BIM 提升運(yùn)維管理的研究

李少偉

(上海建坤信息技術(shù)有限責(zé)任公司，上海 200000)

1 概述

運(yùn)維管理處在整個(gè)建筑行業(yè)最后的環(huán)節(jié)，但是卻是不可或缺和非常重要的階段。運(yùn)維環(huán)節(jié)持續(xù)時(shí)間最長，對(duì)建筑價(jià)值的體現(xiàn)非常重要。但是目前大多數(shù)的運(yùn)維系統(tǒng)都只停留在大量運(yùn)維數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單處理上，管理方法反復(fù)不高效，資源數(shù)據(jù)利用率低造成資源浪費(fèi)。運(yùn)維管理階段有著豐富的數(shù)據(jù)依托，各種設(shè)備，建筑，人員，輔助系統(tǒng)等產(chǎn)生的大量的有效數(shù)據(jù)和建筑從設(shè)計(jì)和施工階段積累下來的大量數(shù)據(jù)，可以為運(yùn)維系統(tǒng)提供更加豐富和高效的手段和入口。但是目前沒有比較好的手段和方法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行利用和打通。基于這些方面的原因和BIM所特有的特點(diǎn)，進(jìn)行討論和研究，將BIM作為傳統(tǒng)運(yùn)維管理的數(shù)據(jù)整合展示處理平臺(tái)。從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集到基于BIM的數(shù)據(jù)采集，將輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入BIM實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合，同時(shí)通過定位，尋路等先進(jìn)技術(shù)的研究引入BIM擴(kuò)展BIM的功能，從多個(gè)方面進(jìn)行討論和研究，使整個(gè)運(yùn)維管理更加高效。

2 討論與研究

BIM是建筑設(shè)備等所有與建筑相關(guān)的信息的系統(tǒng)集合。這樣的信息集合是可以在建筑各個(gè)生命周期中提供專業(yè)的信息參考。而傳統(tǒng)的運(yùn)維系統(tǒng)在沒有引入BIM前，數(shù)據(jù)從體量上來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有BIM中包含的信息全面，同時(shí)也只是對(duì)信息的簡(jiǎn)單收集和處理，無法進(jìn)行信息的整體連通。BIM的引入將可以自運(yùn)維的過程甚至建筑的過程中隨時(shí)的更新，修改刪除設(shè)備建筑信息，同時(shí)實(shí)時(shí)的根據(jù)新的信息構(gòu)建整個(gè)BIM信息關(guān)系網(wǎng)，相比傳統(tǒng)的運(yùn)維系統(tǒng)，BIM運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和展示做了非常好的結(jié)合，人員可以從數(shù)據(jù)快速的得到設(shè)備的可視化狀態(tài)效果，同時(shí)通過可視化的效果可以快速得到設(shè)備的或者建筑模型的相關(guān)信息。

2.1 基于BIM的數(shù)據(jù)采集方案

運(yùn)維系統(tǒng)所涉及的管理對(duì)象包括建筑本身的管理、空間管理和各類設(shè)施設(shè)備的管理。所涉及的數(shù)據(jù)種類和數(shù)量是非常繁多的。如果對(duì)這些數(shù)據(jù)都進(jìn)行簡(jiǎn)單的人工采集將耗費(fèi)非常大的工作量。面對(duì)這樣的問題，我們?cè)O(shè)計(jì)出了基于BIM的數(shù)據(jù)采集方案。該方案將在一定程度上簡(jiǎn)化人工數(shù)據(jù)采集的工作量。我們首先要了解運(yùn)維數(shù)據(jù)量龐大數(shù)據(jù)接入的途徑，將BIM三維模型引入到移動(dòng)手持設(shè)備上，同時(shí)安排物業(yè)和巡邏人員在日常的巡邏過程中，將發(fā)現(xiàn)的設(shè)備在手持設(shè)備的BIM模型中可視化的進(jìn)行簡(jiǎn)單的標(biāo)注和記錄。最后記錄后的信息將自動(dòng)通過手持設(shè)備發(fā)送到BIM運(yùn)維系統(tǒng)的后臺(tái)中，后臺(tái)服務(wù)將對(duì)設(shè)備進(jìn)行歸類處理和保存，如此完成一部分?jǐn)?shù)據(jù)的采集和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中設(shè)備的安裝情況和安裝數(shù)量的采集。同時(shí)后臺(tái)系統(tǒng)能夠手動(dòng)錄入設(shè)備的數(shù)量和種類，如此方便進(jìn)行設(shè)備安裝的情況的檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)。

這套BIM數(shù)據(jù)采集方案，其中一個(gè)問題就是體量巨大的BIM模型如何流暢的運(yùn)行在移動(dòng)設(shè)備上，BIM模型在制作過程中一層一個(gè)專業(yè)就有將近3 000萬個(gè)面，如此龐大的數(shù)據(jù)如果原封不動(dòng)的移植到移動(dòng)端，將是不現(xiàn)實(shí)的。為此專門針對(duì)BIM模型，在移動(dòng)端的展示上進(jìn)行了多重的數(shù)據(jù)優(yōu)化和處理，包括技術(shù)和非技術(shù)上的處理。將BIM模型數(shù)據(jù)進(jìn)行整合壓縮主要是在模型處理軟件中進(jìn)行合適的壓縮處理，對(duì)模型進(jìn)行多專業(yè)和多樓層的分類。同時(shí)在三維BIM模型的加載上也進(jìn)行分類加載和隱藏。

2.2 BIM和其他運(yùn)維系統(tǒng)的聯(lián)通方案

智能運(yùn)維系統(tǒng)中，設(shè)備報(bào)警自動(dòng)定位的功能是非常重要的。傳統(tǒng)的運(yùn)維系統(tǒng)無法直觀的將報(bào)警信息展現(xiàn)出來，因此通過人工和BIM數(shù)據(jù)采集等方式將所有智能報(bào)警設(shè)備的信息都接入到BIM智能運(yùn)維系統(tǒng)中。同時(shí)從后臺(tái)接入智能報(bào)警系統(tǒng)IBMS系統(tǒng)，通過WEBSOCKET技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)之間持久的鏈接和通信。WEBSOCKET是HTML5一種新的協(xié)議，它實(shí)現(xiàn)了瀏覽器與服務(wù)器全雙工通信(full-duplex)。整個(gè)架構(gòu)是智能BIM系統(tǒng)啟動(dòng)websocket server，IBMS和安防系統(tǒng)啟動(dòng) socket client，兩個(gè)系統(tǒng)通過socket連接上智能BIM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三者之間的雙向數(shù)據(jù)交互。當(dāng)IBMS監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控到有設(shè)備報(bào)警后通過后臺(tái)連通接口將報(bào)警信息，包括報(bào)警設(shè)備、報(bào)警類型和級(jí)別等傳送到智能BIM運(yùn)維系統(tǒng)中。智能BIM運(yùn)維系統(tǒng)在接到IBMS系統(tǒng)的報(bào)警信息后快速將報(bào)警位置投射到三維BIM模型中，并根據(jù)報(bào)警級(jí)別給出不同程度的動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)。運(yùn)維人員將擺脫傳統(tǒng)的確定報(bào)警來源、報(bào)警級(jí)別、報(bào)警位置等模式，通過智能BIM運(yùn)維系統(tǒng)之間可視化的，一目了然的確定設(shè)備報(bào)警的所有信息，同時(shí)做出最快的應(yīng)對(duì)措施。智能BIM運(yùn)維系統(tǒng)后臺(tái)還接入了傳統(tǒng)的安防和門禁系統(tǒng)，并將所有監(jiān)控?cái)z像頭等安防設(shè)備也集成顯示在三維BIM模型中，運(yùn)維人員可以通過BIM智能系統(tǒng)直觀的調(diào)動(dòng)距離報(bào)警最近的監(jiān)控和門禁等安防設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)三大系統(tǒng)的可視化聯(lián)動(dòng)。

2.3 快速的設(shè)備定位方案提高設(shè)備管理和報(bào)警管理的效率

在基于BIM的運(yùn)維數(shù)據(jù)采集方案中提到解決了BIM三維模型在移動(dòng)終端上的流暢顯示問題。基于此上海中心BIM運(yùn)維智能系統(tǒng)開發(fā)了一套基于移動(dòng)端的投訴保修功能。巡邏人員和普通的用戶拿著安裝了這套功能的移動(dòng)終端就可以方便快捷的將發(fā)現(xiàn)的問題上報(bào)到智能BIM運(yùn)維系統(tǒng)中。在上報(bào)問題的過程中提供基于BIM的三維定位功能，上傳的問題都將帶有三維空間信息。這些上報(bào)問題將被實(shí)時(shí)的展示在BIM三維平臺(tái)中，直觀快速方便簡(jiǎn)潔的管理每一條上報(bào)問題。整個(gè)移動(dòng)端是基于android進(jìn)行開發(fā)。同時(shí)還基于移動(dòng)端支持的NFC功能開發(fā)了NFC定位功能。在主要的設(shè)備上貼上NFC標(biāo)簽，預(yù)先寫入相關(guān)的設(shè)備信息和設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)，當(dāng)巡邏人員在需要查看這個(gè)設(shè)備的相關(guān)信息時(shí)，只要用移動(dòng)端設(shè)備輕輕一掃就能將這個(gè)設(shè)備中的相關(guān)信息加載到移動(dòng)端設(shè)備上供巡邏人員查看。選擇NFC主要是因?yàn)镹FC在短距無線通信中的特點(diǎn)。

NFC通信原理，工作在13.56 MHz頻率上，標(biāo)準(zhǔn)定義了NFC兩種通信模式，主動(dòng)和被動(dòng)通信模式。NFC國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 18092，ISO/IEC 21481涵蓋通信模式、調(diào)制與解碼、防沖突機(jī)制、幀結(jié)構(gòu)等內(nèi)容［1，2］。在近距通訊中，我們對(duì)NFC和RFID進(jìn)行了對(duì)比，兩者關(guān)系密切。NFC是一種基于RFID的無線通信技術(shù)，它和RFID在以下兩點(diǎn)相同。第一采用相同的頻率。第二NFC被動(dòng)模式的通信原理和RFID的通信原理類似，都是基于無線頻率的電磁感應(yīng)耦合原理。雖然NFC脫胎于射頻識(shí)別與無線互聯(lián)技術(shù)，但與RFID還是有區(qū)別的。NFC增加了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信功能，可以快速建立藍(lán)牙設(shè)備之間的無線通信，NFC設(shè)備彼此尋找對(duì)方進(jìn)而建立連接。RFID建立于主從關(guān)系上，以被動(dòng)的方式通過能源設(shè)備進(jìn)行讀取。NFC設(shè)備卻能被設(shè)置為主動(dòng)和被動(dòng)兩種模式，即使在設(shè)備關(guān)機(jī)的情況下仍然可以發(fā)送識(shí)別數(shù)據(jù)，也正是這一特點(diǎn)使其成為智能卡應(yīng)用的理想選擇。同時(shí)它在主動(dòng)模式下與其他的主動(dòng)或者被動(dòng)RFID設(shè)備進(jìn)行通信［3］。NFC的應(yīng)用針對(duì)移動(dòng)性的特點(diǎn)，用于識(shí)別和數(shù)據(jù)交換，而RFID的主要用途是識(shí)別。

2.4 真實(shí)可視化的培訓(xùn)體系提升運(yùn)維管理人員的管理能力

BIM智能運(yùn)維系統(tǒng)中還開通了針對(duì)物業(yè)和運(yùn)維人員的培訓(xùn)功能。整個(gè)培訓(xùn)功能基于BIM的數(shù)據(jù)整合能力和可視化效果，擺脫了傳統(tǒng)的只針對(duì)參數(shù)和圖紙進(jìn)行的枯燥和不直觀的培訓(xùn)。整個(gè)培訓(xùn)過程采用BIM三維模擬的方式進(jìn)行。培訓(xùn)人員可以直觀的看到相關(guān)設(shè)備的可視化仿真效果圖，同時(shí)可以對(duì)仿真效果圖進(jìn)行拆解，向培訓(xùn)人員清楚的展示設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和部件。同時(shí)設(shè)置模擬參數(shù)可以看到仿真設(shè)備展示不同的狀態(tài)效果。預(yù)先將主要設(shè)備進(jìn)行三維的建模，同時(shí)設(shè)置相關(guān)的物理動(dòng)畫和骨骼動(dòng)畫。將模型倒入系統(tǒng)中，整個(gè)模型構(gòu)建的過程中都是采用部件拼接的形式。主要部件上增加關(guān)節(jié)動(dòng)畫，這樣就可以根據(jù)相關(guān)參數(shù)的改變調(diào)整動(dòng)畫執(zhí)行的程度，來模擬設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。整個(gè)模擬的引擎采用unity3D進(jìn)行。它是一個(gè)游戲引擎，有非常完備的動(dòng)畫，通過它的三維渲染和動(dòng)畫功能完成設(shè)備仿真模擬運(yùn)行。

2.5 BIM為傳統(tǒng)運(yùn)維管理中的應(yīng)急預(yù)案提供可視化的高效管理

在日常的運(yùn)維管理中，運(yùn)維管理人員需要應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、事故制定應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急分析。在傳統(tǒng)的運(yùn)維管理中，應(yīng)急預(yù)案一直停留在書面和應(yīng)急文檔中，應(yīng)急預(yù)案制定的是否最優(yōu)沒有合適的方式進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)。面對(duì)突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)也比較耗時(shí)，往往影響對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)速度。預(yù)案的制定功耗也相對(duì)較高。在BIM智能運(yùn)維系統(tǒng)中，提供了預(yù)案的直接加載和模擬演示的功能。直接將應(yīng)急預(yù)案導(dǎo)入BIM智能運(yùn)維系統(tǒng)中，系統(tǒng)將加載預(yù)案，按照預(yù)案進(jìn)行可視化的模擬演示，從而給檢查和調(diào)整預(yù)案提供了依據(jù)。在BIM智能運(yùn)維系統(tǒng)中，還提供了預(yù)案的制定功能。幫助管理人員在三維可視化的界面中進(jìn)行應(yīng)急事件的直接可視化模擬展示。整個(gè)功能是基于三維空間的尋路算法，目前主要針對(duì)地圖尋徑的算法有狀態(tài)空間搜索和啟發(fā)式搜索等。傳統(tǒng)的狀態(tài)空間搜索是將搜索空間中所有可以通過的節(jié)點(diǎn)組成一張圖。其缺陷是在于總是要按照一定的方法遍歷整張圖，具有盲目性。空間較大時(shí)搜索效率下降。啟發(fā)式搜索對(duì)狀態(tài)空間搜索進(jìn)行了改進(jìn)，它主要解決了狀態(tài)空間搜索的盲目性問題。其基本思想是根據(jù)一個(gè)啟發(fā)函數(shù)選擇下個(gè)需要檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)。啟發(fā)函數(shù)總是選擇代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，使得算法在找到最優(yōu)路徑同時(shí)檢測(cè)較少的節(jié)點(diǎn)。A*算法是一種在狀態(tài)空間中進(jìn)行啟發(fā)式搜索的算法，也是BIM智能運(yùn)維系統(tǒng)采用的算法。它主要是通過檢查特定狀態(tài)的相鄰或相鄰狀態(tài)來搜索從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的最小代價(jià)路徑［5］。只要搜索空間越簡(jiǎn)單，算法的計(jì)算量越小，程序運(yùn)行也就越快。只有不斷的對(duì)三維空間進(jìn)行簡(jiǎn)化和對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化，才能完成日常模擬演示的需求。

2.6 數(shù)據(jù)連通分析實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障定位提升問題的處理能力

在整個(gè)BIM智能系統(tǒng)中，存在非常多的重要設(shè)備，即相送風(fēng)管，排水管等具有連通性的設(shè)備。在傳統(tǒng)運(yùn)維管理系統(tǒng)中無法對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行有效的管理，只能靠人工來進(jìn)行檢查。在BIM智能系統(tǒng)中引入了管線流向分析技術(shù)，可以非常方便直觀的看到整個(gè)排水管道的水流方向和判斷每個(gè)水閥出現(xiàn)問題所影響的區(qū)域和樓層。同理可以進(jìn)行反向的推導(dǎo)，可以預(yù)設(shè)某些區(qū)域供水出現(xiàn)問題的情況下，快速推導(dǎo)出可能哪些閥門出現(xiàn)問題，或者哪些閥門可以控制異常情況。并可視化清晰的給出這些閥門處在的位置，對(duì)維修和運(yùn)維人員來說非常的有用。采用圖形建模和拓?fù)浞治龅乃枷耄氩煌耐負(fù)浞治霾呗裕行У膶?shí)現(xiàn)了多分枝有回流的流體網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)識(shí)別與求解。即可以由流程圖識(shí)別拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并自動(dòng)建模與求解管路的流量壓力［6］。對(duì)爆管分析、流向分析等提供技術(shù)支撐。當(dāng)出現(xiàn)爆管時(shí)，利用管線拓?fù)湫畔ⅲ鶕?jù)爆管點(diǎn)的位置，分析并顯示出受影響的管段和地區(qū)，給出關(guān)閥方案。

3 結(jié)語

上海中心BIM智能運(yùn)維系統(tǒng)，是在傳統(tǒng)運(yùn)維系統(tǒng)上結(jié)合最新BIM技術(shù)和其他的技術(shù)進(jìn)行整合和創(chuàng)新得到的更加智能更加方便物業(yè)和運(yùn)維人員進(jìn)行日常管理的系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)中智能化的對(duì)IBMS、安防、物業(yè)等系統(tǒng)進(jìn)行了整合，使這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)得到了全新的可視化和方便的展示方式，三大系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行相互的補(bǔ)充，使得功能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。同時(shí)引入了比較流行和先進(jìn)的輔助技術(shù)使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一些更加先進(jìn)的功能，使整個(gè)系統(tǒng)更加的方便和智能。

［1］International Organization for Standardization.ISO/IEC 21481.Information technology-Telecommunications and informationexchange between systems-NearFieldCommunication Interface and Protocol-2(NFCIP-2)［S］.

［2］李云杰.新興低速近距離無線通信技術(shù)簡(jiǎn)介［J］.移動(dòng)通信，2008，32(6):12-13.

［3］智能移動(dòng)消費(fèi)技術(shù):NFC簡(jiǎn)介［Z/OL］.中國安防展覽網(wǎng)，2007.

［4］韓麗英.近距通信的應(yīng)用研究［D］.北京:北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院，2010.

［5］徐 鵬.基于啟發(fā)式搜索算法的地圖尋徑的研究［D］.北京:北京工業(yè)大學(xué)，2009.

［6］秦 導(dǎo)，王健紅.管道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ团c分析計(jì)算［J］.北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，29(2):55-56.