基于GIS+BIM的公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用*

王旭 段喆 鐘煒

(1.天津理工大學(xué)管理學(xué)院，天津 300384；2.天津生態(tài)城國有資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司，天津 300467)

0 引言

隨著“數(shù)字中國”“智慧建造”等國家戰(zhàn)略的推進(jìn)，數(shù)字化工程項(xiàng)目建造和治理模式創(chuàng)新正逐漸成為工程項(xiàng)目建設(shè)管理的重要內(nèi)容。截至目前，我國已有超過500個(gè)城市提出建設(shè)“智慧城市”“城市大腦”等信息化項(xiàng)目[1]。通過BIM技術(shù)輔助工程項(xiàng)目建設(shè)，不僅能夠保證工程建設(shè)的質(zhì)量與工期，而且能夠滿足精細(xì)化與智能化建造的要求。但是，在項(xiàng)目交付后的運(yùn)維階段，使用單位僅依靠BIM模型數(shù)據(jù)無法對(duì)工程項(xiàng)目資產(chǎn)進(jìn)行精細(xì)化管理，難以保證資產(chǎn)安全、提升資產(chǎn)管理水平。

基于此，本文采用GIS+BIM融合技術(shù)，將GIS數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行多源集成，基于GIS+BIM搭建公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧城市公共建筑固定資產(chǎn)的有效管理，加強(qiáng)對(duì)公共建筑的智慧化管控。

1 GIS與BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng)(GIS)借助傾斜攝影技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)地理空間信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和管理，能夠顯示地球表面部分空間的三維實(shí)景模型和數(shù)據(jù)信息[2]。GIS技術(shù)的主要應(yīng)用價(jià)值包括數(shù)據(jù)管理、資源分析、信息支撐以及協(xié)同管控。應(yīng)用GIS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)建筑三維模型與信息數(shù)據(jù)的可視化集成，但缺點(diǎn)是模型精度不夠，很難達(dá)到精細(xì)化管理的要求。

1.2 BIM技術(shù)

建筑信息模型(BIM)通過集成并整合各參與方的項(xiàng)目信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的全過程數(shù)字化管理和智能化管控[3]，并以此進(jìn)行三維模型數(shù)據(jù)的反饋與工程項(xiàng)目管理的指導(dǎo)。BIM技術(shù)可以從根本上解決設(shè)計(jì)單位、業(yè)主單位、施工單位、監(jiān)理單位之間存在的信息孤島和溝通不暢等問題，對(duì)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度及成本等目標(biāo)具有重要作用。但是，BIM技術(shù)也存在一定的不足：①無法實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)景建模及快速加載；②無法解決某一區(qū)域內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目的協(xié)作問題[4]。

1.3 GIS技術(shù)與BIM技術(shù)相融合

智慧城市建設(shè)需要多種技術(shù)相融合，如GIS技術(shù)和BIM技術(shù)的融合。GIS可為項(xiàng)目提供外部的地理數(shù)據(jù)，BIM可為項(xiàng)目提供內(nèi)部的模型數(shù)據(jù)。依據(jù)CityGML與IFC標(biāo)準(zhǔn)，GIS與BIM有以下三種融合方式：基于數(shù)據(jù)格式的融合、基于標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的融合、基于本體的融合[5]。

本研究通過數(shù)據(jù)交換插件，將BIM模型在GIS中的坐標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成BIM坐標(biāo)與GIS球面坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)決策等，不僅實(shí)現(xiàn)了地理信息系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，而且提升了建筑信息模型的應(yīng)用價(jià)值。公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)思路如圖1所示。

圖1 公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)思路

2 公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理需求

基于建設(shè)工程項(xiàng)目智慧化建造的要求，在實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程項(xiàng)目數(shù)字化、信息化的同時(shí)，提高公共建筑資產(chǎn)管理的數(shù)字化水平。將傾斜攝影數(shù)據(jù)與公共建筑的三維模型數(shù)據(jù)集成，研發(fā)基于GIS+BIM的公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)，提升智慧城市建設(shè)的信息可視化應(yīng)用能力、公共建筑資產(chǎn)精細(xì)化管理能力以及城市建設(shè)決策輔助能力。

2.1 數(shù)據(jù)集成

結(jié)合數(shù)字化場(chǎng)景要求，以BIM模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，導(dǎo)入公共建筑的資產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、備件數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、保養(yǎng)數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)及巡檢數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)一管理，為后期的運(yùn)維管理提供支撐。同時(shí)，依據(jù)資產(chǎn)數(shù)字化管理要求，打造信息共享、多方合作、協(xié)同管理的數(shù)字孿生平臺(tái)[6]。

2.2 智能算法

在資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備的日常運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)、人工智能等方式提取和分析數(shù)據(jù)信息，形成知識(shí)庫。利用日常運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)設(shè)備未來狀態(tài)，例如，維護(hù)人員可依據(jù)設(shè)備狀態(tài)指數(shù)提前采取相應(yīng)的維護(hù)措施并確定設(shè)備維護(hù)的先后次序，以延長設(shè)備使用壽命，充分發(fā)揮國有資產(chǎn)價(jià)值。

2.3 場(chǎng)景應(yīng)用

依托BIM+GIS技術(shù)，借助大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)，通過驗(yàn)證不同的數(shù)字化場(chǎng)景，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范和要求。圍繞環(huán)境、建設(shè)、移交、運(yùn)維等維度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、校驗(yàn)、清洗、存儲(chǔ)、集成、共享、分析，將低價(jià)值的數(shù)據(jù)整合為高價(jià)值的數(shù)據(jù)資產(chǎn)[7]，促進(jìn)項(xiàng)目的運(yùn)維管理由“維護(hù)經(jīng)驗(yàn)”向“數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)”轉(zhuǎn)型，為管理決策提供數(shù)據(jù)支撐。

3 公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)建設(shè)

3.1 平臺(tái)功能

(1)數(shù)據(jù)承載。增加硬件設(shè)備配置，在提高性能的同時(shí)對(duì)模型進(jìn)行輕量化處理，滿足平臺(tái)秒級(jí)加載的要求。

(2)數(shù)據(jù)兼容。具備多種數(shù)據(jù)格式(BIM模型、CAD圖樣、文檔表格等)，兼容dae、osgb、gltf等數(shù)據(jù)格式。

(3)數(shù)據(jù)應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)多行業(yè)(電力、市政、交通、民防等)全過程管理，實(shí)現(xiàn)智慧城區(qū)內(nèi)公共建筑的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與數(shù)字城市的同步規(guī)劃與建設(shè)，打造數(shù)字孿生城市。

3.2 平臺(tái)架構(gòu)

公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上搭建數(shù)據(jù)接口服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的資產(chǎn)管理監(jiān)測(cè)和評(píng)估，為城市管理發(fā)展提供決策服務(wù)。公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)架構(gòu)

3.3 平臺(tái)特點(diǎn)

(1)相較于單一的BIM模型，該平臺(tái)集成了公共建筑的地理信息模型，包括更加多樣、完善的數(shù)據(jù)，切實(shí)體現(xiàn)了公共建筑的真實(shí)信息。

(2)支持多種數(shù)據(jù)的融合，如GIS數(shù)據(jù)與BIM數(shù)據(jù)的集成、BIM數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的集成等。

(3)采用“模型+數(shù)據(jù)+服務(wù)”的工作流，以數(shù)據(jù)流為核心，實(shí)現(xiàn)公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理。

4 公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)應(yīng)用

以天津市某智慧城區(qū)公共建筑資產(chǎn)管理為例。該城區(qū)包含眾多公共建筑(學(xué)校、醫(yī)院、消防站等)及相應(yīng)資產(chǎn)。通過構(gòu)建公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)，旨在提高公共建筑資產(chǎn)運(yùn)維管理的智能化程度。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了BIM模型數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的集成與展示，并具有公共建筑資產(chǎn)管理、設(shè)備管理、備件管理等功能。

4.1 模型瀏覽

以智慧城區(qū)GIS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將傾斜攝影數(shù)據(jù)與輕量化后的公共建筑BIM模型相融合，并導(dǎo)入資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁端分模型、分專業(yè)查看構(gòu)件。此外，模型中的每個(gè)構(gòu)件都關(guān)聯(lián)構(gòu)件信息、構(gòu)件屬性、設(shè)備信息、設(shè)備屬性、設(shè)備二維碼以及相關(guān)的文檔信息。BIM模型瀏覽界面如圖3所示。

圖3 BIM模型瀏覽界面

4.2 資產(chǎn)管理

在各個(gè)公共建筑項(xiàng)目交付后，依據(jù)建設(shè)單位提交的項(xiàng)目基本信息和資產(chǎn)明細(xì)表，將基礎(chǔ)信息錄入平臺(tái)，對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行初次盤點(diǎn)，并對(duì)各項(xiàng)資產(chǎn)設(shè)備張貼條形碼，最后形成資產(chǎn)臺(tái)賬。為了有效掌握國有資產(chǎn)的使用情況，最大限度地維護(hù)國有資產(chǎn)使用權(quán)益，在每年年末需要對(duì)固定資產(chǎn)進(jìn)行再次盤點(diǎn)，盤點(diǎn)記錄均可在該平臺(tái)查看和下載。

4.3 設(shè)備管理

將智慧城區(qū)內(nèi)公共建筑設(shè)備模型數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)接口進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并補(bǔ)充設(shè)備位置和設(shè)備分類等相關(guān)信息，便于利用關(guān)鍵詞搜索設(shè)備構(gòu)件。通過可視化的方式展示設(shè)備日常運(yùn)行狀態(tài)，提高設(shè)備管理的智能化水平。設(shè)備管理界面如圖4所示。

圖4 設(shè)備管理界面

4.4 備品/備件管理

為了保證公共建筑的正常運(yùn)營，需要提前準(zhǔn)備所需的零配件、器具、工具等。將備品/備件的名稱、編碼、規(guī)格型號(hào)、類型、生產(chǎn)廠家、供應(yīng)商、參考價(jià)、庫存上限、庫存下限、總庫存等數(shù)據(jù)錄入該平臺(tái)，建立備品/備件管理臺(tái)賬，便于隨時(shí)掌握備品/備件使用情況。

4.5 設(shè)備維修

在傳統(tǒng)管理模式下，設(shè)備維修流程煩瑣。借助該平臺(tái)，設(shè)備使用人員可以在手機(jī)APP端拍照上傳故障設(shè)備，直接通知相應(yīng)的維護(hù)人員。設(shè)備故障維修后再拍照回傳，在平臺(tái)中生成完整的維修記錄。通過維修流程的改進(jìn)，不僅保證了維修結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且提高了維修效率。

4.6 設(shè)備保養(yǎng)

設(shè)備保養(yǎng)是指對(duì)設(shè)備使用前和使用后的養(yǎng)護(hù)。在完成設(shè)備保養(yǎng)后，設(shè)備保養(yǎng)人員可以在平臺(tái)中對(duì)當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并同步記錄設(shè)備保養(yǎng)結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)指數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備使用壽命的預(yù)測(cè)，以提升資產(chǎn)使用價(jià)值，延長設(shè)備使用壽命。

4.7 設(shè)備巡檢

通過資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)不定時(shí)地派發(fā)巡檢任務(wù)，同時(shí)下發(fā)至維護(hù)人員的手機(jī)端，便于維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備巡查。一方面，可以掌握設(shè)備運(yùn)行狀況以及周圍環(huán)境的變化，有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患及安全問題；另一方面，能夠提升資產(chǎn)管理的數(shù)字化水平。

5 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和人工智能技術(shù)的廣泛運(yùn)用，資產(chǎn)數(shù)字化管理已成為公共建筑運(yùn)維管理的必然選擇。本文基于GIS+BIM融合技術(shù)，構(gòu)建公共建筑資產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)。通過該平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了GIS數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的全面整合，提升了資產(chǎn)數(shù)字化管理水平。今后，應(yīng)充分發(fā)揮工程信息海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場(chǎng)景的優(yōu)勢(shì)，以數(shù)字孿生為應(yīng)用向?qū)В詳?shù)字化管理平臺(tái)為依托，以先進(jìn)的GIS、BIM、AI、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)字化、資產(chǎn)數(shù)字化的管理目標(biāo)，完善數(shù)字化資產(chǎn)管理體系，助力智慧城市建設(shè)。