基于BIM应用技术的建筑智能化探究

2023-03-06孙博

佛山陶瓷 2023年2期

孙博

（北京北投智慧城市科技有限公司，北京 101117）

1 前言

在建筑行业智能化改革下，提高了行业管理效率，使得管理系统广泛用于建筑运维中，能够做好内容管理及数据存储工作，推动建筑管理转型升级，向可视化、智能化方向发展。传统建筑行业中，BIM与BAS技术多用于建筑设计、施工等，构建三维仿真模型，识别建筑数据信息。面对建筑智能化的发展，应当开发BIM+BAS可视化运维管理系统，助力于监测内部建筑环境数据，解决突发报警等问题，从而节约能源，提高经济效益。

2 系统需求分析

新型智能化建筑运维业务管理中，根据用户需求将系统、建筑结构、管理及服务实现最优组合，为用户提供便利、舒适的人性化建筑环境，配置智能化建筑功能，推动建筑可持续发展。此过程中，立足于BIM+BAS技术运维系统，需满足以下需求：

2.1 专业需求

智能化建筑设施需要分专业划分，由多个部门进行运维管理，BIM+BAS运维管理，也应当按照部分专业授权管理，各部门仅能使用授权的模型专业内容，完成运维工作。

2.2 三维展示

建筑设备运维应利用BIM模型进行三维展示，且通过BAS结合场景漫游功能，对建筑内外三维景象动态性展现出来。系统上对空间数据实时更新，提高管理效率；

2.3 报警功能

设备能够检测状态，数据异常或超出正常范围，需在模型中标识出来，报警显示，提供报警详细信息。人员可利用屏幕，查询、显示与定位设备信息，包含名称、分类、位置、专业等。

3 系统总体方案

3.1 系统架构

系统设计中使用B/S架构，拥有较高兼容性与可扩展性，支持移动终端、浏览器并发访问，按照系统需求目标及运维对比，设计3D建筑运维系统路线，架构分为4层，关键技术是利用BAS系统与BIM建模实现，结合软硬件系统通信、数据库，开发设备监测系统，为运维数据提供支持，实现单监测节点与多监测节点的数据采集。

图1 系统架构

3.2 硬件系统

设计硬件系统工作分为有线通信网络、服务器及监测节点。按照建筑运维管理需求，选择检测参数包含烟雾浓度、粉尘浓度、运行参数等，检测节点包含采集器与传感器，开发数据采集器选定传感器数据，通信网络包含交换机与串口转TCP/IP模块，监测节点数据能够利用TCP/UIP模块转至交换机，经过有线网络传输至服务器，服务器设计上位机程序显示接收数据后，进行数据存储。

3.2.1 采集设备数据

利用MQTT与OPC服务器获得设备参数，布设能源仪表、传感设备等，采集现场作业数据参数，包含电压、电流、故障、作业时间、维修保养、湿度温度等。

3.2.2 采集3D数模数据

利用自定义DGRVT属性集格式文件接口解析、传递与整合软件静态模型数据。

3.2.3 采集业务数据利用接口形式采集构建的自动化信息系统数据，对接OA系统、物业管理系统、视频服务等系统。

3.2.4 采集文档数据

采取文件标准化编码格式，实现文档和BIM模型的绑定关联，工作人员也要上报设备运行参数、视频、文件等数据。

3.3 数据库

数据库作为系统重要模块，设计数据库应考虑目标与需求，结合业务明确数据表结构，研究表之间关联，按照整体框架利用Bmob云数据库存储系统数据，不采取单独部署服务器，后台具备可视化界面，也能和Unity3D便于通信。并且，Bmob数据库能够存储Boolean、String、Array、Number等数据，还能提供存储文档、音频、图片、视频等服务。该系统数据包含以下部分：一是室内采集系统的设备运行数据及环境信息；二是BIM模型信息；三是BAS系统及人员导入虚拟信息，设计系统业务及规则，明确表的结构及数据关联性，合理管理数据库。

3.4 软件系统

BIM技术作为知识共享资源，可将建筑信息以三维数字表达，为建筑运维管理提供了新方向，可立足于BIM与BAS技术，确定运维管理系统实现方案。可利用FBX格式BIM运维架构，在Revit中导入BIM模型为FBX格式，作为跨平台免费交换三维数据格式，能够BAS系统中将建筑BIM三维数据全部保留下来，且具有免费SDK、多记录、跨平台优点，作为导出标准格式，支持多种软件。导出BIM模型的FBX格式至Unity3D后，可在Revit内获得相关信息，无须转换格式，直接批量保存至数据库内，实现数据库和Unity3D的通信，利用C#编写脚本代码，将建筑内部三维可视化，模型的材料、设备、结构、项目等信息也保存至数据库内。

3.4.1 建模

在Revit软件内导出BIM的FBX格式模型，导入至Unity3D内，经过3Dmax修改编辑供软件应用，编写C#脚本对BIM动作进行控制，达成三维可视化效果。

3.4.2 数据

在Revit软件中导出BIM模型明细转换文件格式后，批量保存数据至Bmob数据库，可直接将数据导入至本地，供人员后续使用。

4 监测系统设计

4.1 监测节点

4.1.1 传感器选型

传感器选型中，统计其精度、量程及输出信号，见表1。

表1 传感器参数

（1）粉尘传感器

选用GP2Y1010AUOF传感器，其多用于空气净化系统，能够有效监测空气粉尘浓度，监测时间段根据空气折射灰尘光纤判断浓度含量。

（2）温湿度传感器

选用DHT11传感器，作为复合、数字型传感器，内部含有NTC测温与电阻感湿元件，能够迅速、准确测量温湿度，具有成本低、抗干扰的优势。

（3）光照传感器

选用BH1750传感器，抗干扰强、精度高、成本低，多用于开发室内光照监测系统。

4.1.2 采集器

环境监测采集器芯片使用STM32F103C8T6，相较传统单片机具有外设、速度快特点，采集器需做好电路图、PCB设计工作。环境监测系统程序是采集、发送监测节点数据重点，包含串口通信、采集数字信号、采集模拟信号这三部分，系统运行中需将模块初始化，采集器根据传感器参数，以串口发送数据至通信网络。

4.2 通信网络

采集系统采取通信模块，应用B/S框架，实现采集器与网络转换模块连接，利用网线连接服务器端，完成双向通信。

为保证维护管理系统每个监测节点连接网络模块服务器与IP地址处于相同子网，利用通信网络助手配置，和设备构件连接后，设置其目标IP、工作模式与端口标号，借助上位机程序与调试助手，监听端口采集信息。不同监测节点分布不同网络位置，统一将网络数据经过交换机发送至服务器，服务器程序解析数据后，上传云端，模块增加层级构成多层级拓扑网络结构，系统程序通过C#编写，SDK文件引入数据库后，通过平台建立数据连接，初始化数据表结构，监听数据信息进行解析存储。

4.3 应用案例

该系统用于某办公楼内，处于广东省朝阳区，建筑面积6.8万㎡，由地下2层和地上32层构成，高为101.5m。项目采取BIM专业协同设计，运维管理立足于BIM+BAS技术，构建虚拟空间映衬物理实体的数字模型，保证建筑设备能够智能应用与综合管理。

4.4 实施方案

根据建筑运维管理需求，综合考虑项目设计、施工及运维各阶段，将BIM+BAS运维管理系统优势充分发挥出来。首先，运维单位接入初期设计项目阶段，调研项目运维管理要求，统计、分类调研结果，由专业BIM与BAS系统设计人员归纳重点，明确BIM模型应当体现运维信息，补充说明建模深度，BAS运维系统需具备管理功能，作为开发、设计系统依据。项目实施中，要求构建BIM模型单位按照需求建模，设计开发系统单位需按照BAS及模型要求开发管理功能，培训用户模拟系统操作使用。系统投入应用后，操作人员利用系统功能处理BIM模型，以此为依托对空间租赁、设备运行、综合信息及维护维修进行检测控制，做好多方面运维管理，提高新型智能化建筑运维效率及水平。

4.5 系统功能

4.5.1 UI框架

UI框架能够统一管理用户界面，有助于管理场景控制面板与面板的跳转，延长界面生命周期，统一设计UI框架，便于人员操作，以免出现误点击项目的情况，保存用户可操作界面。开发者在UGUI界面中能够迅速、灵活创建可视化界面，为便于迁移UI框架，设置独立UI框架系统后导入运维系统。具体步骤如下：①使用JSON文件存储面板地址及Prefab名称；②使用UI元素设计、制作子模块页面情况，存储于文件夹内；③对“UI管理器”定义，解析面板信息、显示状态、保存实例；④定义入栈出栈方式，绑定导航对应按钮，创建及管理面板；⑤窗口层级管理，为页面添加维护生命周期窗体的层级体系，借助生命周期函数，控制窗口生命状态；⑥显示页面动画，利用Unity3D导入DoTween组件完成一般线性动画，创建功能页面。

4.5.2 信息查询

用户点击系统模型，能够迅速查看关联模型的全过程文件与信息，包含事件信息、静态及动态信息。事件信息有历史维护记录、历史报警信息、实时报警信息等；静态信息包含采购信息、设计参数、关联系统及图纸；动态信息包含设备控制及运行状态参数。

4.5.3 空间定位

建筑内包含给排水、电梯、光伏、安防、暖通、照明系统设备等，以三维模型方式呈现于BIM模型内，能够直观了解系统分布，便于用户以搜索关键字、空间定位等模式，对设备进行迅速定位。集成信息管理能够提高人员处理运维信息效率。

4.5.4 设备管理

根据设备情况，系统自动化设置定期维护方案，关联BIM模型，平台发出提醒维护信息，使得人员能够按照计划维护，也能够在设备故障后，自动生成工单，安排人员处理故障，填写工单上传维护记录，构建模型后，即可查询设备历史维护、报警记录，便于人员制定日常设备维护决策。