BIM技术在南京禄口国际机场运维阶段的深入应用

赵 健 房健康 宋 扬 陈邦昌

(南京禄口国际机场二期工程指挥部，南京 211113)

BIM技术在南京禄口国际机场运维阶段的深入应用

赵 健 房健康 宋 扬 陈邦昌

(南京禄口国际机场二期工程指挥部，南京 211113)

本研究尝试将BIM技术和信息化技术应用到机场运维管理领域，探索BIM技术在大型建筑物施工阶段的深入应用方法，将BIM技术和BA系统进行对接，形成了三维智能化运维管理的框架，打通了建设和运维阶段的信息传递，实现了基于BIM技术的运营数据采集、分析和集成管理，将楼宇系统的设备监视、设备控制、人员管理、维护管理、应急管理等工作集成至统一的平台，从而实现智慧机场的最终目标。通过在实际工程中的部署与应用，证明了该方案的可行性和实用性。

BIM；运维管理；大数据；云技术

1 项目概况

为了满足民航业持续发展和航空业务量高速增长需求、满足当地经济发展的需求、满足城市及区域综合交通一体化的需求，更好地服务于江苏省、南京市以及长三角西部地区社会经济发展，提升航空运输保障能力，南京禄口国际机场有限公司开展了二期扩建的各项工作，工程按照2020年旅客吞吐量3 000万人次、货邮吞吐量80万吨的目标进行设计，其中机场工程主要建设内容为新建长3 600m、宽60m的第二跑道和滑行道系统，飞行区等级指标为4F，建设26万m2的T2航站楼，52万m2的停机坪及相应配套设施，满足年处理旅客1800万人次的规模，工程计划2014年青奥会前投入运营。

2 研究背景

(1)智能建筑

智能建筑是用通信技术、信息技术和控制技术，按照系统工程原理将建筑物有机地结合起来，通过对建筑设备系统的自动监控和信息资源的有效管理，向使用者提供智能的综合信息服务，使其获得舒适、高效和便利的建筑环境。智能建筑通过对建筑物的四个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。

(2)BA系统

BA系统(Building Automation System)的全称为楼宇自动化系统或建筑设备自动化系统，是将建筑物或建筑群内的电力、照明、空调、给排水、消防、运输、保安、车库管理设备或系统，以集中监视、控制和管理为目的而构成的综合系统。设计楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段，对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，使投资能得到一个良好的回报。BAS的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。BA的基本功能包括：(1)自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态；(2)自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据；(3)根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态；(4)监测并及时处理各种意外、突发事件；(5)实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制；(6)能源管理：水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化；(7)设备管理：包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。

BA系统中的传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。因此传感器的种类和量程选择、安装位置及精度选择正确与否都将影响我们整个系统的合理运行与正确控制。目前楼宇自控系统中常用的传感器有如下几种：温度和湿度传感器—检测空间环境、工作介质等的温度和湿度值；压力/压差传感器、压差开关—检测空间环境、工作介质等的压力值或压力状况；流量传感器—检测工作介质的瞬时流量和累计流量值；空气质量传感器—检测或量化空间环境的空气质量值或浓度值；液位传感器—检测水箱、水池等容器的液位情况；另外还有一些对机电设备和建筑物进行保护的传感器，如：防冻开关、漏水传感器等。

3 总体思路及目标

每个机场系统都涉及到照明系统、通风系统、监控系统、电梯系统、通讯系统等，这其中包含了大量的设备和管线。对于这些设备和管线是等出现了故障再处理，还是等到了维护时间或者使用期限后及时保养或者更换。任何故障都有可能影响到正常营业，甚至是引发安全事故。这些隐患如果能及时发现和避免，可以减少大量的损失。本研究以物联网传感器技术、信息集成技术、虚拟化云计算技术为基础，研究上述技术在机场信息集成系统中的应用，从而实现研究智慧机场的最终目标。本研究的解决方案尝试把原来机场系统中独立运行并操作的各设备，通过远程传感等技术汇总到统一的平台上进行管理和控制。一方面了解设备的运行状况，另一方面进行远程控制。给予各系统各设备空间位置信息，把原来编号或者文字表示变成三维图形位置，这样一方面便于查找，另一方面参看也更直观、更形象。

4 技术路线

系统以智能信息平台为基础，通过优化并集成复杂庞大的BIM模型，整合各种信息和物理资源，结合物联网传感器技术、信息集成技术、虚拟化云计算技术，将BIM模型与BA系统集成，搭建全方位、高效的机场安防体系，实现安全、便捷、高效的机场智慧运维。

5 实现方法

BIM模型优化与整合:现有的主流BIM软件均提供二次开发接口，通过对二次开发接口的研究能够对软件支持的BIM模型的数据结构有深入的理解，与单纯的使用软件相比，能够自由地操作与优化BIM模型。因此本研究二次开发接口实现对不同体系的BIM模型优化和整合，形成没有数据冗余、保证数据完整的多专业复合模型。智能楼宇监控BA系统采集的数据全部以数据库的方式存储和管理。通过对BA系统硬件提供商的调研，获得BA系统对应的数据库结构。在研究上述数据库结构的基础上，结合优化后BIM的模型，将二者进行有机映射与整合，形成中央数据库资源。通过业主运维需求的调研，以及结合电器、暖通、给排水、动力、消防相关专业理论，研究对中央数据库资源中的“大数据”应用模式，形成相应智能控制逻辑和算法。集成上述模块形成基于BIM技术的数字化智能楼宇运维管理系统，在本项目中进行应用，获得反馈信息，结合应用中遇到的问题，对系统进行升级与优化，形成一套高度符合用户需求、健壮，并具备大数据处理能力的系统。

虚拟化云计算技术:结合电气、暖通、给排水、动力、消防相关专业理论，研究对中央数据库资源中的“大数据”应用模式，形成相应智能控制逻辑和算法。

6 系统架构与功能

本研究开发的机场集成化运维管理平台如同可视化的智能图书馆，保存了建筑物丰富的信息资料，可搜索、查阅、定位、调用和管理。把原来楼宇中独立运行并操作的各设备系统，汇总到本平台上进行管理。

(1)系统模块

本研究着重开发了安防系统和空调系统两个模块，并且为照明系统、楼控系统、电梯系统、网络系统、广播系统、有线电视、能源系统以及消防系统的预留了扩展接口。在安防系统模块中，首先将航站楼内的全部摄像头以列表的形式显示于面板中，列表中还显示了每个摄像头的基本信息和位置描述，通过单击列表中的记录，可以选中对应的摄像头模型，通过双击列表中的记录，可以将镜头定位至对应的摄像头，通过点选安防系统内不同位置的摄像头的信号源功能键，可实时读取到各摄像头对应的影像数据，并在平台内以视频的形式呈现。如图1。

在空调系统中，传感器将记录空调机组的实时实际功率、送风温度、回风温度及二氧化碳浓度等信息，智能化运维平台自动将数据结合时间轴形成折线分析图供空调系统管理人员使用。如图2。

系统的管理模块包括独立于楼宇系统的各种通用模块，例如设备监控、故障报修与维护、人员管理和视点管理。在运营管理中，BA系统向数据库提供采集的动态数据，BIM完成设备与数据的定位等任务。BA系统的监控和管理工作不但能够更加准确地进行，而且可视化程度也得到了提高，用户能够形象地看到BA系统监控和管理的全部过程，从而及时发现问题，并对出现的问题及时进行调整。而传统的BA系统如果有细节问题，往往要积累到出现明显的故障才会被运维工作人员察觉，而此时的补救措施往往代价很大。另外，本系统通过对能耗的自动监视与控制，能够根据预先设计好的策略自动控制空调、照明等主要耗能设备的工作，从而减少能耗，并能够对无法自动控制与修复的问题通过高亮显示和警报音进行报警，以便维护人员能够第一时间到达现场处理问题。系统的自动监控模块充分体现了本研究的“绿色、智慧”的指导思想。

图1 安防系统管理

图2 空调系统监视

(2)故障报警与维修

本系统可以根据用户需要，通过物联网传感器按2 s到24 h之间的时间间隔进行全局数据扫描，监控设备温度和功率等数据，根据预设的策略自动控制空调、照明等主要耗能设备。同时，本系统可根据物联网采集的数据自动发出报警和预警，如遇设备使用寿命到期、水管气管爆裂等设备使用异常情况时可自动发出警报，并迅速锁定故障设备所在空间位置，点选该故障设备，系统将显示发生故障原因并生成维修单进行派发同时发送短信通知相关责任人，以便相关责任人及时到场处置。如发生火灾、漏水、抢劫等突发恶性事件时可以通过本系统接收的物联网传感器数据迅速定位建筑内部复杂的通道和出入口，以控制灾难蔓延和事态扩展。当维护人员依据维修单完成设备维护后，按照维护管理要求将本次维修记录录入系统归档，图3所示为本系统提供的故障维修流程。

图3 故障报警与维修流程

本系统的人员管理模块通过建立运维工作人员的部门、专业、邮箱、手机等信息档案，将运维人员的信息在系统中登记。对于已经在系统中登记的人员，可以对其进行信息维护、权限管理和任务分配。通过设置工作人员的权限，控制其对系统的可操作内容，权限分为禁止、查看、维护和最高权限四个等级。对于人员记录的应用，主要在于任务单生成后，系统会自动查询该负责人的联系方式，并通过手机短信或电子邮件的方式通知负责人新任务的详细信息。在人员档案列表中，通过查看人员详细信息，也可反向查询与指定人员相关的所有历史任务和工作记录。

三维模型的最大优势在于三维空间的定位能力，在定位了某个视点，如果能够将视点的信息进行保存，能够在后期运维过程中再次定位到该视点，或将视点传递给其他运维人员，即可以传递空间信息。本研究开发的运维平台能够将视点进行保存，便于常用构件的快速定位，并且能够通过网络进行共享，实现视点的网络传递。

(3)导出报表

楼宇运营维护数据的积累，对于管理来说具有很大的价值。伴随一次次的维护，一天天的运营，一次次的航班起飞，一次次的设备开启/停机，数据也随之创建。这是一个大数据时代，大数据可以带来巨大的成就，前提是掌握驯服大数据的工具。大数据技术的战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。大数据方案很简单，只需要整合BIM模型和各个核心系统的数据库，并借助最常使用的工具通过丰富的3D数据可视化技术，将非结构化数据和结构化数据带入现实生活。

图4 机房能耗历史数据

图5 照明能耗历史数据

运维阶段数据随着运营时间的增长不断积累，有必要定期对其历史记录进行梳理、分析，寻找不足点，优化运维方式，以实现绿色智能化运营。智能化运维平台提供了历史数据浏览的功能，通过平台用户可以看到电流、电能、环境光照强度、粉尘浓度等信息的历史数据。通过调用数据库里的信息，我们可以方便地查询某项数据的历史记录，从而进行进一步的分析，提高运维效率。本系统以物联网系统采集的云端大数据为基础，通过开发大数据分析应用程序，在海量数据中寻找数据规律、提取目标信息、拟合数学模型、研究楼宇在运维阶段的各项能耗指标的特性和规律，分析存在的问题和隐患，也可以通过数据制定有针对性的管理方案来优化和完善现行能源管理策略，从而降低维护成本。如图4、图5。

7 存在问题

目前系统实现了楼控系统、安防系统和机房监控系统的部分集成，如果在本项目和其他项目中进行应用推广，还有很多其他系统需要集成。

对每一个系统进行集成，都有两个核心问题需要解决。一，需要对应的硬件厂商开放协议或数据库，由于很多硬件厂商都具有自己独特的网络协议和数据库结构，并且均将其视为自身的知识产权进行保护，因此获得其网络协议和数据库结构都有一定的难度；二，需要进行大量的系统数据对接的二次开发工作，需要平台的开发者对平台提供长期的维护服务才能实现及时的系统集成。另外，对于楼宇内部的设备变化、房间功能变化、重新装修或管线更新等改变，都需要对楼宇模型进行及时的更新和维护，这也要求专业BIM建模人员辅助运维管理人员来完成，从而造成了平台的后续服务成本。

8 结语

本研究系统地探索了BIM技术在大型建筑物的施工阶段的深入应用方法，将BIM技术和信息化技术应用到机场运维管理领域，打通了建设和运维阶段的信息传递，实现了基于BIM技术的运营数据采集、分析和集成管理，将楼宇系统的设备监视、设备控制、人员管理、维护管理、应急管理等工集成至统一的平台，实现了智慧机场的最终目标。

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Application of BIM Technology in the Operation of Nanjing Lukou International Airport

Zhao Jian, Fang Jiankang, Song Yang, Chen Bangchang

(ProjectHeadquartersofNanjingLukouInternationalAirport(PhaseⅡ)，Nanjing211113,China)

The technologies of BIM and informatization are applied in the operation and construction stages of airport project in this research, and the BA system is connected to BIM. The transmission of information from the construction stage to the operation stage is accomplished by establishing a 3D intelligent operation framework. The goal of smart airport is achieved by collecting, analyzing and managing data with BIM and integrating the monitoring and control of equipment, people management, maintenance management and emergency management etc. to a unified platform. The strategy proposed in this research is proved to be feasible and practical by deployment and application in the real project.

BIM; Operation Management; Big Data; Cloud Technology

赵健(1967-)，男，研究员级高级工程师，计划处处长，美国项目管理协会注册项目管理师，加拿大多伦多大学工程管理硕士。主要从事大型工程项目管理研究工作。

V351；TU248·6

A

1674-7461(2015)02-0050-06