基于 BIM 可视化技术的智慧楼宇综合数字管理平台开发实现论文

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　　摘 要：针对传统楼宇管理在信息化建设中仍然存在“重建设,轻维护”、整体效率低、监管力度不够、缺乏有效的管理 和服务闭环体系、数据共享差、管理成本和效益不理想等问题,本文依托 BIM 技术的发展,围绕智慧楼宇主题,研究开发了 以四川省某集团公司总部楼宇智能化为重点的智慧楼宇综合数字管理平台,实现了对楼宇所辖设备进行统一监控、集中管理, 进一步完善了日常管理和服务流程等一些关键节点的数据采集和管控,形成了统一、集约、高效的信息管理系统。

　　【Abstract】：In view of the problems of traditional building management in informatization construction, such as "emphasizing construction but neglecting maintenance", low overall efficiency, insufficient supervision, poor data sharing, lack of effective management and service closed-loop system, and unsatisfactory management costs and benefits, this paper, relying on the development of BIM technology, has developed a comprehensive digital management platform for smart buildings based on the headquarters building intelligence of a group company in Sichuan Province, it has realized the unified monitoring and centralized management of the equipments under the jurisdiction of the building, further improved the data collection and control of some key nodes such as daily management and service process, and formed a unified, intensive and efficient information management system.

　　【Key words】：BIM;intelligent buiding;intelligence;integrated digital management;informatization

　　2021 年《中共四川省委关于深入推进创新驱动引 领高质量发展的决定》中指出要推进新一代信息技术与 城乡基层治理深度融合,加快建设新型智慧城市和数字 乡村,打造一批智慧楼宇、智慧小区、智慧社区。在该 政策指导下,笔者深刻认识到智慧楼宇作为智慧城市的 重要组成部分,充分运用物联网、云计算、大数据、空 间地理信息集成等新一代信息技术,针对传统楼宇管理 中存在的消防、安防等关乎人员安全、财产安全以及子系统无法形成有效联动、无法进行有效管控与追踪等问 题,结合四川省某大型集团总部楼宇所辖管理的特征, 整合楼宇服务资源, 研发了一套智慧楼宇综合数字管理平 台。其中 BIM 技术是数字信息虚拟建造技术领域的一项 重要技术,技术人员可以利用 BIM 技术的数据集成和管 理功能来存储、管理和分析数据。

　　1 建设目标

　　随着计算机通信技术与移动应用技术的发展普及,企业日常管理中服务数字化、流程化、可视化标准越来 越高,信息化建设中“重建设、轻维护”的问题依然存 在。这种模式的整体效率不高,监管力度不够,没有建 立有效的封闭式管理和服务体系,数据不能有效共享, 管理成本和效益上仍有提升的空间和潜力。主要体现在 以下几个方面 ：

　　(1)各系统信息孤岛化,数据无法共享 ;

　　(2)日常管理与服务分散,各系统流程不一 ;

　　(3)设备故障维修的周期时间、维修的成本很难进 行量化 ;

　　(4)设施设备种类繁多,无法形成成熟有效的资产 管理体系 ;

　　(5)没有采集设备运维中的数据,无法实现设备故 障的主动预警预测与提取决策支持信息。

　　针对上述问题和研究要求,为适应社会发展的趋 势,笔者有针对性地开发了以楼宇管理为重点的智慧楼 宇综合数字管理平台,实现对各个子系统的运行实施 统一控制、集中管理,更加完善运维管理流程中重要环 节、重点信息的收集与管理 [1]。

　　2 系统构架

　　BIM 技术可以为智能楼宇的综合应用提供良好的技 术支撑。利用 BIM 技术的可视化和虚拟化功能,用户 可以在智能楼宇中实现对各个子系统和相关设备的全周期监测与管理 [2]。鉴于 BIM 技术的重要性, 笔者主 要结合智慧楼宇综合数字管理平台实现问题进行研究与 分析。

　　2.1 网络拓扑

　　智慧楼宇综合数字管理平台可以通过内部网络与外 围系统通信进行互动连接,包括服务调用和数据库访问。 子系统还可以通过外联网提供对互联网资源的访问 [3]。 此外,该平台积极纳入了项目工程所有子系统的数据资 源,可直接通过内联网访问。运行环境网络结构如图 1 所示。

　　2.2 技术架构

　　平台使用 ASP.NET Core MVC API 架构,支持服务 注入,可实现分布式部署、缓存机制、安全机制等一系 列服务集成,内部采用模块化组件开发,具有灵活可拓 展性强的特点。产品研发采用主流 Bootstrp、MVC 研发 模式进行模块化研发, MVC 开发模式主要用于后端开发。 平台应用程序的集成开发环境为 Visual Studio 2022 版 本,基于 .NET Framework 4.8.包括了整个平台开发生命 周期中所需要的大部分工具,如 UML 工具、代码管控工 具、集成开发环境 (IDE) 等,代码适用于微软支持的所 有平台, 包括 Microsoft Windows、Windows Mobile、 .NET Framework、 .NET Compact Framework 等, 有利于规范项目研发流程,便于维护和后期迭代开发。

　　2.3 服务器配置

　　平台共包括服务器 3 台,分别为应用服务器、接口 服务器和数据库服务器。

　　(1)应用服务器 ：部署 IIS 服务、消息推送服务、 双机热备软件, 平台采用 WebAPI 接口实现前后台数 据交互,应用 Web 服务器部署 Web 服务,服务满足同 时多客户端访问数据处理需求,同时负责与客户端及时 通讯等任务。

　　(2) 接口服务器 ：部署的服务包括数据结构化处理服 务、任务执行服务、消息队列服务、缓存服务 ;平台通过 多种通讯协议与各楼宇智能化子系统以及业务子系统数据 交互,需要开放大量服务器端口,如 Modbus TCP/IP 协 议的 502 端口、BACnet 协议的 47808 端口、SNMP 协议 的 161 端口和 KNX 协议的 3671 端口等,因此平台采用 一台专门的接口服务器做数据对接,同时负责数据标准 化处理以及消息队列。

　　(3) 数据库服务器 ：部署数据库服务、双机热备软 件,平台与各楼宇智能化子系统以及业务子系统对接, 实时数据更新,存储数据量大,数据种类多,因此平台 采用独立数据库服务器用作数据存储,确保数据长时间 保存,稳定运行,不受其他程序干扰。

　　2.4 平台架构设计

　　根据行业标准规范体系和安全保障体系,结合本平 台特性,将总体架构设计为标准的四层,分别为 ：基础设备层、支撑平台层、智慧应用层和服务接入层。平台 包含有底层 IoT 设备、IoT 采集服务、数据服务中台、 业务服务中台、应用模块和用户层终端部分,通过统一 的平台对智慧楼宇内的设备进行自动控制和管理并对使 用用户提供信息和通信服务。实现后端 IoT 设备全站接 入,数据采集灵活配置,数据治理自动化并对数据进行 分类抽离和整合,以不同业务模块接口实现对业务层进 行接口适配,将业务通过大屏终端、Web 应用管理端 和移动终端进行分类体现,以服务方、管理方和使用方 为不同侧重,实现高效、便捷、准确的应用,以达到信 息化建设高效运行的目的。系统架构图如图 2 所示。

　　2.4.1 基础设备层

　　基础设备层以基础网络为桥梁,以 IoT 设备和智能 化系统模块为基础,实现对前端设备运行、人员感知、 运营状态进行基础支撑,通过物联网传感器以及系统化 的智能系统,实现对建筑体内设备和环境进行实时监 测,并通过有线网络、无线网络、通信线缆等多种方式 实现数据上传,并通过上层 IoT 采集服务能力将终端数 据进行实时收集。

　　2.4.2 支撑平台层

　　支撑平台层包含数据中台、服务中台和软件技术, 本平台通过数据中台实现数据存储、数据过滤、数据分 析、数据治理、数据开放和数据安全,实现对设备数 据、运维数据和日常运营数据的集中整合。以包含消息处理、微服务模块、身份验证、可视化服务和推送服务 等模块化服务为一体的服务中台为数据治理底座,形成 标准化数据接口。通过以 BIM 模型为基础,信息为辅 助的服务应用引擎使数据进行可视化呈现,并结合三维 引擎形成 BIM 应用的支撑系统。

　　2.4.3 智慧应用层

　　结合 BIM 技术的应用,将系统划分为两大应用端, 包含数字孪生客户端、系统集成客户端。其中数字孪生客 户端以大屏展示为主,结合建筑环境、室内室外和设备模 型将楼层结构和设备运行情况通过三维应用进行展示。

　　2.4.4 服务接入层

　　在 BIM 技术组合的应用下,通过不同的服务门户 和用户角色进行服务的接入,系统以大屏展示端、App 客户端、微信小程序端和 Web 应用管理端为可视化门 户,结合企业领导角色、企业职工角色、安保部角色、 工程部角色、物业部角色等,实现不同服务的接入。

        2.5 BIM 模型可视化系统设计

　　BIM 模型可视化系统通过 Revit 建模工具将大楼外 观模型和楼层模型进行基础建模,通过 3D Max 进行装 修效果贴图并轻量化处理,在智慧应用层以楼层三维模 型图标注设备位置和状态,将建筑楼层模型进行可视化 应用并结合设备实时状态实现将物理设备进行数字化应 用,轻量化处理的 BIM 模型,实现建筑模型信息和地 理模型信息同时应用 [4]。系统使用 Unity3D 作为三维 处理引擎, 打造可视化产品以及构建交互式的实时 3D 平台。BIM 模型可视化流程如图 3 所示。

　　2.6 数据库设计

　　平台数据分析采用成熟的商业智能数据仓库技术, 对各类主题分析统一建模,实现面向各营运主题的在线 联机分析(OLAP)。平台获取各个子系统的基础数据 后,在海量基础数据之上按照要求对基础数据进行分 析,提炼出对于平台使用者有价值的数据,最终这些数 据以表格、图形、地图等多样的形式对用户进行展示, 抛弃大量冗余的数据有利于用户对建筑物进行精细化的管理。数据库主要分为三个模块 ：数据采集模块、数据 处理模块、数据显示模块。

　　平台以智能建筑为基础,数据处理模块将楼宇设备 数据进行加工,包含机房设备、楼宇环境数据、楼宇能 耗数据等,数据处理模块集成各智能化系统标准通信协 议, 如 OPC、BACnet、Modbus 等, 实现楼宇设备信 息的数字化和全生命周期的信息管理,如设备运行信 息、环境信息、运维养护信息等数据库。平台为多个职 能部分提供综合多元的信息服务,每一类信息服务对本 平台有特定的数据和服务方式的要求,并将所有设备数 据进行收集从而达到统一、高效、便捷的管理应用。

　　3 开发实现

　　3.1 总功能实现

　　建立在 BIM 可视化技术上的智能建筑三维可视化 管理平台,可以对建筑的整个生命周期进行全面管理, 还可以与其他智能应用功能紧密结合,形成一个全面的 智能产业链。通过应用虚拟现实 BIM 建筑模型和建筑 设备定位功能,可以对建筑进行准确定位和精细控制 [5]。 通过将 BIM 建筑模型与其他物联网综合管理技术相结 合,对建筑各关键环节的功能进行感知、监测、分析和 整合,并在此基础上对不同需求做出相应的反应,使全 局建筑模型的运行具有集成化和轻量化的特点。

　　3.2 子系统功能实现

　　3.2.1 综合数字管理平台

　　综合数字管理平台将物理世界和虚拟世界相结合, 通过虚拟的三维可视化应用直接反应建筑体实际的运营 情况,通过数据展示、统计分析将后勤管理和物业管理 体系,支撑办公服务、资产管理和物业运维的情况进行 可视化应用,通过后勤数字服务系统和智慧楼宇管理系 统实现该平台数字孪生技术的应用。

　　后勤数字服务系统 ：以后勤服务为中心,展示访客 管理、会议管理、车辆管理、智慧食堂、办公服务、行 政资产和生活服务七类服务模块,通过历史服务数据、 实时运营数据、统计分析数据及图形化报表功能实现对 后勤服务工作的整体反馈,保障后勤服务对事前、事中、 事后的准确掌控与分析。后勤数字服务系统如图 4 所示。

　　智慧楼宇管理系统 ：以物业管理为核心,展示视频 监控、环境监控、电梯监控、门禁管理、机房环境、能 源管理、网络管理、信息发布、IT 运维等九大类楼宇 模块,结合 3D 建筑模型和 3D 设备基础信息,收集整 理楼宇基础信息、实时运行数据和历史数据。实现了对 智能建筑系统的实时监控、统计分析和可视化。智慧楼 宇管理系统如图 5 所示。

　　3.2.2 网页端管理系统

　　通过网页访问数据中台管理和业务模块管理,实现 对综合数字管理平台网页端应用的业务和数据支撑。通 过系统管理、流程管理和钱包管理实现对系统基础人员 信息、审批流程节点和消费的基础支撑。通过工单管 理、订单管理和运营驾驶舱实现对系统运营数据进行实 时展示与分析。通过访客管理、会议管理、车辆管理、 智慧楼宇、智慧食堂、资产管理、信息发布、日常服 务、网上商城和生活服务(美发、洗车、洗衣等)实现 对楼宇各个业务服务模块基础信息、过程数据、服务入 口及服务结果进行数字化管理。通过日常服务管理包含 办公用品申领、日常维护、保洁服务、绿植盐湖、送水 服务,实现日常服务申请。

　　3.2.3 移动端应用系统

　　移动端程序支持微信小程序、安卓 App 和苹果 App, 通过移动端实现申请、审批、扫码通行、扫码付款、运 维巡检、资产应用和服务预约等功能。

　　4 结语

　　智慧楼宇综合数字管理平台是应用 BIM 可视化技术 的智能建筑综合管理系统,后勤数字服务系统通过 BIM 模型可视化和集成特性的应用,实现相关数据的共享和 交互并进行集成,完成智能建筑集成系统的整体架构和 子系统建设,实现智能建筑的一体化管理合理设计。智 慧楼宇管理系统完成了 BIM 模型的重构和二次轻量化处 理, 包括 BIM 数据库的有效获取, 可以满足集成系统的 要求,实现智能建筑的高水平集成管理和高效管理。

　　综上所述,智能建筑的创建和应用的本质是为管理 者和使用者创造一个安全舒适的生活环境。通过这一部 分的发展,不难看出, BIM 技术的普及和应用,无疑为 我国的智能建筑管理系统奠定了良好的科技驱动力。

　　参考文献

　　[1] 吴忠名,梁康元,蒋剑峰,等.基于BIM的智慧楼宇系统设计与 应用[J].现代科学仪器,2021.38(1):37-41.
　　[2] 陆宁,梁坚,尤晋元.智能楼宇管理系统的设计与实现[J].上海 交通大学学报,2000(7):928-931.
　　[3] 高峻.基于BIM的智能楼宇管理系统设计与应用[J].科技创 新与应用,2021(11):112-114.
　　[4] 李德超,张瑞芝.BIM技术在数字城市三维建模中的应用研 究[J].土木建筑工程信息技术,2012.4(1):47-51.
　　[5] 李明,徐鹏.建设项目BIM技术应用驱动分析[J].建筑经济, 2020.41(6):65-68.
 
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