基于GIS+BIM的实训基地可视化运维管理系统建设的探索

付希尧　刘海彬　谢雄敏

【摘要】本文以广西建设职业技术学院为例，探讨高职院校基于GIS+BIM的实训基地可视化运维管理系统的建设方法，通过对三维可视化管理系统的实训基地虚拟运维模型、基础运维管理、环境监测、精细化信息查询、共享开放模式、信息化管理等的构建和应用，实现实训基地运维管理场景可视化、智能化，有机衔接物理空间和信息空间，从而更便捷地获取资源和服务，提高实训基地的精细化管理和运维水平。

【关键词】GIS+BIM 实训基地 运维管理

【中图分类号】G64 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）09-0114-04

国家对职业教育的重视，使我国高等职业教育事业走上了发展的快速路。近年，国家和高职院校对实训基地的建设和发展愈发关注。在中国特色高水平高职学校建设发展和专业建设计划等一系列项目的支持下，国家和地方财政投入大量资金建设和升级高职院校的实训场地，实训基地专业实训室建设无论是质量还是数量都有显著提升。硬件条件的提升加速了现代化教学和管理手段的变革，与生产劳动和社会实践紧密结合的实训教学模式也不断创新。实训基地的建立和发展为社会培养了大批中高级技能型人才，为提高劳动者素质、推动经济社会发展和促进就业都做出了重要贡献。经过多年发展，高职院校在实训基地管理方面已有很大进步，但实训基地在快速建设和发展的过程中也暴露了一些问题。当前，职业院校实训基地大多采用人工方式进行管理，实训基地的安全和环境监测以及自动化、信息化和智能化等方面的改革有待突破。为此，文章以广西建设职业技术学院BIM（建筑信息模型）技術实训基地运维管理系统的构建为例，经过总结和实践，笔者认为，基于GIS+BIM的实训基地运维管理系统可打造可行性、有效性强的共享开放型实训管理模式，能实现实训基地智能化、精细化管理和可持续健康发展，值得推广应用。

一、高职院校实训基地管理的难点

随着实训基地数量的不断增加，学校实训管理的压力和难度越来越大，主要体现在以下四个方面。

一是实训设备管理方面。实训设备增加，原有人工定期入库登记和盘点清查实训设备的管理模式已不能适应高职院校日益增长的实训需求。另外，实训场地内的基础电气、门锁及电源开关智能化水平不高，无法远程控制相关设备开关，实训设备管理效率低下。

二是实训基地管理和实训室使用方面。课后实训管理人员要负责对每间实训室的设备、门窗等进行检查，如果课后检查不到位，设备未及时关闭，容易造成不必要的能源和资源浪费。而课前又需要管理人员手工开启门锁和设备开关，因上课使用实训室的人数较多，且时间相对集中，设备开启不及时的情况时有发生，容易耽误正常的实训教学。

三是实训信息统计方面。传统管理模式中，实训室所使用的纸质登记报表不易统计、汇总、查询实训基地的信息，实训基地信息孤岛亟待打通。

四是实训基地安全管理方面。很多实训室内没有安装室内环境和空气检测系统，实训环境无法通过数据量化感知，危急情况下也无法及时发现灾情。一旦出现火灾等灾害，管理人员如果没有及时感知和发现，会给实训基地造成不可逆的严重损失。因此，如何采取有效措施提高实训基地的管理水平，实现实训基地的安全、智能、可持续管理，是高职院校管理部门面临的重要问题。

鉴于当前实训基地管理中所存在的问题，探索可视化、自动化、信息化和智能化的共享型实训基地管理平台迫在眉睫。

二、基于GIS+BIM的高职院校实训基地可视化运维管理系统建设的可行性分析

（一）BIM技术体系可实现实训基地设备管理和运维信息数据整合

BIM具有可视化、可协调、可优化等特点，是应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合项目的相关信息，可在项目的全生命周期进行共享与传递，BIM技术的应用可实现运维管理的可视化、应急管理数据化、任务管理流程化。高职院校实训基地通常是由符合一定标准的系列实训建筑物集群构成，在互联网和物联网高度发达的背景下，以及在BIM技术体系框架下整合系统以及相关技术，为高职院校实训基地设备管理和日常运维提供了发展机遇。运维管理通过整合人工、设备以及环境等各种因素实现管理目标。与传统运维管理系统不同，基于BIM技术的运维管理可通过原有建筑物信息模型的构建组合实现实训基地的三维可视化，在实训基地管理者面前呈现实训基地概念化和模块化的数据信息。

（二）BIM和GIS技术集成可构建实训基地全周期信息管理平台

GIS（地理信息系统）通过对地形、建筑物数据的综合处理，记录建筑物全生命周期和提高已建成建筑物的管理效率，并可提供数据查询和技术分析等功能。利用BIM技术可整合实训基地建筑物信息，并通过GIS技术整合管理实训基地建筑所处环境的信息。BIM和GIS进行技术集成构建全生命周期高职院校实训基地信息管理平台，通过GIS可对获取的建筑模块化信息进行多样化处理，还可与BIM和RFID、CE引擎、云技术、物联网技术深度融合，最终对三维实训基地建筑物建模、实训场所使用模拟、数据实时采集等日常运维管理场景发挥实用价值。

（三）三维可视化技术将物理空间和信息空间有机衔接以实现实训资源信息共享

基于GIS+BIM的三维可视化底层平台可开发建设三维可视化的虚拟校园，进而实现实训基地所在楼宇的可视化、信息化管理，也可构建传统校园的数字空间，从环境信息、资源信息到应用信息全部数字化，为实现实训资源和服务共享提供有效支撑。通过GIS+BIM技术可使物理空间和信息空间有机衔接，让实训管理者和实训师生能更便捷地获取实训的资源和服务。

三、基于GIS+BIM的实训基地可视化运维管理系统的构建与应用

（一）实训基地虚拟三维可视化运维模型的搭建

广西建设职业技术学院利用GIS+BIM三维可视化底层平台开发建设三维可视化虚拟模型（如图1），构建数字校园。具体过程是：采用无人机倾斜摄影技术快速搭建数字校园三维模型，并转换为BIM模型，对实训大楼内实训基地的信息进行细化设置，生成完整的孪生数字化校园和实训基地，立体呈现校园环境及实训大楼外部、内部三维场景。在虚拟校园内可通过GIS定位进行实训基地场景浏览，用全球GIS系统可定位切入所需实训基地管理场景，查看校园所有空间、建筑物、建筑设施空间信息和属性信息，如名称、占地面积、建筑面积、建筑高度、建筑层数、功用等。通过进入实训大楼BIM模型可浏览和查询实训基地内部空间分布情况，选定楼层列表直接进入楼层分层展示，查看各区域的空间属性，如楼栋号、实训基地名称、实训室编号、使用功能等相关运维信息;点击相应实训基地可对其三维场景、所属建筑物BIM模型进行三维展示，实训基地有漫游、导航、测量、剖切、视点定位、重点标记等功能。在BIM模型中搜索所要查看的实训室空间信息，即可跳转至对应的建筑物内部运维空间视角，初步实现实训管理工作的可视化、信息化。

（二）基于三维可视化管理系统的实训基地基础运维管理

基于实训基地三维可视化管理系统，可实现实训全过程信息化管理。学院将课程信息导入平台，在系统内进行GIS+BIM模型预览时可直接展示实训基地实时预约情况，选择对应实训室空间就可查看详细的预约信息。同时，根据关键字可搜索查询实训教室的预约和使用情况，如实训室号、实训室名称、课程、教师、节次、班级、人数等信息，还可根据需要查询对应实训室的历史预约及使用情况，方便师生进行实训室预约。另外，基于GIS+BIM三维模型可建立智能化视频监控系统（如图2）。实训室内布置的网络摄像头监控信息经由网络传输到物联网网关，由网关将数据发送到服务器，以此实现实时监控。有别于传统监控系统只能将摄像头名称标注在CAD图纸位置，GIS+BIM监控页面可直接加载摄像头画面到三维模型，点选实训室模型位置即可实时输出对应摄像头实训情况图像。通过视频监控结合人脸识别、行动轨迹，即可初步实现实训基地内实训事故智能分析警示以及事后记录查询。

（三）基于三维可视化管理系统的实训基地环境监测

学院在实训基地各区域均设置了空气质量传感器，以实时检测室内CO2、TVOC有害气体的含量，数据可实时回传至实训基地三维可视化运维管理系统，进而控制新风系统和空调循环室内外空气，改善实训基地的空气质量，给实训师生营造健康安全的实训环境。学院也在实训基地内安装了温度、湿度传感器，传感器实时采集数据传输至运维管理系统，系统中可呈现整个实训区域温度、湿度的实际状态（如图3）。实训室内温度、湿度和光照度环境状态的采集和监测信号通过网络发送到物联网网关，再由网关发送到系統服务器，对环境信息进行统一分析处理。同时，实训基地的总用水量、总用电量、分项用电量等历史数据记录，可分时、分日、分月反馈到运维模型中。三维可视化管理系统对实训基地温度、湿度、空气质量和能源消耗的监测，初步构建了绿色节能型实训基地，提升了实训基地的管理水平。

（四）基于三维可视化管理系统的实训基地精细化信息查询

学院运维系统所搭建的实训基地BIM模型包括内部铺设的所有电气管线、线槽、风管、水管、家具等，所有建筑设备运维信息数据均录入系统后台。实训基地内部场所布局全部可视化，通过系统平台可实现对实训基地门禁、电源、灯光、空调、电脑、窗帘、投影仪等设备的远程控制，提高实训基地的智能化管理水平。将实训基地内所有固定资产设备贴上RFID标签，利用RFID技术的信息化功能可实现设备管理的信息化（如图4），能极大方便日常设备的维护保养和数据统计。系统内所形成的实训设备三维模型几何信息及相关配套数据等静态信息有助于实训管理人员记录分析每一台实训设备的生产厂家、维保信息、设备价格、设备编号等信息，初步探索了在三维可视化管理系统基础上进行固定资产管理的路径。

（五）基于三维可视化管理系统的实训基地共享开放模式

在BIM技术实训基地内，学院与广西建工集团第三建筑工程有限公司设计院共同建立了超融合技术BIM云平台，打造云端存储和计算空间功能。通过云平台进行服务器、云桌面、云应用的管理、调度、分配，努力实现建筑模型的共享、调用，方便获取各工程专业设计资料，全体实训人员可进行异地共享、全专业协同三维设计以及轻量化多方校审等设计工作。学院通过将技术科研、教学培训嵌入企业生产管理一线，探索BIM技术在工程项目设计、施工、后期运维等全生命周期中的落地应用点和创新应用。在基于超融合云平台的全过程BIM一体化技术体系基础上，实训基地将BIM技术延展应用到更多领域，通过与建筑人工智能科技企业紧密合作，实现BIM+AI技术的深度融合。学院利用AI设计工具“小库智能建筑设计云平台”，使用城市大数据基地信息分析、人工智能快速方案生成、实时三维日照分析与模型实时联动的经济指标测算等功能，提高了工程实训规划设计以及方案设计的效率。人工智能设计与BIM正向设计无缝衔接，AI辅助设计落地，既能快速生成设计实训成果，又能保障设计实训质量。将超融合云、大数据技术应用于实训基地建设，利用技术功能可提升实验室的共享程度，与行业内优秀企业共同打造共享开放型实训基地，实现行业内最新资源共享，从而提高实训资源管理效率。

（六）基于三维可视化管理系统的实训基地信息化管理

BIM技术实训基地管理运维过程中，学院建立了基于BIM+GIS虚拟三维可视化运维管理系统的信息化管理制度，为开展相关数据共享、实训教学、云平台管理等工作提供了依据，推动了实训基地内各实训室的信息化、数字化、智能化管理。根据系统特点，我们完善了实训实习成绩管理制度、学生信息管理制度、实训基地实训设备管理制度，使实训基地设备的基本信息数据收集和设备报修管理更加规范，初步探索了将制度建设和标准化管理融入GIS+BIM虚拟三维可视化运维实训管理系统的路径。

实训基地可视化管理系统是利用GIS+BIM+物联网技术进行三维可视化运维管理平台建设的初步尝试。通过利用集成整合建筑物信息的BIM技术和管理建筑所处环境信息的GIS技术，与RFID、CE引擎、云技术、物联网技术深度融合，最终实现了高职院校三维实训基地建筑物建模、实训场所使用模拟、数据实时采集等日常运维，使管理更加高效、科学。通过一整层实训楼的三维可视化运维管理优化试点，未来可扩大到一整栋实训楼、整个校园乃至整个社区，还可与城市信息模型（CIM）平台接轨，助力智慧城市发展。当前BIM技术主要应用于设计阶段和施工阶段，通过三维可视化运维管理平台把BIM技术应用拓展到运维阶段，以BIM模型作为静态数据、动态数据的载体，实现了BIM技术在实训基地建筑生命周期的全过程应用。同时，基于GIS+BIM实训基地运维管理系统的实践，构建了职业教育产教深度融合背景下应用BIM技术对外交流推广的良好平台，有助于推进高职院校实训基地的管理改革。

参考文献

[1]王涛.建筑工程项目管理中BIM技术的融合与应用[J].砖瓦，2020（8）.

[2]吕悦.BIM向智能建筑的运维阶段伸展[J].智能建筑与城市信息，2016（6）.

[3]卢勇东，杜思宏，庄典，等.数字和智慧时代BIM与GIS集成的研究进展：方法、应用、挑战[J].建筑科学，2021（4）.

[4]彭瑜.物联网技术的发展及其工业应用的方向[J].自动化仪表，2011（1）.

[5]何宛余.研究型设计实践：从建筑实践到科技实践[J].城市建筑，2017（28）.

注：本文系广西壮族自治区教育厅广西职业教育教学改革研究项目“高职开放性实验实训室建设的研究与实践”（GXGZJG2018B046）、教育部国家级职业教育教师教学创新团队课题研究项目“新时代职业院校市政工程专业领域团队教师教育教学改革创新与实践”（ZH2021060101）的研究成果。

作者简介：付希尧（1987— ），山东潍坊人，副教授，研究方向为实验实训管理;

刘海彬（1979— ），广西南宁人，高级工程师，研究方向为职业教育;

谢雄敏（1964— ），广西南宁人，教授，研究方向为土木工程技术。

（责编 蒋海兰）