基于BIM的智能樓宇集成管理系統研討

摘 要：通過協助建設單位對智能樓宇集成管理系統進行了規劃設計、需求和功能特點分析以及系統架構的探討，形成基于BIM的智能樓宇集成管理系統技術方案。系統經過開發部署投入運行后，有望將該項目機電設備設施運維提升至集成監控、三維仿真、能效AI定制模式，實時反饋故障信息并大幅縮減維保響應時間、有效延長機電設備的使用壽命，踐行科技提升建筑價值的理念。

關鍵詞：集成監控；BIM；三維仿真；數字孿生；科技賦能；產業數字化提升

中圖分類號：TU855" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）04-0073-03

0 引言

隨著物聯網技術、大數據技術、5G通信技術、人工智能技術、虛擬仿真技術、云服務以及邊緣計算等新理念和新技術的快速發展與普及應用，智能建筑的建設目標、設計思想、技術路線都已發生巨大變化。

過去建筑機電在垂直架構下的智能化建設，導致各種機電設備或子系統難以充分實現業務聯動和數據共享。近年來，基于現代傳感技術、扁平化和IP化的組網技術、智能算法和建筑數字化管理的智能樓宇集成管理系統平臺，對建筑機電、弱電及消防設備可以起到精準化控制、精細化管理，使建筑呈現安全、綠色環保和節能的運行模式，已成為智能建筑發展的基本趨勢。智能樓宇集成管理系統可以提升智能建筑的建設水平和管理質量，實現智能建筑的評價體系。

1 項目背景

某市疾病預防控制中心新建項目建設規模共計約11.75萬m2，其中地上建筑面積8萬m2，地下建筑面積約3.75萬m2。地上共3幢主體建筑，自南向北依次為綜合業務樓、微生物實驗樓及理化實驗樓，主要功能為實驗用房、實驗輔助用房、業務用房、后勤及辦公用房。地下室共兩層，主要功能為生物樣本庫、菌種庫、應急儲備庫、設備機房及地下車庫，其中地下二層為公用民防設施。

該項目智能化專業分包工程概算約4 950萬元，建設工期約12個月，分為兩個包件，包件一由樓宇機電設備自動化系統（簡稱BAS）、能耗計量系統、弱電網絡系統、和基于BIM的智能樓宇集成管理系統（簡稱IBMS）。包件一投資概算約1 800萬元，包含一套基于BIM的智能樓宇集成管理系統投資概算約350萬元。整體項目將建設應急指揮中心、國家突發急性傳染病防控應急平臺和一批高水平實驗室平臺，同時將對標國際頂尖公共衛生專業機構，高標準、高水平建設衛生應急和疾病防控重大基礎設施群，為市疾控事業高質量發展提供有力支撐。

依據本項目的可行性調查研究、系統規劃，以及需求分析和深化設計工作，主持編制了該項目智能化專業分包工程前期的招標技術資料，其中基于BIM的智能樓宇集成管理系統（以下簡稱IBMS）的技術資料具體內容整理如下文所示。

2 需求分析

具體有以下4個方面[1]：①IBMS是通過軟件集成或物理集成的方式，將所有需要監控的子系統集成在一個操作系統/平臺上，通過集中統一的用戶界面，實現便捷管理、聯動響應、保質運維、成本控制、節能降耗等目標。②IBMS須集成管理控制的智能化子系統為本項目涉及視頻監控、門禁一卡通、周界報警、入侵報警、電子巡更、樓宇自控、實驗室設備監控、能源管理、消防報警、信息發布、停車場管理、醫廢系統、危廢系統。③IBMS系統須通過開放接口與運維管理系統對接。④IBMS系統的供應商須根據業主方需求、調研結果、圖紙及其他設計要求，供應完善的成熟的IBMS系統，包括供應相應的設備、軟件、系統，還有完成系統的安裝及運行以及維修保養工作。

3 系統分析

3.1 IBMS通過集成實現子系統互聯互通

通過標準接口技術將所有需要監控的智能化系統統一集中到IBMS中，運行管理人員可以通過IBMS實現對各機電系統的遠程操作和監控，實時監測各個子系統的關鍵運行數據。

平臺界面統一，根據管理者需求量身定制，簡化操作流程，實現子系統之間的系統聯動功能。

IBMS須支持BIM，各子系統的管理界面須與BIM融合顯示，充分發揮BIM的應的價值，用戶可對界面的BIM內容進行自主化的定義和基于BIM的管理頁面的制作工作。

3.2 提供智能化管理

IBMS系統可以對各子系統進行統一管理，通過預設控制邏輯和調度計劃，對系統的海量參數進行集中的管理和自動化的設置，實現系統自動運行。IBMS系統應提供關鍵數據定義工具，對關鍵已定義的數據可提供不少于2年的運行數據記錄，為分析系統提供大數據基礎。

IBMS系統可綜合匯總各子系統信息數據，同時提供跨系統的數據分析報表工具，為技術人員和高級管理人員定期分析數據，找出漏洞，修正運行控制邏輯和調度計劃，從而使系統擁有不斷優化的能力。

IBMS系統應提供AI算法模型接口，專業的技術人員和高級管理人員可以通過大數據的支持，利用自身專業知識在AI算法模型接口上實現參數控制模型訓練、生成各類算法模型，從而實現能耗的月預測、峰值預測、不同控制邏輯和調度計劃下的能耗預測，從而為用戶修正運行控制邏輯和調度計劃提供數據模型依據。

3.3 IBMS系統應提供設備故障報警管理功能

IBMS系統可以實時顯示各子系統的已定義報警信息，出現異常情況時，管理人員可第一時間在界面上獲取信息，并在IBMS系統界面上通過報警信息聯動到相應的多信息融合的管理界面上，相應的報警設備的實時運行數據、周邊視頻、進出人員、三維環境等多維數據可一次性顯示到用戶面前，實現通過IBMS平臺的遠程排查。

IBMS系統可以全面記錄重要設備的運行參數、運行狀態、運行時間及總運行小時數等信息，根據經驗定制巡檢策略，在故障發生前提早反應。

IBMS系統可通過長期記錄的各子系統歷史運行數據、報警記錄，綜合對比，通過AI算法接口形成相應的故障預測模型，便于管理人員對機電系統進行全面的診斷[2]。系統應提供對報警信息的報表功能。

3.4 用戶權限劃分以及用戶管理功能

IBMS系統可提供不同角色權限管理功能，支持根據不同的權限提供相應的操作及管理范圍。

3.5 系統接口要求

視頻監控系統接供ONVIF和RTSP通訊接口，IBMS系統可實現快速的現場歷史和實時視頻調取功能，同時部分關鍵通道，視頻監控系統應提供身形、人臉、人數統計等數據推進通訊接口。

門禁一卡通應提供TCP/IP、OPC、WEBAPI等數據通訊接口，IBMS系統可實現對門禁系統的運行狀態、報警信息、出入口的實時運行數據進行相應的監控。門禁一卡通還應提供訪客業務的通訊接口，IBMS系統可以通過接口實現訪客的各類業務功能。

入侵報警應提供TCP/IP、OPC、WEBAPI等數據通訊接口，IBMS系統可通過接口實現對入侵報警系統的故障檢測、運行狀態監控等功能，在入侵報警發生時，實現快速聯動到IBMS相應的多信息融合的入侵報警管理界面上。

樓宇自控應提供TCP/IP、BACNET、OPC等數據通訊接口，IBMS系統可通過接口實現對樓宇自控系統控制的各類機電設備集中監控功能。

實驗室設備監控系統應提供TCP/IP、BACNET、OPC等數據通訊接口，IBMS系統可通過接口實現對實驗室設備監控系統所管理的各類智能化設備集中監控功能。

能源管理應提供TCP/IP、BACNET、MODBUS、OPC等數據通訊接口，IBMS系統可通過接口實現對能源管理系統所管理的各類儀表進行數據采集和設備運行狀態的管理工作。

消防報警應提供TCP/IP、BACNET、MODBUS、OPC等數據通訊接口，IBMS系統通過該接口實現對消防報警系統發出的報警信息處理功能，并可快速聯動到IBMS系統中相應的消防報警系統管理界面，用戶可快速調取消防報警發生點的周邊的三維模型、視頻、周邊設備運行信息等數據，為用戶的快速處置提供數據依據。

信息發布系統應提供TCP/IP、BACNET、MODBUS、OPC等數據通訊接口，IBMS系統通過該接口實現對信息發布系統中的設備運行狀態、故障報警等信息進行監控，同時信息發布應提供快速的信息發布接口，IBMS系統可通過該接口把需要應急處理的信息快速推送到相應的信息發布屏上，從而實現與信息發布系統的應急聯動。

停車場管理應提供TCP/IP、BACNET、MODBUS、OPC等數據通訊接口，IBMS系統通過該接口實現對停車場管理系統中的設備進行監控，同時停車場管理也應提供相應的出入口的通行信息接口，IBMS系統應具備對關鍵出入口處理車輛進出進行應急管理控制能力。

醫廢系統、危廢系統應提供TCP/IP、BACNET、MODBUS、OPC等數據通訊接口，IBMS系統通過該接口實現對系統中的設備進行監控。

3.6 安全性要求

3.6.1 支持各子系統的分級授權

權限設定是對每個子系統分別進行權限設定，不同的子系統具有不同的操作權限要求。

設備操作權限認證是對子系統進行瀏覽和操作時，都需要進行權限認證。

設備操作記錄要集成系統全面記錄設備的操作和查看記錄以備事后審計。

3.6.2 支持用戶授權授權

支持業務系統統一授權是支持業務信息系統對用戶的統一授權。 用戶操作權限認證是對用戶的身份進行授權和身份認證。用戶操作記錄會記錄用戶所有的瀏覽和操記錄，以備事后審計。

4 系統架構

4.1 感知層

通過各種傳感器設備，系統可以隨時隨地感知、測量、捕獲信息，所有信息都可以被快速獲取并進行分析。

4.2 傳輸層

通過各種通信網絡，將收集的分散信息及數據連接起來，進行交互和多方共享。

4.3 邊緣網關[3]

通過部署在網絡邊緣側的邊緣網關進行網絡聯接、協議轉換等功能聯接物理和數字世界，提供輕量化的聯接管理、實時數據分析及應用管理功能。

4.4 數據中臺[3]

利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量的數據和信息進行分析和處理，構建包括數據技術、數據治理、數據運營等數據建設、管理、使用體系，實現數據賦能。

4.5 人機界面

通過各類窗口展示經過分析和處理的數據，提供數據的操作界面。

5 虛擬仿真技術應用

三維可視化虛擬仿真技術的應用[3]通過Autodesk公司的Revit、CAD、MAP等專業繪圖軟件快速制作建筑設備構件3D模型并做輕量化處理，即通過BIM建筑工程技術應用于機電設備設施，BIM建筑工程技術人員把制作完成的文件保存為IFC格式文件，導入到IBMS集成管理系統，使用系統的三維可視化引擎對構件的3D模型及運行態勢數據實時顯示，有效提升機電設備設施的智能管控效率。

5.1 數字化

BIM是一個將設施（建設項目）物理和功能特性的數字化的過程。

5.2 可視化

利用BIM模型建設，可為用戶提供完善的對BIM模型和數據信息的查詢管理服務，同時為用戶提供更為形象的、仿真的系統操控界面[3]。

5.3 精細化

以BIM模型為載體，可動態呈現精細化管理的各項內容。在BIM模型中，可以核對項目進度計劃和資源資金計劃，載入三維現場模型，集成各專業BIM模型、場地和機械設備模型，可以指導現場管理，利用動畫和漫游等方式可以展現項目的具體情況，模擬重點、難點項目管理方案。

6 結束語

該市疾控中心新建項目智能樓宇集成系統子系統達到了13個之多、相對于一般商用辦公樓宇集成度相對較高。在線的終端傳感器和執行器三萬余個、實時日數據采集量可能達到TB級，必將對機電設備實施運行狀態及維護保養生成的大量數據提出了新的治理要求。

13個子系統涉及的數據驅動接口較多、通訊協議各異，項目開發管理溝通協調工作量較大。組建項目開發團隊應聘請擁有類似項目成功案例的信息系統架構師任專家顧問，有效應對系統研發過程中的技術風險。大型信息系統研發工作中積累的新技術、新知識、經驗和教訓要及時記錄歸檔、持續完善組織過程技術資料并進行數字化管理[4]。

計算機專業工程師不僅要堅持系統學習、終身學習，更要融會貫通新知識、新技術、新思維，不僅要研究融合應用，還要在工作過程中不斷開拓創新，為傳統樓宇機電設備設施運維科技賦能、有效促進傳統樓宇機電設備設施管理與運行維護信息化升級到數字化、智慧化，幫助建設單位節能增效，提升機電設備設施的能效，并且要統籌兼顧自身所在的企業的經濟效益和競爭力，達到良好的多贏局面。

參考文獻

[1] GB GB50314-2015，智能建筑設計標準[S].

[2] 費敏銳，孟添.人工智能應用[M].北京：中國人事出版社，2023.

[3] 周麗琨，侯鋼.數字化技術基礎[M].北京：中國人事出版社， 2023.

[4] 劉明亮，宋躍武.信息系統項目管理師教程（第4版）[M].北京：清華大學出版社出版，2023.

[5] 劉欣.項目管理基礎[M].上海：上海社會科學院出版社，2019.

收稿日期：2023-12-15

作者簡介：付磊（1982—），男，河南周口人，本科，工程師，研究方向：智能樓宇、系統集成、建筑業信息化。