基于BIM應(yīng)用技術(shù)的建筑智能化探究

孫博

（北京北投智慧城市科技有限公司，北京 101117）

1 前言

在建筑行業(yè)智能化改革下，提高了行業(yè)管理效率，使得管理系統(tǒng)廣泛用于建筑運維中，能夠做好內(nèi)容管理及數(shù)據(jù)存儲工作，推動建筑管理轉(zhuǎn)型升級，向可視化、智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)建筑行業(yè)中，BIM與BAS技術(shù)多用于建筑設(shè)計、施工等，構(gòu)建三維仿真模型，識別建筑數(shù)據(jù)信息。面對建筑智能化的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)開發(fā)BIM+BAS可視化運維管理系統(tǒng)，助力于監(jiān)測內(nèi)部建筑環(huán)境數(shù)據(jù)，解決突發(fā)報警等問題，從而節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益。

2 系統(tǒng)需求分析

新型智能化建筑運維業(yè)務(wù)管理中，根據(jù)用戶需求將系統(tǒng)、建筑結(jié)構(gòu)、管理及服務(wù)實現(xiàn)最優(yōu)組合，為用戶提供便利、舒適的人性化建筑環(huán)境，配置智能化建筑功能，推動建筑可持續(xù)發(fā)展。此過程中，立足于BIM+BAS技術(shù)運維系統(tǒng)，需滿足以下需求：

2.1 專業(yè)需求

智能化建筑設(shè)施需要分專業(yè)劃分，由多個部門進行運維管理，BIM+BAS運維管理，也應(yīng)當(dāng)按照部分專業(yè)授權(quán)管理，各部門僅能使用授權(quán)的模型專業(yè)內(nèi)容，完成運維工作。

2.2 三維展示

建筑設(shè)備運維應(yīng)利用BIM模型進行三維展示，且通過BAS結(jié)合場景漫游功能，對建筑內(nèi)外三維景象動態(tài)性展現(xiàn)出來。系統(tǒng)上對空間數(shù)據(jù)實時更新，提高管理效率；

2.3 報警功能

設(shè)備能夠檢測狀態(tài)，數(shù)據(jù)異?；虺稣７秶?，需在模型中標識出來，報警顯示，提供報警詳細信息。人員可利用屏幕，查詢、顯示與定位設(shè)備信息，包含名稱、分類、位置、專業(yè)等。

3 系統(tǒng)總體方案

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計中使用B/S架構(gòu)，擁有較高兼容性與可擴展性，支持移動終端、瀏覽器并發(fā)訪問，按照系統(tǒng)需求目標及運維對比，設(shè)計3D建筑運維系統(tǒng)路線，架構(gòu)分為4層，關(guān)鍵技術(shù)是利用BAS系統(tǒng)與BIM建模實現(xiàn)，結(jié)合軟硬件系統(tǒng)通信、數(shù)據(jù)庫，開發(fā)設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，為運維數(shù)據(jù)提供支持，實現(xiàn)單監(jiān)測節(jié)點與多監(jiān)測節(jié)點的數(shù)據(jù)采集。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 硬件系統(tǒng)

設(shè)計硬件系統(tǒng)工作分為有線通信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器及監(jiān)測節(jié)點。按照建筑運維管理需求，選擇檢測參數(shù)包含煙霧濃度、粉塵濃度、運行參數(shù)等，檢測節(jié)點包含采集器與傳感器，開發(fā)數(shù)據(jù)采集器選定傳感器數(shù)據(jù)，通信網(wǎng)絡(luò)包含交換機與串口轉(zhuǎn)TCP/IP模塊，監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)能夠利用TCP/UIP模塊轉(zhuǎn)至交換機，經(jīng)過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器，服務(wù)器設(shè)計上位機程序顯示接收數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)存儲。

3.2.1 采集設(shè)備數(shù)據(jù)

利用MQTT與OPC服務(wù)器獲得設(shè)備參數(shù)，布設(shè)能源儀表、傳感設(shè)備等，采集現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)參數(shù)，包含電壓、電流、故障、作業(yè)時間、維修保養(yǎng)、濕度溫度等。

3.2.2 采集3D數(shù)模數(shù)據(jù)

利用自定義DGRVT屬性集格式文件接口解析、傳遞與整合軟件靜態(tài)模型數(shù)據(jù)。

3.2.3 采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)利用接口形式采集構(gòu)建的自動化信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對接OA系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)、視頻服務(wù)等系統(tǒng)。

3.2.4 采集文檔數(shù)據(jù)

采取文件標準化編碼格式，實現(xiàn)文檔和BIM模型的綁定關(guān)聯(lián)，工作人員也要上報設(shè)備運行參數(shù)、視頻、文件等數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)重要模塊，設(shè)計數(shù)據(jù)庫應(yīng)考慮目標與需求，結(jié)合業(yè)務(wù)明確數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，研究表之間關(guān)聯(lián)，按照整體框架利用Bmob云數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)，不采取單獨部署服務(wù)器，后臺具備可視化界面，也能和Unity3D便于通信。并且，Bmob數(shù)據(jù)庫能夠存儲Boolean、String、Array、Number等數(shù)據(jù)，還能提供存儲文檔、音頻、圖片、視頻等服務(wù)。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)包含以下部分：一是室內(nèi)采集系統(tǒng)的設(shè)備運行數(shù)據(jù)及環(huán)境信息；二是BIM模型信息；三是BAS系統(tǒng)及人員導(dǎo)入虛擬信息，設(shè)計系統(tǒng)業(yè)務(wù)及規(guī)則，明確表的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，合理管理數(shù)據(jù)庫。

3.4 軟件系統(tǒng)

BIM技術(shù)作為知識共享資源，可將建筑信息以三維數(shù)字表達，為建筑運維管理提供了新方向，可立足于BIM與BAS技術(shù)，確定運維管理系統(tǒng)實現(xiàn)方案。可利用FBX格式BIM運維架構(gòu)，在Revit中導(dǎo)入BIM模型為FBX格式，作為跨平臺免費交換三維數(shù)據(jù)格式，能夠BAS系統(tǒng)中將建筑BIM三維數(shù)據(jù)全部保留下來，且具有免費SDK、多記錄、跨平臺優(yōu)點，作為導(dǎo)出標準格式，支持多種軟件。導(dǎo)出BIM模型的FBX格式至Unity3D后，可在Revit內(nèi)獲得相關(guān)信息，無須轉(zhuǎn)換格式，直接批量保存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和Unity3D的通信，利用C#編寫腳本代碼，將建筑內(nèi)部三維可視化，模型的材料、設(shè)備、結(jié)構(gòu)、項目等信息也保存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

3.4.1 建模

在Revit軟件內(nèi)導(dǎo)出BIM的FBX格式模型，導(dǎo)入至Unity3D內(nèi)，經(jīng)過3Dmax修改編輯供軟件應(yīng)用，編寫C#腳本對BIM動作進行控制，達成三維可視化效果。

3.4.2 數(shù)據(jù)

在Revit軟件中導(dǎo)出BIM模型明細轉(zhuǎn)換文件格式后，批量保存數(shù)據(jù)至Bmob數(shù)據(jù)庫，可直接將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至本地，供人員后續(xù)使用。

4 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

4.1 監(jiān)測節(jié)點

4.1.1 傳感器選型

傳感器選型中，統(tǒng)計其精度、量程及輸出信號，見表1。

表1 傳感器參數(shù)

（1）粉塵傳感器

選用GP2Y1010AUOF傳感器，其多用于空氣凈化系統(tǒng)，能夠有效監(jiān)測空氣粉塵濃度，監(jiān)測時間段根據(jù)空氣折射灰塵光纖判斷濃度含量。

（2）溫濕度傳感器

選用DHT11傳感器，作為復(fù)合、數(shù)字型傳感器，內(nèi)部含有NTC測溫與電阻感濕元件，能夠迅速、準確測量溫濕度，具有成本低、抗干擾的優(yōu)勢。

（3）光照傳感器

選用BH1750傳感器，抗干擾強、精度高、成本低，多用于開發(fā)室內(nèi)光照監(jiān)測系統(tǒng)。

4.1.2 采集器

環(huán)境監(jiān)測采集器芯片使用STM32F103C8T6，相較傳統(tǒng)單片機具有外設(shè)、速度快特點，采集器需做好電路圖、PCB設(shè)計工作。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)程序是采集、發(fā)送監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)重點，包含串口通信、采集數(shù)字信號、采集模擬信號這三部分，系統(tǒng)運行中需將模塊初始化，采集器根據(jù)傳感器參數(shù)，以串口發(fā)送數(shù)據(jù)至通信網(wǎng)絡(luò)。

4.2 通信網(wǎng)絡(luò)

采集系統(tǒng)采取通信模塊，應(yīng)用B/S框架，實現(xiàn)采集器與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換模塊連接，利用網(wǎng)線連接服務(wù)器端，完成雙向通信。

為保證維護管理系統(tǒng)每個監(jiān)測節(jié)點連接網(wǎng)絡(luò)模塊服務(wù)器與IP地址處于相同子網(wǎng)，利用通信網(wǎng)絡(luò)助手配置，和設(shè)備構(gòu)件連接后，設(shè)置其目標IP、工作模式與端口標號，借助上位機程序與調(diào)試助手，監(jiān)聽端口采集信息。不同監(jiān)測節(jié)點分布不同網(wǎng)絡(luò)位置，統(tǒng)一將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)經(jīng)過交換機發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器程序解析數(shù)據(jù)后，上傳云端，模塊增加層級構(gòu)成多層級拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)程序通過C#編寫，SDK文件引入數(shù)據(jù)庫后，通過平臺建立數(shù)據(jù)連接，初始化數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，監(jiān)聽數(shù)據(jù)信息進行解析存儲。

4.3 應(yīng)用案例

該系統(tǒng)用于某辦公樓內(nèi)，處于廣東省朝陽區(qū)，建筑面積6.8萬㎡，由地下2層和地上32層構(gòu)成，高為101.5m。項目采取BIM專業(yè)協(xié)同設(shè)計，運維管理立足于BIM+BAS技術(shù)，構(gòu)建虛擬空間映襯物理實體的數(shù)字模型，保證建筑設(shè)備能夠智能應(yīng)用與綜合管理。

4.4 實施方案

根據(jù)建筑運維管理需求，綜合考慮項目設(shè)計、施工及運維各階段，將BIM+BAS運維管理系統(tǒng)優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。首先，運維單位接入初期設(shè)計項目階段，調(diào)研項目運維管理要求，統(tǒng)計、分類調(diào)研結(jié)果，由專業(yè)BIM與BAS系統(tǒng)設(shè)計人員歸納重點，明確BIM模型應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)運維信息，補充說明建模深度，BAS運維系統(tǒng)需具備管理功能，作為開發(fā)、設(shè)計系統(tǒng)依據(jù)。項目實施中，要求構(gòu)建BIM模型單位按照需求建模，設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)單位需按照BAS及模型要求開發(fā)管理功能，培訓(xùn)用戶模擬系統(tǒng)操作使用。系統(tǒng)投入應(yīng)用后，操作人員利用系統(tǒng)功能處理BIM模型，以此為依托對空間租賃、設(shè)備運行、綜合信息及維護維修進行檢測控制，做好多方面運維管理，提高新型智能化建筑運維效率及水平。

4.5 系統(tǒng)功能

4.5.1 UI框架

UI框架能夠統(tǒng)一管理用戶界面，有助于管理場景控制面板與面板的跳轉(zhuǎn)，延長界面生命周期，統(tǒng)一設(shè)計UI框架，便于人員操作，以免出現(xiàn)誤點擊項目的情況，保存用戶可操作界面。開發(fā)者在UGUI界面中能夠迅速、靈活創(chuàng)建可視化界面，為便于遷移UI框架，設(shè)置獨立UI框架系統(tǒng)后導(dǎo)入運維系統(tǒng)。具體步驟如下：①使用JSON文件存儲面板地址及Prefab名稱；②使用UI元素設(shè)計、制作子模塊頁面情況，存儲于文件夾內(nèi)；③對“UI管理器”定義，解析面板信息、顯示狀態(tài)、保存實例；④定義入棧出棧方式，綁定導(dǎo)航對應(yīng)按鈕，創(chuàng)建及管理面板；⑤窗口層級管理，為頁面添加維護生命周期窗體的層級體系，借助生命周期函數(shù)，控制窗口生命狀態(tài)；⑥顯示頁面動畫，利用Unity3D導(dǎo)入DoTween組件完成一般線性動畫，創(chuàng)建功能頁面。

4.5.2 信息查詢

用戶點擊系統(tǒng)模型，能夠迅速查看關(guān)聯(lián)模型的全過程文件與信息，包含事件信息、靜態(tài)及動態(tài)信息。事件信息有歷史維護記錄、歷史報警信息、實時報警信息等；靜態(tài)信息包含采購信息、設(shè)計參數(shù)、關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及圖紙；動態(tài)信息包含設(shè)備控制及運行狀態(tài)參數(shù)。

4.5.3 空間定位

建筑內(nèi)包含給排水、電梯、光伏、安防、暖通、照明系統(tǒng)設(shè)備等，以三維模型方式呈現(xiàn)于BIM模型內(nèi)，能夠直觀了解系統(tǒng)分布，便于用戶以搜索關(guān)鍵字、空間定位等模式，對設(shè)備進行迅速定位。集成信息管理能夠提高人員處理運維信息效率。

4.5.4 設(shè)備管理

根據(jù)設(shè)備情況，系統(tǒng)自動化設(shè)置定期維護方案，關(guān)聯(lián)BIM模型，平臺發(fā)出提醒維護信息，使得人員能夠按照計劃維護，也能夠在設(shè)備故障后，自動生成工單，安排人員處理故障，填寫工單上傳維護記錄，構(gòu)建模型后，即可查詢設(shè)備歷史維護、報警記錄，便于人員制定日常設(shè)備維護決策。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著社會科技的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，為滿足人們高品質(zhì)生活需求，需加強建筑運維管理，采取智能化管理模式，提高運維效率。因此，新型建筑可立足于BIM+BAS技術(shù)，開發(fā)運維管理系統(tǒng)，設(shè)計UI框架，保證系統(tǒng)具備信息查詢、空間定位及設(shè)備管理等功能，為管理人員運維決策提供支持。