基于BIM的3D樓宇運維智能管理系統*

王 怡， 陳佇蝶， 羅舒琦， 先劍波， 孫曉丹， 閆 磊

(北京林業大學，北京100083)

0 引言

當下，BIM技術的應用主要集中在前期的設計和施工階段，建筑完工后往往被閑置，并不能實現建筑全生命周期階段的信息交換與資源共享，BIM技術難以充分發揮其潛在價值[1]。

基于BIM的3D建筑運維可視化模型利用物聯網、云計算技術，研發有效的可視化、動態化和明細化的運維管理系統，讓建筑模型在運維階段也被利用，實現建筑信息整體可視化，并且可以對建筑內的設備資產進行管理；進行能耗監管分析預測，使決策者做出相應的能耗解決方案；同時解決公共建筑節能管理問題，對減少環境污染和能源保護具有實際意義[2]。

1 系統總體設計

本項目以建筑物全專業BIM模型為基礎，結合物聯網技術，并以第三方軟件Unity 3D作為平臺，對建筑運維界面進行優化及改善，進而實現建筑模型的可視化管理和能耗分析等功能。主要由數據信息采集、數據傳輸及存儲、運維系統功能開發及優化三部分組成。技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線

2 室內信息采集系統

數據采集系統主要是基于TCP/IP傳輸協議。采集的信息主要包括建筑物不同區域的溫度/濕度、光照強度、煙霧濃度、灰塵濃度。設計系統整體構架規劃了數據采集、傳輸、處理和系統應用等系統功能模塊的實現。最終能夠將采集到的信息上傳至PC端，進行相應的數據處理，從而對建筑物內部相關工作進行調整。例如，當光照強度達到一定標準時，建議熄滅此處照明燈，以此節約能源[3]。

3 數據庫設計

住宅綜合管理系統的數據庫包含了住宅的各類信息，這些信息是由住宅BIM模型明細表導出或者由采集系統采集。最終選擇使用SQLite數據庫，它可以提供可視化的數據表設計界面，既能夠輕松建表，還支持多種不同數據類型。

在數據庫中創建用戶表、采集器數據表以及建筑材質信息表。用戶表包括用戶名、密碼和用戶類型字段，用于存儲用戶以及管理員賬號。采集器數據表包括溫度、濕度、煙霧濃度、PM2.5濃度、光照強度、能耗以及時間等字段，本數據庫包含三個采集系統數據表，分別對應三個房間中三個采集器收集到的數據。建筑材質信息表包括ID、名稱、樓層、位置、材料、面積、生產日期等數據，每條數據描述了建筑內家具、墻體等建筑內各個組件的各項信息。

4 樓房功能設計

4.1 功能設計

(1)實現漫游定位和信息查看

在模型中可通過漫游定位查看相關設施，一旦選中了某一具體設備，在界面上就會出現與該設備相關的設備信息供用戶查看，同時用戶也可以通過點擊關聯標簽，查看各種與設備相關的文件及信息資料[4]。

(2)設備運行監控

管理系統可以進行設備檢索、運行和控制功能，通過點擊模型中的設備，管理人員可以隨時進行建筑設備實時瀏覽。對于每個設備，可以查詢其歷史運行數據；還可以對設備進行控制，如某一區域照明系統的打開、關閉等。

(3)能耗分析

通過建筑物的能耗情況對能耗進行分析、通過柱狀圖、折線圖、餅狀圖展示出一段時間內的能耗變化，為物業管理、決策人員提供能耗管理的依據。

(4)報警處理和應急預案

當房屋的溫度超過范圍、能耗出現超值或者一些設備的運行狀態出現故障時，系統能夠及時檢測并報警，提示管理人員，從而快速訪問并準確分析出設備位置、安全出口分布等數據，達到排查故障且幫助現場決策的目的。

(5)遠程登陸

本管理系統通過SQLite數據庫將采集信息進行分析及反饋，用戶可以通過Web端或者APP隨時登陸查詢建筑的狀態以及相關數據。

4.2 UI設計

本系統的UI設計遵循簡潔統一、用戶友好的設計理念，采用以藍色和白色為主色調的扁平化設計風格[5]。按鈕和透明樣式面板的位置布局得當，兼顧數據信息的顯示與可視化模型的漫游。數據結果可視化顯示使用多種顏色對不同對象進行區分，使數據展示更加直觀。功能菜單的邏輯與層次結構清晰，便于用戶更快、更方便地完成所需功能。界面圖如圖2～3所示。

圖2 登錄界面UI

圖3 主界面UI

4.3 平臺的發布

基于BIM的3D建筑運維可視化模型的系統功能在Unity3D里面開發完成后，可通過File→Build Settings將Unity3D工程導出發布到多個平臺，包括Windows項目、IOS項目和Android項目等，并針對不同的操作系統、分辨率等進行優化適配。最終，用戶可通過手機端和PC端的應用，多平臺無縫切換使用該系統的全部功能。同時實現PC端和移動端應用，既可以兼顧PC端應用穩定、性能高、屏幕尺寸大的特點，又能兼顧以移動端APP便攜輕便、易獲得的特點。