BIM技術在南京祿口國際機場運維階段的深入應用

趙 健 房健康 宋 揚 陳邦昌

(南京祿口國際機場二期工程指揮部，南京 211113)

BIM技術在南京祿口國際機場運維階段的深入應用

趙 健 房健康 宋 揚 陳邦昌

(南京祿口國際機場二期工程指揮部，南京 211113)

本研究嘗試將BIM技術和信息化技術應用到機場運維管理領域，探索BIM技術在大型建筑物施工階段的深入應用方法，將BIM技術和BA系統進行對接，形成了三維智能化運維管理的框架，打通了建設和運維階段的信息傳遞，實現了基于BIM技術的運營數據采集、分析和集成管理，將樓宇系統的設備監視、設備控制、人員管理、維護管理、應急管理等工作集成至統一的平臺，從而實現智慧機場的最終目標。通過在實際工程中的部署與應用，證明了該方案的可行性和實用性。

BIM；運維管理；大數據；云技術

1 項目概況

為了滿足民航業持續發展和航空業務量高速增長需求、滿足當地經濟發展的需求、滿足城市及區域綜合交通一體化的需求，更好地服務于江蘇省、南京市以及長三角西部地區社會經濟發展，提升航空運輸保障能力，南京祿口國際機場有限公司開展了二期擴建的各項工作，工程按照2020年旅客吞吐量3 000萬人次、貨郵吞吐量80萬噸的目標進行設計，其中機場工程主要建設內容為新建長3 600m、寬60m的第二跑道和滑行道系統，飛行區等級指標為4F，建設26萬m2的T2航站樓，52萬m2的停機坪及相應配套設施，滿足年處理旅客1800萬人次的規模，工程計劃2014年青奧會前投入運營。

2 研究背景

(1)智能建筑

智能建筑是用通信技術、信息技術和控制技術，按照系統工程原理將建筑物有機地結合起來，通過對建筑設備系統的自動監控和信息資源的有效管理，向使用者提供智能的綜合信息服務，使其獲得舒適、高效和便利的建筑環境。智能建筑通過對建筑物的四個基本要素，即結構、系統、服務和管理，以及它們之間的內在聯系，以最優化的設計，提供一個投資合理又擁有高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環境空間。

(2)BA系統

BA系統(Building Automation System)的全稱為樓宇自動化系統或建筑設備自動化系統，是將建筑物或建筑群內的電力、照明、空調、給排水、消防、運輸、保安、車庫管理設備或系統，以集中監視、控制和管理為目的而構成的綜合系統。設計樓宇自動化系統的主要目的在于將建筑內各種機電設備的信息進行分析、歸類、處理、判斷，采用最優化的控制手段，對各系統設備進行集中監控和管理，使各子系統設備始終處于有條不紊、協同一致和高效、有序的狀態下運行，在創造出一個高效、舒適、安全的工作環境中，降低各系統造價，盡量節省能耗和日常管理的各項費用，保證系統充分運行，從而提高了智能建筑的高水平的現代化管理和服務，使投資能得到一個良好的回報。BAS的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在現場被控設備處的微型計算機控制裝置完成被控設備的實時檢測和控制任務，克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中的不足和常規儀表控制功能單一的局限性。BA的基本功能包括：(1)自動監視并控制各種機電設備的起、停，顯示或打印當前運轉狀態；(2)自動檢測、顯示、打印各種機電設備的運行參數及其變化趨勢或歷史數據；(3)根據外界條件、環境因素、負載變化情況自動調節各種設備，使之始終運行于最佳狀態；(4)監測并及時處理各種意外、突發事件；(5)實現對大樓內各種機電設備的統一管理、協調控制；(6)能源管理：水、電、氣等的計量收費、實現能源管理自動化；(7)設備管理：包括設備檔案、設備運行報表和設備維修管理等。

BA系統中的傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。因此傳感器的種類和量程選擇、安裝位置及精度選擇正確與否都將影響我們整個系統的合理運行與正確控制。目前樓宇自控系統中常用的傳感器有如下幾種：溫度和濕度傳感器—檢測空間環境、工作介質等的溫度和濕度值；壓力/壓差傳感器、壓差開關—檢測空間環境、工作介質等的壓力值或壓力狀況；流量傳感器—檢測工作介質的瞬時流量和累計流量值；空氣質量傳感器—檢測或量化空間環境的空氣質量值或濃度值；液位傳感器—檢測水箱、水池等容器的液位情況；另外還有一些對機電設備和建筑物進行保護的傳感器，如：防凍開關、漏水傳感器等。

3 總體思路及目標

每個機場系統都涉及到照明系統、通風系統、監控系統、電梯系統、通訊系統等，這其中包含了大量的設備和管線。對于這些設備和管線是等出現了故障再處理，還是等到了維護時間或者使用期限后及時保養或者更換。任何故障都有可能影響到正常營業，甚至是引發安全事故。這些隱患如果能及時發現和避免，可以減少大量的損失。本研究以物聯網傳感器技術、信息集成技術、虛擬化云計算技術為基礎，研究上述技術在機場信息集成系統中的應用，從而實現研究智慧機場的最終目標。本研究的解決方案嘗試把原來機場系統中獨立運行并操作的各設備，通過遠程傳感等技術匯總到統一的平臺上進行管理和控制。一方面了解設備的運行狀況，另一方面進行遠程控制。給予各系統各設備空間位置信息，把原來編號或者文字表示變成三維圖形位置，這樣一方面便于查找，另一方面參看也更直觀、更形象。

4 技術路線

系統以智能信息平臺為基礎，通過優化并集成復雜龐大的BIM模型，整合各種信息和物理資源，結合物聯網傳感器技術、信息集成技術、虛擬化云計算技術，將BIM模型與BA系統集成，搭建全方位、高效的機場安防體系，實現安全、便捷、高效的機場智慧運維。

5 實現方法

BIM模型優化與整合:現有的主流BIM軟件均提供二次開發接口，通過對二次開發接口的研究能夠對軟件支持的BIM模型的數據結構有深入的理解，與單純的使用軟件相比，能夠自由地操作與優化BIM模型。因此本研究二次開發接口實現對不同體系的BIM模型優化和整合，形成沒有數據冗余、保證數據完整的多專業復合模型。智能樓宇監控BA系統采集的數據全部以數據庫的方式存儲和管理。通過對BA系統硬件提供商的調研，獲得BA系統對應的數據庫結構。在研究上述數據庫結構的基礎上，結合優化后BIM的模型，將二者進行有機映射與整合，形成中央數據庫資源。通過業主運維需求的調研，以及結合電器、暖通、給排水、動力、消防相關專業理論，研究對中央數據庫資源中的“大數據”應用模式，形成相應智能控制邏輯和算法。集成上述模塊形成基于BIM技術的數字化智能樓宇運維管理系統，在本項目中進行應用，獲得反饋信息，結合應用中遇到的問題，對系統進行升級與優化，形成一套高度符合用戶需求、健壯，并具備大數據處理能力的系統。

虛擬化云計算技術:結合電氣、暖通、給排水、動力、消防相關專業理論，研究對中央數據庫資源中的“大數據”應用模式，形成相應智能控制邏輯和算法。

6 系統架構與功能

本研究開發的機場集成化運維管理平臺如同可視化的智能圖書館，保存了建筑物豐富的信息資料，可搜索、查閱、定位、調用和管理。把原來樓宇中獨立運行并操作的各設備系統，匯總到本平臺上進行管理。

(1)系統模塊

本研究著重開發了安防系統和空調系統兩個模塊，并且為照明系統、樓控系統、電梯系統、網絡系統、廣播系統、有線電視、能源系統以及消防系統的預留了擴展接口。在安防系統模塊中，首先將航站樓內的全部攝像頭以列表的形式顯示于面板中，列表中還顯示了每個攝像頭的基本信息和位置描述，通過單擊列表中的記錄，可以選中對應的攝像頭模型，通過雙擊列表中的記錄，可以將鏡頭定位至對應的攝像頭，通過點選安防系統內不同位置的攝像頭的信號源功能鍵，可實時讀取到各攝像頭對應的影像數據，并在平臺內以視頻的形式呈現。如圖1。

在空調系統中，傳感器將記錄空調機組的實時實際功率、送風溫度、回風溫度及二氧化碳濃度等信息，智能化運維平臺自動將數據結合時間軸形成折線分析圖供空調系統管理人員使用。如圖2。

系統的管理模塊包括獨立于樓宇系統的各種通用模塊，例如設備監控、故障報修與維護、人員管理和視點管理。在運營管理中，BA系統向數據庫提供采集的動態數據，BIM完成設備與數據的定位等任務。BA系統的監控和管理工作不但能夠更加準確地進行，而且可視化程度也得到了提高，用戶能夠形象地看到BA系統監控和管理的全部過程，從而及時發現問題，并對出現的問題及時進行調整。而傳統的BA系統如果有細節問題，往往要積累到出現明顯的故障才會被運維工作人員察覺，而此時的補救措施往往代價很大。另外，本系統通過對能耗的自動監視與控制，能夠根據預先設計好的策略自動控制空調、照明等主要耗能設備的工作，從而減少能耗，并能夠對無法自動控制與修復的問題通過高亮顯示和警報音進行報警，以便維護人員能夠第一時間到達現場處理問題。系統的自動監控模塊充分體現了本研究的“綠色、智慧”的指導思想。

圖1 安防系統管理

圖2 空調系統監視

(2)故障報警與維修

本系統可以根據用戶需要，通過物聯網傳感器按2 s到24 h之間的時間間隔進行全局數據掃描，監控設備溫度和功率等數據，根據預設的策略自動控制空調、照明等主要耗能設備。同時，本系統可根據物聯網采集的數據自動發出報警和預警，如遇設備使用壽命到期、水管氣管爆裂等設備使用異常情況時可自動發出警報，并迅速鎖定故障設備所在空間位置，點選該故障設備，系統將顯示發生故障原因并生成維修單進行派發同時發送短信通知相關責任人，以便相關責任人及時到場處置。如發生火災、漏水、搶劫等突發惡性事件時可以通過本系統接收的物聯網傳感器數據迅速定位建筑內部復雜的通道和出入口，以控制災難蔓延和事態擴展。當維護人員依據維修單完成設備維護后，按照維護管理要求將本次維修記錄錄入系統歸檔，圖3所示為本系統提供的故障維修流程。

圖3 故障報警與維修流程

本系統的人員管理模塊通過建立運維工作人員的部門、專業、郵箱、手機等信息檔案，將運維人員的信息在系統中登記。對于已經在系統中登記的人員，可以對其進行信息維護、權限管理和任務分配。通過設置工作人員的權限，控制其對系統的可操作內容，權限分為禁止、查看、維護和最高權限四個等級。對于人員記錄的應用，主要在于任務單生成后，系統會自動查詢該負責人的聯系方式，并通過手機短信或電子郵件的方式通知負責人新任務的詳細信息。在人員檔案列表中，通過查看人員詳細信息，也可反向查詢與指定人員相關的所有歷史任務和工作記錄。

三維模型的最大優勢在于三維空間的定位能力，在定位了某個視點，如果能夠將視點的信息進行保存，能夠在后期運維過程中再次定位到該視點，或將視點傳遞給其他運維人員，即可以傳遞空間信息。本研究開發的運維平臺能夠將視點進行保存，便于常用構件的快速定位，并且能夠通過網絡進行共享，實現視點的網絡傳遞。

(3)導出報表

樓宇運營維護數據的積累，對于管理來說具有很大的價值。伴隨一次次的維護，一天天的運營，一次次的航班起飛，一次次的設備開啟/停機，數據也隨之創建。這是一個大數據時代，大數據可以帶來巨大的成就，前提是掌握馴服大數據的工具。大數據技術的戰略意義不在于掌握龐大的數據信息，而在于對這些含有意義的數據進行專業化處理。大數據方案很簡單，只需要整合BIM模型和各個核心系統的數據庫，并借助最常使用的工具通過豐富的3D數據可視化技術，將非結構化數據和結構化數據帶入現實生活。

圖4 機房能耗歷史數據

圖5 照明能耗歷史數據

運維階段數據隨著運營時間的增長不斷積累，有必要定期對其歷史記錄進行梳理、分析，尋找不足點，優化運維方式，以實現綠色智能化運營。智能化運維平臺提供了歷史數據瀏覽的功能，通過平臺用戶可以看到電流、電能、環境光照強度、粉塵濃度等信息的歷史數據。通過調用數據庫里的信息，我們可以方便地查詢某項數據的歷史記錄，從而進行進一步的分析，提高運維效率。本系統以物聯網系統采集的云端大數據為基礎，通過開發大數據分析應用程序，在海量數據中尋找數據規律、提取目標信息、擬合數學模型、研究樓宇在運維階段的各項能耗指標的特性和規律，分析存在的問題和隱患，也可以通過數據制定有針對性的管理方案來優化和完善現行能源管理策略，從而降低維護成本。如圖4、圖5。

7 存在問題

目前系統實現了樓控系統、安防系統和機房監控系統的部分集成，如果在本項目和其他項目中進行應用推廣，還有很多其他系統需要集成。

對每一個系統進行集成，都有兩個核心問題需要解決。一，需要對應的硬件廠商開放協議或數據庫，由于很多硬件廠商都具有自己獨特的網絡協議和數據庫結構，并且均將其視為自身的知識產權進行保護，因此獲得其網絡協議和數據庫結構都有一定的難度；二，需要進行大量的系統數據對接的二次開發工作，需要平臺的開發者對平臺提供長期的維護服務才能實現及時的系統集成。另外，對于樓宇內部的設備變化、房間功能變化、重新裝修或管線更新等改變，都需要對樓宇模型進行及時的更新和維護，這也要求專業BIM建模人員輔助運維管理人員來完成，從而造成了平臺的后續服務成本。

8 結語

本研究系統地探索了BIM技術在大型建筑物的施工階段的深入應用方法，將BIM技術和信息化技術應用到機場運維管理領域，打通了建設和運維階段的信息傳遞，實現了基于BIM技術的運營數據采集、分析和集成管理，將樓宇系統的設備監視、設備控制、人員管理、維護管理、應急管理等工集成至統一的平臺，實現了智慧機場的最終目標。

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Application of BIM Technology in the Operation of Nanjing Lukou International Airport

Zhao Jian, Fang Jiankang, Song Yang, Chen Bangchang

(ProjectHeadquartersofNanjingLukouInternationalAirport(PhaseⅡ)，Nanjing211113,China)

The technologies of BIM and informatization are applied in the operation and construction stages of airport project in this research, and the BA system is connected to BIM. The transmission of information from the construction stage to the operation stage is accomplished by establishing a 3D intelligent operation framework. The goal of smart airport is achieved by collecting, analyzing and managing data with BIM and integrating the monitoring and control of equipment, people management, maintenance management and emergency management etc. to a unified platform. The strategy proposed in this research is proved to be feasible and practical by deployment and application in the real project.

BIM; Operation Management; Big Data; Cloud Technology

趙健(1967-)，男，研究員級高級工程師，計劃處處長，美國項目管理協會注冊項目管理師，加拿大多倫多大學工程管理碩士。主要從事大型工程項目管理研究工作。

V351；TU248·6

A

1674-7461(2015)02-0050-06