基于GIS+BIM的實訓基地可視化運維管理系統建設的探索

付希堯　劉海彬　謝雄敏

【摘要】本文以廣西建設職業技術學院為例，探討高職院校基于GIS+BIM的實訓基地可視化運維管理系統的建設方法，通過對三維可視化管理系統的實訓基地虛擬運維模型、基礎運維管理、環境監測、精細化信息查詢、共享開放模式、信息化管理等的構建和應用，實現實訓基地運維管理場景可視化、智能化，有機銜接物理空間和信息空間，從而更便捷地獲取資源和服務，提高實訓基地的精細化管理和運維水平。

【關鍵詞】GIS+BIM 實訓基地 運維管理

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）09-0114-04

國家對職業教育的重視，使我國高等職業教育事業走上了發展的快速路。近年，國家和高職院校對實訓基地的建設和發展愈發關注。在中國特色高水平高職學校建設發展和專業建設計劃等一系列項目的支持下，國家和地方財政投入大量資金建設和升級高職院校的實訓場地，實訓基地專業實訓室建設無論是質量還是數量都有顯著提升。硬件條件的提升加速了現代化教學和管理手段的變革，與生產勞動和社會實踐緊密結合的實訓教學模式也不斷創新。實訓基地的建立和發展為社會培養了大批中高級技能型人才，為提高勞動者素質、推動經濟社會發展和促進就業都做出了重要貢獻。經過多年發展，高職院校在實訓基地管理方面已有很大進步，但實訓基地在快速建設和發展的過程中也暴露了一些問題。當前，職業院校實訓基地大多采用人工方式進行管理，實訓基地的安全和環境監測以及自動化、信息化和智能化等方面的改革有待突破。為此，文章以廣西建設職業技術學院BIM（建筑信息模型）技術實訓基地運維管理系統的構建為例，經過總結和實踐，筆者認為，基于GIS+BIM的實訓基地運維管理系統可打造可行性、有效性強的共享開放型實訓管理模式，能實現實訓基地智能化、精細化管理和可持續健康發展，值得推廣應用。

一、高職院校實訓基地管理的難點

隨著實訓基地數量的不斷增加，學校實訓管理的壓力和難度越來越大，主要體現在以下四個方面。

一是實訓設備管理方面。實訓設備增加，原有人工定期入庫登記和盤點清查實訓設備的管理模式已不能適應高職院校日益增長的實訓需求。另外，實訓場地內的基礎電氣、門鎖及電源開關智能化水平不高，無法遠程控制相關設備開關，實訓設備管理效率低下。

二是實訓基地管理和實訓室使用方面。課后實訓管理人員要負責對每間實訓室的設備、門窗等進行檢查，如果課后檢查不到位，設備未及時關閉，容易造成不必要的能源和資源浪費。而課前又需要管理人員手工開啟門鎖和設備開關，因上課使用實訓室的人數較多，且時間相對集中，設備開啟不及時的情況時有發生，容易耽誤正常的實訓教學。

三是實訓信息統計方面。傳統管理模式中，實訓室所使用的紙質登記報表不易統計、匯總、查詢實訓基地的信息，實訓基地信息孤島亟待打通。

四是實訓基地安全管理方面。很多實訓室內沒有安裝室內環境和空氣檢測系統，實訓環境無法通過數據量化感知，危急情況下也無法及時發現災情。一旦出現火災等災害，管理人員如果沒有及時感知和發現，會給實訓基地造成不可逆的嚴重損失。因此，如何采取有效措施提高實訓基地的管理水平，實現實訓基地的安全、智能、可持續管理，是高職院校管理部門面臨的重要問題。

鑒于當前實訓基地管理中所存在的問題，探索可視化、自動化、信息化和智能化的共享型實訓基地管理平臺迫在眉睫。

二、基于GIS+BIM的高職院校實訓基地可視化運維管理系統建設的可行性分析

（一）BIM技術體系可實現實訓基地設備管理和運維信息數據整合

BIM具有可視化、可協調、可優化等特點，是應用于工程設計建造管理的數據化工具，通過參數模型整合項目的相關信息，可在項目的全生命周期進行共享與傳遞，BIM技術的應用可實現運維管理的可視化、應急管理數據化、任務管理流程化。高職院校實訓基地通常是由符合一定標準的系列實訓建筑物集群構成，在互聯網和物聯網高度發達的背景下，以及在BIM技術體系框架下整合系統以及相關技術，為高職院校實訓基地設備管理和日常運維提供了發展機遇。運維管理通過整合人工、設備以及環境等各種因素實現管理目標。與傳統運維管理系統不同，基于BIM技術的運維管理可通過原有建筑物信息模型的構建組合實現實訓基地的三維可視化，在實訓基地管理者面前呈現實訓基地概念化和模塊化的數據信息。

（二）BIM和GIS技術集成可構建實訓基地全周期信息管理平臺

GIS（地理信息系統）通過對地形、建筑物數據的綜合處理，記錄建筑物全生命周期和提高已建成建筑物的管理效率，并可提供數據查詢和技術分析等功能。利用BIM技術可整合實訓基地建筑物信息，并通過GIS技術整合管理實訓基地建筑所處環境的信息。BIM和GIS進行技術集成構建全生命周期高職院校實訓基地信息管理平臺，通過GIS可對獲取的建筑模塊化信息進行多樣化處理，還可與BIM和RFID、CE引擎、云技術、物聯網技術深度融合，最終對三維實訓基地建筑物建模、實訓場所使用模擬、數據實時采集等日常運維管理場景發揮實用價值。

（三）三維可視化技術將物理空間和信息空間有機銜接以實現實訓資源信息共享

基于GIS+BIM的三維可視化底層平臺可開發建設三維可視化的虛擬校園，進而實現實訓基地所在樓宇的可視化、信息化管理，也可構建傳統校園的數字空間，從環境信息、資源信息到應用信息全部數字化，為實現實訓資源和服務共享提供有效支撐。通過GIS+BIM技術可使物理空間和信息空間有機銜接，讓實訓管理者和實訓師生能更便捷地獲取實訓的資源和服務。

三、基于GIS+BIM的實訓基地可視化運維管理系統的構建與應用

（一）實訓基地虛擬三維可視化運維模型的搭建

廣西建設職業技術學院利用GIS+BIM三維可視化底層平臺開發建設三維可視化虛擬模型（如圖1），構建數字校園。具體過程是：采用無人機傾斜攝影技術快速搭建數字校園三維模型，并轉換為BIM模型，對實訓大樓內實訓基地的信息進行細化設置，生成完整的孿生數字化校園和實訓基地，立體呈現校園環境及實訓大樓外部、內部三維場景。在虛擬校園內可通過GIS定位進行實訓基地場景瀏覽，用全球GIS系統可定位切入所需實訓基地管理場景，查看校園所有空間、建筑物、建筑設施空間信息和屬性信息，如名稱、占地面積、建筑面積、建筑高度、建筑層數、功用等。通過進入實訓大樓BIM模型可瀏覽和查詢實訓基地內部空間分布情況，選定樓層列表直接進入樓層分層展示，查看各區域的空間屬性，如樓棟號、實訓基地名稱、實訓室編號、使用功能等相關運維信息;點擊相應實訓基地可對其三維場景、所屬建筑物BIM模型進行三維展示，實訓基地有漫游、導航、測量、剖切、視點定位、重點標記等功能。在BIM模型中搜索所要查看的實訓室空間信息，即可跳轉至對應的建筑物內部運維空間視角，初步實現實訓管理工作的可視化、信息化。

（二）基于三維可視化管理系統的實訓基地基礎運維管理

基于實訓基地三維可視化管理系統，可實現實訓全過程信息化管理。學院將課程信息導入平臺，在系統內進行GIS+BIM模型預覽時可直接展示實訓基地實時預約情況，選擇對應實訓室空間就可查看詳細的預約信息。同時，根據關鍵字可搜索查詢實訓教室的預約和使用情況，如實訓室號、實訓室名稱、課程、教師、節次、班級、人數等信息，還可根據需要查詢對應實訓室的歷史預約及使用情況，方便師生進行實訓室預約。另外，基于GIS+BIM三維模型可建立智能化視頻監控系統（如圖2）。實訓室內布置的網絡攝像頭監控信息經由網絡傳輸到物聯網網關，由網關將數據發送到服務器，以此實現實時監控。有別于傳統監控系統只能將攝像頭名稱標注在CAD圖紙位置，GIS+BIM監控頁面可直接加載攝像頭畫面到三維模型，點選實訓室模型位置即可實時輸出對應攝像頭實訓情況圖像。通過視頻監控結合人臉識別、行動軌跡，即可初步實現實訓基地內實訓事故智能分析警示以及事后記錄查詢。

（三）基于三維可視化管理系統的實訓基地環境監測

學院在實訓基地各區域均設置了空氣質量傳感器，以實時檢測室內CO2、TVOC有害氣體的含量，數據可實時回傳至實訓基地三維可視化運維管理系統，進而控制新風系統和空調循環室內外空氣，改善實訓基地的空氣質量，給實訓師生營造健康安全的實訓環境。學院也在實訓基地內安裝了溫度、濕度傳感器，傳感器實時采集數據傳輸至運維管理系統，系統中可呈現整個實訓區域溫度、濕度的實際狀態（如圖3）。實訓室內溫度、濕度和光照度環境狀態的采集和監測信號通過網絡發送到物聯網網關，再由網關發送到系統服務器，對環境信息進行統一分析處理。同時，實訓基地的總用水量、總用電量、分項用電量等歷史數據記錄，可分時、分日、分月反饋到運維模型中。三維可視化管理系統對實訓基地溫度、濕度、空氣質量和能源消耗的監測，初步構建了綠色節能型實訓基地，提升了實訓基地的管理水平。

（四）基于三維可視化管理系統的實訓基地精細化信息查詢

學院運維系統所搭建的實訓基地BIM模型包括內部鋪設的所有電氣管線、線槽、風管、水管、家具等，所有建筑設備運維信息數據均錄入系統后臺。實訓基地內部場所布局全部可視化，通過系統平臺可實現對實訓基地門禁、電源、燈光、空調、電腦、窗簾、投影儀等設備的遠程控制，提高實訓基地的智能化管理水平。將實訓基地內所有固定資產設備貼上RFID標簽，利用RFID技術的信息化功能可實現設備管理的信息化（如圖4），能極大方便日常設備的維護保養和數據統計。系統內所形成的實訓設備三維模型幾何信息及相關配套數據等靜態信息有助于實訓管理人員記錄分析每一臺實訓設備的生產廠家、維保信息、設備價格、設備編號等信息，初步探索了在三維可視化管理系統基礎上進行固定資產管理的路徑。

（五）基于三維可視化管理系統的實訓基地共享開放模式

在BIM技術實訓基地內，學院與廣西建工集團第三建筑工程有限公司設計院共同建立了超融合技術BIM云平臺，打造云端存儲和計算空間功能。通過云平臺進行服務器、云桌面、云應用的管理、調度、分配，努力實現建筑模型的共享、調用，方便獲取各工程專業設計資料，全體實訓人員可進行異地共享、全專業協同三維設計以及輕量化多方校審等設計工作。學院通過將技術科研、教學培訓嵌入企業生產管理一線，探索BIM技術在工程項目設計、施工、后期運維等全生命周期中的落地應用點和創新應用。在基于超融合云平臺的全過程BIM一體化技術體系基礎上，實訓基地將BIM技術延展應用到更多領域，通過與建筑人工智能科技企業緊密合作，實現BIM+AI技術的深度融合。學院利用AI設計工具“小庫智能建筑設計云平臺”，使用城市大數據基地信息分析、人工智能快速方案生成、實時三維日照分析與模型實時聯動的經濟指標測算等功能，提高了工程實訓規劃設計以及方案設計的效率。人工智能設計與BIM正向設計無縫銜接，AI輔助設計落地，既能快速生成設計實訓成果，又能保障設計實訓質量。將超融合云、大數據技術應用于實訓基地建設，利用技術功能可提升實驗室的共享程度，與行業內優秀企業共同打造共享開放型實訓基地，實現行業內最新資源共享，從而提高實訓資源管理效率。

（六）基于三維可視化管理系統的實訓基地信息化管理

BIM技術實訓基地管理運維過程中，學院建立了基于BIM+GIS虛擬三維可視化運維管理系統的信息化管理制度，為開展相關數據共享、實訓教學、云平臺管理等工作提供了依據，推動了實訓基地內各實訓室的信息化、數字化、智能化管理。根據系統特點，我們完善了實訓實習成績管理制度、學生信息管理制度、實訓基地實訓設備管理制度，使實訓基地設備的基本信息數據收集和設備報修管理更加規范，初步探索了將制度建設和標準化管理融入GIS+BIM虛擬三維可視化運維實訓管理系統的路徑。

實訓基地可視化管理系統是利用GIS+BIM+物聯網技術進行三維可視化運維管理平臺建設的初步嘗試。通過利用集成整合建筑物信息的BIM技術和管理建筑所處環境信息的GIS技術，與RFID、CE引擎、云技術、物聯網技術深度融合，最終實現了高職院校三維實訓基地建筑物建模、實訓場所使用模擬、數據實時采集等日常運維，使管理更加高效、科學。通過一整層實訓樓的三維可視化運維管理優化試點，未來可擴大到一整棟實訓樓、整個校園乃至整個社區，還可與城市信息模型（CIM）平臺接軌，助力智慧城市發展。當前BIM技術主要應用于設計階段和施工階段，通過三維可視化運維管理平臺把BIM技術應用拓展到運維階段，以BIM模型作為靜態數據、動態數據的載體，實現了BIM技術在實訓基地建筑生命周期的全過程應用。同時，基于GIS+BIM實訓基地運維管理系統的實踐，構建了職業教育產教深度融合背景下應用BIM技術對外交流推廣的良好平臺，有助于推進高職院校實訓基地的管理改革。

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注：本文系廣西壯族自治區教育廳廣西職業教育教學改革研究項目“高職開放性實驗實訓室建設的研究與實踐”（GXGZJG2018B046）、教育部國家級職業教育教師教學創新團隊課題研究項目“新時代職業院校市政工程專業領域團隊教師教育教學改革創新與實踐”（ZH2021060101）的研究成果。

作者簡介：付希堯（1987— ），山東濰坊人，副教授，研究方向為實驗實訓管理;

劉海彬（1979— ），廣西南寧人，高級工程師，研究方向為職業教育;

謝雄敏（1964— ），廣西南寧人，教授，研究方向為土木工程技術。

（責編 蔣海蘭）