公共建筑智能化运维管理研究

吕麒珉，李露凡，陆子易，孙然然(上海建科工程咨询有限公司，上海 200032)

0 引言

公共建筑是为人们提供公共活动、商业办公、科教文卫、旅游、通信和交通等各类型场景的民用建筑。其运维管理是整合人员、设施和技术的管理流程，包括对人员工作和生活空间进行规划、维护、维修和应急等管理。公共建筑运维管理时间跨度大、周期长、内容多、涉及人员复杂，传统运维模式对技术人员依赖性强，对多源异构数据的处理较分散，人工费与运维成本高。推进构建基于 BIM技术的公共建筑智能化运维管理系统，不仅保证建筑自身功能的充分实现，还可以减少公共建筑运维成本，完善运维管理模式，有效促进企业经济效益及社会效益的提升[1]，在公共建筑的运维阶段具有广阔的应用价值。

步入物联网时代的今天，越来越多的学者开始致力于研究基于智能化系统的公共建筑运维管理。庄运超[2]提出采用 BIM 及物联网技术融合的新型三维可视化运维管理平台，融合了设备设施管理、能耗管理、安保监控、虚拟巡检、工单管理、资料管理和 App 应用等；彭昕[3]提出基于BIM＋GIS（地理信息系统）＋IBMS（智能建筑管理系统）＋FM（设备、设施资产管理）的体育馆综合运营平台体系框架设计，集成了智能楼宇自控系统、能源管理系统、售票及道闸控制系统等多个子系统。现阶段的大部分研究要么关注于子系统集成，要么聚焦于运维业务流程集成，要么致力于研究信息集成，鲜有从运维需求角度，对运维系统开展全要素综合性研究。本文以此为切入点，从运维管理的智能化和可视化需求出发，对公共建筑的运维业务管理流程，以及运维管理系统的数据存储与交互方法进行综合性研究，并最终搭建一套基于 BIM 的智慧化运维系统，辅助实现公共建筑的智慧运维管理。

1 运维管理需求分析

为实现公共建筑智能化运维管理，需深入了解公共建筑运维管理过程中各使用方的需求。通过文献调查、问卷调查和会议调查等方法，对公共建筑运维管理的管理人员、业务人员、操作人员等各专业从业者进行寻访调查，结果表明：公共建筑的智能化运维管理主要包括智能化需求和可视化需求，涵盖物业管理、资产管理、设备设施管理、空间管理和能源管理 5 个方面。

1.1 运维管理智能化需求

运维管理智能化需求分析，如表 1 所示。

表1 运维管理智能化需求分析

1.2 运维管理可视化需求

运维管理可视化需求分析，如表 2 所示。

表2 运维管理可视化需求分析

通过以上对公共建筑运维管理系统智能化和可视化需求的研究，基于运维管理平台的支持，利用其信息集约化、可分析预测、数据可共享等优势，可有效提高公共建筑的物业管理和资产管理水平，提高设备设施和能源的利用率以减少浪费。本文将从以上这 5 个方面对公共建筑运维管理的业务流程做进一步研究。

2 运维管理业务流程

运维管理业务流程主要围绕物业管理、资产管理、设备设施管理、空间管理和能源管理 5 个方面展开。

2.1 物业管理的业务流程

在公共建筑运维管理系统中，物业管理主要包括为客户提供客户信息、访客管理、服务中心和会议室预定等一站式物业、保洁、工程、安保和会议室预定等服务管理。一站式服务管理范围及服务内容，如表 3 所示。

表3 一站式服务管理范围

运维管理系统通过建立客户卡片信息，维护客户信息、联系人信息和联系记录等内容，客户资料随时更新，真正做到精准的客户管理。系统还可以实现客户信息系统的台账化，创建客户信息与访客管理、租赁管理业务模块进行关联应用，管理系统采用预约前置，前台通过系统信息推送，结合访客信息提前做好访客卡。通过运维管理会议室预约信息共享平台，可以线上预约会议室。会议室预约管理流程，如图 1 所示。

图1 会议室预约管理流程

2.2 资产管理的业务流程

公共建筑运维管理系统集成了对设备的搜索、查阅和定位功能，实现对资产从配置计划、采购、入库、领用报销和折旧等一体化管理，以及对资产的快速盘点和掌控。通过点击 BIM 模型中的设备，管理人员或者领导可以查阅所有设备信息，查询所有相应设备在虚拟建筑中的准确定位，实时浏览建筑设备[4]。同时，对维修工作过程管理中应用到的各类维修资源进行科学合理的调配和管理，保障设施设备的安全、可靠、稳定运行，及时处理各种突发事件，从而提高设备设施的可靠性。工程耗材领用（部门）流程，如图 2 所示。

图2 工程耗材领用（部门）流程

2.3 设备设施管理的业务流程

公共建筑运维管理系统与建筑的日常设备运维管理功能相互整合，提供了包括设备信息查询、设备报修流程和计划性维护等各种功能。设施设备数据管理流程，如图 3所示。

图3 设施设备数据管理流程

2.4 能源管理的业务流程

公共建筑智能运维管理系统通过 BIM 集成的水循环模型分析水资源利用率和水资源分配率，在这个过程中考虑到办公建筑室内外用水量及用水处，应设计雨水和污水收集转换系统用于建筑室外景观及绿化用水[5]。同时还需借助 BIM 集成的水循环模型，对比各月份各单位的用水量，模拟分析合适的用水量以优化方案，实现水资源的精细化和合理化分配，并对各单位预留部分水量以防分配不合理。结合构建水资源分配记录数据库，分析各单位最合适的水资源分配量，旨在高效利用水源。通过公共建筑运维管理系统，建立水电气仪表电子台账信息，管理人员可以通过 App 端填写仪表度数，实时上传至集团能源管理系统，按日、按周和按月进行汇总，并且为管理者提供实时数据，对公共建筑进行项目、仪表类型、时间等维度进行能耗分析。

2.5 空间管理业务流程

公共建筑空间管理流程主要包括空间规划、空间分配和空间可视化。根据建筑类别及应用需求，设置空间租赁或购买等空间信息，对空间空置率、人均空间、空间运营成本、共享空间和专用空间等数据指标进行统计，制订满足未来发展需求的空间规划。根据房间信息合理分配功能空间，动态记录分配信息，用高亮颜色对不同功能的空间进行标注，可以实现在浏览界面直观地查看空间的分布状况，从而提高空间利用率。

3 运维管理系统数据存储与交互方法

基于运维管理业务的对象和流程，结合公共建筑智能化运维管理的平台建设需求分析，对实现可视化和智能化运维管理的数据存储与交互方法进行研究。数据存储与交互方法主要体现在运维管理的编码体系、数据存储和交互方法 3 个方面。

3.1 编码体系

通过研究、制订、发布和实施信息编码，推动实现建筑领域的信息化和智能化，发挥建筑运维管理信息系统的最大经济效益和数据价值。

研究公共建筑运维管理的智能化和可视化需求及运维管理的流程，可以发现，在统计空间和设备设施数据指标时，应根据空间及使用特点，对每栋楼、每楼层（包括地下1层）的每个客户用房、附属用房及公共区域进行单独划分。划分原则如下：每栋楼每楼层走廊联通区域可划分为一个空间，不同走廊联通区域需各自单独划分空间；地下室根据楼号划分为若干个“楼号周边区域”，每个区域内公共部分划分为一个大的公共区域，每个区域内客户用房或附属用房均需单独划分空间。同时对每个划分好的客户用房、公共区域及附属用房进行标识；地下室每个“楼号周边区域”内的公共区域根据楼号表示为“地下室 XX 楼周边公区”，例如“地下室北七楼周边公区”。在编码时，根据空间位置每栋楼、每楼层最南、最西的客户用房流水码为 01，沿逆时针方向，依次编制流水码。例如，某项目北七楼四层最南、最西的“公区/附属用房”为杂物间，则此房间编码为 CYYN7-04-01。

同理，在对设备设施信息进行编码时，应根据设备设施位置和特点进行编码，每栋楼、每层楼内、地下室及室外设备设施最南、最西的设施设备流水码为 01，沿逆时针方向，依次编制流水码。设施（SS）根据其位置和用途特点分为楼栋单体（LD）、地下室公区（DX）、园区（YQ）、车库（CK）、广告（GG）和场地租赁（ZL）六大类 。设备根据其特点分为暖通（NT）、消防（XF）、给排水（GP）、强电（QD）、弱电（RD）和电梯（DT）六大类。例如，北七楼 1 层弱电专业最南、最西的摄像机编码为 CYYN7-1F-RDJKSXJ00001。

3.2 数据存储

在公共建筑运维信息数据存储中，运维管理数据可分为 BIM 模型静态数据、运维管理业务数据和弱电子系统动态数据（见表 4）；根据数据结构的不同，可分为结构化数据与非结构化数据[6]。以下根据公共建筑运维管理数据结构的特点，构建相应的业务数据存储架构。

表4 运维管理数据分类

3.2.1 静态数据及运维管理业务数据存储架构

在公共建筑运维管理中，由于结构化数据与非结构化数据的表达格式差异较大，需要采用不同的数据存储架构。本节将 BIM 模型静态数据、运维管理业务数据、弱电子系统动态数据中的结构化数据经 IFC 模型解析器处理后存储于关系型数据库，实现基于对象的数据存储与管理；对其中的非结构化数据进行集中存储，建立专门的非结构化数据管理模块进行数据管理。

3.2.2 动态数据及运维管理业务数据存储架构

在数据存储中，许多传统的数据存储平台都基于关系数据库。虽然关系数据库在数据存储方面较为突出，但它们很难在大数据环境中提供足够的性能。本文提出的基于IoT 数据的动态存储框架，支持高吞吐量处理数据，能够有效地存储海量数据，支持水平缩放。基于 IOT 数据的动态存储框架由以下 4 个模块组成。

（1）文件存储库：文件存储库使用 Hadoop 分布式文件系统（HDFS），在分布式环境中存储非结构化文件。

（2）数据库模块：数据库模块组合了多个数据库，并使用 NoSQL 数据库和关系数据库管理结构化数据，简化数据访问模块的开发和数据库的应用程序迁移。

（3）资源配置模块：资源配置模块支持预定元模型的静态和动态数据管理，因而可基于用户要求来配置数据资源和相关服务。

（4）服务模块：服务模块用于自动生成 Restful 服务（一种基于 Restful 结构框架开发的软件功能模块）。该模块通过配置提取元数据，然后根据元数据映射到存储在数据库和文件库中的数据实体和文件，最后生成相应的运维管理平台功能模块。

3.3 数据交互方法

在公共建筑运维管理系统运行过程中，弱电子系统动态数据与系统平台交互的关键是实现弱电子系统与系统平台物理接口、通信协议与软件接口的集成。现阶段，公共建筑运维管理系统与弱电子系统集成方式主要以 BIM＋IBMS（基于 BIM 的建筑智能化运维管理系统）作为集成顶端，通过 Webservice、Restful 协议集成 IBMS 的各子系统，包括楼宇自控系统（BAS）、消防报警系统（FAS）、安保自动化系统（SAS）、广播系统（PAS）、一卡通系统（SCS）、通信网络系统（CNS）、停车管理系统（PMS）、能耗计量系统（ECMS）、智能照明系统（ILS）、办公自动化系统（OAS）和资产管理系统 AMS。此时 IBMS 系统通过 Webservice 和 Restful 协议，集成设备管理系统（BMS）、信息管理系统（IMS）和智能建筑模块（IB）；在 BIM 集成方面，通过 IFC 文件（工业基类文件）解析器读写兼容 IFC 标准（工业基类标准）的 BIM 模型；不支持 IFC 标准的 BIM 模型，可通过数据转换接口，实现信息交换与共享。

4 公共建筑智能化运维管理平台

综合以上对智能化运维管理需求、业务流程以及系统数据存储与交互方法的研究结果，搭建了一套基于 BIM 的智慧运维管理平台框架，以实现对公共建筑的智慧运维管理。

公共建筑智能化运维管理平台最顶层的应用平台以BIM 为载体，将建筑信息联系在一起，通过数据分析、性能分析与模型分析，实现人、设备和建筑之间的互联互通。通过 BIM 智能运维管理平台，重点实现以下功能的实施和功能展示：空间管理、计划管理、设备管理、公共安全管理和能耗管理等（见表 5）。

表5 公共建筑运维管理平台功能模块

5 结语

针对当前公共建筑运维管理智能化和可视化程度低及集成性不够完善等问题，本文在运维管理需求分析的基础上，对运维管理业务流程、数据存储架构与交互方法进行研究，通过桥接建筑信息化模型，融合建筑动态数据与运维业务流程，打通包括物业管理、资产管理、设备设施管理和能源管理在内的管理壁垒，最终搭建了一套公共建筑智能运维管理平台。本文研究的系统平台凭借三维化呈现和专业化集成，实现了公共建筑运维管理的智能化，极大地优化了运维管理工作效率。