基于BIM的智慧楼宇综合数字管理平台设计

周正 范阳 周玉丹 麦立

摘  要：针对信息化建设中传统楼宇管理存在“重建设、轻维护”，整体效率低，监管力度不够，数据共享不力，缺少有效的管理和服务闭环体系，管理成本和效益不理想等问题，文章依托BIM技术的发展，研究开发了以四川省某集团公司总部楼宇智能化为出发点的智慧楼宇综合数字管理平台，实现了对楼宇所辖设备的统一监控、集中管理，进一步完善了对日常管理和服务流程等一些关键节点的数据采集和管控，形成了统一、集约、高效的信息管理系统。

关键词：BIM；智慧楼宇；智能化；综合数字管理

中图分类号：TP315    文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）05-0007-06

Design of Intelligent Building Integrated Digital Management Platform Based on BIM

ZHOU Zheng， FAN Yang， ZHOU Yudan， MAI Li

（Sichuan Yunkong Transportation Technology Co.， Ltd.， Chengdu  610041， China）

Abstract： In view of the problems of traditional building management in informatization construction， such as “emphasizing construction but neglecting maintenance”， low overall efficiency， insufficient supervision， poor data sharing， lack of effective management and service closed-loop system， and unsatisfactory management costs and benefits， this paper， relying on the development of BIM technology， has developed a comprehensive digital management platform for smart buildings based on the headquarters building intelligence of a group company in Sichuan Province， it has realized the unified monitoring and centralized management of the equipments under the jurisdiction of the building， further improved the data collection and control of some key nodes such as daily management and service process， and formed a unified， intensive and efficient information management system.

Keywords： BIM; intelligent building; intelligence; integrated digital management

0  引  言

2021年发布的《中共四川省委关于深入推进创新驱动引领高质量发展的决定》中指出，要推进新一代信息技术与城乡基层治理的深度融合，加快建設新型智慧城市和数字乡村，打造一批智慧楼宇、智慧小区、智慧社区。在政府新政策的指导下，我们深刻认识到智慧楼宇是智慧城市的重要组成部分，应充分运用好物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，针对传统楼宇管理中存在的消防、安防等关乎人身安全、财产安全等子系统无法形成有效联动，疫情期间无法对外来人员进行有效管控与追踪等问题，结合四川省某大型集团总部楼宇所辖管理的特征，整合楼宇服务资源，设计研发一套智慧楼宇综合数字管理平台。

BIM技术可以说是数字信息虚拟建造领域的一项重要技术。技术人员可以利用BIM技术的数据集成和管理功能来存储、管理以及分析数据，进一步优化智能建筑管理系统的运行，加强智能建筑管理系统与BIM技术信息共享和集成功能的融合，发挥协同管理的优势。

1  功能需求分析

不同楼宇的智能化管理平台不同，它们对运维管理的要求也不同，因此运维的管理标准层出不穷。针对平台智能化系统及设备在管理方面将采用BIM可视化运维方式，本平台结合各种运维模式实现高效便捷的运维应用，利用平台本身的IOT数据采集服务和数据中心服务能力，通过大数据平台、云计算平台、智能建筑信息模型技术和物联网技术，整合智能子系统的信息和服务资源，实现不同专业子系统之间的信息资源共享和管理，实现高效的建筑运行和维护，进而实现“降低成本”“提高效率”“保证条件”和“减少能源消耗”的目标。

智慧楼宇综合数字管理平台的功能子系统包括：信息发布系统、会议系统、智慧食堂系统、电梯控制系统、资产管理系统、环境监测系统、门禁管理系统、访客管理系统、能耗管理系统、机房环境监控系统、视频监控系统、网络监控系统、巡更管理系统、车辆管理系统、日常服务系统、3D可视化系统及PC端、移动端应用系统。平台整体功能需求图如图1所示。

2  系统框架设计

为顺应企业管理、营运管理的发展趋势，从企业信息化建设的实际出发，站在统一管理的高度，本次课题采用“以核心业务为主导，以数据集成融合为支撑，以数据分析挖掘为重点，以决策支持为目的，以信息共享应用集成为核心”的系统技术路线。具体的技术路线如下：

（1）基于分布式企业应用服务框架搭建数据业务中台，集成ASP.NET MVC、Bootstrap、WebAPI、Vue、uni-app云计算等先进技术，搭建一个高可靠、高性能、可扩展、可统一管理的营运业务基础支撑软硬环境，在此基础上实现对设备的运维管理。

（2）规划建设企业级数据中心，汇聚业务数据，并将各已建信息系统的相关数据纳入统一的数据质量管理体系，形成标准化的数据视图。

（3）搭建综合管理的信息化集成平台，借助三维可视化与数字孪生技术实现运营驾驶舱态势数据展示，重点解决运维业务信息化、运维数据集成融合、运维分析决策支持的问题。

（4）搭建智能化流程引擎，通过大数据自主学习，推动企业日常业务运行的高效性与灵活性。

（5）完成符合国家规范及行业标准规范的接口开发，解决数据共享难、数据共享慢等问题。

2.1  平台系统架构设计

基于行业标准与规范体系以及安全保障体系，结合本平台特性，将平台的总体架构设计为标准的四层架构，分别为服务接入层、智慧应用层、支撑平台层和基础设备层。其中包含底层IOT设备、IOT采集服务、数据服务中台、业务服务中台、应用模块和用户层终端部分，本文则是通过统一的平台对智慧楼宇内的设备进行自动控制和管理并为用户提供信息和通信服务。实现后端IOT设备全站接入，数据采集灵活配置，数据治理自动化，并运用数据服务中台对数据进行分类抽离和整合，以不同业务模块接口实现对业务层的接口适配，通过大屏终端、Web应用管理端和移动终端实现对业务的分类展现，分别以服务方、管理方和使用方为侧重点，实现高效、便捷、准确的应用，以达到信息化建设高效运行的目的。系统架构图如图2所示。

2.1.1  服务接入层

在BIM技术的组合应用下，通过不同的服务门户和用户角色进行服务的接入，系统以大屏展示端、APP客户端、微信小程序端和Web应用管理端为可视化门户，结合企业领导角色、企业职工角色、安保部角色、工程部角色、物业部角色、后勤管理部角色等，实现不同服务的接入。

2.1.2  智慧应用层

结合BIM技术的应用，将系统划分为两大应用端，分别为数字孪生客户端、系统集成客户端。其中数字孪生客户端以大屏展示为主，结合建筑环境、室内室外环境和设备模型，通过三维应用来展示楼层结构和设备运行情况。

2.1.3  支撑平台层

支撑平台层包含数据中台、服务中台和敏捷开发。通过数据中台实现数据存储、数据过滤、数据分析、数据治理、数据开放以及确保数据安全，实现对设备数据、运维数据和日常运营数据的集中整合。以涵盖消息处理、微服务模块、身份验证、可视化服务和推送服务等模块化服务的服务中台为数据治理底座，形成標准化数据接口。通过以BIM模型为基础，以信息为辅助的敏捷开发引擎对数据进行可视化呈现，并结合三维引擎形成BIM应用的支撑平台。

2.1.4  基础设备层

基础设备层以基础网络为桥梁，以IOT设备和智能化系统模块为基础，实现对前端设备运行、人员感知、运营状态的基础支撑，通过物联网传感器以及系统化的智能系统，实现对建筑体内设备和环境的实时监测，并通过有线网络、无线网络、通信线缆等多种方式实现数据上传，并基于上层IOT采集服务能力实现对终端数据的实时收集和无缝联动。

2.2  平台关键技术设计

建筑运维期管理数据来源复杂，不仅包括各种传感器或采集表具实时采集的监测信息，还包括与之关联的建筑空间、建筑机电系统与设备、建筑室内外环境等多方面的信息。目前，不同建筑监测系统中的监测数据具有不同的数据模式，只有实现多源异构数据的融合，才能形成对建筑用能情况的完整描述。尽管当前已存在BIM模型、监测数据模型，但它们的数据模式互不兼容，需要对平台多源异构数据间的关联性与关键技术进行梳理，实现不同子系统数据模式的兼容，建立更加集约高效的平台智能化系统。

2.2.1  数字化3D建模（BIM建模）

对设备资产数据及部署环境数据进行三维建模，基于模型本身结构化数据丰富、精准的优势，实现资产的数字化和全生命周期（如设备运行信息、环境信息、运维养护信息等）管理。采用Revit建模工具对大楼外观模型和楼层模型进行基础建模，通过3DMAX进行装修效果贴图并进行轻量化处理，在平台“智慧楼宇”模块中以楼层三维模型图的形式标注设备位置和状态，将建筑楼层模型进行可视化应用并结合设备实时状态实现物理设备的数字化应用，基于轻量化处理的BIM模型，实现建筑模型信息和地理模型信息的同时应用。

2.2.2  数据可视化

构建数据可视化平台，支持可视化页面编排、数据配置、事件交互配置、样式效果配置。通过广泛的Web交互组件、统计图表、关系图形和3D组件，可以轻松地开发各种可视化场景，并在可视化运行框架的支持下，完成页面的解析、数据的加载和转换、事件的执行、图形的渲染等。平台将运营数据以可视化方式呈现给使用者、管理者和领导层，即通过“领导驾驶舱”“统计分析”和“大数据3D可视化”等模块将访客、信息发布、会议预约、车辆申请、资产管理相关运营数据等，结合不同数据报表形式多维度展示出来。

2.2.3  数据采集和数据分析技术

通过专用数据集成软件定期从生产系统中清洗、抓取、转换、加载（ETL）业务数据，按照挖掘分析要求整合各类业务数据。平台对各类主题分析数据进行统一建模，实现面向各营运主题的联机分析（OLAP）。平台以智能建筑为基础，应用物联网中台模块采集楼宇数据，其中包含机房设备数据、楼宇环境数据、楼宇能耗数据等，物联网中台模块集成各智能化系统标准通信协议（如OPC、BACnet、Modbus等），并与各智能化系统进行实时的数据通信，实现对设备运行的实时数据监测以及控制命令下发，并实时接收设备报警信息，形成以各部门和业务内容为核心的业务数据多维度应用。

2.2.4  信息交换共享技术

平台为多个职能部门提供综合多元的信息服务，每一类信息服务对本平台都有其特定的数据和服务方式要求，通过企业服务总线将种类繁多的应用整合到同一平台，将各个独立的系统统一集成到平台中，并收集所有的设备数据，通过“联动控制”模块实现异常报警时可联动不同系统进行远程控制，如机房设备报警时可通过调用视频监控画面来查看机房情况，并远程控制门禁系统，实现数据共享，从而达到统一、高效、便捷的管理。

2.2.5  数据集成技术

在平台设计、开发和运营的不同阶段，数据的结构和特点也有明显的差异。其中，智能建筑平台运维阶段的BIM技术更关注建筑空间关系和数据交互的实现。相较于设计和开发阶段，BIM技术在运维阶段的应用主要是基于数据的整合、提取、分析和存储，完成BIM模型表示的综合应用。该平台应收集、组织、清理和转换来自不同数据源的数据，以便进行数据共享和管理。

3  系统功能设计

3.1  系统总功能设计

基于BIM技术的智能建筑三维可视化管理平台，可以在建筑的整个生命周期中对建筑进行全面管理，还可以与其他智能应用功能紧密结合，形成一个全面的智能产业链体系。通过应用虚拟现实BIM建筑模型和建筑及设备定位功能，可以实现对建筑的准确定位和精细控制。通过将BIM建筑模型与其他物联网综合管理技术相结合，对建筑各关键环节的功能进行感知、监测、分析和整合，并在此基础上对不同需求做出相应的反应，使全局建筑模型的运行具有集成化和轻量化的特点。

平台的主要功能如下：

（1）信息发布系统实现楼宇显示屏的独立信息发布、统一信息发布，以及实现大楼所有显示屏的设备信息维护。

（2）会议室预约系统实现会议室线上预约及会议信息屏对接等功能。

（3）智慧食堂系统实现一码通消费、线上订餐、商务餐点单、包间预订、进销存等功能。

（4）电梯控制系统实现整栋楼中高低区域高效、便捷出行，保障外宾来访等重要事务的便捷性。

（5）资产管理系统提供资产统一管理、资产采购管理、资产信息分类编码、库房盘点、出入库管理、资产维修等功能。

（6）门禁管理系统提供按不同角色进行门禁通行权限配置、门禁设备信息管理及二维码通行管理功能。

（7）访客管理系统提供线上访客邀约、临时访客预约、访客轨迹管理和访客数据统计功能，结合门禁系统二维码通行管理实现访客快速通行及通行权限控制。

（8）能耗管理系统提供楼宇能耗数据实时监测、用能分析、状态报警等功能。

（9）机房环境监测系统提供对动环设备、温湿度、配电、网络、UPS等设备状态和运行參数的实时监测功能，实现统计信息大屏可视化展示。

（10）视频监控系统提供监控硬件设备信息功能，用户可根据权限实时查看监控图像，进行录像回放。

（11）网络监控系统实现无线设备实时状态监测及数据展示。

（12）电子巡更系统提供巡更点位管理、巡更任务管理、巡更信息管理及故障信息上报功能。

（13）车辆管理系统提供车辆派单、车辆保养、车辆轨迹管理、超速报警、车辆保险管理、统计分析等功能。

（14）日常服务系统提供送水服务、绿植养护、办公用品申领、维护工单、保洁服务等功能。

（15）3D可视化系统通过3D建模方式关联数据大屏，实现各模块数据大屏运营数据的图形化展示，实现从PC端、移动端查看运营数据统计分析，并以图形化的形式进行展示。

（16）环境监测系统实现对公共办公区域湿度、温度、PM2.5等指标的监测，超出阈值会预警提示，并以可视化形式展示数据。

3.2  关键子系统功能设计

3.2.1  综合数字管理平台

综合数字管理平台应用将物理世界和虚拟世界相结合，通过虚拟的三维可视化应用反映建筑体的实际运营情况，系统通过数据展示、统计分析将后勤管理和物业管理体系，支撑办公服务、资产管理和物业运维的情况进行可视化应用，通过后勤数字服务系统和智慧楼宇管理系统的应用分类实现该系统数字孪生技术的应用。综合数字管理平台如图3所示。

3.2.2  后勤数字服务系统

以后勤服务为中心，提供访客管理、会议管理、车辆管理、智慧食堂、办公服务、行政资产和生活服务七类服务模块，通过历史服务数据、实时运营数据、统计分析数据及图形化报表功能实现对后勤服务工作的整体反馈，保障对后勤服务中事前、事中、事后事项的准确掌控与分析。后勤数字服务系统如图4所示。

3.2.3  智慧楼宇管理系统

以物业管理为核心，展示视频监控、环境监控、电梯监控、门禁管理、机房环境、能源管理、网络管理、信息发布、IT运维九大类楼宇模块，结合3D建筑模型和3D设备基础信息，收集整理楼宇基础信息、实时运行数据和历史数据。这实现了对智能建筑系统的实时监控、统计分析和可视化。智慧楼宇管理系统如图5所示。

3.2.4  后勤数字服务系统

后勤数字服务系统以后勤服务为中心，提供访客管理、会议管理、车辆管理、智慧食堂、办公服务、行政资产和生活服务七类服务模块，通过历史服务数据、实时运营数据、统计分析数据及图形化报表功能实现对后勤服务工作的整体反馈，保障对后勤服务中事前、事中、事后事项的准确掌控与分析。后勤数字服务系统的管理后台如图6所示。

3.2.5  智慧楼宇管理系统

智慧楼宇管理系统以3D建筑楼层图为基础，展示建筑设备的运行状态，可实现对设备的实时监测和远程控制，包含视频监控系统、Wi-Fi监测系统、环境监测系统、门禁控制系统、能源管理系统、电梯监测系统等。智慧楼宇管理系统的管理后台如图7所示。

4  结  论

后勤数字服务系统是应用BIM技术的智能建筑综合管理系统，通过BIM模型可视化和集成特性的应用，实现相关数据的共享和交互并进行集成，完成智能建筑集成系统整体架构和子系统的建设，实现智能建筑的一体化管理设计。智慧楼宇管理系统完成了BIM模型的重构和二次轻量化处理（包括BIM数据库的有效获取），可以满足集成系统的要求，实现智能建筑的高水平集成管理和高效管理。

综上所述，智能建筑建设和应用的本质是为管理者和使用者创造一个安全舒适的生活环境。从智能建筑的发展历程来看，BIM技术的普及和应用，无疑是为我国的智能建筑管理系统奠定了良好的科技驱动力。

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.智能建筑设计标准：GB/T50314-2015 [S].北京：中国计划出版社，2015.

[2] 赵学锋.现代智能化建筑的节能技术应用 [J].制造业自动化，2011，33（3）：201-203.

[3] 梁斌.基于智能楼宇系统节能控制策略的研究 [J].大科技，2012（3）：365-366.

[4] 彭巨光.智能化建筑工程监理的研究 [J].低压电器，2007（4）：26-29.

[5] 张明.智能化建筑信息系统安全策略的设计与实现 [D].济南：山东大学，2004.

[6] 任远扬.智能化建筑及相关软件技术研究—移动分布式网络中的中间件研究 [D].西安：西北工业大学，2003.

[7] 时晨.浅析智能建筑发展 [J].价值工程，2014（2）：115-116.

[8] 张子俊.大数据在智能建筑中的智慧应用 [J].智能建筑，2017（8）：16-18.

作者简介：周正（1974.01—），男，汉族，四川江安人，工程师，硕士，研究方向：管理信息化；范陽（1994.04—），女，汉族，四川绵竹人，助理工程师，本科，研究方向：电子商务；周玉丹（1981.06—），男，汉族，四川成都人，工程师，本科，研究方向：计算科学与技术；麦立（1990.04—），男，汉族，四川南充人，中级工程师，本科，研究方向：信息与计算科学。

收稿日期：2022-11-02