智慧產(chǎn)業(yè)園區(qū)建筑運維系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

衛(wèi)慧

摘要：基于建筑信息模型進行建筑運維管理是當前研究應用的熱點之一，該文針對智慧產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)與管理的需要，在BIM模型基礎(chǔ)上，綜合運用GIS、IOT及知識圖譜等數(shù)字化技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了智慧產(chǎn)業(yè)園區(qū)建筑運維管理系統(tǒng)，提供直觀的、多終端的交互方式，實現(xiàn)數(shù)字化、集成化、精細化的園區(qū)智能管理。

關(guān)鍵詞：建筑運維;建筑信息模型;知識圖譜

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）35-0071-03

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

智慧產(chǎn)業(yè)園作為智慧城市的縮影，為產(chǎn)業(yè)集聚、轉(zhuǎn)型發(fā)展提供重要平臺，開展智慧園區(qū)建設(shè)，承擔著智慧經(jīng)濟和智慧產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的重任，將成為工業(yè)化和信息化“兩化融合”的重要載體，是智慧城市建設(shè)的核心領(lǐng)域[1]。

在數(shù)字化園區(qū)里建設(shè)中，面向園區(qū)全生命周期管理，通過“規(guī)劃-設(shè)計-建設(shè)-管理”分階段進行平臺開發(fā)和推廣，通過數(shù)字技術(shù)將基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、實景模型數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)按照地理位置在數(shù)字化園區(qū)里進行整合，提供一個持續(xù)的協(xié)同工作環(huán)境，可以使建筑群中各個參與方都可以利用這個平臺及時溝通，共享項目信息，提高管理效率，是加強對建設(shè)工作管理和提高建筑效能的關(guān)鍵性抓手[2-3]。

1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

產(chǎn)業(yè)園區(qū)智慧運維管理平臺將工程建設(shè)階段BIM+GIS信息模型作為數(shù)據(jù)傳承載體，對項目運維階段中所產(chǎn)生的運維信息進行數(shù)字化、可視化的分析與體現(xiàn)。借助于BIM理念及現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為園區(qū)運營及維護管理中樓宇運營方提供協(xié)調(diào)一致、準確可靠、集成化的項目數(shù)據(jù)信息，這些信息按照運營行業(yè)本身的規(guī)律和建筑構(gòu)件或部件存放在一起。

基于BIM+GIS+IOT的智慧園區(qū)運維管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下目標：

1） 利用前期在設(shè)計施工竣工階段的模型及信息在隱蔽工程及重要設(shè)施方面進行有效維護和精益管理;

2）充分利用三維直觀的表現(xiàn)方式在進行應急預案的規(guī)劃及處理時進行有效的科學管理;

3）經(jīng)過運維階段各種數(shù)據(jù)的不斷積累，在BIM+GIS+IOT運維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立云端專家?guī)欤浞掷弥R系統(tǒng)的力量進行高效決策，同時也節(jié)約了人力成本。

以基于BIM+GIS+IOT的產(chǎn)業(yè)園區(qū)智慧運維管理平臺總體框架如圖1所示。

其中，基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、硬件及系統(tǒng)軟件等。

數(shù)據(jù)中心層主要是加強BIM等資源的管理、開發(fā)和利用，包括各類數(shù)據(jù)資源：地理空間數(shù)據(jù)中心、建筑信息數(shù)據(jù)中心、工程管理數(shù)據(jù)中心、運營管理數(shù)據(jù)中心，使數(shù)據(jù)信息有效傳遞，實現(xiàn)電子一體化交付模式;通過各種類型數(shù)據(jù)積累進行數(shù)據(jù)分析挖掘支持決策優(yōu)化及智能反饋。

支撐層主要是為其他應用系統(tǒng)的開發(fā)提供技術(shù)支撐，通過實現(xiàn)多個應用系統(tǒng)所共有的技術(shù)性功能需求，形成完整的平臺技術(shù)框架。通過這些系統(tǒng)的建立使信息化建設(shè)從分散建設(shè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐砸惑w化、集約化為特征的整體建設(shè)模式。利用現(xiàn)實建模技術(shù)、模型管理中間件、GIS中間件、數(shù)據(jù)挖掘和報表中間件、統(tǒng)一門戶支撐和統(tǒng)一用戶和權(quán)限管理等支撐服務(wù)。

應用層包含智慧產(chǎn)業(yè)園區(qū)三維模型的建設(shè)、智慧招商、公共服務(wù)、園區(qū)運營和數(shù)據(jù)分析等方面的業(yè)務(wù)應用和管理系統(tǒng)。

2多終端交互設(shè)計

智慧運維管理平臺提供Web端/現(xiàn)場端/手機端供用戶使用。

現(xiàn)場工作人員：在產(chǎn)業(yè)園區(qū)現(xiàn)場辦公，需要進行具體的操作，對設(shè)備運行進行控制，對異常問題進行處理等。此類用戶使用現(xiàn)場端以保障工作能夠高效地進行。

項目管理層：以園區(qū)管理人、安全責任人、品質(zhì)責任人為代表，需要隨時隨地了解項目出現(xiàn)的異常問題，為滿足其移動辦公需求，宜匹配App端便于隨時隨地接收關(guān)鍵信息。

項目高級管理層及區(qū)域、集團管理人員：以集團商管、區(qū)域商管為代表，需要對項目的整體狀況進行掌握，為滿足其工作需求，可通過Web端進行項目總覽展示，幫助他們掌握項目的整體運行情況。

2.1 Web端

針對管理者用戶，本平臺通過BIM+GIS信息中心，以管理可視化、信息集成化、工作輕量化為理念，提供了各類圖表，報警匯總、環(huán)境、運維工單、人員任務(wù)、運營數(shù)據(jù)等圖表實時、動態(tài)地展示項目進展情況。使管理者能全方位了解園區(qū)的整體情況。

Web端中，BIM輕量化引擎起著重要作用。本產(chǎn)業(yè)園區(qū)智慧運維平臺的BIM輕量化引擎基于B/S架構(gòu)，在平臺中完整保留BIM文件的所有幾何信息以及構(gòu)件屬性信息，實現(xiàn)跨平臺主流瀏覽器終端免插件直接加載顯示BIM模型，并且針對BIM特性進行輕量化處理，保證在普通的筆記本電腦或移動終端上流暢顯示BIM模型，同時提供離線緩存技術(shù)，在模型再次打開時，無須重復下載，節(jié)省打開時間與加載效率。

BIM輕量化引擎支持場景中模型的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等常規(guī)操作，支持動態(tài)的添加刪除模型，選擇構(gòu)件，查看屬性，模型結(jié)構(gòu)樹、剖切、爆炸等基礎(chǔ)功能。如圖2及圖3所示。

2.2 現(xiàn)場端

對于運維人員，現(xiàn)場端能很好地反映當前商場運維運營情況，同時結(jié)合BIM模型和IOT數(shù)據(jù)的交互展示，系統(tǒng)能展示高準確性的各類數(shù)據(jù)，一旦有什么情況運維人員可以及時地做出響應，同時還能檢測設(shè)備的運行參數(shù)、報警情況等，實現(xiàn)整個運維過程中的全面感知監(jiān)管、智能處理和協(xié)同辦公。

2.3 App端

為了更好地優(yōu)化辦公質(zhì)量，通過后臺配置報警定義，對設(shè)備參數(shù)進行智能分析，從而生成報警記錄。App端在處理報警的時候， 除了可查看報警的詳情，還能夠查看到歷史報警的內(nèi)容、當前實時運行參數(shù)、報警設(shè)備的臺賬、報警設(shè)備的歷史維保等信息，幫助工作人員高效地完成報警處理工作。同時App端還能處理現(xiàn)場工作人員各類業(yè)務(wù)事宜，如巡檢填報、工單處理、交接班、考勤等一系列業(yè)務(wù)。

3基于知識圖譜的設(shè)備管理

知識圖譜（Knowledge Graph，KG） 最早起源于Google Knowledge Graph，是Google用于增強其搜索引擎功能的知識庫。知識圖譜本質(zhì)上是語義網(wǎng)絡(luò)，目的是描述客觀世界中的實體、概念、事件、屬性以及彼此間的聯(lián)系[4]。其中實體和概念指代客觀世界中的具體事物，實體與實體之間、概念之間、實體和概念的屬性以某種形式的關(guān)系被聯(lián)系在一起，在知識圖譜中以謂詞的形式體現(xiàn)出來。知識圖譜技術(shù)包括知識圖譜構(gòu)建、管理、更新以及應用，它融合了知識表示、信息檢索和抽取、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、自然語言處理以及語義網(wǎng)等交叉領(lǐng)域[5-6]。

BIM模型構(gòu)件之間存在較多的關(guān)聯(lián)，如園區(qū)、建筑、樓層、房間、構(gòu)件或設(shè)備等存在大量且復雜的關(guān)系。但若通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲相應信息，通過表之間的關(guān)聯(lián)進行查詢等操作時，效率并不高。知識圖譜及圖數(shù)據(jù)庫在這樣的關(guān)聯(lián)查詢中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。

本平臺的數(shù)據(jù)預處理工具通過IFC文件及BIM平臺插件提取BIM模型中的關(guān)系信息，形成如圖4所示的圖數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，提取設(shè)備與空間之間、設(shè)備與設(shè)備之間等關(guān)系，大大提高業(yè)務(wù)功能的性能。

對如圖5所示的水循環(huán)系統(tǒng)，如要分析某一設(shè)備所在的空間、故障影響的區(qū)域等，僅依靠三維BIM模型還是非常麻煩的。本平臺對BIM數(shù)據(jù)解析后得到的圖數(shù)據(jù)如圖6所示，根據(jù)其中一個設(shè)備可查詢得到其所在的其中一支的上下游關(guān)系如圖7所示，設(shè)備與空間、樓層的關(guān)系如圖8所示。

類似的設(shè)備，只要在BIM模型中正確關(guān)聯(lián)，本平臺均可通過數(shù)據(jù)提取工具，導入圖數(shù)據(jù)庫中，因此在設(shè)備管理可方便地實現(xiàn)對其所在區(qū)域、上下游關(guān)聯(lián)設(shè)備、故障影響范圍的查詢。

4結(jié)論

高端化、智慧化、生態(tài)化的新型園區(qū)發(fā)展模式，將成為產(chǎn)業(yè)園區(qū)轉(zhuǎn)型升級的示范和智慧園區(qū)建設(shè)的標桿。開發(fā)建設(shè)園區(qū)智慧運維平臺，可實現(xiàn)及時溝通，提高管理效率。利用植入園區(qū)的智能化傳感器感知信息進行智能處理和分析，實現(xiàn)“數(shù)字園區(qū)”與物聯(lián)網(wǎng)的融合。通過面向服務(wù)的架構(gòu)，把各類信息通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供給用戶，園區(qū)企業(yè)、員工及運營部門等各類用戶都通過網(wǎng)絡(luò)方便地獲取公共服務(wù)、園區(qū)信息、應急維護等相關(guān)服務(wù)。產(chǎn)業(yè)園智慧運維管理平臺的建設(shè)能在空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的積累上對智慧城市的發(fā)展給予基礎(chǔ)性支持。

參考文獻：

[1] 王利偉.智慧園區(qū)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)淺談[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2018（36）：79-80.

[2] 鄒宇.淺析 “GIS+BIM” 技術(shù)在智慧校園中的應用[J].智能城市，2019，5（19）：9-10.

[3] 陸澤榮，劉占省，BIM技術(shù)人才培養(yǎng)項目輔導教材編委會.BIM應用與項目管理[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[4] 陳密，朱記偉.基于知識圖譜的我國項目管理研究熱點與演進趨勢[J].工程管理學報，2016（3）：105-109.

[5] 徐增林，盛泳潘，賀麗榮，等.知識圖譜技術(shù)綜述[J].電子科技大學學報，2016，45（4）：589-606.

[6] 劉嶠，李楊，段宏，等.知識圖譜構(gòu)建技術(shù)綜述[J].計算機研究與發(fā)展，2016，53（3）：582-600.

【通聯(lián)編輯：梁書】