基于GIS+BIM的公共建筑资产数字化管理平台建设与应用*

王旭 段喆 钟炜

(1.天津理工大学管理学院，天津 300384；2.天津生态城国有资产经营管理有限公司，天津 300467)

0 引言

随着“数字中国”“智慧建造”等国家战略的推进，数字化工程项目建造和治理模式创新正逐渐成为工程项目建设管理的重要内容。截至目前，我国已有超过500个城市提出建设“智慧城市”“城市大脑”等信息化项目[1]。通过BIM技术辅助工程项目建设，不仅能够保证工程建设的质量与工期，而且能够满足精细化与智能化建造的要求。但是，在项目交付后的运维阶段，使用单位仅依靠BIM模型数据无法对工程项目资产进行精细化管理，难以保证资产安全、提升资产管理水平。

基于此，本文采用GIS+BIM融合技术，将GIS数据、BIM数据与物联网数据进行多源集成，基于GIS+BIM搭建公共建筑资产数字化管理平台，实现对智慧城市公共建筑固定资产的有效管理，加强对公共建筑的智慧化管控。

1 GIS与BIM技术应用现状

1.1 GIS技术

地理信息系统(GIS)借助倾斜摄影技术和计算机技术对地理空间信息进行采集、存储和管理，能够显示地球表面部分空间的三维实景模型和数据信息[2]。GIS技术的主要应用价值包括数据管理、资源分析、信息支撑以及协同管控。应用GIS技术可以实现建筑三维模型与信息数据的可视化集成，但缺点是模型精度不够，很难达到精细化管理的要求。

1.2 BIM技术

建筑信息模型(BIM)通过集成并整合各参与方的项目信息，实现设计、施工和运维的全过程数字化管理和智能化管控[3]，并以此进行三维模型数据的反馈与工程项目管理的指导。BIM技术可以从根本上解决设计单位、业主单位、施工单位、监理单位之间存在的信息孤岛和沟通不畅等问题，对实现项目质量、进度及成本等目标具有重要作用。但是，BIM技术也存在一定的不足：①无法实现大场景建模及快速加载；②无法解决某一区域内多个项目的协作问题[4]。

1.3 GIS技术与BIM技术相融合

智慧城市建设需要多种技术相融合，如GIS技术和BIM技术的融合。GIS可为项目提供外部的地理数据，BIM可为项目提供内部的模型数据。依据CityGML与IFC标准，GIS与BIM有以下三种融合方式：基于数据格式的融合、基于标准扩展的融合、基于本体的融合[5]。

本研究通过数据交换插件，将BIM模型在GIS中的坐标自动转换成BIM坐标与GIS球面坐标的对应关系，以此进行数据采集、数据分析、数据决策等，不仅实现了地理信息系统应用领域的拓展，而且提升了建筑信息模型的应用价值。公共建筑资产数字化平台建设思路如图1所示。

图1 公共建筑资产数字化平台建设思路

2 公共建筑资产数字化管理需求

基于建设工程项目智慧化建造的要求，在实现建设工程项目数字化、信息化的同时，提高公共建筑资产管理的数字化水平。将倾斜摄影数据与公共建筑的三维模型数据集成，研发基于GIS+BIM的公共建筑资产数字化管理平台，提升智慧城市建设的信息可视化应用能力、公共建筑资产精细化管理能力以及城市建设决策辅助能力。

2.1 数据集成

结合数字化场景要求，以BIM模型数据为基础，导入公共建筑的资产数据、设备数据、备件数据、维修数据、保养数据、文档数据及巡检数据，并进行统一管理，为后期的运维管理提供支撑。同时，依据资产数字化管理要求，打造信息共享、多方合作、协同管理的数字孪生平台[6]。

2.2 智能算法

在资产数字化管理平台的基础上，结合设备的日常运行数据，采用大数据、人工智能等方式提取和分析数据信息，形成知识库。利用日常运行数据预测设备未来状态，例如，维护人员可依据设备状态指数提前采取相应的维护措施并确定设备维护的先后次序，以延长设备使用寿命，充分发挥国有资产价值。

2.3 场景应用

依托BIM+GIS技术，借助大数据、人工智能、物联网等信息化技术，通过验证不同的数字化场景，形成统一的数据规范和要求。围绕环境、建设、移交、运维等维度进行数据的采集、校验、清洗、存储、集成、共享、分析，将低价值的数据整合为高价值的数据资产[7]，促进项目的运维管理由“维护经验”向“数据预测”转型，为管理决策提供数据支撑。

3 公共建筑资产数字化管理平台建设

3.1 平台功能

(1)数据承载。增加硬件设备配置，在提高性能的同时对模型进行轻量化处理，满足平台秒级加载的要求。

(2)数据兼容。具备多种数据格式(BIM模型、CAD图样、文档表格等)，兼容dae、osgb、gltf等数据格式。

(3)数据应用。实现多行业(电力、市政、交通、民防等)全过程管理，实现智慧城区内公共建筑的现实场景与数字城市的同步规划与建设，打造数字孪生城市。

3.2 平台架构

公共建筑资产数字化管理平台的数据中心包括基础地理数据、三维模型数据以及物联网数据，在数据中心的基础上搭建数据接口服务，实现数字化的资产管理监测和评估，为城市管理发展提供决策服务。公共建筑资产数字化管理平台架构如图2所示。

图2 公共建筑资产数字化管理平台架构

3.3 平台特点

(1)相较于单一的BIM模型，该平台集成了公共建筑的地理信息模型，包括更加多样、完善的数据，切实体现了公共建筑的真实信息。

(2)支持多种数据的融合，如GIS数据与BIM数据的集成、BIM数据与设备运行数据的集成等。

(3)采用“模型+数据+服务”的工作流，以数据流为核心，实现公共建筑资产数字化管理。

4 公共建筑资产数字化管理平台应用

以天津市某智慧城区公共建筑资产管理为例。该城区包含众多公共建筑(学校、医院、消防站等)及相应资产。通过构建公共建筑资产数字化管理平台，旨在提高公共建筑资产运维管理的智能化程度。该平台实现了BIM模型数据、GIS数据与物联网数据的集成与展示，并具有公共建筑资产管理、设备管理、备件管理等功能。

4.1 模型浏览

以智慧城区GIS数据为基础，将倾斜摄影数据与轻量化后的公共建筑BIM模型相融合，并导入资产数字化管理平台，实现网页端分模型、分专业查看构件。此外，模型中的每个构件都关联构件信息、构件属性、设备信息、设备属性、设备二维码以及相关的文档信息。BIM模型浏览界面如图3所示。

图3 BIM模型浏览界面

4.2 资产管理

在各个公共建筑项目交付后，依据建设单位提交的项目基本信息和资产明细表，将基础信息录入平台，对资产进行初次盘点，并对各项资产设备张贴条形码，最后形成资产台账。为了有效掌握国有资产的使用情况，最大限度地维护国有资产使用权益，在每年年末需要对固定资产进行再次盘点，盘点记录均可在该平台查看和下载。

4.3 设备管理

将智慧城区内公共建筑设备模型数据与物联网接口进行关联，并补充设备位置和设备分类等相关信息，便于利用关键词搜索设备构件。通过可视化的方式展示设备日常运行状态，提高设备管理的智能化水平。设备管理界面如图4所示。

图4 设备管理界面

4.4 备品/备件管理

为了保证公共建筑的正常运营，需要提前准备所需的零配件、器具、工具等。将备品/备件的名称、编码、规格型号、类型、生产厂家、供应商、参考价、库存上限、库存下限、总库存等数据录入该平台，建立备品/备件管理台账，便于随时掌握备品/备件使用情况。

4.5 设备维修

在传统管理模式下，设备维修流程烦琐。借助该平台，设备使用人员可以在手机APP端拍照上传故障设备，直接通知相应的维护人员。设备故障维修后再拍照回传，在平台中生成完整的维修记录。通过维修流程的改进，不仅保证了维修结果的准确性，而且提高了维修效率。

4.6 设备保养

设备保养是指对设备使用前和使用后的养护。在完成设备保养后，设备保养人员可以在平台中对当前设备状态进行评估，并同步记录设备保养结果和设备状态指数，实现对设备使用寿命的预测，以提升资产使用价值，延长设备使用寿命。

4.7 设备巡检

通过资产数字化管理平台不定时地派发巡检任务，同时下发至维护人员的手机端，便于维护人员进行设备巡查。一方面，可以掌握设备运行状况以及周围环境的变化，有助于发现设备隐患及安全问题；另一方面，能够提升资产管理的数字化水平。

5 结语

随着计算机技术的快速发展和人工智能技术的广泛运用，资产数字化管理已成为公共建筑运维管理的必然选择。本文基于GIS+BIM融合技术，构建公共建筑资产数字化管理平台。通过该平台，实现了GIS数据、BIM数据、物联网数据的全面整合，提升了资产数字化管理水平。今后，应充分发挥工程信息海量数据和丰富应用场景的优势，以数字孪生为应用向导，以数字化管理平台为依托，以先进的GIS、BIM、AI、物联网、互联网技术为支撑，实现工程数字化、资产数字化的管理目标，完善数字化资产管理体系，助力智慧城市建设。