BIM、物联网、云计算技术在智慧图书馆建设中的应用研究

张清华

（国家图书馆）

1 引言

随着图书馆事业的发展，图书馆建筑呈现外形新颖、规模巨大，服务功能多样，机电设备系统庞大、逻辑结构复杂的特点，信息化、数字化、网络化、智能化、集成化程度要求也越来越高。目前，以BIM技术、物联网、云计算、移动应用、大数据等为代表的信息网络技术浪潮的涌现，为智慧图书馆的构建奠定了技术基础。

2 BIM、物联网、云计算技术简介

2.1 建筑信息模型（BIM）

《建筑信息模型应用统一标准》GB/T 51212-2016中指出：“建筑信息模型（BIM）”是建筑工程及其设施全生命期内的物理和功能特性的数字化表达，贯穿于建筑整个设计、施工、运维的业务过程[1]。作为工程项目所有相关方信息的共享知识资源，为项目方案比较、高效设计、施工现场控制、多专业集成、竣工验收、运行维护等业务流程的组织和控制、决策提供可靠的信息支持。建筑信息模型（BIM）是以三维可视化、参数化、数据化、可模拟化为特征的信息集成和管理技术。在建筑工程领域，BIM应用融合了三维建模、专业应用软件、可视化、仿真、数据共享、数据交换等信息技术，已广泛应用于一些大型复杂工程的设计、施工和运维中。

2.2 物联网

物联网是一项新兴技术，是一个将各种信息传感设备（如RFID装置、传感器、全球定位系统、通信装置等）与互联网结合起来而形成的巨大网络。物联网使得互联网的应用由人-人之间的信息交换进一步延伸和扩展到物-物之间的信息交换和信息处理。物联网的目标是实现人与人、人与物以及物与物之间随时随地进行通信。物联网可以提供在线监测、定位跟踪、报警联动、调度指挥、预算管理、远程控制、安全防范、决策支持等管理与服务功能。

2.3 云计算

随着数字化、信息化爆炸式发展，移动互联、物联网逐渐成为现实，信息资源的数量已成几何级式增长，并且形式多样，内容丰富。对于图书馆来说，除了专业性很强的各种结构化数字文献、书目信息、音视频、图谱、标准等，同时包含大量建筑物理信息、家具和设备资产信息、读者信息、借阅信息、浏览记录、检索历史、查新、咨询信息等半结构化、非结构化数据。如何处理、检索、应用这些数量庞大、纷繁复杂数据也将成为一种挑战。云计算技术在信息资源的组织、检索、共享等方面具有强大优势，能够将分布式的资源存储与一站式的服务结合起来。

3 智慧图书馆

图书馆作为一种文化建筑，除了具有文献的存储、展示、查阅、陈列、学术研究及信息传递等功能，同时还具有面向社会、公众发布及传播信息，实现文化信息加工、增值和交流等文化窗口的信息化应用功能，为公众提供安全、方便、快捷、高效的信息服务。

智慧图书馆的基础是数字图书馆、智慧建筑，图书馆的一切业务活动都是在以建筑为平台的空间环境下进行的[2]。智慧图书馆应将建筑设施、设备、文献、管理和服务、信息资源等基本要素进行有机整合，利用BIM技术把建筑数字化，统筹图书馆信息化应用系统、智能化集成系统、信息设施系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等各个领域、各项业务、各个流程的协同运作，通过物联网使图书馆物理环境下的各种对象的组织、管理、控制与虚拟环境下的信息系统有机地连接起来，基于云计算和信息化系统及软件，智能化处理各系统中复杂业务产生的大数据，构建一个基于BIM的方便、快捷、高效的实体+虚拟+管理+服务的视觉化、云端化的图书馆智慧管理云平台，为读者提供全方位、立体化、个性化的服务。

4 BIM、物联网、云计算在智慧图书馆中的应用

基于BIM、物联网、云计算技术的图书馆智慧管理云平台为智慧图书馆的构建提供了一个技术层面的思路。BIM模型实现建筑的数字化、模型化，是虚拟的建筑，它是实体建筑的真实再现。通过将RFID 电子标签嵌入或装备到图书馆内所有物理馆藏文献、物理建筑、物理设备、以及读者或工作人员的借阅证件等之中, 实现建筑、设备、人员、文献等管理和服务对象之间的互联互通，RFID技术解决信息采集的及时性问题。基于BIM技术的图书馆智慧管理云平台支持信息处理的高效性、共享性，从而实现对馆内文献、建筑、设备等进行智慧化程序控制及综合管理，为读者提供智慧化服务。

4.1 BIM运维模型构建

对于使用BIM技术进行设计、施工的建筑，可以根据运维管理系统的功能需求，将竣工模型经过轻量化转化为运维模型；而对于既有建筑，可以利用竣工图纸经过现场复核调整，形成实际竣工模型，确保模型的可靠性和数据完备性。以国家图书馆为例，随着国家图书馆事业近百余年的发展，积累了海量建筑工程数据，这些数据是运维管理的基础，通常会以工程蓝图、CAD电子图纸的形式保存，但是这些图纸通常都存储在档案室、资料室中，往往需要专业人员人工查找调用档案并理解信息才能使用，可视化程度低，信息集成度不高，数据更新困难，共享不充分，不利于工程数据的精细化、规范化管理。

建筑本身就是一种信息媒介，类似于纸质图书数字化，BIM技术可以把存储在档案室、资料室中海量的工程蓝图、CAD电子图纸，以及过去、现在、将来图书馆运维过程中产生新的海量工程数据进行加工，转换成为完整的、与实际情况一致的数据库。在一个数据库化的模型上操作可以得到任意位置的平、立、剖面图和三维透视图，以及高品质的渲染图像和漫游视频。也可以将模型运行在云端，通过手机、平板电脑等移动终端远程访问，实现BIM模型的量测、信息查询、虚拟漫游、数据更新、统计分析等。BIM技术可以为图书馆基础设施规划、改造、扩建、运维提供服务，实现建筑全生命期内的信息共享，以提高运维管理水平和管理效率。

4.2 图书馆建筑运维智慧化

运维阶段是图书馆建筑全生命期时间最长、管理成本最高的阶段。应用BIM技术、物联网和云计算，搭建BIM运维管理系统平台，将建筑设施、设备、人员、流程、空间位置信息和图形集成到一个系统平台上进行有效的管理，实现数据共享，避免信息孤岛，实现图书馆建筑的空间管理、资产管理、设施设备维护管理、公共安全管理、能源管理等功能，提高管理效率，降低管理成本，提升服务品质。为读者创造良好的研究、学习环境，为馆员提供舒适的工作空间；使图书和文献资料存储得到高质量、高可靠性的保存。

4.2.1 空间管理

利用BIM运维模型在三维可视化状态下统计分析空间目前的使用情况，根据统计数据协助日后空间规划、优化空间分配，动态记录空间分配信息，提高空间利用率。同时图书馆作为人员密集场所，对人员密集的区域实现人流检测和疏散可视化管理，保证读者和员工安全。

4.2.2 资产管理

利用BIM运维模型对图书馆资产进行可视化管理，建立资产数据库，实现实时查询，实时提供有关资产报表，实时定位资产所属空间等功能，动态显示资产的更新、搬迁、替换或维护等信息，并跟踪各类变化，优化资产管理流程，辅助管理部门进行投资决策和制定短期、中长期的资产管理计划。

4.2.3 设施设备维护管理

将建筑设备监控系统及其他智能化系统、物联网传感器与BIM运维模型结合，即时采集设备运行状态数据，实现设施设备的资料管理、巡检管理、报修管理和维护的自动派单。制定合理的维护计划及流程，设备发生故障时，准确定位故障位置及故障原因，快速显示设施、设备的维护信息和维护方案，精确统计备件消耗、维护工时，有利于延长设备使用寿命，降低维护成本。

4.2.4 公共安全管理

利用BIM建筑模型和火灾自动报警、安全防范、应急响应等系统模型，制定应急预案，并进行模拟演练。当发生应急事件时，系统自动在BIM模型中定位到应急事件发生的位置，并同时报警，显示相关建筑和设备信息，启动相应的应急预案，有效指导救援人员进行应急处置，控制事态发展，提高突发状况下应对措施，降低安全风险。

4.2.5 能源管理

利用BIM运维模型，结合能源计量系统及图书馆相关运行数据，生成按区域、楼层和房间划分的能耗数据，全面了解建筑的能耗水平。通过能耗数据的统计分析，对能耗异常位置进行定位、提醒，据此提出针对性的能源管理方案；根据历史数据预测未来一段时间内能耗使用情况，合理安排能源使用计划，降低图书馆建筑能耗。

4.3 图书馆服务智慧化

传统室内定位的地图一般都是建筑的二维电子图来生成的，而当前定位导航已经从简单、基础的二维导航全面向直观、真实的三维导航发展，通过BIM提供的三维模型增加书架、层架等图书位置信息的数据配合定位技术，使图书馆智能三维导航检索系统成为可能。基于BIM技术的图书馆智慧管理云平台，可以实现以下功能：

4.3.1 智能图书定位

通过智能图书定位对图书进行自动追踪、实时定位，记录图书每一时刻的状态、在三维空间的准确位置。

4.3.2 智能三维导航

BIM模型为图书馆三维导航的实现给出了一个完美的3D室内数字地图数据库解决方案。用户定位以读者随身携带的移动终端（如智能手机、平板电脑等）作为被感知对象，实现室外定位和室内定位的无缝结合。在传统的OPAC系统上增加三维感知定位功能，感知图书的位置和读者的位置。读者借助三维导航检索系统的指引前往书架取书，准确定位到图书所在的楼层、区域、架位，让读者体验到精确的三维地图导航服务，智能三维导航系统还可以显示详细的馆藏布局。利用云平台，用户只需要一台终端，就可以通过网络来满足用户对检索、定位、三维导航处理功能的要求，让来到图书馆的读者有种“手里握着图书馆”的感觉。

4.3.3 智能图书清点

利用RFID读写器自动清点图书，获知图书的在架情况、使用频率，研究分析读者偏好，调整服务内容和方式，满足不同读者的需求。读写器在清点图书的同时，数据库中图书的存放位置也可以实时更新，大大提高馆藏资源使用率和服务管理效率。

4.3.4 智能信息推送

通过对读者历史借阅信息进行收集、处理与分析，获取读者的阅读喜好，发现每个读者的个性化需求，实现信息推送服务的个性化定制，使读者获得更有价值的信息推送服务。结合定位技术，感知读者所在位置，当读者走到某一书架范围内时，向读者移动端推送其感兴趣的新书上架信息等。

在云平台信息管理环境下，智慧图书馆“以人为本”的服务理念更加凸显，可以建立起以“用户体验”为服务前提的更深层次的个性化服务，实现由“被动服务”转向“主动服务”，从“大众化服务”转向“个性化服务”、“精细化服务”。

5 结语

在信息技术高速发展的今天，图书馆的运维管理和服务水平也遇到了前所未有的机遇和挑战，本文通过对BIM、物联网、云计算的分析，提出了构建基于BIM、物联网、云计算技术的图书馆智慧管理云平台，转变图书馆建筑传统的运维管理模式和服务方式，旨在提高图书馆运维管理的信息化水平，实现个性化、精细化的读者服务。