基于BIM模型的演出場館機電設備管理平臺

鄭輝

[摘? ? 要]以梅賽德斯-奔馳文化中心弱電智能化升級項目為例，針對首次接觸到的基于BIM+GIS的設備運維管理平臺系統，總結技術經驗。闡述了對于設備運維管理平臺系統集成技術設計方面的一點認識，對包含多系統知識的設備運維管理平臺模型設計、數據獲取、具體應用效果等做了詳細說明。

[關鍵詞]BIM+GIS設備運維管理平臺;輕量化模型;智能算法;第三方數據對接;TCP/IP

[中圖分類號]TU723.3;TM7 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–00–04

Mechanical and Electrical Equipment Management Platform

of Performance Venue Based on BIM Model

Zheng Hui

[Abstract]This paper summarizes some technical experience of the equipment operation and maintenance management platform system based on BIM + GIS， which I first came into contact with in the process of the weak current intelligent upgrading project of Mercedes Benz cultural center. This paper expounds the understanding of the system integration technology design of the equipment operation and maintenance management platform， and makes a detailed description of the model design， data acquisition and specific application effect of the equipment operation and maintenance management platform including multi system knowledge.

[Keywords]BIM + GIS equipment operation and maintenance management platform; Lightweight model; Intelligent algorithm; Third party data docking; TCP/IP

1 綜合運維管理平臺概述

1.1 項目概述

梅賽德斯—奔馳文化中心原為世博演藝中心，世博會結束后與中國館、世博軸等一軸四館成為上海世博會永久性展館，一直保留沿用。

1.2 建設目標

梅賽德斯奔馳文化中心智能化建設是一個龐大、復雜、有機的整體，應將其建立于具有統一的技術標準的網絡架構、統一的平臺之上，并建立統一的接口，將各應用系統之間密切銜接，高度共享。系統總體架構貫穿各個層次的互聯互通接口和配套的信息數據標準協議，由場館各機電設備運行管理模塊組成。以統一門戶為基礎，把各個智慧分系統集成于一體。改進現有的信息管理、交流與傳播渠道，提高場館各領域信息交流的速度與效率。

借助3D虛擬仿真技術及室內外一體化GIS地圖融合技術，實現場館綜合展示、BA管理系統、安防平臺系統（監控、門禁、停車場）、能耗管理系統（供水、供電）、位置服務可視化呈現，形成智慧場館監控、預警、診斷、分析及應用服務可視化管理的一體化平臺，打造不同維度的管理視角，并最終實現統一運維，有效提高場館機電設備的運維效率及運維水平。

1.3 建設意義

1.3.1 場景化的功能管理

傳統運維管理過程中，不同部門需要面對不同建筑管理子系統，且根據運維管理需求不同需要對各個子系統進行不同操作，對管理人員的技術水平和工作效率提出較大考驗。基于BIM+GIS的梅賽德斯—奔馳文化中心智能化管理平臺能夠根據不同部門的運維管理需求，將所有子系統信息集中到同一界面，便于信息的檢索和工作的派發，實現面向運維管理工作的場景化功能設計。

1.3.2 基礎信息全面共享

管理平臺具有建筑數據庫，實現了建筑信息的電子檔案管理，不同管理部門在運維管理過程中能夠快速查找到所需的運維管理信息，實現數據的跨部門實時共享。避免了傳統運維中檔案管理的復雜和以往跨部門資料借閱中出現的資料不及時歸還或遺失等問題。

1.4 運維管理平臺設計架構

運維管理平臺總體架構如圖1所示。

2 BIM模型的建立和處理

2.1 模型范圍

基于BIM+GIS的管理平臺整體場景展示覆蓋整個梅賽德斯—奔馳文化中心場館，可顯示整個公建區，包括所有地面建筑、地下建筑、道路等。對梅賽德斯—奔馳文化中心項目模型進行標準化、輕量化和渲染美化進行處理并預留運維管理接口，保證相應的BIM+GIS模型導入到平臺時系統仍可正常流暢運行。

2.2 模型要求

（1）建模依據為竣工圖中天花定位圖，其中點位需與圖紙中位置吻合。

（2）由于弱電模型大量重復必須建族，模型命名與弱電系統中的名稱對應。

（3）弱電模型需要與現場設備進行校核，查看位置是否準確合理。

（4）弱電點位模型交付需要分層分專業。

（5）模型體量較大，分層分區建模時，各MEP專業的立管上下層必須對正;若按系統進行建模，要求機電模型和建筑、結構、精裝模型關系正確，不能出現和事實不符的碰撞、穿插等問題，同時要求通過工作集或者設置過濾器來進行模型拆分，方便查看各專業模型。

2.3 模型精度定義

設備的技術屬性對應LOF300級別見表1。

3 BIM運維平臺智能算法應用示例

3.1 能耗預測算法

3.1.1 特征要求

歷史能耗信息需要數據質量盡可能的高（總支能夠達到平衡的狀態），不同的數據質量計算出來的精確度也不相同，以下為不同數據質量能夠達到的精確度指標（持續更新）：

以場館歷史能耗數據（每天96維能耗數據）、當天實際能耗數據為訓練輸入，運用kmeans聚類算法計算歷史一致性評分和計劃一致性評分。核心診斷運行的4個維度：①開關異常;②波動異常診斷;③能耗異常;④歷史一致性。

采用kmeans聚類算法把場館歷史能耗數據（每天96維能耗數據）進行工作日和非工作日劃分，然后分別以手肘法所得k值進行聚成k個簇，每個簇包含簇中心和簇內能耗范圍（能耗最大值和最小值經過95%置信區間篩選）;輸出簇中心、簇范圍。歷史一致性評分和計劃一致性評分邏輯如圖2所示。

3.2 空調模塊化控制算法

空調系統控制調節的目的是為了滿足建筑隨時變化的制冷、供熱需求。建筑冷、熱量需求變化的時間常數通常是幾十分鐘，甚至小時，因而空調供冷、供熱調節應該采用較長的控制步長。然而空調設備的調節動作較快，常常在幾分鐘，甚至1min以內就可以達到調節目標。如圖3、表2所示。

4 BIM運維管理平臺集成子系統數據方式

BIM運維管理平臺和現有的系統不產生沖突，而是在現有系統的基礎上提供更高層次的數據交互和場景應用，而且BIM運維管理平臺本身的功能也需要從底層的系統或傳感器獲取數據。

數據的獲取分為兩種形式，一種是從底層傳感器中直接讀取，另一種是從現有的系統中獲取。部分較為簡單的功能，如視頻監控等，從傳感器中直接讀取，這種方式較為簡單，數據交互也更為快捷;但有一些較為復雜的功能，特別是需要現場執行單元的數據，則從第三方系統中獲取，如消防應急系統、變配電系

統等。

場館目前一些大型的機電系統，都設有標準的第三方接口。如空調自控系統，采用基于支持TCP/IP或OPC協議方式的數據服務調用，提高數據調用的方便性。少數系統無數據的上傳交互接口，因此需要編寫相應的程序，對其數據庫內的數據進行調用和編譯。

4.1 系統數據的獲取方式

4.1.1 直接從傳感器獲?。ㄒ韵路Q第一類傳輸）。

系統傳感器本身有通信模塊，可以對數據進行遠傳，如風水電系統的前端機房設備。部分傳感器有國際（或行業）通用的標準傳輸協議，通過485線或無線傳輸的方式，經過現場的數據采集模塊直接上傳到遠端的服務器，由BIM運維管理平臺的數據采集程度對數據包進行解碼并寫入相應的數據庫。系統中的一些較為特殊的傳感器或沒有標準協議的傳感器，通過設備廠商提供相應的傳輸規約，由BIM運維管理平臺編寫相應的程序對數據包進行編譯。

4.1.2 提供數據傳輸服務的系統（以下稱第二類傳輸）

主要是一些版本較新的新建系統，如客流統計、車輛管理等，系統本身提供數據傳輸服務，有標準的數據調用模塊，其系統內部已經有完善的功能。這類系統通過國際（或行業）通用的數據傳輸協議，BIM運維管理平臺只要遵循其傳輸協議，對數據包進行解析即可。這類數據調用不需要通過中間的硬件系統，直接通過網絡傳輸即可，較為方便。

4.1.3 需要編寫傳輸軟件的系統（以下稱第三類傳輸）

相對于提供數據傳輸服務的系統，一些版本較早或本身沒有數據交互需求的系統，如燈光控制、變配電系統。往往不提供標準的數據接口，通過與系統供應商協商，編寫相應的傳輸軟件進行數據的傳輸。根據系統供應商自身的需求和能力，系統中采取了以下幾種方式。

（1）我方直接編寫我方直接編寫傳輸程序，從系統的數據庫中直接調用數據，然后傳輸到BIM運維管理平臺的數據庫。這種方式較為直接，但需要第三方系統供應商完全開放其系統的數據庫，并說明數據庫格式。

（2）第三方直接編寫按照我方的數據格式要求，由第三方系統供應商自行編寫數據傳輸程序，定時將數據取出后形成數據包，傳輸給遠端的BIM運維管理平臺，由數據采集模塊對數據包進行識別。運維管理平臺中接入的BA系統采取了這種方法。

（3）規定中間數據庫大多數系統我方則采取這種方法，其自身編寫相應的數據傳輸程序，將數據傳入指定的中間數據庫，中間數據庫的結構完全根據其原有的習慣，BIM運維管理平臺定期從中間數據庫進行數據讀取。這種方式的優勢是不會對第三方系統產生影響，見表3。

根據上述的數據獲取方式，第三方系統供應商或設備供應商需要提供以下資料：

（1）確認系統/設備是否具有遠傳功能。

（2）提供系統/設備的傳輸協議。

（3）確定系統/設備的傳輸方式。

（4）提供系統/設備的測試端口。

（5）需要規定中間數據庫的，約定中間數據庫相應格式。

我方取得相應的資料后，將按圖4流程實施。

5 BIM運維管理平臺對場館各系統的集成

5.1 對場館自控系統的集成

BIM運維管理平臺可以通過OPC、BacNet、ModBus等協議，讀取場館自動控制系統所有的點位數據和寫入所有可控的點位數據，從而實現對場館自動控制系統的數據采集和監控。集成后實現以下功能：

（1）完成對建筑設備運行狀態的采集和反饋控制，將所有信息轉化為可視化圖文方式推送。

（2）系統一體管理：對空調、送排風、配電、電梯、燈光照明等進行檢測，實現統一的平臺管理。

5.2 對門禁管理系統的集成

門禁系統應基于TCP/IP的網絡接口，提供出入口控制、進出記錄查詢、用戶授權、設備狀態監控等功能的開發接口。平臺能夠接受的標準通信協議包括：SDK（用戶授權）、OPC或者RS485內部協議（設備狀態監控）、ODBC（進出記錄查詢）。集成后實現以下主要功能：

（1）提供所有出入口設備的狀態。

（2）可選擇的開啟/關閉每一個出入口。

（3）可通過用戶姓名、ID等特征來檢索用戶的進出記錄。

（4）可遠程對用戶進行授權/取消授權。

（5）可實時接收出入口設備報警信息。

（6）可實時接收重點人員（黑/白名單）出現時提醒信息。

5.3 對視頻監控系統的集成

（1）視頻監控系統基于TCP/IP的網絡接口，提供攝像頭云臺控制、視頻查詢、分析等開發接口。平臺能夠接受的標準通信協議包括：SDK（錄像系統）、RS232或者RS485內部協議（矩陣或者大屏控制系統）。

（2）監控系統通過網絡與系統集成管理系統傳遞視頻圖像，數字視頻矩陣通過TCP/IP與集成系統傳遞控制信息。顯示各樓層地圖上所有的攝像機位置、并可通過軟件控制切換到指揮中心大屏上。

（3）實現視頻錄像的查詢、回放、保存、下載、抓圖和圖片瀏覽等功能。

（4）實現視頻監控報警接收，攝像機聯動功能。

（5）實現視頻畫面實時分析集成，實現人員定位，人流密度分析等功能。

5.4 對能耗管理系統的集成

運維管理平臺通過OPC、TCP、Modbus等協議，讀取能耗管理系統的所有數據，從而實現對環境監測系統的集成。集成以后可以實現以下功能：

（1）監測各設備的能耗數據。

（2）按年、季度、月統計分析能耗數據。

（3）將所有能耗數據整理成圖表的形式供管理人員參考。

（4）能查詢能耗的歷史數據。

6 運維管理平臺對接數據的存儲

6.1 子系統數據接口說明

項目系統集成基于智能化子系統建設進行，在子系統滿足測試條件的條件下，進行接口測試工作編寫接口測試報告，根據測試說明進行接口驅動的開發，開發完成并測試無誤后進行現場的接口部署工作。接口標準見表4。

6.2 系統數據存儲方式

（1）針對梅賽德斯—奔馳文化中心項目數據體量大、對接子系統多、數據需要打通等特點，采用阿里云服務器+本地服務器配合使用的數據存儲方式。

（2）本地配置要一臺服務器做數據采集用，原因是不能確保對接的子系統都有外網映射，而所有數據都傳到云平臺，會導致速度較慢。

（3）TCP/IP協議、Web服務器和瀏覽器在整個網絡上實現信息交換、綜合與共享。

6.3 系統數據備份

梅賽德斯—奔馳文化中心綜合運維管理平臺具備完善的數據備份和系統備份措施。能夠考慮到數據使用安全的需求，在滿足運維的需求同時，提供信息化技術的數據備份和系統備份措施。

（1）構建基于BIM+GIS的運維管理數據信息庫。將通過BIM+GIS的竣工模型通構建BIM+GIS數據庫，集成和存儲項目的建筑以及設備有關的所有有效信息，集成和存儲項目的建筑以及設備有關的所有信息，且保證信息的可永久追溯。

（2）通過基于BIM+GIS的數據信息庫，與設備相關的這些信息能夠方便地進行管理、修改、查詢、調用;為設備的后期維修和更換提供依據。

7 結語

本文對整個梅賽德斯-奔馳文化中心BIM+GIS設備運維管理平臺的設計做了較為系統的研究，設計成果具有一定的使用價值。為BIM+GIS設備運維管理平臺集成應用于大型多功能場館提供了一個參考，同時也為BIM+GIS設備運維管理平臺與第三方系統的數據融合提供了一種設計思路。

參考文獻

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