鄭輝

[摘? ? 要]以梅賽德斯-奔馳文化中心弱電智能化升級項目為例，針對首次接觸到的基于BIM+GIS的設(shè)備運(yùn)維管理平臺系統(tǒng)，總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗。闡述了對于設(shè)備運(yùn)維管理平臺系統(tǒng)集成技術(shù)設(shè)計方面的一點認(rèn)識，對包含多系統(tǒng)知識的設(shè)備運(yùn)維管理平臺模型設(shè)計、數(shù)據(jù)獲取、具體應(yīng)用效果等做了詳細(xì)說明。

[關(guān)鍵詞]BIM+GIS設(shè)備運(yùn)維管理平臺;輕量化模型;智能算法;第三方數(shù)據(jù)對接;TCP/IP

[中圖分類號]TU723.3;TM7 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–00–04

Mechanical and Electrical Equipment Management Platform

of Performance Venue Based on BIM Model

Zheng Hui

[Abstract]This paper summarizes some technical experience of the equipment operation and maintenance management platform system based on BIM + GIS， which I first came into contact with in the process of the weak current intelligent upgrading project of Mercedes Benz cultural center. This paper expounds the understanding of the system integration technology design of the equipment operation and maintenance management platform， and makes a detailed description of the model design， data acquisition and specific application effect of the equipment operation and maintenance management platform including multi system knowledge.

[Keywords]BIM + GIS equipment operation and maintenance management platform; Lightweight model; Intelligent algorithm; Third party data docking; TCP/IP

1 綜合運(yùn)維管理平臺概述

1.1 項目概述

梅賽德斯—奔馳文化中心原為世博演藝中心，世博會結(jié)束后與中國館、世博軸等一軸四館成為上海世博會永久性展館，一直保留沿用。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

梅賽德斯奔馳文化中心智能化建設(shè)是一個龐大、復(fù)雜、有機(jī)的整體，應(yīng)將其建立于具有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、統(tǒng)一的平臺之上，并建立統(tǒng)一的接口，將各應(yīng)用系統(tǒng)之間密切銜接，高度共享。系統(tǒng)總體架構(gòu)貫穿各個層次的互聯(lián)互通接口和配套的信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，由場館各機(jī)電設(shè)備運(yùn)行管理模塊組成。以統(tǒng)一門戶為基礎(chǔ)，把各個智慧分系統(tǒng)集成于一體。改進(jìn)現(xiàn)有的信息管理、交流與傳播渠道，提高場館各領(lǐng)域信息交流的速度與效率。

借助3D虛擬仿真技術(shù)及室內(nèi)外一體化GIS地圖融合技術(shù)，實現(xiàn)場館綜合展示、BA管理系統(tǒng)、安防平臺系統(tǒng)（監(jiān)控、門禁、停車場）、能耗管理系統(tǒng)（供水、供電）、位置服務(wù)可視化呈現(xiàn)，形成智慧場館監(jiān)控、預(yù)警、診斷、分析及應(yīng)用服務(wù)可視化管理的一體化平臺，打造不同維度的管理視角，并最終實現(xiàn)統(tǒng)一運(yùn)維，有效提高場館機(jī)電設(shè)備的運(yùn)維效率及運(yùn)維水平。

1.3 建設(shè)意義

1.3.1 場景化的功能管理

傳統(tǒng)運(yùn)維管理過程中，不同部門需要面對不同建筑管理子系統(tǒng)，且根據(jù)運(yùn)維管理需求不同需要對各個子系統(tǒng)進(jìn)行不同操作，對管理人員的技術(shù)水平和工作效率提出較大考驗。基于BIM+GIS的梅賽德斯—奔馳文化中心智能化管理平臺能夠根據(jù)不同部門的運(yùn)維管理需求，將所有子系統(tǒng)信息集中到同一界面，便于信息的檢索和工作的派發(fā)，實現(xiàn)面向運(yùn)維管理工作的場景化功能設(shè)計。

1.3.2 基礎(chǔ)信息全面共享

管理平臺具有建筑數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了建筑信息的電子檔案管理，不同管理部門在運(yùn)維管理過程中能夠快速查找到所需的運(yùn)維管理信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨部門實時共享。避免了傳統(tǒng)運(yùn)維中檔案管理的復(fù)雜和以往跨部門資料借閱中出現(xiàn)的資料不及時歸還或遺失等問題。

1.4 運(yùn)維管理平臺設(shè)計架構(gòu)

運(yùn)維管理平臺總體架構(gòu)如圖1所示。

2 BIM模型的建立和處理

2.1 模型范圍

基于BIM+GIS的管理平臺整體場景展示覆蓋整個梅賽德斯—奔馳文化中心場館，可顯示整個公建區(qū)，包括所有地面建筑、地下建筑、道路等。對梅賽德斯—奔馳文化中心項目模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化和渲染美化進(jìn)行處理并預(yù)留運(yùn)維管理接口，保證相應(yīng)的BIM+GIS模型導(dǎo)入到平臺時系統(tǒng)仍可正常流暢運(yùn)行。

2.2 模型要求

（1）建模依據(jù)為竣工圖中天花定位圖，其中點位需與圖紙中位置吻合。

（2）由于弱電模型大量重復(fù)必須建族，模型命名與弱電系統(tǒng)中的名稱對應(yīng)。

（3）弱電模型需要與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行校核，查看位置是否準(zhǔn)確合理。

（4）弱電點位模型交付需要分層分專業(yè)。

（5）模型體量較大，分層分區(qū)建模時，各MEP專業(yè)的立管上下層必須對正;若按系統(tǒng)進(jìn)行建模，要求機(jī)電模型和建筑、結(jié)構(gòu)、精裝模型關(guān)系正確，不能出現(xiàn)和事實不符的碰撞、穿插等問題，同時要求通過工作集或者設(shè)置過濾器來進(jìn)行模型拆分，方便查看各專業(yè)模型。

2.3 模型精度定義

設(shè)備的技術(shù)屬性對應(yīng)LOF300級別見表1。

3 BIM運(yùn)維平臺智能算法應(yīng)用示例

3.1 能耗預(yù)測算法

3.1.1 特征要求

歷史能耗信息需要數(shù)據(jù)質(zhì)量盡可能的高（總支能夠達(dá)到平衡的狀態(tài)），不同的數(shù)據(jù)質(zhì)量計算出來的精確度也不相同，以下為不同數(shù)據(jù)質(zhì)量能夠達(dá)到的精確度指標(biāo)（持續(xù)更新）：

以場館歷史能耗數(shù)據(jù)（每天96維能耗數(shù)據(jù)）、當(dāng)天實際能耗數(shù)據(jù)為訓(xùn)練輸入，運(yùn)用kmeans聚類算法計算歷史一致性評分和計劃一致性評分。核心診斷運(yùn)行的4個維度：①開關(guān)異常;②波動異常診斷;③能耗異常;④歷史一致性。

采用kmeans聚類算法把場館歷史能耗數(shù)據(jù)（每天96維能耗數(shù)據(jù)）進(jìn)行工作日和非工作日劃分，然后分別以手肘法所得k值進(jìn)行聚成k個簇，每個簇包含簇中心和簇內(nèi)能耗范圍（能耗最大值和最小值經(jīng)過95%置信區(qū)間篩選）;輸出簇中心、簇范圍。歷史一致性評分和計劃一致性評分邏輯如圖2所示。

3.2 空調(diào)模塊化控制算法

空調(diào)系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)的目的是為了滿足建筑隨時變化的制冷、供熱需求。建筑冷、熱量需求變化的時間常數(shù)通常是幾十分鐘，甚至小時，因而空調(diào)供冷、供熱調(diào)節(jié)應(yīng)該采用較長的控制步長。然而空調(diào)設(shè)備的調(diào)節(jié)動作較快，常常在幾分鐘，甚至1min以內(nèi)就可以達(dá)到調(diào)節(jié)目標(biāo)。如圖3、表2所示。

4 BIM運(yùn)維管理平臺集成子系統(tǒng)數(shù)據(jù)方式

BIM運(yùn)維管理平臺和現(xiàn)有的系統(tǒng)不產(chǎn)生沖突，而是在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提供更高層次的數(shù)據(jù)交互和場景應(yīng)用，而且BIM運(yùn)維管理平臺本身的功能也需要從底層的系統(tǒng)或傳感器獲取數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的獲取分為兩種形式，一種是從底層傳感器中直接讀取，另一種是從現(xiàn)有的系統(tǒng)中獲取。部分較為簡單的功能，如視頻監(jiān)控等，從傳感器中直接讀取，這種方式較為簡單，數(shù)據(jù)交互也更為快捷;但有一些較為復(fù)雜的功能，特別是需要現(xiàn)場執(zhí)行單元的數(shù)據(jù)，則從第三方系統(tǒng)中獲取，如消防應(yīng)急系統(tǒng)、變配電系

統(tǒng)等。

場館目前一些大型的機(jī)電系統(tǒng)，都設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)的第三方接口。如空調(diào)自控系統(tǒng)，采用基于支持TCP/IP或OPC協(xié)議方式的數(shù)據(jù)服務(wù)調(diào)用，提高數(shù)據(jù)調(diào)用的方便性。少數(shù)系統(tǒng)無數(shù)據(jù)的上傳交互接口，因此需要編寫相應(yīng)的程序，對其數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用和編譯。

4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獲取方式

4.1.1 直接從傳感器獲?。ㄒ韵路Q第一類傳輸）。

系統(tǒng)傳感器本身有通信模塊，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳，如風(fēng)水電系統(tǒng)的前端機(jī)房設(shè)備。部分傳感器有國際（或行業(yè)）通用的標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議，通過485線或無線傳輸?shù)姆绞剑?jīng)過現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集模塊直接上傳到遠(yuǎn)端的服務(wù)器，由BIM運(yùn)維管理平臺的數(shù)據(jù)采集程度對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼并寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)中的一些較為特殊的傳感器或沒有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的傳感器，通過設(shè)備廠商提供相應(yīng)的傳輸規(guī)約，由BIM運(yùn)維管理平臺編寫相應(yīng)的程序?qū)?shù)據(jù)包進(jìn)行編譯。

4.1.2 提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的系統(tǒng)（以下稱第二類傳輸）

主要是一些版本較新的新建系統(tǒng)，如客流統(tǒng)計、車輛管理等，系統(tǒng)本身提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)調(diào)用模塊，其系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)有完善的功能。這類系統(tǒng)通過國際（或行業(yè)）通用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，BIM運(yùn)維管理平臺只要遵循其傳輸協(xié)議，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析即可。這類數(shù)據(jù)調(diào)用不需要通過中間的硬件系統(tǒng)，直接通過網(wǎng)絡(luò)傳輸即可，較為方便。

4.1.3 需要編寫傳輸軟件的系統(tǒng)（以下稱第三類傳輸）

相對于提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的系統(tǒng)，一些版本較早或本身沒有數(shù)據(jù)交互需求的系統(tǒng)，如燈光控制、變配電系統(tǒng)。往往不提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，通過與系統(tǒng)供應(yīng)商協(xié)商，編寫相應(yīng)的傳輸軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。根據(jù)系統(tǒng)供應(yīng)商自身的需求和能力，系統(tǒng)中采取了以下幾種方式。

（1）我方直接編寫我方直接編寫傳輸程序，從系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中直接調(diào)用數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)紹IM運(yùn)維管理平臺的數(shù)據(jù)庫。這種方式較為直接，但需要第三方系統(tǒng)供應(yīng)商完全開放其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，并說明數(shù)據(jù)庫格式。

（2）第三方直接編寫按照我方的數(shù)據(jù)格式要求，由第三方系統(tǒng)供應(yīng)商自行編寫數(shù)據(jù)傳輸程序，定時將數(shù)據(jù)取出后形成數(shù)據(jù)包，傳輸給遠(yuǎn)端的BIM運(yùn)維管理平臺，由數(shù)據(jù)采集模塊對數(shù)據(jù)包進(jìn)行識別。運(yùn)維管理平臺中接入的BA系統(tǒng)采取了這種方法。

（3）規(guī)定中間數(shù)據(jù)庫大多數(shù)系統(tǒng)我方則采取這種方法，其自身編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸程序，將數(shù)據(jù)傳入指定的中間數(shù)據(jù)庫，中間數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)完全根據(jù)其原有的習(xí)慣，BIM運(yùn)維管理平臺定期從中間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。這種方式的優(yōu)勢是不會對第三方系統(tǒng)產(chǎn)生影響，見表3。

根據(jù)上述的數(shù)據(jù)獲取方式，第三方系統(tǒng)供應(yīng)商或設(shè)備供應(yīng)商需要提供以下資料：

（1）確認(rèn)系統(tǒng)/設(shè)備是否具有遠(yuǎn)傳功能。

（2）提供系統(tǒng)/設(shè)備的傳輸協(xié)議。

（3）確定系統(tǒng)/設(shè)備的傳輸方式。

（4）提供系統(tǒng)/設(shè)備的測試端口。

（5）需要規(guī)定中間數(shù)據(jù)庫的，約定中間數(shù)據(jù)庫相應(yīng)格式。

我方取得相應(yīng)的資料后，將按圖4流程實施。

5 BIM運(yùn)維管理平臺對場館各系統(tǒng)的集成

5.1 對場館自控系統(tǒng)的集成

BIM運(yùn)維管理平臺可以通過OPC、BacNet、ModBus等協(xié)議，讀取場館自動控制系統(tǒng)所有的點位數(shù)據(jù)和寫入所有可控的點位數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對場館自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。集成后實現(xiàn)以下功能：

（1）完成對建筑設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的采集和反饋控制，將所有信息轉(zhuǎn)化為可視化圖文方式推送。

（2）系統(tǒng)一體管理：對空調(diào)、送排風(fēng)、配電、電梯、燈光照明等進(jìn)行檢測，實現(xiàn)統(tǒng)一的平臺管理。

5.2 對門禁管理系統(tǒng)的集成

門禁系統(tǒng)應(yīng)基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接口，提供出入口控制、進(jìn)出記錄查詢、用戶授權(quán)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能的開發(fā)接口。平臺能夠接受的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議包括：SDK（用戶授權(quán)）、OPC或者RS485內(nèi)部協(xié)議（設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控）、ODBC（進(jìn)出記錄查詢）。集成后實現(xiàn)以下主要功能：

（1）提供所有出入口設(shè)備的狀態(tài)。

（2）可選擇的開啟/關(guān)閉每一個出入口。

（3）可通過用戶姓名、ID等特征來檢索用戶的進(jìn)出記錄。

（4）可遠(yuǎn)程對用戶進(jìn)行授權(quán)/取消授權(quán)。

（5）可實時接收出入口設(shè)備報警信息。

（6）可實時接收重點人員（黑/白名單）出現(xiàn)時提醒信息。

5.3 對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接口，提供攝像頭云臺控制、視頻查詢、分析等開發(fā)接口。平臺能夠接受的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議包括：SDK（錄像系統(tǒng)）、RS232或者RS485內(nèi)部協(xié)議（矩陣或者大屏控制系統(tǒng)）。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成管理系統(tǒng)傳遞視頻圖像，數(shù)字視頻矩陣通過TCP/IP與集成系統(tǒng)傳遞控制信息。顯示各樓層地圖上所有的攝像機(jī)位置、并可通過軟件控制切換到指揮中心大屏上。

（3）實現(xiàn)視頻錄像的查詢、回放、保存、下載、抓圖和圖片瀏覽等功能。

（4）實現(xiàn)視頻監(jiān)控報警接收，攝像機(jī)聯(lián)動功能。

（5）實現(xiàn)視頻畫面實時分析集成，實現(xiàn)人員定位，人流密度分析等功能。

5.4 對能耗管理系統(tǒng)的集成

運(yùn)維管理平臺通過OPC、TCP、Modbus等協(xié)議，讀取能耗管理系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的集成。集成以后可以實現(xiàn)以下功能：

（1）監(jiān)測各設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)。

（2）按年、季度、月統(tǒng)計分析能耗數(shù)據(jù)。

（3）將所有能耗數(shù)據(jù)整理成圖表的形式供管理人員參考。

（4）能查詢能耗的歷史數(shù)據(jù)。

6 運(yùn)維管理平臺對接數(shù)據(jù)的存儲

6.1 子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口說明

項目系統(tǒng)集成基于智能化子系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行，在子系統(tǒng)滿足測試條件的條件下，進(jìn)行接口測試工作編寫接口測試報告，根據(jù)測試說明進(jìn)行接口驅(qū)動的開發(fā)，開發(fā)完成并測試無誤后進(jìn)行現(xiàn)場的接口部署工作。接口標(biāo)準(zhǔn)見表4。

6.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲方式

（1）針對梅賽德斯—奔馳文化中心項目數(shù)據(jù)體量大、對接子系統(tǒng)多、數(shù)據(jù)需要打通等特點，采用阿里云服務(wù)器+本地服務(wù)器配合使用的數(shù)據(jù)存儲方式。

（2）本地配置要一臺服務(wù)器做數(shù)據(jù)采集用，原因是不能確保對接的子系統(tǒng)都有外網(wǎng)映射，而所有數(shù)據(jù)都傳到云平臺，會導(dǎo)致速度較慢。

（3）TCP/IP協(xié)議、Web服務(wù)器和瀏覽器在整個網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)信息交換、綜合與共享。

6.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份

梅賽德斯—奔馳文化中心綜合運(yùn)維管理平臺具備完善的數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)備份措施。能夠考慮到數(shù)據(jù)使用安全的需求，在滿足運(yùn)維的需求同時，提供信息化技術(shù)的數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)備份措施。

（1）構(gòu)建基于BIM+GIS的運(yùn)維管理數(shù)據(jù)信息庫。將通過BIM+GIS的竣工模型通構(gòu)建BIM+GIS數(shù)據(jù)庫，集成和存儲項目的建筑以及設(shè)備有關(guān)的所有有效信息，集成和存儲項目的建筑以及設(shè)備有關(guān)的所有信息，且保證信息的可永久追溯。

（2）通過基于BIM+GIS的數(shù)據(jù)信息庫，與設(shè)備相關(guān)的這些信息能夠方便地進(jìn)行管理、修改、查詢、調(diào)用;為設(shè)備的后期維修和更換提供依據(jù)。

7 結(jié)語

本文對整個梅賽德斯-奔馳文化中心BIM+GIS設(shè)備運(yùn)維管理平臺的設(shè)計做了較為系統(tǒng)的研究，設(shè)計成果具有一定的使用價值。為BIM+GIS設(shè)備運(yùn)維管理平臺集成應(yīng)用于大型多功能場館提供了一個參考，同時也為BIM+GIS設(shè)備運(yùn)維管理平臺與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合提供了一種設(shè)計思路。

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