基于GIS的大型公共建筑輕量級運維管理平臺研發(fā)與應(yīng)用

文 橋，張建平，向雪松，石 濤，胡振中3,

基于GIS的大型公共建筑輕量級運維管理平臺研發(fā)與應(yīng)用

文 橋1，張建平1，向雪松2，石 濤2，胡振中3,1

(1. 清華大學(xué)土木工程系，北京 100084；2. 昆明長水國際機場，云南 昆明 650211；3. 清華大學(xué)深圳研究生院，廣東 深圳 518055)

大型公共建筑在商業(yè)、辦公、旅游、科教文衛(wèi)、通訊和交通等各個方面都有著不可替代的作用。但大型公共建筑的運維管理信息化平臺開發(fā)和應(yīng)用卻有一定技術(shù)難度。為降低這一難度，提出一種基于GIS的大型公共建筑輕量級運維管理平臺研發(fā)與應(yīng)用方法。大型公共建筑圖紙通過圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和編輯，轉(zhuǎn)換為地圖服務(wù)；大型公共建筑屬性數(shù)據(jù)通過歸納總結(jié)，形成層次結(jié)構(gòu)，并賦予唯一標(biāo)識符，建立屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫；并以此為基礎(chǔ)，梳理大型公共建筑運維管理流程，形成運維管理標(biāo)準(zhǔn)流程和數(shù)據(jù)流程；通過搭建統(tǒng)一的平臺，完成上述4項結(jié)果的集成，并投入實際應(yīng)用。該方法在一座大型機場航站樓進行了實際驗證，開發(fā)了一套輕量級運維管理平臺，實現(xiàn)了該航站樓運維管理的信息化，其結(jié)果驗證了方法的有效性和可操作性。

建筑運維管理；大型機公共建筑；GIS；屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫；運維管理標(biāo)準(zhǔn)流程

大型公共建筑一般是指單棟建筑面積在2萬平方米以上且采用中央空調(diào)的公共建筑[1]，可分為商業(yè)、辦公、旅游、科教文衛(wèi)、通訊和交通等類型。大型公共建筑均具有特殊的用途，合理的運維管理可保證其充分實現(xiàn)自身功能。建筑物的運維管理，是整合人員、設(shè)施、技術(shù)和管理流程，主要包括對人員工作和生活空間進行規(guī)劃、維護、維修、應(yīng)急等管理[2]。由于運維管理時間跨度大、周期長、內(nèi)容多、涉及人員復(fù)雜，傳統(tǒng)的運維管理效率相對低下[2]。因而，引入信息技術(shù)改善大型公共建筑運維管理的效率和質(zhì)量，提升管理效率和服務(wù)水平，具有明顯的實用意義。

建筑運維管理信息化的相關(guān)研究可以分為技術(shù)和應(yīng)用2個層次[2]。信息化技術(shù)在技術(shù)層面主要包括：建筑信息模型(building information modeling, BIM)技術(shù)和移動終端技術(shù)2類。BIM作為新興技術(shù)，具有應(yīng)用在運維管理方面的潛能，并引起了管理人員對其利用的興趣[3]。BIM作為建筑的虛擬承載體，包含建筑物所有物理、功能特性、使用情況等全生命周期的信息，可作為建筑運維管理完整的信息數(shù)據(jù)來源[4]。利用BIM模型的三維特性，實現(xiàn)運維管理的可視化，方便了管理人員的認(rèn)知和推理，從而可以直觀地解決問題[5]。利用BIM的語義結(jié)構(gòu)，可以將設(shè)備設(shè)施的檢測和運維記錄附加到BIM模型，同時分析各個維修任務(wù)的優(yōu)先級，便于管理人員合理地安排檢修計劃[6]。除維修信息外，該技術(shù)還可以支持其他更加豐富的屬性信息，完成諸如設(shè)施管理過程中路徑規(guī)劃的可應(yīng)用性[7]，或更高層次的設(shè)施設(shè)備運維管理的決策支持[8]。

移動終端技術(shù)，主要用于實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確的錄入信息，是大型公共建筑運維管理的優(yōu)秀輔助工具。其主要包括條形碼(Bar code)[9]，二維碼 (QR code)[10]，WLAN[11]和RFID[11-12]等。

在應(yīng)用層面，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研，系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)是建筑運維研究的一個重要方面[2]。在系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方面，用于運維管理的BIM平臺系統(tǒng)主要有3類[2]：①直接應(yīng)用商業(yè)軟件產(chǎn)品，如廣泛使用的Archibus，提供了資產(chǎn)設(shè)施管理相關(guān)的廣泛內(nèi)容，可有效管理不動產(chǎn)、設(shè)施設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等[13]；②基于商業(yè)軟件進行二次開發(fā)，如Autodesk系列軟件中提供良好的二次開發(fā)支持的AutoCAD，Revit等，在基于Autodesk系列軟件進行二次開發(fā)中，采用B/S架構(gòu)或C/S架構(gòu)，完成設(shè)施設(shè)備的管理工作[14-17]；③研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的平臺系統(tǒng)，本文研發(fā)基于BIM的機電設(shè)備智能管理系統(tǒng)BIM-FIM[18]，該系統(tǒng)實現(xiàn)機電設(shè)備安裝過程和運維階段的信息共享，完成安裝后將實體建筑和虛擬的機電設(shè)備信息模型集成交付給業(yè)主；同時加強了運營期機電設(shè)備的綜合信息化管理[18]。

上述文獻(xiàn)從技術(shù)和實際應(yīng)用方面研究了大型公共建筑的運維管理。但BIM 模型擁有大量的數(shù)據(jù)，對計算機的要求高，輕量化處理有實用意義[19]。本文提出了一種與文獻(xiàn)[19]不同的輕量級大型公共建筑運維管理平臺開發(fā)和應(yīng)用方法，即采用GIS技術(shù)，以大型公共建筑存檔圖紙為圖形數(shù)據(jù)源，以地圖服務(wù)的方式實現(xiàn)大型公共建筑可視化管理。通過歸納和梳理，完成運維管理的屬性數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化。可選用多種成熟軟件完成相關(guān)步驟，并以B/S架構(gòu)平臺的形式進行實際應(yīng)用，地圖服務(wù)和運維管理平臺松耦合，可以獨立更新和維護，因而具有高度的可操作性和實用性。

1 輕量級運維平臺構(gòu)建方法

本文著眼于大型共建筑運維的實際需求和條件，提出了一種符合實際，可操作性強的大型公共建筑運維管理的構(gòu)建方法，用于搭建輕量級的運維管理平臺，如圖1所示，共分為5步。

第1步. 圖形數(shù)據(jù)處理。GIS支持的圖形數(shù)據(jù)來源廣泛，各種矢量和格柵格式的圖形數(shù)據(jù)均可以作為GIS的圖形數(shù)據(jù)來源。圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS圖形數(shù)據(jù)后，一般需進行校核，以保證圖形數(shù)據(jù)的質(zhì)量。驗證后的圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過渲染和編輯，可用于發(fā)布地圖服務(wù)，而地圖服務(wù)是實現(xiàn)可視化運維管理的基礎(chǔ)。

第2步. 屬性數(shù)據(jù)處理。大型公共建筑運維管理中涉及的數(shù)據(jù)量大、面廣、格式各異、來源廣泛。將其屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，建立屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫，并賦予唯一標(biāo)識符。即能避免運維管理中因數(shù)據(jù)雜亂而造成的管理混亂，又能通過唯一標(biāo)識符與圖形數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)。

第3步. 運維管理流程處理。運維管理包含多方面的業(yè)務(wù)，在第2步建立的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫的基礎(chǔ)上，可完成各項業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化。而標(biāo)準(zhǔn)化的流程十分利于信息化。

第4步. 運維管理數(shù)據(jù)流程處理。大型公共建筑多種運維管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)生成流程的規(guī)范化，及在該流程中，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集成應(yīng)用方式的整合，以形成各項業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)流程。

第5步. 開發(fā)及應(yīng)用。選用現(xiàn)有技術(shù)和工具完成輕量級管理平臺的開發(fā)，并投入實際應(yīng)用，實現(xiàn)大型公共建筑的信息化運維管理。在此過程中，根據(jù)實際應(yīng)用反饋情況，對圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫進行更新和完善，對管理流程作修改。同時，平臺也需要在長期的應(yīng)用中進行維護。

圖1 方法概述

2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是指圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化、校核、發(fā)布和部署；各種屬性數(shù)據(jù)的歸納總結(jié)和形成層次結(jié)構(gòu)等。

2.1 圖形數(shù)據(jù)

圖形數(shù)據(jù)是大型公共建筑可視化運維管理的基礎(chǔ)。圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換包含5個步驟，如圖2所示。

圖2 圖形數(shù)據(jù)流

步驟1. 數(shù)據(jù)源。圖形數(shù)據(jù)的來源是大型公共建筑在施工階段的圖紙。圖紙一般需存檔，因而數(shù)據(jù)來源有保證。

步驟2. 數(shù)據(jù)導(dǎo)入及校核。根據(jù)管理需要，可分別提取不同的數(shù)據(jù)，以便形成相互獨立的GIS地圖數(shù)據(jù)，如土建數(shù)據(jù)、機電設(shè)備數(shù)據(jù)等；也可以按照樓層為單位提取。GIS支持各種圖形數(shù)據(jù)，但由于其圖形數(shù)據(jù)格式往往與數(shù)據(jù)源并不相同，因而導(dǎo)入圖形數(shù)據(jù)后還需校核。圖形校核的內(nèi)容包含去除偽節(jié)點、突出點、多邊形閉合等內(nèi)容。

步驟3. 數(shù)據(jù)渲染和唯一標(biāo)識符錄入。圖形數(shù)據(jù)校核完畢后，需進行圖形渲染，即重新對圖形的線型、線寬、顏色、填充圖樣等進行配置。除此之外，最重要的是對部分圖元設(shè)置可見/隱藏的比例，即不同的圖元需要在不同的比例尺中有選擇性的顯示或隱藏。例如，針對機電設(shè)備可設(shè)置一個顯示的比例尺區(qū)間，只有當(dāng)比例尺處于該區(qū)間時，才顯示；反之均隱藏。唯一標(biāo)識符錄入是指將與圖元對應(yīng)的唯一標(biāo)識符錄入地圖數(shù)據(jù)中，用于索引該圖元。

步驟4. 地圖服務(wù)發(fā)布。由于圖形數(shù)據(jù)可在一定時間內(nèi)保持不變，因而非常適合以切片的方式通過GIS Server進行地圖服務(wù)發(fā)布。發(fā)布的關(guān)鍵是根據(jù)步驟3中的可見/隱藏比例尺選定切片的層級和各層級的比例尺。在發(fā)布的過程中，步驟2所獲地圖數(shù)據(jù)作為生成切片的后臺數(shù)據(jù)源一并發(fā)布，并作為地圖服務(wù)的組成部分。

步驟5. 調(diào)用地圖服務(wù)。在信息系統(tǒng)中調(diào)用地圖服務(wù)，根據(jù)設(shè)定的切片層級及對應(yīng)的比例尺，有選擇性的顯示/隱藏大型公共建筑土建結(jié)構(gòu)及內(nèi)部包含設(shè)施設(shè)備等，并支持圖元選中操作。

上述的步驟3和步驟4需要根據(jù)運維管理的實際需要設(shè)定特定圖元的顯示/隱藏比例尺，進而確定切片的層級及對應(yīng)比例尺。該2步操作可以實現(xiàn)類似LoD (levels of detail)效果，實現(xiàn)不同細(xì)節(jié)層次的運維管理。

根據(jù)GIS領(lǐng)域的現(xiàn)有條件，圖2所示流程中的每一步均具有高度的可操作性，且保證了圖1所示方法的可操作性。

(1) 一般存檔圖紙分為紙質(zhì)和電子格式。紙質(zhì)圖紙可以通過掃描形成格柵格式，或重新繪制成矢量格式，如DWG；而電子格式的圖紙本身即為格柵或矢量格式。2種格式均可作為GIS的數(shù)據(jù)源。

(2) 多種GIS軟件均支持Shapefile文件格式，因而Shapefile文件可以作為地圖數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式。

(3) 多種GIS軟件均可以完成對Shapefile文件的渲染和編輯等操作，并進一步完成地圖服務(wù)的發(fā)布和部署。

(4) 地圖服務(wù)在部署時的數(shù)據(jù)源仍可直接采用已有的Shapefile文件，同樣也被多種GIS Server軟件支持。

(5) 有多種GIS Server開發(fā)框架和SDK可供用于平臺的開發(fā)。

圖形數(shù)據(jù)是圖1所示方法的基礎(chǔ)，而前4點保證了大型公共建筑的圖紙可按圖2所示步驟轉(zhuǎn)化為地圖服務(wù)。第5點保證了平臺在技術(shù)上是可實現(xiàn)的。

2.2 屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫

完成圖形數(shù)據(jù)是可視化運維管理的基礎(chǔ)，但要實現(xiàn)具體的運維管理業(yè)務(wù)，還需要將相關(guān)的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，用豐富的屬性數(shù)據(jù)對圖形數(shù)據(jù)進行支撐。屬性數(shù)據(jù)是指大型公共建筑運維管理涉及的各種數(shù)據(jù)。

大型公共建筑由于面積大、管理業(yè)務(wù)多，內(nèi)部包含的設(shè)施設(shè)備種類繁多、數(shù)量大等原因，往往會導(dǎo)致在日常運維管理過程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂，導(dǎo)致管理混亂情況的出現(xiàn)。例如，名稱(如公司名稱)可用全稱，也可用簡稱。而運維管理過程中經(jīng)常需要各種“周報”、“月報”、“季度報”和“年報”等。名稱用詞混亂可導(dǎo)致各種統(tǒng)計報表的混亂，且易產(chǎn)生疏漏和錯誤。

針對上述問題，一種簡單可行的方法是將這些屬性數(shù)據(jù)制作成屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫，即將日常運維管理中涉及到的各種屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，并建立層次結(jié)構(gòu)和索引。

由大型公共建筑特點所決定，多種設(shè)施設(shè)備經(jīng)常會發(fā)生各種損壞，因而報修業(yè)務(wù)是其運維管理的一項基本業(yè)務(wù)。圖3為昆明長水國際機場航站樓報修業(yè)務(wù)涉及屬性數(shù)據(jù)。

航站樓報修業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)可形成一個巨大的樹結(jié)構(gòu)，但圖3僅選取5個層次共6類數(shù)據(jù)(第5和第6類數(shù)據(jù)為1個層次)。為保證完備性，適當(dāng)在各個層次增加“其他”選項。第1類為業(yè)務(wù)層，即報修業(yè)務(wù)；第2類為根據(jù)航站樓實際情況劃分的子類；第3類為每個子類包含的設(shè)施設(shè)備種類，以圖3中“航站區(qū)服務(wù)設(shè)施設(shè)備”為例。該層并不具體到單個的設(shè)施設(shè)備，單個的設(shè)施設(shè)備均由其設(shè)施設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)庫負(fù)責(zé)維護；第4類為常見的故障種類，與設(shè)施設(shè)備種類存在“多對多”的關(guān)系；第5和第6類是故障的維修時限和對應(yīng)的扣分標(biāo)準(zhǔn)，用于監(jiān)管維修單位。

除圖3所示的報修業(yè)務(wù)分類以外，對該航站樓日常運維管理業(yè)務(wù)中涉及到的各種設(shè)施設(shè)備、企業(yè)、人員等、一段時間內(nèi)保持不變的各種規(guī)章制度等等，也制定相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫，見表1。

各個屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫并不是相互獨立存在的，其有“一對一”、“一對多”和“多對多”的連接關(guān)系。如圖3報修屬性數(shù)據(jù)中第3類需要和單個的設(shè)施設(shè)備有連接，為一對多連接；而第4類需與常見故障及維修方法連接，為多對多連接(即一種故障可以有多種維修方式，而一種維修方式也可以處理多種故障)。因而需要為每個數(shù)據(jù)均賦予唯一標(biāo)識符，通過唯一標(biāo)識符索引屬性數(shù)據(jù)。

同時，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)使用唯一標(biāo)識符匹配完成。例如，對于設(shè)施設(shè)備，在圖2中的第l步需要完成對應(yīng)的唯一標(biāo)識符的輸入，用于在3.2節(jié)進行集成應(yīng)用。

圖3 昆明長水國際機場航站樓報修業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫

表1 昆明長水國際機場航站樓運維管理屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫范圍

唯一標(biāo)識符采用編碼：部分需要新增編碼，而已有編碼的部分可以直接采用。例如，航站樓在采購設(shè)施設(shè)備時，需賦予固定資產(chǎn)編號、企業(yè)納稅人識別號、個人身份證號等。這些已有的編號均可作為相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫唯一標(biāo)識符。

3 流程處理

完成數(shù)據(jù)處理后，在形成的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫的基礎(chǔ)上，完成各項運維管理業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化，以及在生成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的過程中，各項數(shù)據(jù)的應(yīng)用流程。

3.1 運維管理標(biāo)準(zhǔn)流程

大型公共建筑日常運維管理中包含多種業(yè)務(wù)，并具有各自的工作流程。因其流程不嚴(yán)格規(guī)范會出現(xiàn)：有些步驟的作用相互重疊，有些步驟可有多種操作方法，及不同步驟之間的順序也不統(tǒng)一。上述情況的存在，不利用運維管理的信息化。

在2.2節(jié)的基礎(chǔ)上，完成各項管理流程的標(biāo)準(zhǔn)化，使各項管理均有且僅有一個標(biāo)準(zhǔn)流程，即有利于運維管理工作的開展，也是實現(xiàn)信息化運維管理的基礎(chǔ)。以航站樓運維管理工作中的報修業(yè)務(wù)為例，其標(biāo)準(zhǔn)的工作流程如圖4所示。

圖4所示的設(shè)施設(shè)備報修流程總體上分為8步，其第6~8步涉及倉庫管理，屬于另一個管理流程，在此不做詳述。

圖4 昆明長水國際機場航站樓運維管理報修業(yè)務(wù)流程

圖4中，最重要的是第4步(虛線框)，即根據(jù)2.2節(jié)建立的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫，將報修按照4步歸類。其中4.1步即按照圖3劃分報修系統(tǒng)分類；4.2步按航站樓樓層和物理位置分區(qū)劃分大致的位置；4.3步按照常見的故障種類劃分；4.4步按對應(yīng)的故障常規(guī)處理方式劃分。這4步劃分所需要的屬性數(shù)據(jù)，均來自2.2節(jié)的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫。

航站樓運維管理中涉及到的業(yè)務(wù)流程，均以2.2節(jié)為基礎(chǔ)，充分考慮到屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫的應(yīng)用，以達(dá)到管理流程的標(biāo)準(zhǔn)化。表2給出了該航站樓包含的各項業(yè)務(wù)分類，及部分業(yè)務(wù)的多個子業(yè)務(wù)流程。

運維管理流程標(biāo)準(zhǔn)化具有明顯的實用價值：由標(biāo)準(zhǔn)流程生成的各項業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)均具有明確的屬性數(shù)據(jù)，是高度結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，即可用于有針對性的展開工作，又方便數(shù)據(jù)的二次利用(如生成準(zhǔn)確的各種統(tǒng)計報表)。以圖3和圖4所示的報修業(yè)務(wù)為例，經(jīng)過圖4流程產(chǎn)生的報修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，具有明確的損壞原因或種類信息，即有利于安排不同專業(yè)或不同業(yè)務(wù)承包單位進行維修。同時，維修的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也包含有標(biāo)準(zhǔn)的類別、位置、故障原因、維修方法等數(shù)據(jù)，便于后續(xù)對運維數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘。

3.2 數(shù)據(jù)流程

大型公共建筑的運維管理中，隨著業(yè)務(wù)的進行，產(chǎn)生大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在該過程中，圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫和運維管理標(biāo)準(zhǔn)流程相互集成，共同完成運維管理。

表2 昆明長水國際機場航站樓運維管理標(biāo)準(zhǔn)流程范圍

以航站樓運維管理工作中的設(shè)施設(shè)備報修業(yè)務(wù)為例，與圖4所示報修業(yè)務(wù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)流程如圖5所示，該數(shù)據(jù)流程以報修單為核心，分多次填寫。

圖5 昆明長水國際機場航站樓運維管理報修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程

當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生損壞，并被發(fā)現(xiàn)后，人為發(fā)起報修流程，并第一次填寫報修單，即第j步填報。填報數(shù)據(jù)包括設(shè)施設(shè)備名稱、故障描述、大致位置等。由于發(fā)現(xiàn)故障的人的角色無法確定，故第一次填報的數(shù)據(jù)采用非結(jié)構(gòu)化的自然語言，以適應(yīng)多種員工角色均可以發(fā)起報修。

當(dāng)管理人員接到未處理報修單后，需要進行分類和檢查，即第k步。則根據(jù)第j步輸入的描述性語言，進行詳細(xì)和規(guī)范的分類和檢查。分類首先選定設(shè)施設(shè)備，即可從設(shè)施設(shè)備屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫中選擇設(shè)施設(shè)備，也可通過圖形界面中點選。2種方式均可獲得唯一標(biāo)識符，并作為報修單的組成部分。并按圖4中的第4步選定報修業(yè)務(wù)相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，獲得多個唯一標(biāo)識符，作為報修單的組成部分。最后判斷是否需要備品備件，如果需要，即發(fā)起備品備件流程，并填報出庫單，出庫單編號作為報修單的組成部分，即第m步。

第l步即為現(xiàn)場維修，需要填報維修結(jié)果。至此，一張完成的報修單填報完畢，保存到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫并完成數(shù)據(jù)固定，后續(xù)不應(yīng)再作修改，而僅用于查詢統(tǒng)計。

通過圖5所示流程可以發(fā)現(xiàn)，報修單中的核心數(shù)據(jù)為多個屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫的唯一標(biāo)識符，而不再包含有具體的業(yè)務(wù)描述。通過標(biāo)識符，可反向從屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫中查詢需要的信息。

表2所示的所有業(yè)務(wù)均具有對應(yīng)的數(shù)據(jù)單據(jù)與之對應(yīng)，采用的數(shù)據(jù)流程也與圖5所示的流程相同，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也保存唯一標(biāo)識符，而不出現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)描述。通過該方法，即使屬性數(shù)據(jù)發(fā)生變化，也具有延續(xù)性，保證自動生成的各種統(tǒng)計報表的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 系統(tǒng)研發(fā)及案例應(yīng)用

昆明長水國際機場是中國面向東南亞、南亞和連接歐亞的國家門戶樞紐機場，于2012年6月28日正式啟用，2017年旅客吞吐量4 473萬人次[20]。該航站樓總面積為54.83萬平方米，分為地上4層，地下3層。由于人流及航站樓規(guī)模均巨大，管理人員日常運維工作量大。為減輕管理人員的工作壓力，采用本文方法建設(shè)了一套航站樓日常運維管理平臺。根據(jù)實際情況，將平臺分為物業(yè)管理、商業(yè)管理、綠化保潔供水、屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫和系統(tǒng)管理共5個功能模塊，如圖6所示。圖3所示的報修業(yè)務(wù)即為圖6中物業(yè)管理的一項業(yè)務(wù)。

圖6中的前3項為對應(yīng)的業(yè)務(wù)模塊，后2項為支撐模塊，用于保證前3項業(yè)務(wù)的順利展開。前3項業(yè)務(wù)的工作內(nèi)容和職責(zé)見表3。

圖6 昆明長水國際機場航站樓運維管理平臺功能模塊劃分

表3 昆明長水國際機場航站樓運維管理內(nèi)容及職責(zé)范圍

從表3可以看出，物業(yè)管理涵蓋了航站樓日常運維的種種，同時也是大型公共建筑運維管理最典型的業(yè)務(wù)；商業(yè)管理是利用航站樓運維管理中的對外業(yè)務(wù)，可充分利用相關(guān)資源創(chuàng)收，大部分大型公共建筑均包含此項業(yè)務(wù)；綠化保潔供水業(yè)務(wù)保證了使用人員的舒適性，也是大型公共建筑運維管理的典型業(yè)務(wù)。綜上，以航站樓為服務(wù)對象的大型公共建筑運維管理平臺，可以作為大型公共建筑運維管理平臺的典型代表。

4.1 工具選擇

在實際應(yīng)用中，圖形數(shù)據(jù)的來源為航站樓施工圖紙，為DWG格式，分為7層。選中ArcGIS作為工具，可直接導(dǎo)入DWG格式生成Shapefile文件，并進行后續(xù)的校核、渲染、編輯和地圖服務(wù)的發(fā)布。地圖服務(wù)的部署則選擇開源的GIServer，以降低成本。2個軟件的選擇和應(yīng)用，保證了圖2所示圖形數(shù)據(jù)流程的可操作性和經(jīng)濟性。

由于B/S架構(gòu)的平臺可以通過瀏覽器直接訪問，無需在客戶端安裝任何軟件，十分適合大型公共建筑運維管理的實際情況，而Esri提供了ArcGIS Server開發(fā)框架和SDK，可方便的完成B/S架構(gòu)的平臺的開發(fā)工作。

其后臺數(shù)據(jù)庫選擇MSSQL Sever，由于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要大量引用屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫，因而兩者宜放置在同一個數(shù)據(jù)庫中，而不宜采用分布式存儲的方式。

以上述工具為基礎(chǔ)，根據(jù)實地調(diào)研，歸納總結(jié)了表3中各項業(yè)務(wù)涉及的屬性數(shù)據(jù)和流程，完成了大型航站樓運維管理平臺的開發(fā)，并應(yīng)用到該航站樓日常運維管理中。

4.2 應(yīng)用效果

表3所示的航站樓運維管理內(nèi)容包含的多項業(yè)務(wù)均實現(xiàn)了從手動紙質(zhì)方式到信息化管理方式的轉(zhuǎn)換。由于圖形數(shù)據(jù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了可視化的直觀管理。同時，由于屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫和運維管理標(biāo)準(zhǔn)流程的應(yīng)用，收集到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可方便和準(zhǔn)確地進行統(tǒng)計。

4.2.1 可視化管理

飲水機是航站樓中一項重要設(shè)施設(shè)備，其同時參與了表3中的多項業(yè)務(wù)：報修維修、巡檢巡修和供水管理。分布于航站樓各處的飲水機，可利用GIS地圖服務(wù)顯示其位置，以便于對其進行管理，如圖7所示。

圖7 飲水機相關(guān)業(yè)務(wù)管理可視化界面

在圖7中，右側(cè)為采用GIS地圖服務(wù)顯示的航站樓F3層平面圖的局部。由于飲水機尺寸相對航站樓而言，太過細(xì)小，無法采用實際尺寸顯示，故采用圖標(biāo)顯示。而左側(cè)虛線方框內(nèi)則根據(jù)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫中飲水機的數(shù)據(jù)，以列表的方式顯示位于同一層的飲水機。

在圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫中，同一飲水機具有相同的唯一標(biāo)識符，因而支持關(guān)聯(lián)選中。而選中某一飲水機后可以進行相應(yīng)業(yè)務(wù)操作。

4.2.2 統(tǒng)計查詢

平臺在完成實際業(yè)務(wù)的同時也完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的收集。按照2.2節(jié)和3.1節(jié)的方法，后臺數(shù)據(jù)庫保存的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高度結(jié)構(gòu)化，可完成各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析工作，且結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

表3所示的航站樓運維管理的3項業(yè)務(wù)均涉及大量的統(tǒng)計分析，需要導(dǎo)出各種報表。以圖3對應(yīng)的報修業(yè)務(wù)為例，圖8即為該項業(yè)務(wù)的統(tǒng)計分析界面。中間部分是滿足組合條件的報修記錄，以列表的方式顯示。右側(cè)部分是對應(yīng)的柱狀圖和餅圖，其中虛線方框部分即為圖3中第k級維修系統(tǒng)分類，該分類用于餅圖的統(tǒng)計。

圖8 報修業(yè)務(wù)統(tǒng)計查詢界面

在圖8中，左側(cè)是搜索界面，支持各種不同關(guān)鍵詞的組合搜索。由于屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫的應(yīng)用，點劃線方框內(nèi)部的關(guān)鍵詞均通過連接屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫自動生成選擇項目，而不是手工輸入，后臺通過對應(yīng)的唯一標(biāo)識符從業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中查詢數(shù)據(jù)，保證了統(tǒng)計結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 論

由于我國建筑行業(yè)普遍存在的重視設(shè)計和施工，而輕視運維的現(xiàn)象，大型公共建筑的運維管理的信息化程度普遍不高。針對此情況，本文著眼于運維管理的實際條件，提出了基于GIS的大型公共建筑輕量級運維管理研發(fā)和應(yīng)用方法。

利用成熟的GIS技術(shù)，將大型公共建筑存檔圖紙轉(zhuǎn)化為地圖數(shù)據(jù)，針對部分或全部圖元輸入唯一標(biāo)識符。通過設(shè)定顯示/隱藏的比例尺范圍，實現(xiàn)類似LoD的層次效果。將完成編輯和渲染的地圖數(shù)據(jù)發(fā)布成地圖服務(wù)并部署，為大型公共建筑的輕量級運維提供可視化基礎(chǔ)。

通過實際調(diào)研，歸納總結(jié)大型公共建筑涉及的各種屬性數(shù)據(jù)，根據(jù)層級關(guān)系建立屬性數(shù)據(jù)的樹結(jié)構(gòu)，為每個節(jié)點賦予唯一標(biāo)識符，形成屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫。其屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過唯一標(biāo)識符關(guān)聯(lián)。

在屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫的基礎(chǔ)上，形成了標(biāo)準(zhǔn)的運維管理流程和數(shù)據(jù)流程。屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫和運維管理標(biāo)準(zhǔn)流程均十分便于信息化；而數(shù)據(jù)流程保證了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的有序生成。

通過GIS Server技術(shù)支持的開發(fā)框架和SDK，完成B/S架構(gòu)的輕量級平臺開發(fā)，將上述結(jié)果進行集成，并投入到了昆明長水國際機場航站樓運維管理中，實現(xiàn)了該航站樓的信息化運維管理。驗證了本文提出方法的有效性和可操作性。

大型公共建筑的運維數(shù)據(jù)往往蘊含著大量有價值信息。由于采用了屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫和運維管理標(biāo)準(zhǔn)流程，收集的運維管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高度結(jié)構(gòu)化，可直接或簡單處理即可用于數(shù)據(jù)挖掘等方面的應(yīng)用。在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)積累到一定程度后，將進一步研究采用合適的數(shù)據(jù)挖掘算法來發(fā)現(xiàn)運維數(shù)據(jù)的價值。

[1] 上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會. DG/TJ08-2068—2017 大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2017.

[2] 胡振中, 彭陽, 田佩龍. 基于BIM的運維管理研究與應(yīng)用綜述[J]. 圖學(xué)學(xué)報, 2015, 36(5): 802-810.

[3] BECERIK-GERBER B, JAZIZADEH F, LI N, et al. Application areas and data requirements for BIM-enabled facilities management [J]. Journal of Construction Engineering and Management, 2011, 138(3): 431-442.

[4] MANNING R, MESSNER J. Case studies in BIM implementation for programming of healthcare facilities [J]. Journal of Information Technology in Construction, 2008, 8(1): 446-57.

[5] MOTAMEDI A, HAMMAD A, ASEN Y. Knowledge-assisted BIM-based visual analytics for failure root cause detection in facilities management [J]. Automation in Construction, 2014, 43(43): 73-83.

[6] HASSANAIN M A, FROESE T M, VANIER D J. Development of a maintenance management model based on IAI standards [J]. Artificial Intelligence in Engineering, 2001, 15(2): 177-193.

[7] LIN Y H, LIU Y S, GAO G, et al. The IFC-based path planning for 3D indoor spaces [J]. Advanced Engineering Informatics, 2013, 27(2): 189-205.

[8] WANG Y, WANG X Y, WANG J, et al. Engagement of facilities management in design stage through BIM: Framework and a case study [EB/OL]. [2019-03-28]. https://www.hindawi.com/journals/ace/2013/189105/.

[9] LIN Y C, SU Y C, CHEN Y P. Developing mobile BIM/2D barcode-based automated facility management system [EB/OL]. [2019-03-28]. https://www.hindawi. com/journals/tswj/2014/374735/.

[10] CHU L C, LEE C L, WU C J. Applying QR code technology to facilitate hospital medical equipment repair management [C]//Proceedings of the 2012 International Conference on Control Engineering and Communication Technology. New York: IEEE Press, 2012: 856-859.

[11] RUEPPEL U, KAI M S. BIM-based indoor-emergency-navigation-system for complex buildings [J]. Tsinghua Science And Technology, 2008, 13(s1): 362-367.

[12] COSTIN A, PRADHANANGA N, TEIZER J. Passive RFID and BIM for real-time visualization and location tracking [C]//Proceedings of Construction Research Congress 2014. Reston: ASCE, 2014: 169-178.

[13] ARCHIBUS. The top 1 solution for total infrastructure and facilities management in the world [EB/OL]. [2018-12-18]. http://www.archibus.com.

[14] MOTAWA I, ALMARSHAD A. A knowledge-based BIM system for building maintenance [J]. Automation in Construction, 2013, 29(3): 173-182.

[15] 常盛杰, 黨建武, 王陽萍. 基于Revit的牽引變電設(shè)備BIM模型與信息集成研究[J]. 圖學(xué)學(xué)報, 2018, 39(4): 771-777.

[16] 過俊, 張穎. 基于BIM的建筑空間與設(shè)備運維管理系統(tǒng)研究[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2013, 5(3): 41-49, 62.

[17] 何波, 張家立, 陳強, 等. 基于BIM的機電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)總體設(shè)計[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2014, 6(2): 10-14, 44.

[18] 胡振中, 陳祥祥, 王亮, 等. 基于BIM的機電設(shè)備智能管理系統(tǒng)[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2013, 5(1): 17-21.

[19] 郭思怡, 陳永鋒. 建筑運維階段信息模型的輕量化方法[J]. 圖學(xué)學(xué)報, 2018, 39(1): 123-128.

[20] 中國民用航空局, 全國機場統(tǒng)計數(shù)據(jù)[EB/OL]. [2018-06-18]. http://www.caac.gov.cn/.

Development and Application of a GIS-Based Light Weight Information Platform for Large-Scale Public Building Operation and Maintenance

WEN Qiao1, ZHANG Jian-ping1, XIANG Xue-song2, SHI Tao2, HU Zhen-zhong3,1

(1. Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Kunming Chang Shui International Airport, Kunming Yunnan 650211, China; 3. Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen Guangdong 518055, China)

Large-scale public buildings play an irreplaceable role in business, office, tourism, science, education, culture and health, communication and transportation. Due to technical difficulties, large public buildings usually lack operation and maintenance (O&M) management information platforms. To ease these difficulties, this paper presents an application method of lightweight O&M management platform for large-scale public buildings based on GIS. Large-scale public buildings’ drawings are converted into map services through conversion and editing. Attribute data are summarized to form hierarchical structures, and unique identifiers are given to establish standard attribute libraries. Based on these libraries, O&M management processes are reviewed to form standard O&M management procedures and data flows. A unified platform is developed to integrate the above 4 achievements before actual application. This method is tested in a large airport terminal. A lightweight O&M management platform is developed, which realizes the information O&M management of the terminal. The results have verified the effectiveness and operability of the proposed method.

building operation and maintenance; large-scale public building; GIS; standard attribute library; standard operation and maintenance procedure

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2019040751

A

2095-302X(2019)04-0751-10

2019-01-30；

定稿日期：2019-03-08

國家自然科學(xué)基金項目(51478249，51778336)；清華大學(xué)-廣聯(lián)達(dá)BIM聯(lián)合研究中心研究基金

文 橋(1987-)，男，湖北沙洋人，博士研究生。主要研究方向為建筑信息模型、建筑運維管理技術(shù)。E-mail：wen-q14@mails.tsinghua.edu.cn

胡振中(1983-)，男，廣東惠州人，副教授，博士。主要研究方向為建筑信息模型與數(shù)字防災(zāi)技術(shù)。E-mail：huzhenzhong@tsinghua.edu.cn