的发挥提供极大的空间。在建筑设计中，BIM 技术主要应用在以下方面：

1）场地分析：通过BIM结合地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS），对场地及拟建的建筑物空间数据进行建模，帮助项目在规划阶段评估场地的使用条件和特点，从而做出新建项目最理想的场地规划、交通流线组织关系、建筑布局等关键决策。

2）建筑策划

BIM能够帮助项目团队在建筑规划阶段，通过对空间进行分析来理解复杂空间的标准和法规，从而节省时间，提供对团队更多增值活动的可能。

3）方案论证

通过BIM来评估所设计的空间，可以获得较高的互动效应，以便从使用者和业主处获得积极的反馈。在BIM平台下，项目各方关注的焦点问题比较容易得到直观的展现并迅速达成共识，相应的需要决策的时间也会比以往减少。

4）可视化设计

BIM使得设计师不仅拥有了三维可视化的设计工具，所见即所得，使设计师能使用三维的思考方式来完成建筑设计，同时也使业主及最终用户真正摆脱了技术壁垒的限制，随时知道自己的投资能获得什么。

5）协同设计

借助BIM的技术优势，协同的范畴也从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期，需要规划、设计、施工、运营等各方的集体参与，因此具备了更广泛的意义，从而带来综合效益的大幅提升。

6）性能化分析

利用BIM技术，将建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型导入相关的性能化分析软件，就可以得到相应的分析结果，可提高设计服务质量和工作效率。

6.结语

BIM技术在建筑设计中具有强大的优势，也是未来建筑设计、施工与运营管理的必然发展趋势，并且可应用于建筑全生命期管理，提高建筑行业规划、设计、施工和运营的科学技术水平。本文仅作抛砖引玉，希望能和业内专家学者一起共同探讨BIM技术在建筑设计中更为广阔的应用和更好的发展。

参考文献：

[1]BIM技术在计算机辅助建筑设计中的应用初探.赵昂.重庆大学硕士论文.2006.5

[2]BIM 技术全寿命周期一体化应用研究. 刘占省，王泽强，张桐睿，徐瑞龙. 施工技术.2013.9.

[3] BIM和BIM相关软件.何关培.土木工程信息技术.2010.12