基于BIM的大型场馆机电设备运维管理

杨振钦 刘火生 高磊 李肇娟

【摘要】本项目以福州海峡奥铃匹克体育中心为典型应用，将BIM 技术引入到大型体育场馆内机电设备的运维过程中，并以此为试点，希望通过BIM 技术在本项目的实际应用，将其逐步向其他项目推广。基于BIM 技术的可视化、模拟性特点，为大型场馆项目的风险控制及现场管理的精细化管理提供参考依据。目前项目的BIM 模型、机电管线逻辑关系设定已经完成。

【关键词】BIM；大型体育场馆；机电设备；运维

1 引言

随着大型商业和公共建筑物的急剧增多，这些大型建筑物机电设备的正常运作给运维管

理带来新的要求，因为机电设备故障是无法避免的事实，一旦发生机电设备出现问题，如何快速确定故障点，如何在最短时间内修复故障，如何在修复过程中把故障带来的影响降到最低，如何对维护维修人员进行紧急情况下的模拟演练，当遇到紧急情况下能快速、安全地处理事故，是大型商业和公共建筑物机电设备应急管理需要解决的问题。

基于BIM 技术的机电设备应急管理，有以下优势：

1） BIM 的可视化非常直观，可极大地降低普通保养维修人员对于各类机电系统的理解的难道，几乎可以不用查阅专业的图纸就可以直观判断机电系统的位置和关系，降低物业管理的成本；

2） BIM 的竣工模型可以做到比较接近现实，除了已经包含了设计、施工以及建设过程的变更等信息外，同时再补充和持续更新运维管理所需的信息，为今后物业持续的运维管理提供丰富的数据查询和利用；

3） 利用BIM 的机电管线上下游关系，快速定位故障点的控制设备，极大地提高应急响应的速度，提供物业管理的质量和客户满意度。

2 实现原理

2.1系统架构

系统架构设计基于三层架构原则，如图1所示。三维显示前端将借助NavisWorks强大的3D可视化仿真功能力，再通过其自身提供的API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）与逻辑层的逻辑接口相连接，对其进行各类的图形显示控制和图形数据读取。在此基础上，与后台关系数据库进行有规则的数据交互，结合不同环境的需求，可定制出各种逻辑业务控制，数据安全校验，数据存取，可视化数据交互效果等等，从而到达高效快捷的BIM数据操作。

（1）系统架构图

2.2系统运行环境

Autodesk Navisworks是一款用于分析、虚拟漫游及仿真和数据整合的全面校审和三维数据协同解决方案。其强大的模型整合能力可以快速地將多种软件产生的三维模型整合成一个完整的模型，以进行后续的虚拟漫游，碰撞检测，4D施工模拟，渲染，动画制作和数据发布。该解决方案支持所有项目相关方可靠地整合、分享和审阅详细的三维设计模型，在建筑信息模型（BIM）工作流中处于核心地位。BIM的意义在于，在设计与建造阶段及之后，创建并使用与建筑项目有关的相互一致且可计算的信息。

SQL Server数据库引擎是用于存储、处理和保护数据的核心服务。利用数据库引擎可控制访问权限并快速处理事务，从而满足企业内要求极高而且需要处理大量数据的应用需要。，具有使用方便可伸缩性好与相关软件集成程度高等优点，与WINDOWS操作系统机密结合。

.NET是微软的新一代技术平台，为敏捷商务构建互联互通的应用系统，这些系统是基于标准的，联通的，适应变化的，稳定的和高性能的。从技术的角度，一个.NET应用是一个运行于.NET Framework之上的应用程序。（更精确的说，一个.NET应用是一个使用.NET Framework类库来编写，并运行于公共语言运行时 Common Language Runtime之上的应用程序。）.NET是基于Windows操作系统运行的操作平台，应用于互联网的分布式。

2.3配置要求；

系统：Windows 7 64bit

软件：MicroSoft SQL Server 2008 ， Autodesk NavisWorks Manage 2014

CPU： Intel i7 3.0GHz或AMD Athlon X4 955或更高

内存：16GB

硬盘：12GB可用空间

显卡：Nvidia 260GTX 896MB或ATI 5770 1GB或更高

显示器：1920 X 1080 VGA显示器 X2

3系统实施

3.1数据库系统

3.1.1项目

项目信息是描述项目所在位置和项目基本概况，其中包括：项目位置：所属省、市；项目名称；项目信息：项目类型、面积、层数、结构形式

3.1.2空间

空间对象在BIM信息里是重要的研究对象。空间是一个抽象概念，他表示对系统结构层次的定义（园区->建筑->楼层->房间），不表示特定区域，在空间管理系统里，按特定的规则对空间区域进行指定划分。对后台管理用户，空间也表示一定的逻辑关系，数据录入用户会根据给定的空间区分规则添加录。从范围大小的依次排列应该是园区包含建筑，建筑包含楼层，楼层包含房间。房间是空间里的最小单位

3.1.3设备

设备是对系统模型每一个对象的描述，可以是单个元素，也可以表示一类元素。指定用户在系统进行操作时候一个具体的对象。在设备应急维护管理系统里，不同的设备之间有不一样的逻辑关系，所以设备还表示关系属性的载体。

3.1.4用户

用户主要是对软件操作使用者，分有不同角色，不同的角色所对应的权限也不同，普通用户可对系统进行查找、浏览操作；数据录入用户主要是对设备信息属性的录入，有读写权限；后台管理用户具有最高权限，可对系统进行读写、及角色名称、密码的修改操作。

3.1.5文档

文档包括有对设备属性介绍、维护记录，用户可以手工录入添加的数据，也可以单独上传附件（文档、手册、说明书、图纸）。便于对设备的查询、维护管理。另一方面与BIM信息模型交互，管理员用户可以对照图纸检查模型相互协调。

3.1.6模型

建筑信息模型（Building Information Modeling），以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。在我们的系统里，也可理解为所有设备对象的集合。

3.2系统特点

3.2.1实时漫游

用户可以在真实比例的三维场景中实时漫游，方向角度完全自由掌握，这种仿真漫游能让用户置身其中，更直观更方便地观察相应设施。

（2）实时漫游 （3）实时漫游

3.2.2应急指导

设备关系查询是查询当前设备记录的直属上游设备信息，他们是具有直接直属关系的设备记录。好比水龙头跟阀门的关系一样，如果当前设备为水龙头，那么控制它开关的阀门就是其上游设备。控制水龙头的阀门可能不止一个，而且不是每一个设备记录都会存在这种逻辑关系树，这也要根据现实情况而定。

在设备查询列表选择一条设备记录，上游设备列表显示的就是当前设备的上游设备属性信息（包括設备编号、设备名称）

（4）设备信息 （5）设备信息

3.2.3快速空间定位

合理的空间结构能让用户快读找到需要定位的空间，确定需要查询设备的最小范围（具体到该设备所属区域、楼层、房间）在图形区窗口会跳转到该房间视点。

（6）空间定位

3.2.4快捷的设备查询

通过丰富多变的查询组合，只需通过几步简单的操作，便能得到需要查询的各类结果。如此强大的查询系统，在信息管理中起到非常重要的作用。系统根据输入设备查询列表属性包含的关键字，设备属性列表会自动匹配相关设备信息记录，给予黄色光亮显示。根据列表显示的设备记录选择用户需要的设备信息。

（7）数据分组 （8）设备查询

如果列表记录不能满足用户条件需求，用户还可以根据条件选择查询，（设备类型、设备名称、所属园区、所属建筑、所属楼层、所属房间）进一步缩小范围，选择查询满足要求的记录。

（9）按条件设备查询

3.2.5设备维护记录

可为每一设备单独添加其维护记录，有需要时便可快捷地查找到相关信息。根据条件选择维护记录查询。可以查询全部维护记录、已过期、或者按天、周、月，也可以指定日期、指定范围、指定时间段内选择过滤。

（10）维护记录查询 （11）维护记录详细信息

3.2.6改善设备资料的存储方式

每个设备都可以携带着属于自身的电子文档，在实际操作中将统一称为附件。这些附件可以是说明书、相关证件、相关记录、程序等等，都能以附件形式上传到数据库中进行保存。以便日后更好管理和查看。采用附件存放方式，将更妥善更合理地管理电子文档。

（12）信息信息 （13）文档存储

3.2.7用户权限管理

开启验证登录机制，以防无关人员进入系统进行操作。通过账户权限管理，可对相关人员的操作权限按等级进行划分，只有拥有修改权的人员才能修改系统、设备等信息，保障系统资料的安全性。

（14）用户权限

总结

基于BIM 的机电设备应急管理系统从软件实现的角度，在目前软硬件条件下，其中比较关键的是大型复杂项目三维BIM 模型的图形显示技术和机电设备管线上下游逻辑关系建立和检索两项技术，由于要处理的BIM 模型信息量巨大，而目前软硬件的性能有限，我们选择了目前技术比较成熟的Autodesk NavisWorks作为BIM 图形平台，在大型BIM 模型显示、实时漫游浏览的性能方面达到了较好的性能。在处理机电设备管线上下游逻辑关系的关键技术上，自定义了机电设备管线零件的逻辑关系数据格式，并独立于BIM 模型映射Microsoft SQL Sever 数据库中，实现高效的上下游检索，通过映射关系实现BIM 模型与数据库关联，较好地解决了BIM 模型数据与机电设备应急管理数据的融合，尝试基于BIM的机电设备应急管理系统实现的其中一种途径。

参考文献

[1] 胡振中，陈祥祥，王亮等，《基于BIM 的机电设备智能管理系统》[J]. 土木建筑工程信息技术，2013，5（1）：22-26.

[2]广州优比建筑咨询有限公司，《优比BIM 建设项目设备管线应急维护管理系统》，软件著作权申请资料，2011.

[3]葛清等，《BIM 第一维度———项目不同阶段的BIM 应用》，中国建筑工业出版社，2013

[4]何波，《大型项目BIM 模型组织方法与实践》[J]. 土木建筑工程信息技术，2012，4（4）：7-14.