李少伟

(上海建坤信息技术有限责任公司，上海 200000)

1 概述

运维管理处在整个建筑行业最后的环节，但是却是不可或缺和非常重要的阶段。运维环节持续时间最长，对建筑价值的体现非常重要。但是目前大多数的运维系统都只停留在大量运维数据的简单处理上，管理方法反复不高效，资源数据利用率低造成资源浪费。运维管理阶段有着丰富的数据依托，各种设备，建筑，人员，辅助系统等产生的大量的有效数据和建筑从设计和施工阶段积累下来的大量数据，可以为运维系统提供更加丰富和高效的手段和入口。但是目前没有比较好的手段和方法对这些数据进行利用和打通。基于这些方面的原因和BIM所特有的特点，进行讨论和研究，将BIM作为传统运维管理的数据整合展示处理平台。从传统的数据采集到基于BIM的数据采集，将辅助系统的数据接入BIM实现系统整合，同时通过定位，寻路等先进技术的研究引入BIM扩展BIM的功能，从多个方面进行讨论和研究，使整个运维管理更加高效。

2 讨论与研究

BIM是建筑设备等所有与建筑相关的信息的系统集合。这样的信息集合是可以在建筑各个生命周期中提供专业的信息参考。而传统的运维系统在没有引入BIM前，数据从体量上来说远远没有BIM中包含的信息全面，同时也只是对信息的简单收集和处理，无法进行信息的整体连通。BIM的引入将可以自运维的过程甚至建筑的过程中随时的更新，修改删除设备建筑信息，同时实时的根据新的信息构建整个BIM信息关系网，相比传统的运维系统，BIM运维系统对数据的存储和展示做了非常好的结合，人员可以从数据快速的得到设备的可视化状态效果，同时通过可视化的效果可以快速得到设备的或者建筑模型的相关信息。

2.1 基于BIM的数据采集方案

运维系统所涉及的管理对象包括建筑本身的管理、空间管理和各类设施设备的管理。所涉及的数据种类和数量是非常繁多的。如果对这些数据都进行简单的人工采集将耗费非常大的工作量。面对这样的问题，我们设计出了基于BIM的数据采集方案。该方案将在一定程度上简化人工数据采集的工作量。我们首先要了解运维数据量庞大数据接入的途径，将BIM三维模型引入到移动手持设备上，同时安排物业和巡逻人员在日常的巡逻过程中，将发现的设备在手持设备的BIM模型中可视化的进行简单的标注和记录。最后记录后的信息将自动通过手持设备发送到BIM运维系统的后台中，后台服务将对设备进行归类处理和保存，如此完成一部分数据的采集和实际现场中设备的安装情况和安装数量的采集。同时后台系统能够手动录入设备的数量和种类，如此方便进行设备安装的情况的检测和统计。

这套BIM数据采集方案，其中一个问题就是体量巨大的BIM模型如何流畅的运行在移动设备上，BIM模型在制作过程中一层一个专业就有将近3 000万个面，如此庞大的数据如果原封不动的移植到移动端，将是不现实的。为此专门针对BIM模型，在移动端的展示上进行了多重的数据优化和处理，包括技术和非技术上的处理。将BIM模型数据进行整合压缩主要是在模型处理软件中进行合适的压缩处理，对模型进行多专业和多楼层的分类。同时在三维BIM模型的加载上也进行分类加载和隐藏。

2.2 BIM和其他运维系统的联通方案

智能运维系统中，设备报警自动定位的功能是非常重要的。传统的运维系统无法直观的将报警信息展现出来，因此通过人工和BIM数据采集等方式将所有智能报警设备的信息都接入到BIM智能运维系统中。同时从后台接入智能报警系统IBMS系统，通过WEBSOCKET技术实现两个系统之间持久的链接和通信。WEBSOCKET是HTML5一种新的协议，它实现了浏览器与服务器全双工通信(full-duplex)。整个架构是智能BIM系统启动websocket server，IBMS和安防系统启动 socket client，两个系统通过socket连接上智能BIM系统，实现三者之间的双向数据交互。当IBMS监控系统监控到有设备报警后通过后台连通接口将报警信息，包括报警设备、报警类型和级别等传送到智能BIM运维系统中。智能BIM运维系统在接到IBMS系统的报警信息后快速将报警位置投射到三维BIM模型中，并根据报警级别给出不同程度的动态标识。运维人员将摆脱传统的确定报警来源、报警级别、报警位置等模式，通过智能BIM运维系统之间可视化的，一目了然的确定设备报警的所有信息，同时做出最快的应对措施。智能BIM运维系统后台还接入了传统的安防和门禁系统，并将所有监控摄像头等安防设备也集成显示在三维BIM模型中，运维人员可以通过BIM智能系统直观的调动距离报警最近的监控和门禁等安防设备，真正实现三大系统的可视化联动。

2.3 快速的设备定位方案提高设备管理和报警管理的效率

在基于BIM的运维数据采集方案中提到解决了BIM三维模型在移动终端上的流畅显示问题。基于此上海中心BIM运维智能系统开发了一套基于移动端的投诉保修功能。巡逻人员和普通的用户拿着安装了这套功能的移动终端就可以方便快捷的将发现的问题上报到智能BIM运维系统中。在上报问题的过程中提供基于BIM的三维定位功能，上传的问题都将带有三维空间信息。这些上报问题将被实时的展示在BIM三维平台中，直观快速方便简洁的管理每一条上报问题。整个移动端是基于android进行开发。同时还基于移动端支持的NFC功能开发了NFC定位功能。在主要的设备上贴上NFC标签，预先写入相关的设备信息和设备唯一标识，当巡逻人员在需要查看这个设备的相关信息时，只要用移动端设备轻轻一扫就能将这个设备中的相关信息加载到移动端设备上供巡逻人员查看。选择NFC主要是因为NFC在短距无线通信中的特点。

NFC通信原理，工作在13.56 MHz频率上，标准定义了NFC两种通信模式，主动和被动通信模式。NFC国际标准ISO/IEC 18092，ISO/IEC 21481涵盖通信模式、调制与解码、防冲突机制、帧结构等内容［1，2］。在近距通讯中，我们对NFC和RFID进行了对比，两者关系密切。NFC是一种基于RFID的无线通信技术，它和RFID在以下两点相同。第一采用相同的频率。第二NFC被动模式的通信原理和RFID的通信原理类似，都是基于无线频率的电磁感应耦合原理。虽然NFC脱胎于射频识别与无线互联技术，但与RFID还是有区别的。NFC增加了点对点的通信功能，可以快速建立蓝牙设备之间的无线通信，NFC设备彼此寻找对方进而建立连接。RFID建立于主从关系上，以被动的方式通过能源设备进行读取。NFC设备却能被设置为主动和被动两种模式，即使在设备关机的情况下仍然可以发送识别数据，也正是这一特点使其成为智能卡应用的理想选择。同时它在主动模式下与其他的主动或者被动RFID设备进行通信［3］。NFC的应用针对移动性的特点，用于识别和数据交换，而RFID的主要用途是识别。

2.4 真实可视化的培训体系提升运维管理人员的管理能力

BIM智能运维系统中还开通了针对物业和运维人员的培训功能。整个培训功能基于BIM的数据整合能力和可视化效果，摆脱了传统的只针对参数和图纸进行的枯燥和不直观的培训。整个培训过程采用BIM三维模拟的方式进行。培训人员可以直观的看到相关设备的可视化仿真效果图，同时可以对仿真效果图进行拆解，向培训人员清楚的展示设备的内部结构和部件。同时设置模拟参数可以看到仿真设备展示不同的状态效果。预先将主要设备进行三维的建模，同时设置相关的物理动画和骨骼动画。将模型倒入系统中，整个模型构建的过程中都是采用部件拼接的形式。主要部件上增加关节动画，这样就可以根据相关参数的改变调整动画执行的程度，来模拟设备运行的状态。整个模拟的引擎采用unity3D进行。它是一个游戏引擎，有非常完备的动画，通过它的三维渲染和动画功能完成设备仿真模拟运行。

2.5 BIM为传统运维管理中的应急预案提供可视化的高效管理

在日常的运维管理中，运维管理人员需要应对突发事件、事故制定应急预案和应急分析。在传统的运维管理中，应急预案一直停留在书面和应急文档中，应急预案制定的是否最优没有合适的方式进行检查和检验。面对突发事件应急预案的启动也比较耗时，往往影响对突发事件的响应速度。预案的制定功耗也相对较高。在BIM智能运维系统中，提供了预案的直接加载和模拟演示的功能。直接将应急预案导入BIM智能运维系统中，系统将加载预案，按照预案进行可视化的模拟演示，从而给检查和调整预案提供了依据。在BIM智能运维系统中，还提供了预案的制定功能。帮助管理人员在三维可视化的界面中进行应急事件的直接可视化模拟展示。整个功能是基于三维空间的寻路算法，目前主要针对地图寻径的算法有状态空间搜索和启发式搜索等。传统的状态空间搜索是将搜索空间中所有可以通过的节点组成一张图。其缺陷是在于总是要按照一定的方法遍历整张图，具有盲目性。空间较大时搜索效率下降。启发式搜索对状态空间搜索进行了改进，它主要解决了状态空间搜索的盲目性问题。其基本思想是根据一个启发函数选择下个需要检测的节点。启发函数总是选择代价最小的节点，使得算法在找到最优路径同时检测较少的节点。A*算法是一种在状态空间中进行启发式搜索的算法，也是BIM智能运维系统采用的算法。它主要是通过检查特定状态的相邻或相邻状态来搜索从起始状态到目标状态的最小代价路径［5］。只要搜索空间越简单，算法的计算量越小，程序运行也就越快。只有不断的对三维空间进行简化和对算法进行优化，才能完成日常模拟演示的需求。

2.6 数据连通分析实现自动故障定位提升问题的处理能力

在整个BIM智能系统中，存在非常多的重要设备，即相送风管，排水管等具有连通性的设备。在传统运维管理系统中无法对这些设备进行有效的管理，只能靠人工来进行检查。在BIM智能系统中引入了管线流向分析技术，可以非常方便直观的看到整个排水管道的水流方向和判断每个水阀出现问题所影响的区域和楼层。同理可以进行反向的推导，可以预设某些区域供水出现问题的情况下，快速推导出可能哪些阀门出现问题，或者哪些阀门可以控制异常情况。并可视化清晰的给出这些阀门处在的位置，对维修和运维人员来说非常的有用。采用图形建模和拓扑分析的思想，引入不同的拓扑分析策略，有效的实现了多分枝有回流的流体网络自动识别与求解。即可以由流程图识别拓扑结构并自动建模与求解管路的流量压力［6］。对爆管分析、流向分析等提供技术支撑。当出现爆管时，利用管线拓扑信息，根据爆管点的位置，分析并显示出受影响的管段和地区，给出关阀方案。

3 结语

上海中心BIM智能运维系统，是在传统运维系统上结合最新BIM技术和其他的技术进行整合和创新得到的更加智能更加方便物业和运维人员进行日常管理的系统。在整个系统中智能化的对IBMS、安防、物业等系统进行了整合，使这些传统的系统数据得到了全新的可视化和方便的展示方式，三大系统进行联动同时进行相互的补充，使得功能实现质的飞跃。同时引入了比较流行和先进的辅助技术使整个系统实现了一些更加先进的功能，使整个系统更加的方便和智能。

［1］International Organization for Standardization.ISO/IEC 21481.Information technology-Telecommunications and informationexchange between systems-NearFieldCommunication Interface and Protocol-2(NFCIP-2)［S］.

［2］李云杰.新兴低速近距离无线通信技术简介［J］.移动通信，2008，32(6):12-13.

［3］智能移动消费技术:NFC简介［Z/OL］.中国安防展览网，2007.

［4］韩丽英.近距通信的应用研究［D］.北京:北京邮电大学网络技术学院，2010.

［5］徐 鹏.基于启发式搜索算法的地图寻径的研究［D］.北京:北京工业大学，2009.

［6］秦 导，王健红.管道网络拓扑模型与分析计算［J］.北京化工大学学报，2002，29(2):55-56.