智慧產業園區建筑運維系統設計與開發

衛慧

摘要：基于建筑信息模型進行建筑運維管理是當前研究應用的熱點之一，該文針對智慧產業園區建設與管理的需要，在BIM模型基礎上，綜合運用GIS、IOT及知識圖譜等數字化技術，設計開發了智慧產業園區建筑運維管理系統，提供直觀的、多終端的交互方式，實現數字化、集成化、精細化的園區智能管理。

關鍵詞：建筑運維;建筑信息模型;知識圖譜

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）35-0071-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

智慧產業園作為智慧城市的縮影，為產業集聚、轉型發展提供重要平臺，開展智慧園區建設，承擔著智慧經濟和智慧產業集聚發展的重任，將成為工業化和信息化“兩化融合”的重要載體，是智慧城市建設的核心領域[1]。

在數字化園區里建設中，面向園區全生命周期管理，通過“規劃-設計-建設-管理”分階段進行平臺開發和推廣，通過數字技術將基礎地理數據、實景模型數據、三維模型數據、專題數據等各類數據按照地理位置在數字化園區里進行整合，提供一個持續的協同工作環境，可以使建筑群中各個參與方都可以利用這個平臺及時溝通，共享項目信息，提高管理效率，是加強對建設工作管理和提高建筑效能的關鍵性抓手[2-3]。

1系統架構設計

產業園區智慧運維管理平臺將工程建設階段BIM+GIS信息模型作為數據傳承載體，對項目運維階段中所產生的運維信息進行數字化、可視化的分析與體現。借助于BIM理念及現場物聯網技術，為園區運營及維護管理中樓宇運營方提供協調一致、準確可靠、集成化的項目數據信息，這些信息按照運營行業本身的規律和建筑構件或部件存放在一起。

基于BIM+GIS+IOT的智慧園區運維管理系統可以實現以下目標：

1） 利用前期在設計施工竣工階段的模型及信息在隱蔽工程及重要設施方面進行有效維護和精益管理;

2）充分利用三維直觀的表現方式在進行應急預案的規劃及處理時進行有效的科學管理;

3）經過運維階段各種數據的不斷積累，在BIM+GIS+IOT運維管理系統的基礎上建立云端專家庫，充分利用知識系統的力量進行高效決策，同時也節約了人力成本。

以基于BIM+GIS+IOT的產業園區智慧運維管理平臺總體框架如圖1所示。

其中，基礎設施層主要包括網絡基礎設施、硬件及系統軟件等。

數據中心層主要是加強BIM等資源的管理、開發和利用，包括各類數據資源：地理空間數據中心、建筑信息數據中心、工程管理數據中心、運營管理數據中心，使數據信息有效傳遞，實現電子一體化交付模式;通過各種類型數據積累進行數據分析挖掘支持決策優化及智能反饋。

支撐層主要是為其他應用系統的開發提供技術支撐，通過實現多個應用系統所共有的技術性功能需求，形成完整的平臺技術框架。通過這些系統的建立使信息化建設從分散建設模式轉變為以一體化、集約化為特征的整體建設模式。利用現實建模技術、模型管理中間件、GIS中間件、數據挖掘和報表中間件、統一門戶支撐和統一用戶和權限管理等支撐服務。

應用層包含智慧產業園區三維模型的建設、智慧招商、公共服務、園區運營和數據分析等方面的業務應用和管理系統。

2多終端交互設計

智慧運維管理平臺提供Web端/現場端/手機端供用戶使用。

現場工作人員：在產業園區現場辦公，需要進行具體的操作，對設備運行進行控制，對異常問題進行處理等。此類用戶使用現場端以保障工作能夠高效地進行。

項目管理層：以園區管理人、安全責任人、品質責任人為代表，需要隨時隨地了解項目出現的異常問題，為滿足其移動辦公需求，宜匹配App端便于隨時隨地接收關鍵信息。

項目高級管理層及區域、集團管理人員：以集團商管、區域商管為代表，需要對項目的整體狀況進行掌握，為滿足其工作需求，可通過Web端進行項目總覽展示，幫助他們掌握項目的整體運行情況。

2.1 Web端

針對管理者用戶，本平臺通過BIM+GIS信息中心，以管理可視化、信息集成化、工作輕量化為理念，提供了各類圖表，報警匯總、環境、運維工單、人員任務、運營數據等圖表實時、動態地展示項目進展情況。使管理者能全方位了解園區的整體情況。

Web端中，BIM輕量化引擎起著重要作用。本產業園區智慧運維平臺的BIM輕量化引擎基于B/S架構，在平臺中完整保留BIM文件的所有幾何信息以及構件屬性信息，實現跨平臺主流瀏覽器終端免插件直接加載顯示BIM模型，并且針對BIM特性進行輕量化處理，保證在普通的筆記本電腦或移動終端上流暢顯示BIM模型，同時提供離線緩存技術，在模型再次打開時，無須重復下載，節省打開時間與加載效率。

BIM輕量化引擎支持場景中模型的平移、旋轉、縮放等常規操作，支持動態的添加刪除模型，選擇構件，查看屬性，模型結構樹、剖切、爆炸等基礎功能。如圖2及圖3所示。

2.2 現場端

對于運維人員，現場端能很好地反映當前商場運維運營情況，同時結合BIM模型和IOT數據的交互展示，系統能展示高準確性的各類數據，一旦有什么情況運維人員可以及時地做出響應，同時還能檢測設備的運行參數、報警情況等，實現整個運維過程中的全面感知監管、智能處理和協同辦公。

2.3 App端

為了更好地優化辦公質量，通過后臺配置報警定義，對設備參數進行智能分析，從而生成報警記錄。App端在處理報警的時候， 除了可查看報警的詳情，還能夠查看到歷史報警的內容、當前實時運行參數、報警設備的臺賬、報警設備的歷史維保等信息，幫助工作人員高效地完成報警處理工作。同時App端還能處理現場工作人員各類業務事宜，如巡檢填報、工單處理、交接班、考勤等一系列業務。

3基于知識圖譜的設備管理

知識圖譜（Knowledge Graph，KG） 最早起源于Google Knowledge Graph，是Google用于增強其搜索引擎功能的知識庫。知識圖譜本質上是語義網絡，目的是描述客觀世界中的實體、概念、事件、屬性以及彼此間的聯系[4]。其中實體和概念指代客觀世界中的具體事物，實體與實體之間、概念之間、實體和概念的屬性以某種形式的關系被聯系在一起，在知識圖譜中以謂詞的形式體現出來。知識圖譜技術包括知識圖譜構建、管理、更新以及應用，它融合了知識表示、信息檢索和抽取、機器學習、數據挖掘、自然語言處理以及語義網等交叉領域[5-6]。

BIM模型構件之間存在較多的關聯，如園區、建筑、樓層、房間、構件或設備等存在大量且復雜的關系。但若通過關系型數據庫存儲相應信息，通過表之間的關聯進行查詢等操作時，效率并不高。知識圖譜及圖數據庫在這樣的關聯查詢中表現出明顯的優勢。

本平臺的數據預處理工具通過IFC文件及BIM平臺插件提取BIM模型中的關系信息，形成如圖4所示的圖數據，并在此基礎上，提取設備與空間之間、設備與設備之間等關系，大大提高業務功能的性能。

對如圖5所示的水循環系統，如要分析某一設備所在的空間、故障影響的區域等，僅依靠三維BIM模型還是非常麻煩的。本平臺對BIM數據解析后得到的圖數據如圖6所示，根據其中一個設備可查詢得到其所在的其中一支的上下游關系如圖7所示，設備與空間、樓層的關系如圖8所示。

類似的設備，只要在BIM模型中正確關聯，本平臺均可通過數據提取工具，導入圖數據庫中，因此在設備管理可方便地實現對其所在區域、上下游關聯設備、故障影響范圍的查詢。

4結論

高端化、智慧化、生態化的新型園區發展模式，將成為產業園區轉型升級的示范和智慧園區建設的標桿。開發建設園區智慧運維平臺，可實現及時溝通，提高管理效率。利用植入園區的智能化傳感器感知信息進行智能處理和分析，實現“數字園區”與物聯網的融合。通過面向服務的架構，把各類信息通過網絡服務提供給用戶，園區企業、員工及運營部門等各類用戶都通過網絡方便地獲取公共服務、園區信息、應急維護等相關服務。產業園智慧運維管理平臺的建設能在空間數據和業務數據的積累上對智慧城市的發展給予基礎性支持。

參考文獻：

[1] 王利偉.智慧園區建設關鍵技術淺談[J].科學技術創新，2018（36）：79-80.

[2] 鄒宇.淺析 “GIS+BIM” 技術在智慧校園中的應用[J].智能城市，2019，5（19）：9-10.

[3] 陸澤榮，劉占省，BIM技術人才培養項目輔導教材編委會.BIM應用與項目管理[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2018.

[4] 陳密，朱記偉.基于知識圖譜的我國項目管理研究熱點與演進趨勢[J].工程管理學報，2016（3）：105-109.

[5] 徐增林，盛泳潘，賀麗榮，等.知識圖譜技術綜述[J].電子科技大學學報，2016，45（4）：589-606.

[6] 劉嶠，李楊，段宏，等.知識圖譜構建技術綜述[J].計算機研究與發展，2016，53（3）：582-600.

【通聯編輯：梁書】