基于BIM的超高層建筑智慧運營平臺

胡　琦

(上海建坤信息技術(shù)有限責(zé)任公司, 上?！?00032)

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基于BIM的超高層建筑智慧運營平臺

胡琦

(上海建坤信息技術(shù)有限責(zé)任公司, 上海200032)

結(jié)合上海中心大廈工程,分析了超高層建筑運營管理的需求,闡述了智慧運營的總體目標、子項目標和管理模式,介紹了基于建筑信息模型(BIM)的超高層建筑智慧運營平臺。提出基于BIM的超高層建筑智慧運營平臺,提高了設(shè)備管理和報警管理的效率,實現(xiàn)自動故障定位,提供了預(yù)案的制定功能,幫助管理人員在三維可視化的界面中進行應(yīng)急事件的可視化模擬展示。

上海中心大廈; 超高層建筑; 建筑信息模型; 智慧運營平臺

0　引　言

超高層建筑體量超大,使用需求復(fù)雜,綜合能力強,給其運營管理帶來巨大的挑戰(zhàn),亟需創(chuàng)新應(yīng)用信息技術(shù)工具,滿足安全、高效、綠色及優(yōu)質(zhì)服務(wù)等需求[1-2]。本文分析了上海中心大廈智慧運營的總體目標、子項目標和管理模式,介紹了基于BIM的超高層建筑智慧運營平臺,以期為類似的超高層建筑提供參考。

1　工程概況

上海中心大廈坐落于浦東陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)核心區(qū),主體建筑總高度為632 m(地上127層,地下5層),總建筑面積為57.6萬m2,集辦公、酒店、會展、商業(yè)、觀光等功能于一體。整個大廈由低到高分成9個相鄰的功能區(qū)域,各個功能區(qū)域又包含多個功能組合空間,為使用者提供多樣化的生活空間。同時上海中心大廈嚴格參照綠色建筑三星認證及LEED金獎設(shè)計標準,集合采用了熱電冷三聯(lián)供、冰蓄冷、風(fēng)力發(fā)電、雨水收集等多種綠色建筑技術(shù)。上海中心效果圖如圖1所示。

圖1　上海中心效果圖

上海中心大廈是全國第一個大規(guī)模在設(shè)計過程和建設(shè)過程中使用建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技術(shù)的項目,也是第一個把BIM應(yīng)用延伸到建筑運營階段的項目。

2　為上海中心大廈的服務(wù)內(nèi)容

筆者所在企業(yè)于2011年起承擔(dān)上海中心大廈智能化系統(tǒng)建設(shè)的項目管理方,直至2016年已經(jīng)圓滿地完成設(shè)計、建設(shè)階段的工作任務(wù),伴隨該項目進入運營階段,開始提供智能化系統(tǒng)的運行管理工作[3]。

(1) 完成了上海中心大廈建設(shè)公司的信息化系統(tǒng)應(yīng)用頂層設(shè)計,并為項目在中后期的各類信息化開發(fā)應(yīng)用過程中提供監(jiān)督、管理和咨詢。

(2) 參與上海市科委課題“超高層多能源管理系統(tǒng)管理平臺”的研發(fā),其中完成了地下室核心能源系統(tǒng)的基于BIM設(shè)施設(shè)備實施監(jiān)控應(yīng)用方面的工作,現(xiàn)已通過市科委課題驗收。

(3) 指導(dǎo)上海中心大廈應(yīng)用BIM技術(shù)施工,在各方施工BIM應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上,通過梳理和模型整合,并結(jié)合全景技術(shù),研究并開發(fā)了面對業(yè)主、總承包、監(jiān)理以及各專業(yè)承包的上海中心OurBIM工作平臺,為施工階段的信息化管理提供了全新的BIM應(yīng)用工具。

(4) 在上海中心運營階段的BIM應(yīng)用中,完成“基于BIM的超高層建筑運營管理平臺”的建設(shè)和使用。在自主核心產(chǎn)品智能建筑信息集成系統(tǒng)(IBMS)和上海中心BIM竣工模型基礎(chǔ)上,通過需求調(diào)研,完成竣工模型的檢查、優(yōu)化和調(diào)整,提出了“管理信息系統(tǒng)(MIS)+BIM+IBMS”三者結(jié)合的理念,研究了關(guān)鍵的信息技術(shù)和應(yīng)用技術(shù),開發(fā)了在上海中心云平臺上的“基于BIM的跨平臺(APP/PC)運營管理系統(tǒng)”。

3　基于BIM技術(shù)的智慧運營平臺總體規(guī)劃

(1) 制定智慧運營平臺的建設(shè)思路。在建筑物運營階段,充分利用BIM所提供的所有建筑物靜態(tài)屬性(三維定位、三維尺寸、構(gòu)件屬性、關(guān)聯(lián)屬性、管理屬性等),結(jié)合IBMS所提供的動態(tài)信息(設(shè)備運行狀態(tài)、室內(nèi)環(huán)境、人流量、能源消耗、報警預(yù)警、視頻圖像等),配以各類MIS所提供的流程信息和結(jié)果(物業(yè)管理系統(tǒng)、商業(yè)管理系統(tǒng)、租戶管理系統(tǒng)等),通過三者融合,信息整合運行實現(xiàn)建筑的綠色運營、節(jié)能運營、智慧運營、高效運營。

(2) 明確上海中心智慧運營的總體目標和子項目標。通過基于BIM智慧運營平臺的投入使用,實現(xiàn)上海中心大廈的安全、可靠、舒適、快速響應(yīng)、應(yīng)急處置、用戶體驗、可持續(xù)、可追溯、高出租率和低成本等運營目標。

15項子應(yīng)用目標如下:

① 解決歸檔資料的快速保存和查詢;

② 解決運營資料的快速更新和檢索;

③ 解決對應(yīng)運營流程更新和查詢;

④ 解決空間、設(shè)備、運轉(zhuǎn)值三者關(guān)系;

⑤ 解決設(shè)備、系統(tǒng)、空間的三者邏輯關(guān)系;

⑥ 解決臺賬、設(shè)備、備品備件的三者邏輯關(guān)系;

⑦ 解決多種狀態(tài)下的設(shè)備邏輯關(guān)系;

⑧ 進行各類應(yīng)急狀態(tài)的模擬培訓(xùn)和演練;

⑨ 進行各類安全類設(shè)備的模擬培訓(xùn)和演練;

⑩ 指標分類,解決數(shù)據(jù)繁多情況下信息失效的問題;

(3) 上海中心智慧運營平臺的頂層設(shè)計包括智慧建筑總架構(gòu)設(shè)計、智能化系統(tǒng)頂層設(shè)計、數(shù)據(jù)及信息采集頂層設(shè)計、信息化系統(tǒng)頂層設(shè)計、BIM運營頂層設(shè)計。智慧運營平臺總體架構(gòu)如圖2所示。

(4) 探索超高層建筑智慧運營的模式框架。通過引入全周期的BIM應(yīng)用,不僅在設(shè)計、施工階段采用BIM信息化技術(shù)進行項目的管理,更在運維管理階段將BIM與IBMS、設(shè)施設(shè)備管理系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)相整合,構(gòu)建綠色智慧的運營管理平臺,形成集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理于一體的新型超高層運維管理服務(wù)模式。

4　基于BIM智慧運營平臺的建設(shè)內(nèi)容

(1) 運營全數(shù)據(jù)覆蓋。

上海中心大廈運營期數(shù)據(jù)規(guī)模如表1所示。

(2) 面向用戶角色的功能分布和數(shù)據(jù)展示。七類用戶設(shè)計功能分布和數(shù)據(jù)展示,包括集團領(lǐng)導(dǎo)、各級物業(yè)經(jīng)理、物業(yè)操作人員、系統(tǒng)維護人員、外包物業(yè)管理團隊、BIM維護團隊、其他(含今后的各類入住客戶)。

圖2　智慧運營平臺總體架構(gòu)

數(shù)據(jù)數(shù)目備注動態(tài)數(shù)據(jù)采集25萬點 實現(xiàn)2萬點/s并發(fā),冷熱數(shù)據(jù)分類存儲架構(gòu)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集300萬構(gòu)件數(shù) 252GB,原始Revit文件信息系統(tǒng)整合15個信息化系統(tǒng) 一期整合物業(yè)管理和設(shè)施設(shè)備管理總?cè)萘抗烙?.6TB/a 累計數(shù)據(jù)處理量44.07億條,單日最高數(shù)據(jù)處理量1.3億余條

(3) 多屏聯(lián)動展示。系統(tǒng)綜合大屏直觀地展示上海中心大廈的整體運行情況,并以事件驅(qū)動為核心,根據(jù)不同的狀況、畫面大小進行分割,如大廈綜合信息總覽、統(tǒng)一集中報警、設(shè)施設(shè)備場景定位展示、應(yīng)急預(yù)案、實時安防監(jiān)控畫面等關(guān)鍵信息進行集中展示,提供高效、精準、有序的管理界面。

(4) 系統(tǒng)冗余及可靠性實現(xiàn)。為了保障智慧運營平臺的可靠性和可擴展性,從以下方面進行硬件配套:

① 數(shù)據(jù)采集采用網(wǎng)關(guān)池的分布式計算及負載均衡的集群化設(shè)計(2主1備)。

② 數(shù)據(jù)傳輸采用消息中間件的方式,實現(xiàn)可配置化、持久化、負載均衡的集群式設(shè)計(2主1備)。

③ 數(shù)據(jù)處理采用高可用集群式設(shè)計(主備)。

④ 數(shù)據(jù)存儲采用了內(nèi)存數(shù)據(jù)庫結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫的方式(各主備)。

(5) 智慧運營工作流程優(yōu)化。通過流程優(yōu)化,體現(xiàn)了基于BIM智慧運營的工作效率提升。

設(shè)施設(shè)備巡查報警流程:巡檢人員在現(xiàn)場巡檢設(shè)備實際讀數(shù)后,通過手持終端調(diào)用IBMS的實時數(shù)據(jù)接口,并通過讀取的實時運行數(shù)據(jù)與實際進行比對。當確定異常情況后,相關(guān)人員通過手持終端上報設(shè)備報警信息,并生成工單;IBMS系統(tǒng)接收報警事件及相關(guān)工單的詳細信息,并定位報警設(shè)備及聯(lián)動定位BIM系統(tǒng)中相關(guān)報警設(shè)備的位置及相關(guān)場景;管理人員根據(jù)相關(guān)情況進行派工;IBMS通過接口方式接收FM系統(tǒng)相關(guān)工單處理進度,實時跟蹤工單狀態(tài),直至工單完成。

基于BIM的智慧運營平臺操作界面如圖3所示。

圖3　基于BIM的智慧運營平臺操作界面

IBMS系統(tǒng)自動報警流程:IBMS系統(tǒng)通過對接入子系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)進行判斷報警,當設(shè)施設(shè)備發(fā)生報警時在實時報警模塊中顯示當前設(shè)備報警;通過報警實時發(fā)布平臺將相關(guān)報警信息進行推送;BIM系統(tǒng)在接收到IBMS推送的報警信息后,進行設(shè)備的定位及其相關(guān)場景展示;FM系統(tǒng)在接收到報警信息后按需生成相應(yīng)的待確認工單;管理人員根據(jù)相關(guān)情況進行派工;IBMS通過接口方式接收FM系統(tǒng)相關(guān)工單處理進度,實時跟蹤工單狀態(tài),直至工單完成;根據(jù)問題的分類、嚴重程度、影響范圍等因素啟動不同的應(yīng)急預(yù)案,顯示相關(guān)責(zé)任人、問題區(qū)域的在崗人員等信息,并可在BIM系統(tǒng)中模擬相關(guān)位置的逃生路線。

IBMS系統(tǒng)智能預(yù)警流程:IBMS同步FM系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備臺賬信息后,結(jié)合設(shè)施設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)進行分析、計算等,并將相關(guān)的預(yù)警結(jié)果上報平臺;將相關(guān)報警信息進行推送;BIM系統(tǒng)在接收到IBMS推送的預(yù)警信息后,進行設(shè)施設(shè)備的定位及其相關(guān)場景展示;FM系統(tǒng)在接收到報警信息后,按需生成相應(yīng)的待確認工單;BIM系統(tǒng)根據(jù)推送的預(yù)警信息進行設(shè)備定位、運行狀況模擬、場景展示等操作;管理人員根據(jù)IBMS系統(tǒng)及BIM系統(tǒng)相關(guān)情況進行判斷并派工;IBMS通過接口方式接收FM系統(tǒng)相關(guān)工單處理進度,實時跟蹤工單狀態(tài),直至工單完成。

5　基于BIM的智慧運營平臺優(yōu)勢

(1) 基于BIM的數(shù)據(jù)采集。運維系統(tǒng)所涉及的管理對象包括建筑本身的管理、空間管理和各類設(shè)施設(shè)備的管理,數(shù)據(jù)種類、數(shù)量非常多?；贐IM的數(shù)據(jù)采集方案簡化人工數(shù)據(jù)采集的工作量。

BIM數(shù)據(jù)采集方案面臨的一個問題是體量巨大的BIM模型如何流暢地運行在移動設(shè)備上。因此,專門針對BIM模型在移動端的展示進行了數(shù)據(jù)優(yōu)化和處理。將BIM模型數(shù)據(jù)在軟件中進行合適的壓縮處理,對模型進行多專業(yè)和多樓層的分類,同時在三維BIM模型的加載上也進行分類加載和隱藏。

(2) BIM和其他運維系統(tǒng)的聯(lián)通。智能運維系統(tǒng)中設(shè)備報警自動定位的功能非常重要。通過人工和BIM數(shù)據(jù)采集等方式將所有智能報警設(shè)備的信息都接入到BIM智能運維系統(tǒng)中,同時從后臺接入智能報警IBMS系統(tǒng),通過WebSocket技術(shù)實現(xiàn)兩個系統(tǒng)之間持久的鏈接和通信。

當IBMS系統(tǒng)監(jiān)控到設(shè)備報警后通過后臺聯(lián)通將報警信息(包括報警設(shè)備、報警類型和級別等)傳送到BIM運維系統(tǒng)中。智能BIM運維系統(tǒng)在接到IBMS系統(tǒng)的報警信息后快速將報警位置投射到三維BIM模型中,并根據(jù)報警級別給出不同程度的動態(tài)標識。

智能BIM運維系統(tǒng)后臺接入了傳統(tǒng)的安防和門禁系統(tǒng),并將所有監(jiān)控攝像頭等安防設(shè)備集成顯示在三維BIM模型中。運維人員可以通過BIM智能系統(tǒng)直觀地調(diào)動距離報警最近的監(jiān)控和門禁等安防設(shè)備,實現(xiàn)三大系統(tǒng)的可視化聯(lián)動。

(3) 快速的設(shè)備定位方案提高設(shè)備管理和報警管理的效率。BIM運維智能系統(tǒng)開發(fā)了一套基于移動端的投訴保修功能,巡邏人員和普通用戶可以方便、快捷地將發(fā)現(xiàn)的問題上報到智能BIM運維系統(tǒng)中。在上報問題的過程中提供基于BIM的三維定位功能,上傳的問題都帶有三維空間信息,被實時地展示在BIM三維平臺中。

(4) BIM為傳統(tǒng)運維管理中的應(yīng)急預(yù)案提供可視化的高效管理。BIM智能運維系統(tǒng)提供了預(yù)案的直接加載和模擬演示的功能,將應(yīng)急預(yù)案導(dǎo)入BIM智能運維系統(tǒng)中,系統(tǒng)按照預(yù)案進行可視化的模擬演示,給檢查和調(diào)整預(yù)案提供了依據(jù)。

BIM智能運維系統(tǒng)還提供了預(yù)案的制定功能,幫助管理人員在三維可視化的界面中進行應(yīng)急事件的直接可視化模擬展示。

(5) 數(shù)據(jù)聯(lián)通分析實現(xiàn)自動故障定位,提升問題的處理能力。在BIM智能系統(tǒng)中引入了管線流向分析技術(shù),可以方便、直觀地看到整個排水管道到水流方向,判斷每個水閥出現(xiàn)問題所影響的區(qū)域和樓層。

同理,可以進行反向的推導(dǎo),預(yù)設(shè)某些區(qū)域供水出現(xiàn)問題的情況下,快速推導(dǎo)出可能哪些閥門出現(xiàn)問題,或者哪些閥門可以控制異常情況,并清晰地給出這些閥門處在的位置,這對維修和運維人員非常有用。

6　結(jié)　語

介紹了基于BIM的超高層建筑智慧運營平臺。目前在一些大的國家項目中BIM技術(shù)得到了應(yīng)用,但還沒有較好的BIM應(yīng)用方式、方法?？紤]到傳統(tǒng)運維管理的缺點和BIM技術(shù)的優(yōu)勢,以及運維管理等多項輔助技術(shù)的特點,未來將進一步研究BIM如何更好地與它們相結(jié)合,以產(chǎn)生更高效的運維管理效果。

[1]程大章.智慧城市頂層設(shè)計導(dǎo)論[M].北京:中國科學(xué)出版社,2012.

[2]吳斌.現(xiàn)代建筑智能化系統(tǒng)運行與維護管理手冊[M].北京:中國電力出版社,2014.

[3]程大章.智能建筑理論與工程實踐[M].北京:中國機械工業(yè)出版社,2009.

Intelligent Operating Platform of Super High-rise Building Based on Building Information Modeling

HU Qi

(Shanghai Jiankun Information Technology Co., Ltd., Shanghai 200032, China)

Combining by Shanghai Tower project,this paper analyzed the operation and management requirements of super high-rise building,and elaborated the overall objective,subitem objective and management mode of intelligent operation.The intelligent operating platform of super high-rise building based on building information modeling was introduced.It is pointed out that the intelligent operating platform of super high-rise building based on building information modeling improves the efficiency of device management and alarm management,and realizes the automatic fault location.It alo provides the customized function of plan,which helps manager to show the visualized modeling of emergency events on three-dimensional visualization interface.

Shanghai Tower; super high-rise building; building information modeling(BIM); intelligent operating platform

胡琦(1978—),男,高級工程師,從事智能建筑方面的工作。

TU 855

B

1674-8417(2016)07-0066-06

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.07.017

2016-06-28