【摘要】在智慧城市科技展館建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維研究中，文章通過(guò)BIM技術(shù)構(gòu)建三維模型，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)收集并融合數(shù)據(jù)，以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)潛在故障。通過(guò)制定動(dòng)態(tài)預(yù)警閾值設(shè)定、多維度預(yù)警信息展示，以及多渠道預(yù)警信息傳遞三大管理步驟，確保建筑智能化系統(tǒng)成功運(yùn)維。研究結(jié)果表明，引入BIM技術(shù)后成本節(jié)約率高達(dá)9.14%，充分證明了BIM技術(shù)在成本控制上的有效性。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；智慧城市；科技展館；智能化系統(tǒng)；運(yùn)維管理

【中圖分類號(hào)】TU17 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2025）01-0007-03

0 引言

BIM技術(shù)是一種基于三維模型的多維信息集成技術(shù)，它集成了建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息，包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等全生命周期的數(shù)據(jù)。通過(guò)BIM技術(shù)，可以構(gòu)建一個(gè)包含豐富信息的數(shù)字化建筑模型，使工程項(xiàng)目的所有參與方都能夠在統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行信息共享和協(xié)同工作，從而極大地提高了建筑項(xiàng)目的效率和質(zhì)量，降低了錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)的頻率。

在智慧城市科技展館的運(yùn)維管理中，BIM技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)展館內(nèi)各項(xiàng)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)潛在的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警和分析，從而提前采取措施避免故障的發(fā)生。同時(shí)，BIM技術(shù)還可以與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)展館內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的智能分析和優(yōu)化管理，提高運(yùn)維效率和降低成本[1]。

1 基于BIM技術(shù)建立智慧城市科技展館建筑三維模型

在探討基于BIM技術(shù)構(gòu)建智慧城市科技展館建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維的進(jìn)程中，利用BIM技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)捕捉并更新展館內(nèi)的三維地圖信息，用M（t）表示在時(shí)間t時(shí)的三維地圖信息，其中M是一個(gè)包含點(diǎn)、線、面等幾何元素及其屬性的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。BIM技術(shù)則通過(guò)不斷更新這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的元素和屬性，反映展館內(nèi)空間布局和展項(xiàng)的變化[2]。因此，將這一過(guò)程通過(guò)式（1）進(jìn)行表示。

M（t） = F［M（t-l），ΔC］ " " "（1）

式中：F為BIM更新函數(shù)；ΔC為更新變化量。

BIM技術(shù)的三維可視化特性為參觀路線的跨樓層規(guī)劃提供了直觀展示，游客可以一目了然地規(guī)劃自己的探索路徑。而結(jié)合AR技術(shù)及實(shí)景模型數(shù)字藏品庫(kù)，更是將導(dǎo)覽體驗(yàn)推向了新的高度。在AR導(dǎo)航的引導(dǎo)下，游客不僅能輕松找到目的地，還能在途中觸發(fā)展品的AR展示及科普解說(shuō)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)覽與學(xué)習(xí)的無(wú)縫融合，極大地提升了參觀的趣味性和教育意義。

基于BIM技術(shù)建立三維模型，這種全景導(dǎo)覽方式不僅提供了更高的自由度和交互性，還允許游客近距離觀察展品，獲取詳細(xì)的科普信息。更重要的是，虛擬展廳的數(shù)據(jù)與BIM技術(shù)運(yùn)維系統(tǒng)緊密相連，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)更新，確保游客始終能訪問(wèn)到最新、最真實(shí)的展館狀態(tài)。此外，通過(guò)引入MR技術(shù)，線上虛擬科普體驗(yàn)將更加生動(dòng)，為科技館的科普教育開(kāi)辟了新的天地。

2 集成科技展館建筑中智能化系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)據(jù)

在智慧城市科技展館建筑三維模型中，運(yùn)維數(shù)據(jù)被細(xì)分為3大類：基礎(chǔ)幾何信息、動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)與用戶行為數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)幾何信息詳細(xì)記錄了展館的建筑結(jié)構(gòu)、展項(xiàng)布局及空間關(guān)系。動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反映了照明、空調(diào)、安防等系統(tǒng)的能耗、故障預(yù)警及性能參數(shù)。用戶行為數(shù)據(jù)則可用于分析參觀者的流動(dòng)軌跡、停留時(shí)間、互動(dòng)頻率等。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從遍布展館的各類傳感器、RFID標(biāo)簽、視頻監(jiān)控?cái)z像頭等多源渠道實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)。采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效存儲(chǔ)[3]。分布式存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)在于能夠處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集，同時(shí)提供高可用性和容錯(cuò)性。數(shù)據(jù)融合是將來(lái)自不同源的數(shù)據(jù)整合至統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型中，以便進(jìn)行后續(xù)分析。這一過(guò)程可以用式（2）表示。

" " " " " " " " " " " " （2）

式中：為從源收集的原始數(shù)據(jù)；為數(shù)據(jù)源集合；為轉(zhuǎn)換函數(shù)。

運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)融合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，以識(shí)別智能化系統(tǒng)運(yùn)維的特征。這些特征包括設(shè)備能耗和參觀者行為，式（3）為一個(gè)簡(jiǎn)單的線性回歸模型示例，用于表述設(shè)備能耗特征。

" " " " "

（3）

式中：為第個(gè)特征值；為截距項(xiàng)；為線性回歸模型參數(shù)；為設(shè)備能耗特征總數(shù)。

使用聚類算法對(duì)參觀者行為特征表示，見(jiàn)式（4）。

（4）

式中：為第個(gè)簇的均值；為智能化系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)據(jù)中簇總數(shù)。

通過(guò)上述智能化系統(tǒng)運(yùn)維的特征，成功集成了科技展館建筑中智能化系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)據(jù)。

3 預(yù)測(cè)科技展館建筑智能化系統(tǒng)故障

在科技展館建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維中，BIM技術(shù)不僅僅是一個(gè)可視化的平臺(tái)，更是數(shù)據(jù)分析與運(yùn)維決策的強(qiáng)大支撐。通過(guò)深度集成BIM信息管理平臺(tái)與智能化系統(tǒng)的運(yùn)維數(shù)據(jù)，能夠以前所未有的精度和實(shí)時(shí)性，掌握展館內(nèi)各類智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

為進(jìn)一步提升運(yùn)維效率，確保科技展館的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，研究利用BIM技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)模型，該模型能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)潛在故障，為運(yùn)維團(tuán)隊(duì)提供前瞻性的維護(hù)指導(dǎo)。模型的具體表達(dá)見(jiàn)式（5）。

R（p，d，q） = φ（B）（l-B）dXt =θ（B）Zt" " " （5）

式中：p為自回歸階數(shù)；q為移動(dòng)平均階數(shù)；d為差分次數(shù)；B為后移算子；φ為自回歸系數(shù)；θ為移動(dòng)平均系數(shù)；Xt為智能化系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)值；Zt為白噪聲序列。此模型用于分析并預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。

基于上述模型，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)科技展館建筑智能化系統(tǒng)性能的全面監(jiān)控與深入分析。通過(guò)持續(xù)收集并分析各智能設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，模型能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)并識(shí)別出系統(tǒng)性能變化的模式與規(guī)律[4]。一旦檢測(cè)到異常數(shù)據(jù)或預(yù)測(cè)到潛在故障，模型將立即觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，向運(yùn)維團(tuán)隊(duì)發(fā)送警報(bào)，并提供詳細(xì)的故障分析報(bào)告。

4 實(shí)現(xiàn)智慧城市科技展館建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維管理

在智慧城市科技展館的建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維管理中，預(yù)警機(jī)制是預(yù)防設(shè)備故障、保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的核心環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)維管理，制定了3個(gè)管理步驟，即：動(dòng)態(tài)預(yù)警閾值設(shè)定、多維度預(yù)警信息展示、多渠道預(yù)警信息傳遞。

4.1 動(dòng)態(tài)預(yù)警閾值設(shè)定

基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，持續(xù)跟蹤并學(xué)習(xí)科技展館內(nèi)各類智能設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整并優(yōu)化預(yù)警參數(shù)。通過(guò)構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型，能準(zhǔn)確識(shí)別出設(shè)備性能的細(xì)微變化，并在BIM構(gòu)建過(guò)程中自動(dòng)設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警閾值，見(jiàn)式（6）。

" " " "

（6）

式中 ：為設(shè)置的預(yù)警閾值；為出現(xiàn)預(yù)警閾值的頻率；為預(yù)警參數(shù)平均值。

一旦檢測(cè)到的性能指標(biāo)值超出預(yù)設(shè)的閾值，即表明設(shè)備狀態(tài)已偏離正常運(yùn)作范疇，系統(tǒng)將立即啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，并依托智能化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)鎖定問(wèn)題發(fā)生的具體位置，以便迅速采取應(yīng)對(duì)措施。

4.2 多維度預(yù)警信息展示

隨著VR技術(shù)與AR技術(shù)的融入，BIM信息平臺(tái)不僅能夠以傳統(tǒng)的文字、圖表形式展示預(yù)警信息，還能通過(guò)三維模擬、沉浸式體驗(yàn)等方式，為運(yùn)維人員提供更為直觀、全面的設(shè)備狀態(tài)視圖。這種多維度的信息呈現(xiàn)方式，極大地提升了運(yùn)維人員對(duì)設(shè)備異常情況的感知能力和判斷速度。

4.3 多渠道預(yù)警信息傳遞

借助物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建多渠道的預(yù)警信息傳遞系統(tǒng)。除了傳統(tǒng)的短信、郵件、電話通知外，還引入了智能工單系統(tǒng)，自動(dòng)將預(yù)警信息轉(zhuǎn)化為具體的維修任務(wù)，分配給相應(yīng)的運(yùn)維團(tuán)隊(duì)或個(gè)人[5]。同時(shí)，通過(guò)集成即時(shí)通信工具，運(yùn)維人員之間可以實(shí)現(xiàn)快速溝通與協(xié)作，確保預(yù)警響應(yīng)的高效與準(zhǔn)確。

5 試驗(yàn)分析

5.1 試驗(yàn)對(duì)象

某科技館展區(qū)更新改造裝飾裝修工程，總工期預(yù)計(jì)657 d。該科技館由地下一層、地面4層，附帶一個(gè)辦公樓組成，總建筑面積10.06萬(wàn) m2（其中，1#樓建筑面積89 856.90 m2，2#樓建筑10 808.77 m2）。本次更新改造內(nèi)容為對(duì)1#樓1～3層9個(gè)展廳的升級(jí)改造，涉及拆除、內(nèi)裝、展廳陳列布展工程、安裝及弱電智能化工程、與展品展項(xiàng)配套的水電安裝工程、專業(yè)燈光工程等多個(gè)專業(yè)工程施工作業(yè)。

為深化建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維研究，試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的BIM技術(shù)，依據(jù)詳盡的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在Autodesk Navisworks平臺(tái)上精細(xì)構(gòu)建展館的每個(gè)細(xì)節(jié)，某科技館衛(wèi)星圖如圖1所示。

收集展館內(nèi)各智能化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括智能安防系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)等，如表1所示。

這些數(shù)據(jù)將作為BIM技術(shù)的重要數(shù)據(jù)信息輸入，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面集成和運(yùn)維管理。

5.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

準(zhǔn)備高性能計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等硬件設(shè)備，配置必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，確保BIM的流暢運(yùn)行和數(shù)據(jù)的快速處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和共享，設(shè)備參數(shù)如表2所示。

安裝建模軟件以及相關(guān)輔助軟件，并確保所有軟件版本兼容且功能完善。為深入探索BIM技術(shù)在提升智慧城市科技展館運(yùn)維成本效益方面的潛力，項(xiàng)目部署了WebGL開(kāi)發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等輔助軟件。在構(gòu)建完成的三維模型中，模擬科技展館的真實(shí)運(yùn)維場(chǎng)景，包括從日常的設(shè)備維護(hù)到緊急情況的快速響應(yīng)。

為量化BIM技術(shù)帶來(lái)的運(yùn)維成本優(yōu)化效果，設(shè)定一個(gè)為期12個(gè)月的試驗(yàn)周期。在試驗(yàn)周期內(nèi)，及時(shí)記錄每個(gè)月的運(yùn)維成本數(shù)據(jù)，并將其與運(yùn)用BIM技術(shù)前的歷史成本數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格對(duì)比。試驗(yàn)期間運(yùn)維成本對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

5.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)圖2可以看出，在設(shè)定的12個(gè)月試驗(yàn)周期內(nèi)，運(yùn)用BIM技術(shù)后的運(yùn)維成本相較于未使用BIM技術(shù)前均有所降低，體現(xiàn)了BIM技術(shù)在優(yōu)化運(yùn)維管理、提升效率方面的優(yōu)勢(shì)。具體而言，在未使用BIM技術(shù)前，平均每月的運(yùn)維成本為145.83萬(wàn)元，引入BIM技術(shù)后降低至132.50萬(wàn)元，平均每月節(jié)約成本約13.33萬(wàn)元，成本節(jié)約率高達(dá)9.14%。這不僅證明了BIM技術(shù)在成本控制上的有效性，也反映了其在提高運(yùn)維決策精準(zhǔn)度、減少資源浪費(fèi)等方面的積極作用。

6 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在智慧城市科技展館建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維中的應(yīng)用，不僅提升了運(yùn)維管理的精細(xì)化與智能化水平，還實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維數(shù)據(jù)的深度挖掘與利用。

未來(lái)，隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷成熟與拓展，在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用將更加廣泛深入，為構(gòu)建更加高效、便捷、可持續(xù)的城市生活空間貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 張子強(qiáng).建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)淺析[J].綠色建造與智能建筑，2024，29（4）：113-116.

[2] 盧德敏.BIM技術(shù)在建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維中的作用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2023，64（S1）：109-111.

[3] 朱先超.基于BIM技術(shù)的暖通設(shè)備運(yùn)維管理研究[J].設(shè)備管理與維修，2022，16（18）：43-44.

[4] 鄧海峰.BIM技術(shù)在醫(yī)療智慧建筑中的運(yùn)維應(yīng)用[J].智能建筑，2022，21（8）：84-86.

[5] 賈清.上海科技館基于BIM+技術(shù)的運(yùn)維和服務(wù)一體化應(yīng)用模式探索[J].上海建設(shè)科技，2021，59（6）：4-7.

[作者簡(jiǎn)介]韓煜（1965—），男，上海人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：建筑工程管理。