基于BIM的3D楼宇运维智能管理系统*

王 怡， 陈伫蝶， 罗舒琦， 先剑波， 孙晓丹， 闫 磊

(北京林业大学，北京100083)

0 引言

当下，BIM技术的应用主要集中在前期的设计和施工阶段，建筑完工后往往被闲置，并不能实现建筑全生命周期阶段的信息交换与资源共享，BIM技术难以充分发挥其潜在价值[1]。

基于BIM的3D建筑运维可视化模型利用物联网、云计算技术，研发有效的可视化、动态化和明细化的运维管理系统，让建筑模型在运维阶段也被利用，实现建筑信息整体可视化，并且可以对建筑内的设备资产进行管理；进行能耗监管分析预测，使决策者做出相应的能耗解决方案；同时解决公共建筑节能管理问题，对减少环境污染和能源保护具有实际意义[2]。

1 系统总体设计

本项目以建筑物全专业BIM模型为基础，结合物联网技术，并以第三方软件Unity 3D作为平台，对建筑运维界面进行优化及改善，进而实现建筑模型的可视化管理和能耗分析等功能。主要由数据信息采集、数据传输及存储、运维系统功能开发及优化三部分组成。技术路线如图1所示。

图1 技术路线

2 室内信息采集系统

数据采集系统主要是基于TCP/IP传输协议。采集的信息主要包括建筑物不同区域的温度/湿度、光照强度、烟雾浓度、灰尘浓度。设计系统整体构架规划了数据采集、传输、处理和系统应用等系统功能模块的实现。最终能够将采集到的信息上传至PC端，进行相应的数据处理，从而对建筑物内部相关工作进行调整。例如，当光照强度达到一定标准时，建议熄灭此处照明灯，以此节约能源[3]。

3 数据库设计

住宅综合管理系统的数据库包含了住宅的各类信息，这些信息是由住宅BIM模型明细表导出或者由采集系统采集。最终选择使用SQLite数据库，它可以提供可视化的数据表设计界面，既能够轻松建表，还支持多种不同数据类型。

在数据库中创建用户表、采集器数据表以及建筑材质信息表。用户表包括用户名、密码和用户类型字段，用于存储用户以及管理员账号。采集器数据表包括温度、湿度、烟雾浓度、PM2.5浓度、光照强度、能耗以及时间等字段，本数据库包含三个采集系统数据表，分别对应三个房间中三个采集器收集到的数据。建筑材质信息表包括ID、名称、楼层、位置、材料、面积、生产日期等数据，每条数据描述了建筑内家具、墙体等建筑内各个组件的各项信息。

4 楼房功能设计

4.1 功能设计

(1)实现漫游定位和信息查看

在模型中可通过漫游定位查看相关设施，一旦选中了某一具体设备，在界面上就会出现与该设备相关的设备信息供用户查看，同时用户也可以通过点击关联标签，查看各种与设备相关的文件及信息资料[4]。

(2)设备运行监控

管理系统可以进行设备检索、运行和控制功能，通过点击模型中的设备，管理人员可以随时进行建筑设备实时浏览。对于每个设备，可以查询其历史运行数据；还可以对设备进行控制，如某一区域照明系统的打开、关闭等。

(3)能耗分析

通过建筑物的能耗情况对能耗进行分析、通过柱状图、折线图、饼状图展示出一段时间内的能耗变化，为物业管理、决策人员提供能耗管理的依据。

(4)报警处理和应急预案

当房屋的温度超过范围、能耗出现超值或者一些设备的运行状态出现故障时，系统能够及时检测并报警，提示管理人员，从而快速访问并准确分析出设备位置、安全出口分布等数据，达到排查故障且帮助现场决策的目的。

(5)远程登陆

本管理系统通过SQLite数据库将采集信息进行分析及反馈，用户可以通过Web端或者APP随时登陆查询建筑的状态以及相关数据。

4.2 UI设计

本系统的UI设计遵循简洁统一、用户友好的设计理念，采用以蓝色和白色为主色调的扁平化设计风格[5]。按钮和透明样式面板的位置布局得当，兼顾数据信息的显示与可视化模型的漫游。数据结果可视化显示使用多种颜色对不同对象进行区分，使数据展示更加直观。功能菜单的逻辑与层次结构清晰，便于用户更快、更方便地完成所需功能。界面图如图2～3所示。

图2 登录界面UI

图3 主界面UI

4.3 平台的发布

基于BIM的3D建筑运维可视化模型的系统功能在Unity3D里面开发完成后，可通过File→Build Settings将Unity3D工程导出发布到多个平台，包括Windows项目、IOS项目和Android项目等，并针对不同的操作系统、分辨率等进行优化适配。最终，用户可通过手机端和PC端的应用，多平台无缝切换使用该系统的全部功能。同时实现PC端和移动端应用，既可以兼顾PC端应用稳定、性能高、屏幕尺寸大的特点，又能兼顾以移动端APP便携轻便、易获得的特点。