BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)在智慧圖書館建設(shè)中的應(yīng)用研究

張清華

（國家圖書館）

1 引言

隨著圖書館事業(yè)的發(fā)展，圖書館建筑呈現(xiàn)外形新穎、規(guī)模巨大，服務(wù)功能多樣，機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)龐大、邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化程度要求也越來越高。目前，以BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動應(yīng)用、大數(shù)據(jù)等為代表的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)浪潮的涌現(xiàn)，為智慧圖書館的構(gòu)建奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2 BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)簡介

2.1 建筑信息模型（BIM）

《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51212-2016中指出：“建筑信息模型（BIM）”是建筑工程及其設(shè)施全生命期內(nèi)的物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)，貫穿于建筑整個設(shè)計、施工、運(yùn)維的業(yè)務(wù)過程[1]。作為工程項(xiàng)目所有相關(guān)方信息的共享知識資源，為項(xiàng)目方案比較、高效設(shè)計、施工現(xiàn)場控制、多專業(yè)集成、竣工驗(yàn)收、運(yùn)行維護(hù)等業(yè)務(wù)流程的組織和控制、決策提供可靠的信息支持。建筑信息模型（BIM）是以三維可視化、參數(shù)化、數(shù)據(jù)化、可模擬化為特征的信息集成和管理技術(shù)。在建筑工程領(lǐng)域，BIM應(yīng)用融合了三維建模、專業(yè)應(yīng)用軟件、可視化、仿真、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)交換等信息技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于一些大型復(fù)雜工程的設(shè)計、施工和運(yùn)維中。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是一項(xiàng)新興技術(shù)，是一個將各種信息傳感設(shè)備（如RFID裝置、傳感器、全球定位系統(tǒng)、通信裝置等）與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的巨大網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)使得互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用由人-人之間的信息交換進(jìn)一步延伸和擴(kuò)展到物-物之間的信息交換和信息處理。物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人與人、人與物以及物與物之間隨時隨地進(jìn)行通信。物聯(lián)網(wǎng)可以提供在線監(jiān)測、定位跟蹤、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)算管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、決策支持等管理與服務(wù)功能。

2.3 云計算

隨著數(shù)字化、信息化爆炸式發(fā)展，移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為現(xiàn)實(shí)，信息資源的數(shù)量已成幾何級式增長，并且形式多樣，內(nèi)容豐富。對于圖書館來說，除了專業(yè)性很強(qiáng)的各種結(jié)構(gòu)化數(shù)字文獻(xiàn)、書目信息、音視頻、圖譜、標(biāo)準(zhǔn)等，同時包含大量建筑物理信息、家具和設(shè)備資產(chǎn)信息、讀者信息、借閱信息、瀏覽記錄、檢索歷史、查新、咨詢信息等半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。如何處理、檢索、應(yīng)用這些數(shù)量龐大、紛繁復(fù)雜數(shù)據(jù)也將成為一種挑戰(zhàn)。云計算技術(shù)在信息資源的組織、檢索、共享等方面具有強(qiáng)大優(yōu)勢，能夠?qū)⒎植际降馁Y源存儲與一站式的服務(wù)結(jié)合起來。

3 智慧圖書館

圖書館作為一種文化建筑，除了具有文獻(xiàn)的存儲、展示、查閱、陳列、學(xué)術(shù)研究及信息傳遞等功能，同時還具有面向社會、公眾發(fā)布及傳播信息，實(shí)現(xiàn)文化信息加工、增值和交流等文化窗口的信息化應(yīng)用功能，為公眾提供安全、方便、快捷、高效的信息服務(wù)。

智慧圖書館的基礎(chǔ)是數(shù)字圖書館、智慧建筑，圖書館的一切業(yè)務(wù)活動都是在以建筑為平臺的空間環(huán)境下進(jìn)行的[2]。智慧圖書館應(yīng)將建筑設(shè)施、設(shè)備、文獻(xiàn)、管理和服務(wù)、信息資源等基本要素進(jìn)行有機(jī)整合，利用BIM技術(shù)把建筑數(shù)字化，統(tǒng)籌圖書館信息化應(yīng)用系統(tǒng)、智能化集成系統(tǒng)、信息設(shè)施系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等各個領(lǐng)域、各項(xiàng)業(yè)務(wù)、各個流程的協(xié)同運(yùn)作，通過物聯(lián)網(wǎng)使圖書館物理環(huán)境下的各種對象的組織、管理、控制與虛擬環(huán)境下的信息系統(tǒng)有機(jī)地連接起來，基于云計算和信息化系統(tǒng)及軟件，智能化處理各系統(tǒng)中復(fù)雜業(yè)務(wù)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個基于BIM的方便、快捷、高效的實(shí)體+虛擬+管理+服務(wù)的視覺化、云端化的圖書館智慧管理云平臺，為讀者提供全方位、立體化、個性化的服務(wù)。

4 BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算在智慧圖書館中的應(yīng)用

基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)的圖書館智慧管理云平臺為智慧圖書館的構(gòu)建提供了一個技術(shù)層面的思路。BIM模型實(shí)現(xiàn)建筑的數(shù)字化、模型化，是虛擬的建筑，它是實(shí)體建筑的真實(shí)再現(xiàn)。通過將RFID 電子標(biāo)簽嵌入或裝備到圖書館內(nèi)所有物理館藏文獻(xiàn)、物理建筑、物理設(shè)備、以及讀者或工作人員的借閱證件等之中, 實(shí)現(xiàn)建筑、設(shè)備、人員、文獻(xiàn)等管理和服務(wù)對象之間的互聯(lián)互通，RFID技術(shù)解決信息采集的及時性問題?；贐IM技術(shù)的圖書館智慧管理云平臺支持信息處理的高效性、共享性，從而實(shí)現(xiàn)對館內(nèi)文獻(xiàn)、建筑、設(shè)備等進(jìn)行智慧化程序控制及綜合管理，為讀者提供智慧化服務(wù)。

4.1 BIM運(yùn)維模型構(gòu)建

對于使用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計、施工的建筑，可以根據(jù)運(yùn)維管理系統(tǒng)的功能需求，將竣工模型經(jīng)過輕量化轉(zhuǎn)化為運(yùn)維模型；而對于既有建筑，可以利用竣工圖紙經(jīng)過現(xiàn)場復(fù)核調(diào)整，形成實(shí)際竣工模型，確保模型的可靠性和數(shù)據(jù)完備性。以國家圖書館為例，隨著國家圖書館事業(yè)近百余年的發(fā)展，積累了海量建筑工程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是運(yùn)維管理的基礎(chǔ)，通常會以工程藍(lán)圖、CAD電子圖紙的形式保存，但是這些圖紙通常都存儲在檔案室、資料室中，往往需要專業(yè)人員人工查找調(diào)用檔案并理解信息才能使用，可視化程度低，信息集成度不高，數(shù)據(jù)更新困難，共享不充分，不利于工程數(shù)據(jù)的精細(xì)化、規(guī)范化管理。

建筑本身就是一種信息媒介，類似于紙質(zhì)圖書數(shù)字化，BIM技術(shù)可以把存儲在檔案室、資料室中海量的工程藍(lán)圖、CAD電子圖紙，以及過去、現(xiàn)在、將來圖書館運(yùn)維過程中產(chǎn)生新的海量工程數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，轉(zhuǎn)換成為完整的、與實(shí)際情況一致的數(shù)據(jù)庫。在一個數(shù)據(jù)庫化的模型上操作可以得到任意位置的平、立、剖面圖和三維透視圖，以及高品質(zhì)的渲染圖像和漫游視頻。也可以將模型運(yùn)行在云端，通過手機(jī)、平板電腦等移動終端遠(yuǎn)程訪問，實(shí)現(xiàn)BIM模型的量測、信息查詢、虛擬漫游、數(shù)據(jù)更新、統(tǒng)計分析等。BIM技術(shù)可以為圖書館基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、改造、擴(kuò)建、運(yùn)維提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)建筑全生命期內(nèi)的信息共享，以提高運(yùn)維管理水平和管理效率。

4.2 圖書館建筑運(yùn)維智慧化

運(yùn)維階段是圖書館建筑全生命期時間最長、管理成本最高的階段。應(yīng)用BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算，搭建BIM運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺，將建筑設(shè)施、設(shè)備、人員、流程、空間位置信息和圖形集成到一個系統(tǒng)平臺上進(jìn)行有效的管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，避免信息孤島，實(shí)現(xiàn)圖書館建筑的空間管理、資產(chǎn)管理、設(shè)施設(shè)備維護(hù)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，提升服務(wù)品質(zhì)。為讀者創(chuàng)造良好的研究、學(xué)習(xí)環(huán)境，為館員提供舒適的工作空間；使圖書和文獻(xiàn)資料存儲得到高質(zhì)量、高可靠性的保存。

4.2.1 空間管理

利用BIM運(yùn)維模型在三維可視化狀態(tài)下統(tǒng)計分析空間目前的使用情況，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)協(xié)助日后空間規(guī)劃、優(yōu)化空間分配，動態(tài)記錄空間分配信息，提高空間利用率。同時圖書館作為人員密集場所，對人員密集的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)人流檢測和疏散可視化管理，保證讀者和員工安全。

4.2.2 資產(chǎn)管理

利用BIM運(yùn)維模型對圖書館資產(chǎn)進(jìn)行可視化管理，建立資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)實(shí)時查詢，實(shí)時提供有關(guān)資產(chǎn)報表，實(shí)時定位資產(chǎn)所屬空間等功能，動態(tài)顯示資產(chǎn)的更新、搬遷、替換或維護(hù)等信息，并跟蹤各類變化，優(yōu)化資產(chǎn)管理流程，輔助管理部門進(jìn)行投資決策和制定短期、中長期的資產(chǎn)管理計劃。

4.2.3 設(shè)施設(shè)備維護(hù)管理

將建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)及其他智能化系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器與BIM運(yùn)維模型結(jié)合，即時采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備的資料管理、巡檢管理、報修管理和維護(hù)的自動派單。制定合理的維護(hù)計劃及流程，設(shè)備發(fā)生故障時，準(zhǔn)確定位故障位置及故障原因，快速顯示設(shè)施、設(shè)備的維護(hù)信息和維護(hù)方案，精確統(tǒng)計備件消耗、維護(hù)工時，有利于延長設(shè)備使用壽命，降低維護(hù)成本。

4.2.4 公共安全管理

利用BIM建筑模型和火災(zāi)自動報警、安全防范、應(yīng)急響應(yīng)等系統(tǒng)模型，制定應(yīng)急預(yù)案，并進(jìn)行模擬演練。當(dāng)發(fā)生應(yīng)急事件時，系統(tǒng)自動在BIM模型中定位到應(yīng)急事件發(fā)生的位置，并同時報警，顯示相關(guān)建筑和設(shè)備信息，啟動相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，有效指導(dǎo)救援人員進(jìn)行應(yīng)急處置，控制事態(tài)發(fā)展，提高突發(fā)狀況下應(yīng)對措施，降低安全風(fēng)險。

4.2.5 能源管理

利用BIM運(yùn)維模型，結(jié)合能源計量系統(tǒng)及圖書館相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，生成按區(qū)域、樓層和房間劃分的能耗數(shù)據(jù)，全面了解建筑的能耗水平。通過能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，對能耗異常位置進(jìn)行定位、提醒，據(jù)此提出針對性的能源管理方案；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測未來一段時間內(nèi)能耗使用情況，合理安排能源使用計劃，降低圖書館建筑能耗。

4.3 圖書館服務(wù)智慧化

傳統(tǒng)室內(nèi)定位的地圖一般都是建筑的二維電子圖來生成的，而當(dāng)前定位導(dǎo)航已經(jīng)從簡單、基礎(chǔ)的二維導(dǎo)航全面向直觀、真實(shí)的三維導(dǎo)航發(fā)展，通過BIM提供的三維模型增加書架、層架等圖書位置信息的數(shù)據(jù)配合定位技術(shù)，使圖書館智能三維導(dǎo)航檢索系統(tǒng)成為可能?；贐IM技術(shù)的圖書館智慧管理云平臺，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

4.3.1 智能圖書定位

通過智能圖書定位對圖書進(jìn)行自動追蹤、實(shí)時定位，記錄圖書每一時刻的狀態(tài)、在三維空間的準(zhǔn)確位置。

4.3.2 智能三維導(dǎo)航

BIM模型為圖書館三維導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)給出了一個完美的3D室內(nèi)數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫解決方案。用戶定位以讀者隨身攜帶的移動終端（如智能手機(jī)、平板電腦等）作為被感知對象，實(shí)現(xiàn)室外定位和室內(nèi)定位的無縫結(jié)合。在傳統(tǒng)的OPAC系統(tǒng)上增加三維感知定位功能，感知圖書的位置和讀者的位置。讀者借助三維導(dǎo)航檢索系統(tǒng)的指引前往書架取書，準(zhǔn)確定位到圖書所在的樓層、區(qū)域、架位，讓讀者體驗(yàn)到精確的三維地圖導(dǎo)航服務(wù)，智能三維導(dǎo)航系統(tǒng)還可以顯示詳細(xì)的館藏布局。利用云平臺，用戶只需要一臺終端，就可以通過網(wǎng)絡(luò)來滿足用戶對檢索、定位、三維導(dǎo)航處理功能的要求，讓來到圖書館的讀者有種“手里握著圖書館”的感覺。

4.3.3 智能圖書清點(diǎn)

利用RFID讀寫器自動清點(diǎn)圖書，獲知圖書的在架情況、使用頻率，研究分析讀者偏好，調(diào)整服務(wù)內(nèi)容和方式，滿足不同讀者的需求。讀寫器在清點(diǎn)圖書的同時，數(shù)據(jù)庫中圖書的存放位置也可以實(shí)時更新，大大提高館藏資源使用率和服務(wù)管理效率。

4.3.4 智能信息推送

通過對讀者歷史借閱信息進(jìn)行收集、處理與分析，獲取讀者的閱讀喜好，發(fā)現(xiàn)每個讀者的個性化需求，實(shí)現(xiàn)信息推送服務(wù)的個性化定制，使讀者獲得更有價值的信息推送服務(wù)。結(jié)合定位技術(shù)，感知讀者所在位置，當(dāng)讀者走到某一書架范圍內(nèi)時，向讀者移動端推送其感興趣的新書上架信息等。

在云平臺信息管理環(huán)境下，智慧圖書館“以人為本”的服務(wù)理念更加凸顯，可以建立起以“用戶體驗(yàn)”為服務(wù)前提的更深層次的個性化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)由“被動服務(wù)”轉(zhuǎn)向“主動服務(wù)”，從“大眾化服務(wù)”轉(zhuǎn)向“個性化服務(wù)”、“精細(xì)化服務(wù)”。

5 結(jié)語

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，圖書館的運(yùn)維管理和服務(wù)水平也遇到了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，本文通過對BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算的分析，提出了構(gòu)建基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)的圖書館智慧管理云平臺，轉(zhuǎn)變圖書館建筑傳統(tǒng)的運(yùn)維管理模式和服務(wù)方式，旨在提高圖書館運(yùn)維管理的信息化水平，實(shí)現(xiàn)個性化、精細(xì)化的讀者服務(wù)。