智慧产业园区建筑运维系统设计与开发

卫慧

摘要：基于建筑信息模型进行建筑运维管理是当前研究应用的热点之一，该文针对智慧产业园区建设与管理的需要，在BIM模型基础上，综合运用GIS、IOT及知识图谱等数字化技术，设计开发了智慧产业园区建筑运维管理系统，提供直观的、多终端的交互方式，实现数字化、集成化、精细化的园区智能管理。

关键词：建筑运维;建筑信息模型;知识图谱

中图分类号：TP311     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）35-0071-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

智慧产业园作为智慧城市的缩影，为产业集聚、转型发展提供重要平台，开展智慧园区建设，承担着智慧经济和智慧产业集聚发展的重任，将成为工业化和信息化“两化融合”的重要载体，是智慧城市建设的核心领域[1]。

在数字化园区里建设中，面向园区全生命周期管理，通过“规划-设计-建设-管理”分阶段进行平台开发和推广，通过数字技术将基础地理数据、实景模型数据、三维模型数据、专题数据等各类数据按照地理位置在数字化园区里进行整合，提供一个持续的协同工作环境，可以使建筑群中各个参与方都可以利用这个平台及时沟通，共享项目信息，提高管理效率，是加强对建设工作管理和提高建筑效能的关键性抓手[2-3]。

1系统架构设计

产业园区智慧运维管理平台将工程建设阶段BIM+GIS信息模型作为数据传承载体，对项目运维阶段中所产生的运维信息进行数字化、可视化的分析与体现。借助于BIM理念及现场物联网技术，为园区运营及维护管理中楼宇运营方提供协调一致、准确可靠、集成化的项目数据信息，这些信息按照运营行业本身的规律和建筑构件或部件存放在一起。

基于BIM+GIS+IOT的智慧园区运维管理系统可以实现以下目标：

1） 利用前期在设计施工竣工阶段的模型及信息在隐蔽工程及重要设施方面进行有效维护和精益管理;

2）充分利用三维直观的表现方式在进行应急预案的规划及处理时进行有效的科学管理;

3）经过运维阶段各种数据的不断积累，在BIM+GIS+IOT运维管理系统的基础上建立云端专家库，充分利用知识系统的力量进行高效决策，同时也节约了人力成本。

以基于BIM+GIS+IOT的产业园区智慧运维管理平台总体框架如图1所示。

其中，基础设施层主要包括网络基础设施、硬件及系统软件等。

数据中心层主要是加强BIM等资源的管理、开发和利用，包括各类数据资源：地理空间数据中心、建筑信息数据中心、工程管理数据中心、运营管理数据中心，使数据信息有效传递，实现电子一体化交付模式;通过各种类型数据积累进行数据分析挖掘支持决策优化及智能反馈。

支撑层主要是为其他应用系统的开发提供技术支撑，通过实现多个应用系统所共有的技术性功能需求，形成完整的平台技术框架。通过这些系统的建立使信息化建设从分散建设模式转变为以一体化、集約化为特征的整体建设模式。利用现实建模技术、模型管理中间件、GIS中间件、数据挖掘和报表中间件、统一门户支撑和统一用户和权限管理等支撑服务。

应用层包含智慧产业园区三维模型的建设、智慧招商、公共服务、园区运营和数据分析等方面的业务应用和管理系统。

2多终端交互设计

智慧运维管理平台提供Web端/现场端/手机端供用户使用。

现场工作人员：在产业园区现场办公，需要进行具体的操作，对设备运行进行控制，对异常问题进行处理等。此类用户使用现场端以保障工作能够高效地进行。

项目管理层：以园区管理人、安全责任人、品质责任人为代表，需要随时随地了解项目出现的异常问题，为满足其移动办公需求，宜匹配App端便于随时随地接收关键信息。

项目高级管理层及区域、集团管理人员：以集团商管、区域商管为代表，需要对项目的整体状况进行掌握，为满足其工作需求，可通过Web端进行项目总览展示，帮助他们掌握项目的整体运行情况。

2.1 Web端

针对管理者用户，本平台通过BIM+GIS信息中心，以管理可视化、信息集成化、工作轻量化为理念，提供了各类图表，报警汇总、环境、运维工单、人员任务、运营数据等图表实时、动态地展示项目进展情况。使管理者能全方位了解园区的整体情况。

Web端中，BIM轻量化引擎起着重要作用。本产业园区智慧运维平台的BIM轻量化引擎基于B/S架构，在平台中完整保留BIM文件的所有几何信息以及构件属性信息，实现跨平台主流浏览器终端免插件直接加载显示BIM模型，并且针对BIM特性进行轻量化处理，保证在普通的笔记本电脑或移动终端上流畅显示BIM模型，同时提供离线缓存技术，在模型再次打开时，无须重复下载，节省打开时间与加载效率。

BIM轻量化引擎支持场景中模型的平移、旋转、缩放等常规操作，支持动态的添加删除模型，选择构件，查看属性，模型结构树、剖切、爆炸等基础功能。如图2及图3所示。

2.2 现场端

对于运维人员，现场端能很好地反映当前商场运维运营情况，同时结合BIM模型和IOT数据的交互展示，系统能展示高准确性的各类数据，一旦有什么情况运维人员可以及时地做出响应，同时还能检测设备的运行参数、报警情况等，实现整个运维过程中的全面感知监管、智能处理和协同办公。

2.3 App端

为了更好地优化办公质量，通过后台配置报警定义，对设备参数进行智能分析，从而生成报警记录。App端在处理报警的时候， 除了可查看报警的详情，还能够查看到历史报警的内容、当前实时运行参数、报警设备的台账、报警设备的历史维保等信息，帮助工作人员高效地完成报警处理工作。同时App端还能处理现场工作人员各类业务事宜，如巡检填报、工单处理、交接班、考勤等一系列业务。

3基于知识图谱的设备管理

知识图谱（Knowledge Graph，KG） 最早起源于Google Knowledge Graph，是Google用于增强其搜索引擎功能的知识库。知识图谱本质上是语义网络，目的是描述客观世界中的实体、概念、事件、属性以及彼此间的联系[4]。其中实体和概念指代客观世界中的具体事物，实体与实体之间、概念之间、实体和概念的属性以某种形式的关系被联系在一起，在知识图谱中以谓词的形式体现出来。知识图谱技术包括知识图谱构建、管理、更新以及应用，它融合了知识表示、信息检索和抽取、机器学习、数据挖掘、自然语言处理以及语义网等交叉领域[5-6]。

BIM模型构件之间存在较多的关联，如园区、建筑、楼层、房间、构件或设备等存在大量且复杂的关系。但若通过关系型数据库存储相应信息，通过表之间的关联进行查询等操作时，效率并不高。知识图谱及图数据库在这样的关联查询中表现出明显的优势。

本平台的数据预处理工具通过IFC文件及BIM平台插件提取BIM模型中的关系信息，形成如图4所示的图数据，并在此基础上，提取设备与空间之间、设备与设备之间等关系，大大提高业务功能的性能。

对如图5所示的水循环系统，如要分析某一设备所在的空间、故障影响的区域等，仅依靠三维BIM模型还是非常麻烦的。本平台对BIM数据解析后得到的图数据如图6所示，根据其中一个设备可查询得到其所在的其中一支的上下游关系如图7所示，设备与空间、楼层的关系如图8所示。

类似的设备，只要在BIM模型中正确关联，本平台均可通过数据提取工具，导入图数据库中，因此在设备管理可方便地实现对其所在区域、上下游关联设备、故障影响范围的查询。

4结论

高端化、智慧化、生态化的新型园区发展模式，将成为产业园区转型升级的示范和智慧园区建设的标杆。开发建设园区智慧运维平台，可实现及时沟通，提高管理效率。利用植入园区的智能化传感器感知信息进行智能处理和分析，实现“数字园区”与物联网的融合。通过面向服务的架构，把各类信息通过网络服务提供给用户，园区企业、员工及运营部门等各类用户都通过网络方便地获取公共服务、园区信息、应急维护等相关服务。产业园智慧运维管理平台的建设能在空间数據和业务数据的积累上对智慧城市的发展给予基础性支持。

参考文献：

[1] 王利伟.智慧园区建设关键技术浅谈[J].科学技术创新，2018（36）：79-80.

[2] 邹宇.浅析 “GIS+BIM” 技术在智慧校园中的应用[J].智能城市，2019，5（19）：9-10.

[3] 陆泽荣，刘占省，BIM技术人才培养项目辅导教材编委会.BIM应用与项目管理[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2018.

[4] 陈密，朱记伟.基于知识图谱的我国项目管理研究热点与演进趋势[J].工程管理学报，2016（3）：105-109.

[5] 徐增林，盛泳潘，贺丽荣，等.知识图谱技术综述[J].电子科技大学学报，2016，45（4）：589-606.

[6] 刘峤，李杨，段宏，等.知识图谱构建技术综述[J].计算机研究与发展，2016，53（3）：582-600.

【通联编辑：梁书】