基于BIM+IoT的地下空間運(yùn)管系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

孔祥平

（上海城建信息科技有限公司）

1 引言

地下空間作為城市整體空間的重要一環(huán)，其運(yùn)行維護(hù)直接影響城市運(yùn)行成效，城市地下空間的運(yùn)維需要主動(dòng)融入智慧城市發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)城市地下空間運(yùn)維管理的信息化、精細(xì)化、智能化。

BIM、IoT、智能感知等信息技術(shù)日漸成熟，可為工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維的全生命周期管理提供工具支撐，將其應(yīng)用于地下空間（人防工程）運(yùn)維階段管理，在降低運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)，提高城市地下空間精細(xì)化運(yùn)營(yíng)效率[1]。

2 項(xiàng)目介紹

上海某民防工程是上海市民防重點(diǎn)建設(shè)工程，作為城市平時(shí)應(yīng)急、戰(zhàn)時(shí)防空的核心，擔(dān)負(fù)著保障城市安全和人民安危的重要使命。

為保證工程戰(zhàn)時(shí)可靠指揮和平時(shí)高效維護(hù)，結(jié)合工程智能化系統(tǒng)，綜合運(yùn)用建筑信息模型技術(shù)（BIM 技術(shù)）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT 技術(shù)）等先進(jìn)技術(shù)，融合信息技術(shù)、控制技術(shù)、軟件技術(shù)等內(nèi)容，將工程的各類設(shè)備設(shè)施及其設(shè)備信息鏈接為一個(gè)三維的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)信息可視、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、控制可靠、維護(hù)精確、管理高效。實(shí)現(xiàn)工程的三防自動(dòng)轉(zhuǎn)換、設(shè)備控制、空氣質(zhì)量檢測(cè)及環(huán)境參數(shù)采集、智能運(yùn)維等功能。

3 建設(shè)目標(biāo)

將工程內(nèi)部的各類設(shè)備設(shè)施和保障系統(tǒng)鏈接為一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)可視、信息實(shí)時(shí)傳遞、控制可靠高效、反饋快速精確。系統(tǒng)建設(shè)與設(shè)計(jì)充分汲取多地各工程智能化保障系統(tǒng)建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，智能控制系統(tǒng)是以工程智能化中心所研制的基于LonWorks 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及組態(tài)軟件技術(shù)的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工程內(nèi)部風(fēng)、水、電等設(shè)備的集中監(jiān)視和自動(dòng)控制，能快速、準(zhǔn)確、安全地實(shí)現(xiàn)三防通風(fēng)方式轉(zhuǎn)換，有效提升了工程管理和維護(hù)的智能化水平，確保工程各要素系統(tǒng)的安全良性運(yùn)行，緩解平戰(zhàn)結(jié)合工程點(diǎn)多面廣人少造成的管理壓力，建立安全隱患應(yīng)急報(bào)警聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

項(xiàng)目建成后，能夠提高基于信息系統(tǒng)的體系防護(hù)能力，為城市防災(zāi)提供可靠保障，為有效履行“戰(zhàn)時(shí)防空、平時(shí)服務(wù)、應(yīng)急支援”使命任務(wù)提供助力。

4 系統(tǒng)研發(fā)

4.1 技術(shù)架構(gòu)

BIM 運(yùn)維管理平臺(tái)以物聯(lián)網(wǎng)感、傳、知、用為技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建，總體概括為“五層兩翼”結(jié)構(gòu)，“五層”依次為運(yùn)行環(huán)境支撐、基礎(chǔ)服務(wù)支撐、應(yīng)用服務(wù)支撐、數(shù)據(jù)中心、BIM 運(yùn)維管理平臺(tái)；“兩翼”是指平臺(tái)建設(shè)必須遵循的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以及必要的安全保障體系建設(shè)。

4.2 功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)利用BIM 與IoT 技術(shù)，針對(duì)人防工程特殊應(yīng)用環(huán)境，全方位感知、多系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)人防工程的全面管理?；贗oT技術(shù)，將民防工程內(nèi)部的通風(fēng)、給排水、供電等機(jī)電設(shè)備、防護(hù)設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)、照明監(jiān)控、視頻監(jiān)控等利用BIM 與IoT 技術(shù)整合到統(tǒng)一的平臺(tái)上，將原本分散控制的子系統(tǒng)有效集成、統(tǒng)一監(jiān)控。系統(tǒng)基于BIM 與IoT 技術(shù)對(duì)地下空間（人防工程）內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行全生命期的管控，保障民防工程高效、可靠地運(yùn)行。

按照運(yùn)維實(shí)際業(yè)務(wù)需求，結(jié)合民防工程特點(diǎn)，運(yùn)維平臺(tái)設(shè)置平臺(tái)首頁(yè)（模型視圖）、工程監(jiān)控、工程維護(hù)、工程檔案、數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)設(shè)置等模塊。

5 系統(tǒng)應(yīng)用

5.1 智能感知系統(tǒng)

智能感知系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和智能三防系統(tǒng)改造提升。

5.1.1 智能三防系統(tǒng)

防護(hù)設(shè)備與三防轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)主要用于進(jìn)排風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥、濾毒系統(tǒng)、水閥、水泵等設(shè)備的監(jiān)視控制，并根據(jù)三防報(bào)警信號(hào)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。

5.1.2 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)通風(fēng)、給排水、供電等關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備及附屬閥門等進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制等進(jìn)行改造升級(jí)。

1）通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)加裝數(shù)字量控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)、電動(dòng)密閉閥門運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，并可根據(jù)運(yùn)營(yíng)具體需求自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門的啟動(dòng)和停止。通過(guò)切換電動(dòng)閥門，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)三防通風(fēng)切換。工程保障指揮中心可以遠(yuǎn)程手動(dòng)控制各電動(dòng)閥門的開、關(guān)。

2）給排水系統(tǒng)

給排水系統(tǒng)通過(guò)加裝數(shù)字量控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水泵運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)通風(fēng)方式轉(zhuǎn)換到“隔絕”方式時(shí)，強(qiáng)制停止所有污水泵的運(yùn)行，保證工程內(nèi)部的超壓。

3）供配電系統(tǒng)

對(duì)低壓配電柜一級(jí)負(fù)荷開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，讓工程維護(hù)管理人員在保障指揮中心及時(shí)掌握供電系統(tǒng)中各個(gè)開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)

5.1.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為針對(duì)工程內(nèi)部保障任務(wù)和保障人員的增加，內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量面臨著較大壓力，為了能快速、準(zhǔn)確、全面地掌握工程內(nèi)部環(huán)境狀況，在人防工程重要位置安裝傳感器。

通過(guò)在核心區(qū)、人員值班區(qū)域和其他重要區(qū)域設(shè)置溫濕度傳感器、氧氣濃度傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)信息。在人員較多的位置上，設(shè)置氧氣濃度傳感、甲醛濃度傳感器，監(jiān)測(cè)這些對(duì)人身體影響較大的空氣質(zhì)量參數(shù)。

5.2 智能運(yùn)管平臺(tái)

5.2.1 模型視圖

模型視圖對(duì)全要素三維模型進(jìn)行輕量化處理，實(shí)現(xiàn)模型的動(dòng)態(tài)、按需加載，提高運(yùn)維管理時(shí)模型加載運(yùn)行的速度。在三維BIM 模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)管理的側(cè)重點(diǎn)差異，疊加本工程業(yè)務(wù)管理的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)圖表化、可視化的統(tǒng)計(jì)、展示方式，為工程管理人員提供直觀、實(shí)時(shí)的關(guān)鍵匯總信息，全面掌握工程運(yùn)行狀況。

模型視圖設(shè)置四個(gè)子模塊，平時(shí)首頁(yè)、戰(zhàn)時(shí)首頁(yè)、空間查看、系統(tǒng)查看。

1）平時(shí)首頁(yè)

本工程平時(shí)功能為小型停車庫(kù)，管理重點(diǎn)為停車數(shù)據(jù)管理和日常安防管理。平時(shí)首頁(yè)功能設(shè)計(jì)上計(jì)劃接入智能停車系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將停車系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)、關(guān)鍵出入口和通道處的視頻監(jiān)控集成在平時(shí)首頁(yè)。

2）戰(zhàn)時(shí)首頁(yè)

根據(jù)本工程平戰(zhàn)結(jié)合的功能定位，戰(zhàn)時(shí)首頁(yè)面向工程平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換期間和戰(zhàn)時(shí)階段的工程管理，管理側(cè)重點(diǎn)在于戰(zhàn)時(shí)防護(hù)效能的掌握，重點(diǎn)突出展示工程內(nèi)部通風(fēng)方式——清潔、濾毒、隔絕。

3）空間查看

工程功能分區(qū)的可視化呈現(xiàn)，是工程空間劃分的靜態(tài)數(shù)據(jù)?；谌SBIM模型進(jìn)行工程整體空間布局展示，方便管理人員快速掌握功能空間分布。

4）系統(tǒng)查看

根據(jù)建筑物的專業(yè)分類，通過(guò)三維BIM 模型對(duì)建筑組成進(jìn)行可視化展示，例如土建、電氣、通風(fēng)、給排水區(qū)分顯示，可以清楚的查看各專業(yè)設(shè)施設(shè)備的空間位置和不同專業(yè)之間的空間關(guān)系。

5.2.2 工程監(jiān)控

工程監(jiān)控對(duì)工程各系統(tǒng)的IoT 設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視或監(jiān)控，將原有分散、獨(dú)立的子系統(tǒng)基于三維BIM模型進(jìn)行有效集成管控，管理人員在數(shù)字模型上可實(shí)時(shí)查看工程各專業(yè)、關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況。

在三維BIM 模型視圖場(chǎng)景中，用戶通過(guò)可視化方式查看工程關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。點(diǎn)擊設(shè)備模型，快速查看設(shè)備基礎(chǔ)信息和動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)信息包括設(shè)備名稱、編號(hào)、生產(chǎn)廠家、技術(shù)參數(shù)等，動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括手自動(dòng)狀態(tài)、故障狀態(tài)、啟停狀態(tài)等，用戶通過(guò)可視化手段實(shí)時(shí)掌控設(shè)備運(yùn)行狀況。同時(shí)也可在工程平面圖上了解關(guān)鍵設(shè)備的位置分布以及分項(xiàng)系統(tǒng)的運(yùn)行態(tài)勢(shì)。工程監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)備監(jiān)控、消防監(jiān)視、照明監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控組成。

5.2.3 工程檔案

工程檔案面向工程數(shù)字資產(chǎn)進(jìn)行管理，對(duì)工程全生命期信息檔案進(jìn)行電子化集成管理，包括工程基礎(chǔ)信息、設(shè)計(jì)資料、設(shè)施設(shè)備信息、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息、運(yùn)營(yíng)管理信息等。

5.2.4 工程維護(hù)

針對(duì)人防工程的運(yùn)維管理需要，將管理人員和運(yùn)維人員的日常工作以流程化的業(yè)務(wù)體系進(jìn)行呈現(xiàn)，使各個(gè)業(yè)務(wù)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)。工程維護(hù)模塊為運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員提供設(shè)備維護(hù)維修管控平臺(tái)，按照地下空間養(yǎng)護(hù)規(guī)程規(guī)定的養(yǎng)護(hù)頻次或要求提前告知，方便養(yǎng)護(hù)人員系統(tǒng)性、有計(jì)劃的制定維護(hù)維修計(jì)劃[2]。

1）維護(hù)體系

對(duì)維護(hù)人員、維護(hù)規(guī)程、維護(hù)計(jì)劃、維護(hù)記錄進(jìn)行電子化、流程化管理，結(jié)合BIM模型和設(shè)備二維碼系統(tǒng)，維護(hù)對(duì)象快速、可視化定位，設(shè)備運(yùn)維歷史快速調(diào)閱、查看，提高運(yùn)維養(yǎng)護(hù)效率。

2）應(yīng)急管理

為應(yīng)對(duì)人防工程運(yùn)維過(guò)程中的突發(fā)情況，維護(hù)人員根據(jù)地下空間常見突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)案制定并結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)上傳。當(dāng)應(yīng)急事件發(fā)生，相應(yīng)的管理人員可以根據(jù)應(yīng)急預(yù)案步驟逐步執(zhí)行，并記錄處理結(jié)果。

3）報(bào)警管理

根據(jù)報(bào)警信號(hào)的來(lái)源分為環(huán)境參數(shù)報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警、三防信號(hào)報(bào)警等。不同的報(bào)警類型其處理方式也不同，如設(shè)備故障告警會(huì)轉(zhuǎn)入到維護(hù)體系中，系統(tǒng)會(huì)提示維護(hù)人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢修。

5.2.5 數(shù)據(jù)分析

對(duì)于人防工程運(yùn)維期間產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，平臺(tái)進(jìn)行針對(duì)性的篩選、分析，對(duì)工程的各項(xiàng)技術(shù)性能進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的情況。

1）維護(hù)統(tǒng)計(jì)

針對(duì)工程維護(hù)數(shù)據(jù)，按照維護(hù)任務(wù)發(fā)生事件、任務(wù)類型、維護(hù)組等進(jìn)行多維度統(tǒng)計(jì)，輔助運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員對(duì)維護(hù)任務(wù)進(jìn)行分析，優(yōu)化維護(hù)任務(wù)計(jì)劃。

2）報(bào)警統(tǒng)計(jì)

針對(duì)工程報(bào)警數(shù)據(jù)，按照?qǐng)?bào)警發(fā)生時(shí)間、報(bào)警信號(hào)來(lái)源、報(bào)警類型、報(bào)警位置等進(jìn)行多維度統(tǒng)計(jì)，輔助運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3）應(yīng)急統(tǒng)計(jì)

針對(duì)應(yīng)急事件數(shù)據(jù)，按照應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)間、應(yīng)急事件類型、應(yīng)急組等進(jìn)行多維度統(tǒng)計(jì)，輔助運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員對(duì)應(yīng)急數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

6 結(jié)論與展望

BIM、IoT、智能感知等信息技術(shù)為城市地下空間（人防工程）信息化、精細(xì)化、智能化運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供了新的思路和途徑，提升運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率的同時(shí)降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)字化管理運(yùn)營(yíng)模式，保障地下空間防護(hù)效能，為有效履行“戰(zhàn)時(shí)防空、平時(shí)服務(wù)、應(yīng)急支援”使命任務(wù)提供堅(jiān)強(qiáng)助力。