基于GIS的大型公共建筑輕量級(jí)運(yùn)維管理平臺(tái)研發(fā)與應(yīng)用

文 橋，張建平，向雪松，石 濤，胡振中3,

基于GIS的大型公共建筑輕量級(jí)運(yùn)維管理平臺(tái)研發(fā)與應(yīng)用

文 橋1，張建平1，向雪松2，石 濤2，胡振中3,1

(1. 清華大學(xué)土木工程系，北京 100084；2. 昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)，云南 昆明 650211；3. 清華大學(xué)深圳研究生院，廣東 深圳 518055)

大型公共建筑在商業(yè)、辦公、旅游、科教文衛(wèi)、通訊和交通等各個(gè)方面都有著不可替代的作用。但大型公共建筑的運(yùn)維管理信息化平臺(tái)開發(fā)和應(yīng)用卻有一定技術(shù)難度。為降低這一難度，提出一種基于GIS的大型公共建筑輕量級(jí)運(yùn)維管理平臺(tái)研發(fā)與應(yīng)用方法。大型公共建筑圖紙通過圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和編輯，轉(zhuǎn)換為地圖服務(wù)；大型公共建筑屬性數(shù)據(jù)通過歸納總結(jié)，形成層次結(jié)構(gòu)，并賦予唯一標(biāo)識(shí)符，建立屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)；并以此為基礎(chǔ)，梳理大型公共建筑運(yùn)維管理流程，形成運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程和數(shù)據(jù)流程；通過搭建統(tǒng)一的平臺(tái)，完成上述4項(xiàng)結(jié)果的集成，并投入實(shí)際應(yīng)用。該方法在一座大型機(jī)場(chǎng)航站樓進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證，開發(fā)了一套輕量級(jí)運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了該航站樓運(yùn)維管理的信息化，其結(jié)果驗(yàn)證了方法的有效性和可操作性。

建筑運(yùn)維管理；大型機(jī)公共建筑；GIS；屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)；運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程

大型公共建筑一般是指單棟建筑面積在2萬平方米以上且采用中央空調(diào)的公共建筑[1]，可分為商業(yè)、辦公、旅游、科教文衛(wèi)、通訊和交通等類型。大型公共建筑均具有特殊的用途，合理的運(yùn)維管理可保證其充分實(shí)現(xiàn)自身功能。建筑物的運(yùn)維管理，是整合人員、設(shè)施、技術(shù)和管理流程，主要包括對(duì)人員工作和生活空間進(jìn)行規(guī)劃、維護(hù)、維修、應(yīng)急等管理[2]。由于運(yùn)維管理時(shí)間跨度大、周期長(zhǎng)、內(nèi)容多、涉及人員復(fù)雜，傳統(tǒng)的運(yùn)維管理效率相對(duì)低下[2]。因而，引入信息技術(shù)改善大型公共建筑運(yùn)維管理的效率和質(zhì)量，提升管理效率和服務(wù)水平，具有明顯的實(shí)用意義。

建筑運(yùn)維管理信息化的相關(guān)研究可以分為技術(shù)和應(yīng)用2個(gè)層次[2]。信息化技術(shù)在技術(shù)層面主要包括：建筑信息模型(building information modeling, BIM)技術(shù)和移動(dòng)終端技術(shù)2類。BIM作為新興技術(shù)，具有應(yīng)用在運(yùn)維管理方面的潛能，并引起了管理人員對(duì)其利用的興趣[3]。BIM作為建筑的虛擬承載體，包含建筑物所有物理、功能特性、使用情況等全生命周期的信息，可作為建筑運(yùn)維管理完整的信息數(shù)據(jù)來源[4]。利用BIM模型的三維特性，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理的可視化，方便了管理人員的認(rèn)知和推理，從而可以直觀地解決問題[5]。利用BIM的語義結(jié)構(gòu)，可以將設(shè)備設(shè)施的檢測(cè)和運(yùn)維記錄附加到BIM模型，同時(shí)分析各個(gè)維修任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，便于管理人員合理地安排檢修計(jì)劃[6]。除維修信息外，該技術(shù)還可以支持其他更加豐富的屬性信息，完成諸如設(shè)施管理過程中路徑規(guī)劃的可應(yīng)用性[7]，或更高層次的設(shè)施設(shè)備運(yùn)維管理的決策支持[8]。

移動(dòng)終端技術(shù)，主要用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的錄入信息，是大型公共建筑運(yùn)維管理的優(yōu)秀輔助工具。其主要包括條形碼(Bar code)[9]，二維碼 (QR code)[10]，WLAN[11]和RFID[11-12]等。

在應(yīng)用層面，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研，系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)是建筑運(yùn)維研究的一個(gè)重要方面[2]。在系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方面，用于運(yùn)維管理的BIM平臺(tái)系統(tǒng)主要有3類[2]：①直接應(yīng)用商業(yè)軟件產(chǎn)品，如廣泛使用的Archibus，提供了資產(chǎn)設(shè)施管理相關(guān)的廣泛內(nèi)容，可有效管理不動(dòng)產(chǎn)、設(shè)施設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等[13]；②基于商業(yè)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，如Autodesk系列軟件中提供良好的二次開發(fā)支持的AutoCAD，Revit等，在基于Autodesk系列軟件進(jìn)行二次開發(fā)中，采用B/S架構(gòu)或C/S架構(gòu)，完成設(shè)施設(shè)備的管理工作[14-17]；③研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的平臺(tái)系統(tǒng)，本文研發(fā)基于BIM的機(jī)電設(shè)備智能管理系統(tǒng)BIM-FIM[18]，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備安裝過程和運(yùn)維階段的信息共享，完成安裝后將實(shí)體建筑和虛擬的機(jī)電設(shè)備信息模型集成交付給業(yè)主；同時(shí)加強(qiáng)了運(yùn)營(yíng)期機(jī)電設(shè)備的綜合信息化管理[18]。

上述文獻(xiàn)從技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用方面研究了大型公共建筑的運(yùn)維管理。但BIM 模型擁有大量的數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求高，輕量化處理有實(shí)用意義[19]。本文提出了一種與文獻(xiàn)[19]不同的輕量級(jí)大型公共建筑運(yùn)維管理平臺(tái)開發(fā)和應(yīng)用方法，即采用GIS技術(shù)，以大型公共建筑存檔圖紙為圖形數(shù)據(jù)源，以地圖服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)大型公共建筑可視化管理。通過歸納和梳理，完成運(yùn)維管理的屬性數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化?？蛇x用多種成熟軟件完成相關(guān)步驟，并以B/S架構(gòu)平臺(tái)的形式進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，地圖服務(wù)和運(yùn)維管理平臺(tái)松耦合，可以獨(dú)立更新和維護(hù)，因而具有高度的可操作性和實(shí)用性。

1 輕量級(jí)運(yùn)維平臺(tái)構(gòu)建方法

本文著眼于大型共建筑運(yùn)維的實(shí)際需求和條件，提出了一種符合實(shí)際，可操作性強(qiáng)的大型公共建筑運(yùn)維管理的構(gòu)建方法，用于搭建輕量級(jí)的運(yùn)維管理平臺(tái)，如圖1所示，共分為5步。

第1步. 圖形數(shù)據(jù)處理。GIS支持的圖形數(shù)據(jù)來源廣泛，各種矢量和格柵格式的圖形數(shù)據(jù)均可以作為GIS的圖形數(shù)據(jù)來源。圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS圖形數(shù)據(jù)后，一般需進(jìn)行校核，以保證圖形數(shù)據(jù)的質(zhì)量。驗(yàn)證后的圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過渲染和編輯，可用于發(fā)布地圖服務(wù)，而地圖服務(wù)是實(shí)現(xiàn)可視化運(yùn)維管理的基礎(chǔ)。

第2步. 屬性數(shù)據(jù)處理。大型公共建筑運(yùn)維管理中涉及的數(shù)據(jù)量大、面廣、格式各異、來源廣泛。將其屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，建立屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，并賦予唯一標(biāo)識(shí)符。即能避免運(yùn)維管理中因數(shù)據(jù)雜亂而造成的管理混亂，又能通過唯一標(biāo)識(shí)符與圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

第3步. 運(yùn)維管理流程處理。運(yùn)維管理包含多方面的業(yè)務(wù)，在第2步建立的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的基礎(chǔ)上，可完成各項(xiàng)業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化。而標(biāo)準(zhǔn)化的流程十分利于信息化。

第4步. 運(yùn)維管理數(shù)據(jù)流程處理。大型公共建筑多種運(yùn)維管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)生成流程的規(guī)范化，及在該流程中，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集成應(yīng)用方式的整合，以形成各項(xiàng)業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)流程。

第5步. 開發(fā)及應(yīng)用。選用現(xiàn)有技術(shù)和工具完成輕量級(jí)管理平臺(tái)的開發(fā)，并投入實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)大型公共建筑的信息化運(yùn)維管理。在此過程中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用反饋情況，對(duì)圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)進(jìn)行更新和完善，對(duì)管理流程作修改。同時(shí)，平臺(tái)也需要在長(zhǎng)期的應(yīng)用中進(jìn)行維護(hù)。

圖1 方法概述

2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是指圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化、校核、發(fā)布和部署；各種屬性數(shù)據(jù)的歸納總結(jié)和形成層次結(jié)構(gòu)等。

2.1 圖形數(shù)據(jù)

圖形數(shù)據(jù)是大型公共建筑可視化運(yùn)維管理的基礎(chǔ)。圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換包含5個(gè)步驟，如圖2所示。

圖2 圖形數(shù)據(jù)流

步驟1. 數(shù)據(jù)源。圖形數(shù)據(jù)的來源是大型公共建筑在施工階段的圖紙。圖紙一般需存檔，因而數(shù)據(jù)來源有保證。

步驟2. 數(shù)據(jù)導(dǎo)入及校核。根據(jù)管理需要，可分別提取不同的數(shù)據(jù)，以便形成相互獨(dú)立的GIS地圖數(shù)據(jù)，如土建數(shù)據(jù)、機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)等；也可以按照樓層為單位提取。GIS支持各種圖形數(shù)據(jù)，但由于其圖形數(shù)據(jù)格式往往與數(shù)據(jù)源并不相同，因而導(dǎo)入圖形數(shù)據(jù)后還需校核。圖形校核的內(nèi)容包含去除偽節(jié)點(diǎn)、突出點(diǎn)、多邊形閉合等內(nèi)容。

步驟3. 數(shù)據(jù)渲染和唯一標(biāo)識(shí)符錄入。圖形數(shù)據(jù)校核完畢后，需進(jìn)行圖形渲染，即重新對(duì)圖形的線型、線寬、顏色、填充圖樣等進(jìn)行配置。除此之外，最重要的是對(duì)部分圖元設(shè)置可見/隱藏的比例，即不同的圖元需要在不同的比例尺中有選擇性的顯示或隱藏。例如，針對(duì)機(jī)電設(shè)備可設(shè)置一個(gè)顯示的比例尺區(qū)間，只有當(dāng)比例尺處于該區(qū)間時(shí)，才顯示；反之均隱藏。唯一標(biāo)識(shí)符錄入是指將與圖元對(duì)應(yīng)的唯一標(biāo)識(shí)符錄入地圖數(shù)據(jù)中，用于索引該圖元。

步驟4. 地圖服務(wù)發(fā)布。由于圖形數(shù)據(jù)可在一定時(shí)間內(nèi)保持不變，因而非常適合以切片的方式通過GIS Server進(jìn)行地圖服務(wù)發(fā)布。發(fā)布的關(guān)鍵是根據(jù)步驟3中的可見/隱藏比例尺選定切片的層級(jí)和各層級(jí)的比例尺。在發(fā)布的過程中，步驟2所獲地圖數(shù)據(jù)作為生成切片的后臺(tái)數(shù)據(jù)源一并發(fā)布，并作為地圖服務(wù)的組成部分。

步驟5. 調(diào)用地圖服務(wù)。在信息系統(tǒng)中調(diào)用地圖服務(wù)，根據(jù)設(shè)定的切片層級(jí)及對(duì)應(yīng)的比例尺，有選擇性的顯示/隱藏大型公共建筑土建結(jié)構(gòu)及內(nèi)部包含設(shè)施設(shè)備等，并支持圖元選中操作。

上述的步驟3和步驟4需要根據(jù)運(yùn)維管理的實(shí)際需要設(shè)定特定圖元的顯示/隱藏比例尺，進(jìn)而確定切片的層級(jí)及對(duì)應(yīng)比例尺。該2步操作可以實(shí)現(xiàn)類似LoD (levels of detail)效果，實(shí)現(xiàn)不同細(xì)節(jié)層次的運(yùn)維管理。

根據(jù)GIS領(lǐng)域的現(xiàn)有條件，圖2所示流程中的每一步均具有高度的可操作性，且保證了圖1所示方法的可操作性。

(1) 一般存檔圖紙分為紙質(zhì)和電子格式。紙質(zhì)圖紙可以通過掃描形成格柵格式，或重新繪制成矢量格式，如DWG；而電子格式的圖紙本身即為格柵或矢量格式。2種格式均可作為GIS的數(shù)據(jù)源。

(2) 多種GIS軟件均支持Shapefile文件格式，因而Shapefile文件可以作為地圖數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式。

(3) 多種GIS軟件均可以完成對(duì)Shapefile文件的渲染和編輯等操作，并進(jìn)一步完成地圖服務(wù)的發(fā)布和部署。

(4) 地圖服務(wù)在部署時(shí)的數(shù)據(jù)源仍可直接采用已有的Shapefile文件，同樣也被多種GIS Server軟件支持。

(5) 有多種GIS Server開發(fā)框架和SDK可供用于平臺(tái)的開發(fā)。

圖形數(shù)據(jù)是圖1所示方法的基礎(chǔ)，而前4點(diǎn)保證了大型公共建筑的圖紙可按圖2所示步驟轉(zhuǎn)化為地圖服務(wù)。第5點(diǎn)保證了平臺(tái)在技術(shù)上是可實(shí)現(xiàn)的。

2.2 屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

完成圖形數(shù)據(jù)是可視化運(yùn)維管理的基礎(chǔ)，但要實(shí)現(xiàn)具體的運(yùn)維管理業(yè)務(wù)，還需要將相關(guān)的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，用豐富的屬性數(shù)據(jù)對(duì)圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐。屬性數(shù)據(jù)是指大型公共建筑運(yùn)維管理涉及的各種數(shù)據(jù)。

大型公共建筑由于面積大、管理業(yè)務(wù)多，內(nèi)部包含的設(shè)施設(shè)備種類繁多、數(shù)量大等原因，往往會(huì)導(dǎo)致在日常運(yùn)維管理過程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂，導(dǎo)致管理混亂情況的出現(xiàn)。例如，名稱(如公司名稱)可用全稱，也可用簡(jiǎn)稱。而運(yùn)維管理過程中經(jīng)常需要各種“周報(bào)”、“月報(bào)”、“季度報(bào)”和“年報(bào)”等。名稱用詞混亂可導(dǎo)致各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表的混亂，且易產(chǎn)生疏漏和錯(cuò)誤。

針對(duì)上述問題，一種簡(jiǎn)單可行的方法是將這些屬性數(shù)據(jù)制作成屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，即將日常運(yùn)維管理中涉及到的各種屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，并建立層次結(jié)構(gòu)和索引。

由大型公共建筑特點(diǎn)所決定，多種設(shè)施設(shè)備經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種損壞，因而報(bào)修業(yè)務(wù)是其運(yùn)維管理的一項(xiàng)基本業(yè)務(wù)。圖3為昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓報(bào)修業(yè)務(wù)涉及屬性數(shù)據(jù)。

航站樓報(bào)修業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)可形成一個(gè)巨大的樹結(jié)構(gòu)，但圖3僅選取5個(gè)層次共6類數(shù)據(jù)(第5和第6類數(shù)據(jù)為1個(gè)層次)。為保證完備性，適當(dāng)在各個(gè)層次增加“其他”選項(xiàng)。第1類為業(yè)務(wù)層，即報(bào)修業(yè)務(wù)；第2類為根據(jù)航站樓實(shí)際情況劃分的子類；第3類為每個(gè)子類包含的設(shè)施設(shè)備種類，以圖3中“航站區(qū)服務(wù)設(shè)施設(shè)備”為例。該層并不具體到單個(gè)的設(shè)施設(shè)備，單個(gè)的設(shè)施設(shè)備均由其設(shè)施設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)負(fù)責(zé)維護(hù)；第4類為常見的故障種類，與設(shè)施設(shè)備種類存在“多對(duì)多”的關(guān)系；第5和第6類是故障的維修時(shí)限和對(duì)應(yīng)的扣分標(biāo)準(zhǔn)，用于監(jiān)管維修單位。

除圖3所示的報(bào)修業(yè)務(wù)分類以外，對(duì)該航站樓日常運(yùn)維管理業(yè)務(wù)中涉及到的各種設(shè)施設(shè)備、企業(yè)、人員等、一段時(shí)間內(nèi)保持不變的各種規(guī)章制度等等，也制定相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，見表1。

各個(gè)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)并不是相互獨(dú)立存在的，其有“一對(duì)一”、“一對(duì)多”和“多對(duì)多”的連接關(guān)系。如圖3報(bào)修屬性數(shù)據(jù)中第3類需要和單個(gè)的設(shè)施設(shè)備有連接，為一對(duì)多連接；而第4類需與常見故障及維修方法連接，為多對(duì)多連接(即一種故障可以有多種維修方式，而一種維修方式也可以處理多種故障)。因而需要為每個(gè)數(shù)據(jù)均賦予唯一標(biāo)識(shí)符，通過唯一標(biāo)識(shí)符索引屬性數(shù)據(jù)。

同時(shí)，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)使用唯一標(biāo)識(shí)符匹配完成。例如，對(duì)于設(shè)施設(shè)備，在圖2中的第l步需要完成對(duì)應(yīng)的唯一標(biāo)識(shí)符的輸入，用于在3.2節(jié)進(jìn)行集成應(yīng)用。

圖3 昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓報(bào)修業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

表1 昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)維管理屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)范圍

唯一標(biāo)識(shí)符采用編碼：部分需要新增編碼，而已有編碼的部分可以直接采用。例如，航站樓在采購(gòu)設(shè)施設(shè)備時(shí)，需賦予固定資產(chǎn)編號(hào)、企業(yè)納稅人識(shí)別號(hào)、個(gè)人身份證號(hào)等。這些已有的編號(hào)均可作為相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)唯一標(biāo)識(shí)符。

3 流程處理

完成數(shù)據(jù)處理后，在形成的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的基礎(chǔ)上，完成各項(xiàng)運(yùn)維管理業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化，以及在生成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的過程中，各項(xiàng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用流程。

3.1 運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程

大型公共建筑日常運(yùn)維管理中包含多種業(yè)務(wù)，并具有各自的工作流程。因其流程不嚴(yán)格規(guī)范會(huì)出現(xiàn)：有些步驟的作用相互重疊，有些步驟可有多種操作方法，及不同步驟之間的順序也不統(tǒng)一。上述情況的存在，不利用運(yùn)維管理的信息化。

在2.2節(jié)的基礎(chǔ)上，完成各項(xiàng)管理流程的標(biāo)準(zhǔn)化，使各項(xiàng)管理均有且僅有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)流程，即有利于運(yùn)維管理工作的開展，也是實(shí)現(xiàn)信息化運(yùn)維管理的基礎(chǔ)。以航站樓運(yùn)維管理工作中的報(bào)修業(yè)務(wù)為例，其標(biāo)準(zhǔn)的工作流程如圖4所示。

圖4所示的設(shè)施設(shè)備報(bào)修流程總體上分為8步，其第6~8步涉及倉(cāng)庫(kù)管理，屬于另一個(gè)管理流程，在此不做詳述。

圖4 昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)維管理報(bào)修業(yè)務(wù)流程

圖4中，最重要的是第4步(虛線框)，即根據(jù)2.2節(jié)建立的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，將報(bào)修按照4步歸類。其中4.1步即按照?qǐng)D3劃分報(bào)修系統(tǒng)分類；4.2步按航站樓樓層和物理位置分區(qū)劃分大致的位置；4.3步按照常見的故障種類劃分；4.4步按對(duì)應(yīng)的故障常規(guī)處理方式劃分。這4步劃分所需要的屬性數(shù)據(jù)，均來自2.2節(jié)的屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。

航站樓運(yùn)維管理中涉及到的業(yè)務(wù)流程，均以2.2節(jié)為基礎(chǔ)，充分考慮到屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的應(yīng)用，以達(dá)到管理流程的標(biāo)準(zhǔn)化。表2給出了該航站樓包含的各項(xiàng)業(yè)務(wù)分類，及部分業(yè)務(wù)的多個(gè)子業(yè)務(wù)流程。

運(yùn)維管理流程標(biāo)準(zhǔn)化具有明顯的實(shí)用價(jià)值：由標(biāo)準(zhǔn)流程生成的各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)均具有明確的屬性數(shù)據(jù)，是高度結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，即可用于有針對(duì)性的展開工作，又方便數(shù)據(jù)的二次利用(如生成準(zhǔn)確的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表)。以圖3和圖4所示的報(bào)修業(yè)務(wù)為例，經(jīng)過圖4流程產(chǎn)生的報(bào)修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，具有明確的損壞原因或種類信息，即有利于安排不同專業(yè)或不同業(yè)務(wù)承包單位進(jìn)行維修。同時(shí)，維修的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也包含有標(biāo)準(zhǔn)的類別、位置、故障原因、維修方法等數(shù)據(jù)，便于后續(xù)對(duì)運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)挖掘。

3.2 數(shù)據(jù)流程

大型公共建筑的運(yùn)維管理中，隨著業(yè)務(wù)的進(jìn)行，產(chǎn)生大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在該過程中，圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程相互集成，共同完成運(yùn)維管理。

表2 昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程范圍

以航站樓運(yùn)維管理工作中的設(shè)施設(shè)備報(bào)修業(yè)務(wù)為例，與圖4所示報(bào)修業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)流程如圖5所示，該數(shù)據(jù)流程以報(bào)修單為核心，分多次填寫。

圖5 昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)維管理報(bào)修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程

當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生損壞，并被發(fā)現(xiàn)后，人為發(fā)起報(bào)修流程，并第一次填寫報(bào)修單，即第j步填報(bào)。填報(bào)數(shù)據(jù)包括設(shè)施設(shè)備名稱、故障描述、大致位置等。由于發(fā)現(xiàn)故障的人的角色無法確定，故第一次填報(bào)的數(shù)據(jù)采用非結(jié)構(gòu)化的自然語言，以適應(yīng)多種員工角色均可以發(fā)起報(bào)修。

當(dāng)管理人員接到未處理報(bào)修單后，需要進(jìn)行分類和檢查，即第k步。則根據(jù)第j步輸入的描述性語言，進(jìn)行詳細(xì)和規(guī)范的分類和檢查。分類首先選定設(shè)施設(shè)備，即可從設(shè)施設(shè)備屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中選擇設(shè)施設(shè)備，也可通過圖形界面中點(diǎn)選。2種方式均可獲得唯一標(biāo)識(shí)符，并作為報(bào)修單的組成部分。并按圖4中的第4步選定報(bào)修業(yè)務(wù)相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，獲得多個(gè)唯一標(biāo)識(shí)符，作為報(bào)修單的組成部分。最后判斷是否需要備品備件，如果需要，即發(fā)起備品備件流程，并填報(bào)出庫(kù)單，出庫(kù)單編號(hào)作為報(bào)修單的組成部分，即第m步。

第l步即為現(xiàn)場(chǎng)維修，需要填報(bào)維修結(jié)果。至此，一張完成的報(bào)修單填報(bào)完畢，保存到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)并完成數(shù)據(jù)固定，后續(xù)不應(yīng)再作修改，而僅用于查詢統(tǒng)計(jì)。

通過圖5所示流程可以發(fā)現(xiàn)，報(bào)修單中的核心數(shù)據(jù)為多個(gè)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的唯一標(biāo)識(shí)符，而不再包含有具體的業(yè)務(wù)描述。通過標(biāo)識(shí)符，可反向從屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中查詢需要的信息。

表2所示的所有業(yè)務(wù)均具有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)單據(jù)與之對(duì)應(yīng)，采用的數(shù)據(jù)流程也與圖5所示的流程相同，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也保存唯一標(biāo)識(shí)符，而不出現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)描述。通過該方法，即使屬性數(shù)據(jù)發(fā)生變化，也具有延續(xù)性，保證自動(dòng)生成的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 系統(tǒng)研發(fā)及案例應(yīng)用

昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)是中國(guó)面向東南亞、南亞和連接歐亞的國(guó)家門戶樞紐機(jī)場(chǎng)，于2012年6月28日正式啟用，2017年旅客吞吐量4 473萬人次[20]。該航站樓總面積為54.83萬平方米，分為地上4層，地下3層。由于人流及航站樓規(guī)模均巨大，管理人員日常運(yùn)維工作量大。為減輕管理人員的工作壓力，采用本文方法建設(shè)了一套航站樓日常運(yùn)維管理平臺(tái)。根據(jù)實(shí)際情況，將平臺(tái)分為物業(yè)管理、商業(yè)管理、綠化保潔供水、屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和系統(tǒng)管理共5個(gè)功能模塊，如圖6所示。圖3所示的報(bào)修業(yè)務(wù)即為圖6中物業(yè)管理的一項(xiàng)業(yè)務(wù)。

圖6中的前3項(xiàng)為對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)模塊，后2項(xiàng)為支撐模塊，用于保證前3項(xiàng)業(yè)務(wù)的順利展開。前3項(xiàng)業(yè)務(wù)的工作內(nèi)容和職責(zé)見表3。

圖6 昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)維管理平臺(tái)功能模塊劃分

表3 昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)維管理內(nèi)容及職責(zé)范圍

從表3可以看出，物業(yè)管理涵蓋了航站樓日常運(yùn)維的種種，同時(shí)也是大型公共建筑運(yùn)維管理最典型的業(yè)務(wù)；商業(yè)管理是利用航站樓運(yùn)維管理中的對(duì)外業(yè)務(wù)，可充分利用相關(guān)資源創(chuàng)收，大部分大型公共建筑均包含此項(xiàng)業(yè)務(wù)；綠化保潔供水業(yè)務(wù)保證了使用人員的舒適性，也是大型公共建筑運(yùn)維管理的典型業(yè)務(wù)。綜上，以航站樓為服務(wù)對(duì)象的大型公共建筑運(yùn)維管理平臺(tái)，可以作為大型公共建筑運(yùn)維管理平臺(tái)的典型代表。

4.1 工具選擇

在實(shí)際應(yīng)用中，圖形數(shù)據(jù)的來源為航站樓施工圖紙，為DWG格式，分為7層。選中ArcGIS作為工具，可直接導(dǎo)入DWG格式生成Shapefile文件，并進(jìn)行后續(xù)的校核、渲染、編輯和地圖服務(wù)的發(fā)布。地圖服務(wù)的部署則選擇開源的GIServer，以降低成本。2個(gè)軟件的選擇和應(yīng)用，保證了圖2所示圖形數(shù)據(jù)流程的可操作性和經(jīng)濟(jì)性。

由于B/S架構(gòu)的平臺(tái)可以通過瀏覽器直接訪問，無需在客戶端安裝任何軟件，十分適合大型公共建筑運(yùn)維管理的實(shí)際情況，而Esri提供了ArcGIS Server開發(fā)框架和SDK，可方便的完成B/S架構(gòu)的平臺(tái)的開發(fā)工作。

其后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇MSSQL Sever，由于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要大量引用屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，因而兩者宜放置在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，而不宜采用分布式存儲(chǔ)的方式。

以上述工具為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)地調(diào)研，歸納總結(jié)了表3中各項(xiàng)業(yè)務(wù)涉及的屬性數(shù)據(jù)和流程，完成了大型航站樓運(yùn)維管理平臺(tái)的開發(fā)，并應(yīng)用到該航站樓日常運(yùn)維管理中。

4.2 應(yīng)用效果

表3所示的航站樓運(yùn)維管理內(nèi)容包含的多項(xiàng)業(yè)務(wù)均實(shí)現(xiàn)了從手動(dòng)紙質(zhì)方式到信息化管理方式的轉(zhuǎn)換。由于圖形數(shù)據(jù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了可視化的直觀管理。同時(shí)，由于屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程的應(yīng)用，收集到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可方便和準(zhǔn)確地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

4.2.1 可視化管理

飲水機(jī)是航站樓中一項(xiàng)重要設(shè)施設(shè)備，其同時(shí)參與了表3中的多項(xiàng)業(yè)務(wù)：報(bào)修維修、巡檢巡修和供水管理。分布于航站樓各處的飲水機(jī)，可利用GIS地圖服務(wù)顯示其位置，以便于對(duì)其進(jìn)行管理，如圖7所示。

圖7 飲水機(jī)相關(guān)業(yè)務(wù)管理可視化界面

在圖7中，右側(cè)為采用GIS地圖服務(wù)顯示的航站樓F3層平面圖的局部。由于飲水機(jī)尺寸相對(duì)航站樓而言，太過細(xì)小，無法采用實(shí)際尺寸顯示，故采用圖標(biāo)顯示。而左側(cè)虛線方框內(nèi)則根據(jù)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中飲水機(jī)的數(shù)據(jù)，以列表的方式顯示位于同一層的飲水機(jī)。

在圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中，同一飲水機(jī)具有相同的唯一標(biāo)識(shí)符，因而支持關(guān)聯(lián)選中。而選中某一飲水機(jī)后可以進(jìn)行相應(yīng)業(yè)務(wù)操作。

4.2.2 統(tǒng)計(jì)查詢

平臺(tái)在完成實(shí)際業(yè)務(wù)的同時(shí)也完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的收集。按照2.2節(jié)和3.1節(jié)的方法，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)保存的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高度結(jié)構(gòu)化，可完成各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析工作，且結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

表3所示的航站樓運(yùn)維管理的3項(xiàng)業(yè)務(wù)均涉及大量的統(tǒng)計(jì)分析，需要導(dǎo)出各種報(bào)表。以圖3對(duì)應(yīng)的報(bào)修業(yè)務(wù)為例，圖8即為該項(xiàng)業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)分析界面。中間部分是滿足組合條件的報(bào)修記錄，以列表的方式顯示。右側(cè)部分是對(duì)應(yīng)的柱狀圖和餅圖，其中虛線方框部分即為圖3中第k級(jí)維修系統(tǒng)分類，該分類用于餅圖的統(tǒng)計(jì)。

圖8 報(bào)修業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)查詢界面

在圖8中，左側(cè)是搜索界面，支持各種不同關(guān)鍵詞的組合搜索。由于屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的應(yīng)用，點(diǎn)劃線方框內(nèi)部的關(guān)鍵詞均通過連接屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)自動(dòng)生成選擇項(xiàng)目，而不是手工輸入，后臺(tái)通過對(duì)應(yīng)的唯一標(biāo)識(shí)符從業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢數(shù)據(jù)，保證了統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 論

由于我國(guó)建筑行業(yè)普遍存在的重視設(shè)計(jì)和施工，而輕視運(yùn)維的現(xiàn)象，大型公共建筑的運(yùn)維管理的信息化程度普遍不高。針對(duì)此情況，本文著眼于運(yùn)維管理的實(shí)際條件，提出了基于GIS的大型公共建筑輕量級(jí)運(yùn)維管理研發(fā)和應(yīng)用方法。

利用成熟的GIS技術(shù)，將大型公共建筑存檔圖紙轉(zhuǎn)化為地圖數(shù)據(jù)，針對(duì)部分或全部圖元輸入唯一標(biāo)識(shí)符。通過設(shè)定顯示/隱藏的比例尺范圍，實(shí)現(xiàn)類似LoD的層次效果。將完成編輯和渲染的地圖數(shù)據(jù)發(fā)布成地圖服務(wù)并部署，為大型公共建筑的輕量級(jí)運(yùn)維提供可視化基礎(chǔ)。

通過實(shí)際調(diào)研，歸納總結(jié)大型公共建筑涉及的各種屬性數(shù)據(jù)，根據(jù)層級(jí)關(guān)系建立屬性數(shù)據(jù)的樹結(jié)構(gòu)，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)賦予唯一標(biāo)識(shí)符，形成屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。其屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過唯一標(biāo)識(shí)符關(guān)聯(lián)。

在屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的基礎(chǔ)上，形成了標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)維管理流程和數(shù)據(jù)流程。屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程均十分便于信息化；而數(shù)據(jù)流程保證了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的有序生成。

通過GIS Server技術(shù)支持的開發(fā)框架和SDK，完成B/S架構(gòu)的輕量級(jí)平臺(tái)開發(fā)，將上述結(jié)果進(jìn)行集成，并投入到了昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓運(yùn)維管理中，實(shí)現(xiàn)了該航站樓的信息化運(yùn)維管理。驗(yàn)證了本文提出方法的有效性和可操作性。

大型公共建筑的運(yùn)維數(shù)據(jù)往往蘊(yùn)含著大量有價(jià)值信息。由于采用了屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程，收集的運(yùn)維管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高度結(jié)構(gòu)化，可直接或簡(jiǎn)單處理即可用于數(shù)據(jù)挖掘等方面的應(yīng)用。在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)積累到一定程度后，將進(jìn)一步研究采用合適的數(shù)據(jù)挖掘算法來發(fā)現(xiàn)運(yùn)維數(shù)據(jù)的價(jià)值。

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Development and Application of a GIS-Based Light Weight Information Platform for Large-Scale Public Building Operation and Maintenance

WEN Qiao1, ZHANG Jian-ping1, XIANG Xue-song2, SHI Tao2, HU Zhen-zhong3,1

(1. Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Kunming Chang Shui International Airport, Kunming Yunnan 650211, China; 3. Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen Guangdong 518055, China)

Large-scale public buildings play an irreplaceable role in business, office, tourism, science, education, culture and health, communication and transportation. Due to technical difficulties, large public buildings usually lack operation and maintenance (O&M) management information platforms. To ease these difficulties, this paper presents an application method of lightweight O&M management platform for large-scale public buildings based on GIS. Large-scale public buildings’ drawings are converted into map services through conversion and editing. Attribute data are summarized to form hierarchical structures, and unique identifiers are given to establish standard attribute libraries. Based on these libraries, O&M management processes are reviewed to form standard O&M management procedures and data flows. A unified platform is developed to integrate the above 4 achievements before actual application. This method is tested in a large airport terminal. A lightweight O&M management platform is developed, which realizes the information O&M management of the terminal. The results have verified the effectiveness and operability of the proposed method.

building operation and maintenance; large-scale public building; GIS; standard attribute library; standard operation and maintenance procedure

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2019040751

A

2095-302X(2019)04-0751-10

2019-01-30；

定稿日期：2019-03-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51478249，51778336)；清華大學(xué)-廣聯(lián)達(dá)BIM聯(lián)合研究中心研究基金

文 橋(1987-)，男，湖北沙洋人，博士研究生。主要研究方向?yàn)榻ㄖ畔⒛Ｐ?、建筑運(yùn)維管理技術(shù)。E-mail：wen-q14@mails.tsinghua.edu.cn

胡振中(1983-)，男，廣東惠州人，副教授，博士。主要研究方向?yàn)榻ㄖ畔⒛Ｐ团c數(shù)字防災(zāi)技術(shù)。E-mail：huzhenzhong@tsinghua.edu.cn