基于BIM的大型場(chǎng)館機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理

楊振欽 劉火生 高磊 李肇娟

【摘要】本項(xiàng)目以福州海峽奧鈴匹克體育中心為典型應(yīng)用，將BIM 技術(shù)引入到大型體育場(chǎng)館內(nèi)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)維過程中，并以此為試點(diǎn)，希望通過BIM 技術(shù)在本項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，將其逐步向其他項(xiàng)目推廣。基于BIM 技術(shù)的可視化、模擬性特點(diǎn)，為大型場(chǎng)館項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)控制及現(xiàn)場(chǎng)管理的精細(xì)化管理提供參考依據(jù)。目前項(xiàng)目的BIM 模型、機(jī)電管線邏輯關(guān)系設(shè)定已經(jīng)完成。

【關(guān)鍵詞】BIM；大型體育場(chǎng)館；機(jī)電設(shè)備；運(yùn)維

1 引言

隨著大型商業(yè)和公共建筑物的急劇增多，這些大型建筑物機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)作給運(yùn)維管

理帶來新的要求，因?yàn)闄C(jī)電設(shè)備故障是無法避免的事實(shí)，一旦發(fā)生機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)問題，如何快速確定故障點(diǎn)，如何在最短時(shí)間內(nèi)修復(fù)故障，如何在修復(fù)過程中把故障帶來的影響降到最低，如何對(duì)維護(hù)維修人員進(jìn)行緊急情況下的模擬演練，當(dāng)遇到緊急情況下能快速、安全地處理事故，是大型商業(yè)和公共建筑物機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理需要解決的問題。

基于BIM 技術(shù)的機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理，有以下優(yōu)勢(shì)：

1） BIM 的可視化非常直觀，可極大地降低普通保養(yǎng)維修人員對(duì)于各類機(jī)電系統(tǒng)的理解的難道，幾乎可以不用查閱專業(yè)的圖紙就可以直觀判斷機(jī)電系統(tǒng)的位置和關(guān)系，降低物業(yè)管理的成本；

2） BIM 的竣工模型可以做到比較接近現(xiàn)實(shí)，除了已經(jīng)包含了設(shè)計(jì)、施工以及建設(shè)過程的變更等信息外，同時(shí)再補(bǔ)充和持續(xù)更新運(yùn)維管理所需的信息，為今后物業(yè)持續(xù)的運(yùn)維管理提供豐富的數(shù)據(jù)查詢和利用；

3） 利用BIM 的機(jī)電管線上下游關(guān)系，快速定位故障點(diǎn)的控制設(shè)備，極大地提高應(yīng)急響應(yīng)的速度，提供物業(yè)管理的質(zhì)量和客戶滿意度。

2 實(shí)現(xiàn)原理

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)基于三層架構(gòu)原則，如圖1所示。三維顯示前端將借助NavisWorks強(qiáng)大的3D可視化仿真功能力，再通過其自身提供的API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）與邏輯層的邏輯接口相連接，對(duì)其進(jìn)行各類的圖形顯示控制和圖形數(shù)據(jù)讀取。在此基礎(chǔ)上，與后臺(tái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有規(guī)則的數(shù)據(jù)交互，結(jié)合不同環(huán)境的需求，可定制出各種邏輯業(yè)務(wù)控制，數(shù)據(jù)安全校驗(yàn)，數(shù)據(jù)存取，可視化數(shù)據(jù)交互效果等等，從而到達(dá)高效快捷的BIM數(shù)據(jù)操作。

（1）系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

Autodesk Navisworks是一款用于分析、虛擬漫游及仿真和數(shù)據(jù)整合的全面校審和三維數(shù)據(jù)協(xié)同解決方案。其強(qiáng)大的模型整合能力可以快速地將多種軟件產(chǎn)生的三維模型整合成一個(gè)完整的模型，以進(jìn)行后續(xù)的虛擬漫游，碰撞檢測(cè)，4D施工模擬，渲染，動(dòng)畫制作和數(shù)據(jù)發(fā)布。該解決方案支持所有項(xiàng)目相關(guān)方可靠地整合、分享和審閱詳細(xì)的三維設(shè)計(jì)模型，在建筑信息模型（BIM）工作流中處于核心地位。BIM的意義在于，在設(shè)計(jì)與建造階段及之后，創(chuàng)建并使用與建筑項(xiàng)目有關(guān)的相互一致且可計(jì)算的信息。

SQL Server數(shù)據(jù)庫引擎是用于存儲(chǔ)、處理和保護(hù)數(shù)據(jù)的核心服務(wù)。利用數(shù)據(jù)庫引擎可控制訪問權(quán)限并快速處理事務(wù)，從而滿足企業(yè)內(nèi)要求極高而且需要處理大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用需要。，具有使用方便可伸縮性好與相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點(diǎn)，與WINDOWS操作系統(tǒng)機(jī)密結(jié)合。

.NET是微軟的新一代技術(shù)平臺(tái)，為敏捷商務(wù)構(gòu)建互聯(lián)互通的應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是基于標(biāo)準(zhǔn)的，聯(lián)通的，適應(yīng)變化的，穩(wěn)定的和高性能的。從技術(shù)的角度，一個(gè).NET應(yīng)用是一個(gè)運(yùn)行于.NET Framework之上的應(yīng)用程序。（更精確的說，一個(gè).NET應(yīng)用是一個(gè)使用.NET Framework類庫來編寫，并運(yùn)行于公共語言運(yùn)行時(shí) Common Language Runtime之上的應(yīng)用程序。）.NET是基于Windows操作系統(tǒng)運(yùn)行的操作平臺(tái)，應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的分布式。

2.3配置要求；

系統(tǒng)：Windows 7 64bit

軟件：MicroSoft SQL Server 2008 ， Autodesk NavisWorks Manage 2014

CPU： Intel i7 3.0GHz或AMD Athlon X4 955或更高

內(nèi)存：16GB

硬盤：12GB可用空間

顯卡：Nvidia 260GTX 896MB或ATI 5770 1GB或更高

顯示器：1920 X 1080 VGA顯示器 X2

3系統(tǒng)實(shí)施

3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

3.1.1項(xiàng)目

項(xiàng)目信息是描述項(xiàng)目所在位置和項(xiàng)目基本概況，其中包括：項(xiàng)目位置：所屬省、市；項(xiàng)目名稱；項(xiàng)目信息：項(xiàng)目類型、面積、層數(shù)、結(jié)構(gòu)形式

3.1.2空間

空間對(duì)象在BIM信息里是重要的研究對(duì)象。空間是一個(gè)抽象概念，他表示對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次的定義（園區(qū)->建筑->樓層->房間），不表示特定區(qū)域，在空間管理系統(tǒng)里，按特定的規(guī)則對(duì)空間區(qū)域進(jìn)行指定劃分。對(duì)后臺(tái)管理用戶，空間也表示一定的邏輯關(guān)系，數(shù)據(jù)錄入用戶會(huì)根據(jù)給定的空間區(qū)分規(guī)則添加錄。從范圍大小的依次排列應(yīng)該是園區(qū)包含建筑，建筑包含樓層，樓層包含房間。房間是空間里的最小單位

3.1.3設(shè)備

設(shè)備是對(duì)系統(tǒng)模型每一個(gè)對(duì)象的描述，可以是單個(gè)元素，也可以表示一類元素。指定用戶在系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)候一個(gè)具體的對(duì)象。在設(shè)備應(yīng)急維護(hù)管理系統(tǒng)里，不同的設(shè)備之間有不一樣的邏輯關(guān)系，所以設(shè)備還表示關(guān)系屬性的載體。

3.1.4用戶

用戶主要是對(duì)軟件操作使用者，分有不同角色，不同的角色所對(duì)應(yīng)的權(quán)限也不同，普通用戶可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行查找、瀏覽操作；數(shù)據(jù)錄入用戶主要是對(duì)設(shè)備信息屬性的錄入，有讀寫權(quán)限；后臺(tái)管理用戶具有最高權(quán)限，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行讀寫、及角色名稱、密碼的修改操作。

3.1.5文檔

文檔包括有對(duì)設(shè)備屬性介紹、維護(hù)記錄，用戶可以手工錄入添加的數(shù)據(jù)，也可以單獨(dú)上傳附件（文檔、手冊(cè)、說明書、圖紙）。便于對(duì)設(shè)備的查詢、維護(hù)管理。另一方面與BIM信息模型交互，管理員用戶可以對(duì)照?qǐng)D紙檢查模型相互協(xié)調(diào)。

3.1.6模型

建筑信息模型（Building Information Modeling），以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。在我們的系統(tǒng)里，也可理解為所有設(shè)備對(duì)象的集合。

3.2系統(tǒng)特點(diǎn)

3.2.1實(shí)時(shí)漫游

用戶可以在真實(shí)比例的三維場(chǎng)景中實(shí)時(shí)漫游，方向角度完全自由掌握，這種仿真漫游能讓用戶置身其中，更直觀更方便地觀察相應(yīng)設(shè)施。

（2）實(shí)時(shí)漫游 （3）實(shí)時(shí)漫游

3.2.2應(yīng)急指導(dǎo)

設(shè)備關(guān)系查詢是查詢當(dāng)前設(shè)備記錄的直屬上游設(shè)備信息，他們是具有直接直屬關(guān)系的設(shè)備記錄。好比水龍頭跟閥門的關(guān)系一樣，如果當(dāng)前設(shè)備為水龍頭，那么控制它開關(guān)的閥門就是其上游設(shè)備。控制水龍頭的閥門可能不止一個(gè)，而且不是每一個(gè)設(shè)備記錄都會(huì)存在這種邏輯關(guān)系樹，這也要根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況而定。

在設(shè)備查詢列表選擇一條設(shè)備記錄，上游設(shè)備列表顯示的就是當(dāng)前設(shè)備的上游設(shè)備屬性信息（包括設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱）

（4）設(shè)備信息 （5）設(shè)備信息

3.2.3快速空間定位

合理的空間結(jié)構(gòu)能讓用戶快讀找到需要定位的空間，確定需要查詢?cè)O(shè)備的最小范圍（具體到該設(shè)備所屬區(qū)域、樓層、房間）在圖形區(qū)窗口會(huì)跳轉(zhuǎn)到該房間視點(diǎn)。

（6）空間定位

3.2.4快捷的設(shè)備查詢

通過豐富多變的查詢組合，只需通過幾步簡單的操作，便能得到需要查詢的各類結(jié)果。如此強(qiáng)大的查詢系統(tǒng)，在信息管理中起到非常重要的作用。系統(tǒng)根據(jù)輸入設(shè)備查詢列表屬性包含的關(guān)鍵字，設(shè)備屬性列表會(huì)自動(dòng)匹配相關(guān)設(shè)備信息記錄，給予黃色光亮顯示。根據(jù)列表顯示的設(shè)備記錄選擇用戶需要的設(shè)備信息。

（7）數(shù)據(jù)分組 （8）設(shè)備查詢

如果列表記錄不能滿足用戶條件需求，用戶還可以根據(jù)條件選擇查詢，（設(shè)備類型、設(shè)備名稱、所屬園區(qū)、所屬建筑、所屬樓層、所屬房間）進(jìn)一步縮小范圍，選擇查詢滿足要求的記錄。

（9）按條件設(shè)備查詢

3.2.5設(shè)備維護(hù)記錄

可為每一設(shè)備單獨(dú)添加其維護(hù)記錄，有需要時(shí)便可快捷地查找到相關(guān)信息。根據(jù)條件選擇維護(hù)記錄查詢。可以查詢?nèi)烤S護(hù)記錄、已過期、或者按天、周、月，也可以指定日期、指定范圍、指定時(shí)間段內(nèi)選擇過濾。

（10）維護(hù)記錄查詢 （11）維護(hù)記錄詳細(xì)信息

3.2.6改善設(shè)備資料的存儲(chǔ)方式

每個(gè)設(shè)備都可以攜帶著屬于自身的電子文檔，在實(shí)際操作中將統(tǒng)一稱為附件。這些附件可以是說明書、相關(guān)證件、相關(guān)記錄、程序等等，都能以附件形式上傳到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行保存。以便日后更好管理和查看。采用附件存放方式，將更妥善更合理地管理電子文檔。

（12）信息信息 （13）文檔存儲(chǔ)

3.2.7用戶權(quán)限管理

開啟驗(yàn)證登錄機(jī)制，以防無關(guān)人員進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行操作。通過賬戶權(quán)限管理，可對(duì)相關(guān)人員的操作權(quán)限按等級(jí)進(jìn)行劃分，只有擁有修改權(quán)的人員才能修改系統(tǒng)、設(shè)備等信息，保障系統(tǒng)資料的安全性。

（14）用戶權(quán)限

總結(jié)

基于BIM 的機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)從軟件實(shí)現(xiàn)的角度，在目前軟硬件條件下，其中比較關(guān)鍵的是大型復(fù)雜項(xiàng)目三維BIM 模型的圖形顯示技術(shù)和機(jī)電設(shè)備管線上下游邏輯關(guān)系建立和檢索兩項(xiàng)技術(shù)，由于要處理的BIM 模型信息量巨大，而目前軟硬件的性能有限，我們選擇了目前技術(shù)比較成熟的Autodesk NavisWorks作為BIM 圖形平臺(tái)，在大型BIM 模型顯示、實(shí)時(shí)漫游瀏覽的性能方面達(dá)到了較好的性能。在處理機(jī)電設(shè)備管線上下游邏輯關(guān)系的關(guān)鍵技術(shù)上，自定義了機(jī)電設(shè)備管線零件的邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)格式，并獨(dú)立于BIM 模型映射Microsoft SQL Sever 數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)高效的上下游檢索，通過映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)BIM 模型與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，較好地解決了BIM 模型數(shù)據(jù)與機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理數(shù)據(jù)的融合，嘗試基于BIM的機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的其中一種途徑。

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