公共建筑智能化運(yùn)維管理研究

呂麒珉，李露凡，陸子易，孫然然(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032)

0 引言

公共建筑是為人們提供公共活動、商業(yè)辦公、科教文衛(wèi)、旅游、通信和交通等各類型場景的民用建筑。其運(yùn)維管理是整合人員、設(shè)施和技術(shù)的管理流程，包括對人員工作和生活空間進(jìn)行規(guī)劃、維護(hù)、維修和應(yīng)急等管理。公共建筑運(yùn)維管理時(shí)間跨度大、周期長、內(nèi)容多、涉及人員復(fù)雜，傳統(tǒng)運(yùn)維模式對技術(shù)人員依賴性強(qiáng)，對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理較分散，人工費(fèi)與運(yùn)維成本高。推進(jìn)構(gòu)建基于 BIM技術(shù)的公共建筑智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)，不僅保證建筑自身功能的充分實(shí)現(xiàn)，還可以減少公共建筑運(yùn)維成本，完善運(yùn)維管理模式，有效促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及社會效益的提升[1]，在公共建筑的運(yùn)維階段具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

步入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的今天，越來越多的學(xué)者開始致力于研究基于智能化系統(tǒng)的公共建筑運(yùn)維管理。莊運(yùn)超[2]提出采用 BIM 及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的新型三維可視化運(yùn)維管理平臺，融合了設(shè)備設(shè)施管理、能耗管理、安保監(jiān)控、虛擬巡檢、工單管理、資料管理和 App 應(yīng)用等；彭昕[3]提出基于BIM＋GIS（地理信息系統(tǒng)）＋I(xiàn)BMS（智能建筑管理系統(tǒng)）＋FM（設(shè)備、設(shè)施資產(chǎn)管理）的體育館綜合運(yùn)營平臺體系框架設(shè)計(jì)，集成了智能樓宇自控系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、售票及道閘控制系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)?，F(xiàn)階段的大部分研究要么關(guān)注于子系統(tǒng)集成，要么聚焦于運(yùn)維業(yè)務(wù)流程集成，要么致力于研究信息集成，鮮有從運(yùn)維需求角度，對運(yùn)維系統(tǒng)開展全要素綜合性研究。本文以此為切入點(diǎn)，從運(yùn)維管理的智能化和可視化需求出發(fā)，對公共建筑的運(yùn)維業(yè)務(wù)管理流程，以及運(yùn)維管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與交互方法進(jìn)行綜合性研究，并最終搭建一套基于 BIM 的智慧化運(yùn)維系統(tǒng)，輔助實(shí)現(xiàn)公共建筑的智慧運(yùn)維管理。

1 運(yùn)維管理需求分析

為實(shí)現(xiàn)公共建筑智能化運(yùn)維管理，需深入了解公共建筑運(yùn)維管理過程中各使用方的需求。通過文獻(xiàn)調(diào)查、問卷調(diào)查和會議調(diào)查等方法，對公共建筑運(yùn)維管理的管理人員、業(yè)務(wù)人員、操作人員等各專業(yè)從業(yè)者進(jìn)行尋訪調(diào)查，結(jié)果表明：公共建筑的智能化運(yùn)維管理主要包括智能化需求和可視化需求，涵蓋物業(yè)管理、資產(chǎn)管理、設(shè)備設(shè)施管理、空間管理和能源管理 5 個(gè)方面。

1.1 運(yùn)維管理智能化需求

運(yùn)維管理智能化需求分析，如表 1 所示。

表1 運(yùn)維管理智能化需求分析

1.2 運(yùn)維管理可視化需求

運(yùn)維管理可視化需求分析，如表 2 所示。

表2 運(yùn)維管理可視化需求分析

通過以上對公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)智能化和可視化需求的研究，基于運(yùn)維管理平臺的支持，利用其信息集約化、可分析預(yù)測、數(shù)據(jù)可共享等優(yōu)勢，可有效提高公共建筑的物業(yè)管理和資產(chǎn)管理水平，提高設(shè)備設(shè)施和能源的利用率以減少浪費(fèi)。本文將從以上這 5 個(gè)方面對公共建筑運(yùn)維管理的業(yè)務(wù)流程做進(jìn)一步研究。

2 運(yùn)維管理業(yè)務(wù)流程

運(yùn)維管理業(yè)務(wù)流程主要圍繞物業(yè)管理、資產(chǎn)管理、設(shè)備設(shè)施管理、空間管理和能源管理 5 個(gè)方面展開。

2.1 物業(yè)管理的業(yè)務(wù)流程

在公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)中，物業(yè)管理主要包括為客戶提供客戶信息、訪客管理、服務(wù)中心和會議室預(yù)定等一站式物業(yè)、保潔、工程、安保和會議室預(yù)定等服務(wù)管理。一站式服務(wù)管理范圍及服務(wù)內(nèi)容，如表 3 所示。

表3 一站式服務(wù)管理范圍

運(yùn)維管理系統(tǒng)通過建立客戶卡片信息，維護(hù)客戶信息、聯(lián)系人信息和聯(lián)系記錄等內(nèi)容，客戶資料隨時(shí)更新，真正做到精準(zhǔn)的客戶管理。系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)客戶信息系統(tǒng)的臺賬化，創(chuàng)建客戶信息與訪客管理、租賃管理業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行關(guān)聯(lián)應(yīng)用，管理系統(tǒng)采用預(yù)約前置，前臺通過系統(tǒng)信息推送，結(jié)合訪客信息提前做好訪客卡。通過運(yùn)維管理會議室預(yù)約信息共享平臺，可以線上預(yù)約會議室。會議室預(yù)約管理流程，如圖 1 所示。

圖1 會議室預(yù)約管理流程

2.2 資產(chǎn)管理的業(yè)務(wù)流程

公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)集成了對設(shè)備的搜索、查閱和定位功能，實(shí)現(xiàn)對資產(chǎn)從配置計(jì)劃、采購、入庫、領(lǐng)用報(bào)銷和折舊等一體化管理，以及對資產(chǎn)的快速盤點(diǎn)和掌控。通過點(diǎn)擊 BIM 模型中的設(shè)備，管理人員或者領(lǐng)導(dǎo)可以查閱所有設(shè)備信息，查詢所有相應(yīng)設(shè)備在虛擬建筑中的準(zhǔn)確定位，實(shí)時(shí)瀏覽建筑設(shè)備[4]。同時(shí)，對維修工作過程管理中應(yīng)用到的各類維修資源進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)配和管理，保障設(shè)施設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)處理各種突發(fā)事件，從而提高設(shè)備設(shè)施的可靠性。工程耗材領(lǐng)用（部門）流程，如圖 2 所示。

圖2 工程耗材領(lǐng)用（部門）流程

2.3 設(shè)備設(shè)施管理的業(yè)務(wù)流程

公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)與建筑的日常設(shè)備運(yùn)維管理功能相互整合，提供了包括設(shè)備信息查詢、設(shè)備報(bào)修流程和計(jì)劃性維護(hù)等各種功能。設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)管理流程，如圖 3所示。

圖3 設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)管理流程

2.4 能源管理的業(yè)務(wù)流程

公共建筑智能運(yùn)維管理系統(tǒng)通過 BIM 集成的水循環(huán)模型分析水資源利用率和水資源分配率，在這個(gè)過程中考慮到辦公建筑室內(nèi)外用水量及用水處，應(yīng)設(shè)計(jì)雨水和污水收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于建筑室外景觀及綠化用水[5]。同時(shí)還需借助 BIM 集成的水循環(huán)模型，對比各月份各單位的用水量，模擬分析合適的用水量以優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)水資源的精細(xì)化和合理化分配，并對各單位預(yù)留部分水量以防分配不合理。結(jié)合構(gòu)建水資源分配記錄數(shù)據(jù)庫，分析各單位最合適的水資源分配量，旨在高效利用水源。通過公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)，建立水電氣儀表電子臺賬信息，管理人員可以通過 App 端填寫儀表度數(shù)，實(shí)時(shí)上傳至集團(tuán)能源管理系統(tǒng)，按日、按周和按月進(jìn)行匯總，并且為管理者提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對公共建筑進(jìn)行項(xiàng)目、儀表類型、時(shí)間等維度進(jìn)行能耗分析。

2.5 空間管理業(yè)務(wù)流程

公共建筑空間管理流程主要包括空間規(guī)劃、空間分配和空間可視化。根據(jù)建筑類別及應(yīng)用需求，設(shè)置空間租賃或購買等空間信息，對空間空置率、人均空間、空間運(yùn)營成本、共享空間和專用空間等數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，制訂滿足未來發(fā)展需求的空間規(guī)劃。根據(jù)房間信息合理分配功能空間，動態(tài)記錄分配信息，用高亮顏色對不同功能的空間進(jìn)行標(biāo)注，可以實(shí)現(xiàn)在瀏覽界面直觀地查看空間的分布狀況，從而提高空間利用率。

3 運(yùn)維管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲與交互方法

基于運(yùn)維管理業(yè)務(wù)的對象和流程，結(jié)合公共建筑智能化運(yùn)維管理的平臺建設(shè)需求分析，對實(shí)現(xiàn)可視化和智能化運(yùn)維管理的數(shù)據(jù)存儲與交互方法進(jìn)行研究。數(shù)據(jù)存儲與交互方法主要體現(xiàn)在運(yùn)維管理的編碼體系、數(shù)據(jù)存儲和交互方法 3 個(gè)方面。

3.1 編碼體系

通過研究、制訂、發(fā)布和實(shí)施信息編碼，推動實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域的信息化和智能化，發(fā)揮建筑運(yùn)維管理信息系統(tǒng)的最大經(jīng)濟(jì)效益和數(shù)據(jù)價(jià)值。

研究公共建筑運(yùn)維管理的智能化和可視化需求及運(yùn)維管理的流程，可以發(fā)現(xiàn)，在統(tǒng)計(jì)空間和設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)根據(jù)空間及使用特點(diǎn)，對每棟樓、每樓層（包括地下1層）的每個(gè)客戶用房、附屬用房及公共區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)劃分。劃分原則如下：每棟樓每樓層走廊聯(lián)通區(qū)域可劃分為一個(gè)空間，不同走廊聯(lián)通區(qū)域需各自單獨(dú)劃分空間；地下室根據(jù)樓號劃分為若干個(gè)“樓號周邊區(qū)域”，每個(gè)區(qū)域內(nèi)公共部分劃分為一個(gè)大的公共區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)客戶用房或附屬用房均需單獨(dú)劃分空間。同時(shí)對每個(gè)劃分好的客戶用房、公共區(qū)域及附屬用房進(jìn)行標(biāo)識；地下室每個(gè)“樓號周邊區(qū)域”內(nèi)的公共區(qū)域根據(jù)樓號表示為“地下室 XX 樓周邊公區(qū)”，例如“地下室北七樓周邊公區(qū)”。在編碼時(shí)，根據(jù)空間位置每棟樓、每樓層最南、最西的客戶用房流水碼為 01，沿逆時(shí)針方向，依次編制流水碼。例如，某項(xiàng)目北七樓四層最南、最西的“公區(qū)/附屬用房”為雜物間，則此房間編碼為 CYYN7-04-01。

同理，在對設(shè)備設(shè)施信息進(jìn)行編碼時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備設(shè)施位置和特點(diǎn)進(jìn)行編碼，每棟樓、每層樓內(nèi)、地下室及室外設(shè)備設(shè)施最南、最西的設(shè)施設(shè)備流水碼為 01，沿逆時(shí)針方向，依次編制流水碼。設(shè)施（SS）根據(jù)其位置和用途特點(diǎn)分為樓棟單體（LD）、地下室公區(qū)（DX）、園區(qū)（YQ）、車庫（CK）、廣告（GG）和場地租賃（ZL）六大類 。設(shè)備根據(jù)其特點(diǎn)分為暖通（NT）、消防（XF）、給排水（GP）、強(qiáng)電（QD）、弱電（RD）和電梯（DT）六大類。例如，北七樓 1 層弱電專業(yè)最南、最西的攝像機(jī)編碼為 CYYN7-1F-RDJKSXJ00001。

3.2 數(shù)據(jù)存儲

在公共建筑運(yùn)維信息數(shù)據(jù)存儲中，運(yùn)維管理數(shù)據(jù)可分為 BIM 模型靜態(tài)數(shù)據(jù)、運(yùn)維管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和弱電子系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)（見表 4）；根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[6]。以下根據(jù)公共建筑運(yùn)維管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，構(gòu)建相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)。

表4 運(yùn)維管理數(shù)據(jù)分類

3.2.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)及運(yùn)維管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)

在公共建筑運(yùn)維管理中，由于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的表達(dá)格式差異較大，需要采用不同的數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)。本節(jié)將 BIM 模型靜態(tài)數(shù)據(jù)、運(yùn)維管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、弱電子系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)經(jīng) IFC 模型解析器處理后存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)基于對象的數(shù)據(jù)存儲與管理；對其中的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲，建立專門的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

3.2.2 動態(tài)數(shù)據(jù)及運(yùn)維管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)

在數(shù)據(jù)存儲中，許多傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲平臺都基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫。雖然關(guān)系數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)存儲方面較為突出，但它們很難在大數(shù)據(jù)環(huán)境中提供足夠的性能。本文提出的基于IoT 數(shù)據(jù)的動態(tài)存儲框架，支持高吞吐量處理數(shù)據(jù)，能夠有效地存儲海量數(shù)據(jù)，支持水平縮放。基于 IOT 數(shù)據(jù)的動態(tài)存儲框架由以下 4 個(gè)模塊組成。

（1）文件存儲庫：文件存儲庫使用 Hadoop 分布式文件系統(tǒng)（HDFS），在分布式環(huán)境中存儲非結(jié)構(gòu)化文件。

（2）數(shù)據(jù)庫模塊：數(shù)據(jù)庫模塊組合了多個(gè)數(shù)據(jù)庫，并使用 NoSQL 數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，簡化數(shù)據(jù)訪問模塊的開發(fā)和數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序遷移。

（3）資源配置模塊：資源配置模塊支持預(yù)定元模型的靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)管理，因而可基于用戶要求來配置數(shù)據(jù)資源和相關(guān)服務(wù)。

（4）服務(wù)模塊：服務(wù)模塊用于自動生成 Restful 服務(wù)（一種基于 Restful 結(jié)構(gòu)框架開發(fā)的軟件功能模塊）。該模塊通過配置提取元數(shù)據(jù)，然后根據(jù)元數(shù)據(jù)映射到存儲在數(shù)據(jù)庫和文件庫中的數(shù)據(jù)實(shí)體和文件，最后生成相應(yīng)的運(yùn)維管理平臺功能模塊。

3.3 數(shù)據(jù)交互方法

在公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，弱電子系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)平臺交互的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)弱電子系統(tǒng)與系統(tǒng)平臺物理接口、通信協(xié)議與軟件接口的集成?，F(xiàn)階段，公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)與弱電子系統(tǒng)集成方式主要以 BIM＋I(xiàn)BMS（基于 BIM 的建筑智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)）作為集成頂端，通過 Webservice、Restful 協(xié)議集成 IBMS 的各子系統(tǒng)，包括樓宇自控系統(tǒng)（BAS）、消防報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、安保自動化系統(tǒng)（SAS）、廣播系統(tǒng)（PAS）、一卡通系統(tǒng)（SCS）、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（CNS）、停車管理系統(tǒng)（PMS）、能耗計(jì)量系統(tǒng)（ECMS）、智能照明系統(tǒng)（ILS）、辦公自動化系統(tǒng)（OAS）和資產(chǎn)管理系統(tǒng) AMS。此時(shí) IBMS 系統(tǒng)通過 Webservice 和 Restful 協(xié)議，集成設(shè)備管理系統(tǒng)（BMS）、信息管理系統(tǒng)（IMS）和智能建筑模塊（IB）；在 BIM 集成方面，通過 IFC 文件（工業(yè)基類文件）解析器讀寫兼容 IFC 標(biāo)準(zhǔn)（工業(yè)基類標(biāo)準(zhǔn)）的 BIM 模型；不支持 IFC 標(biāo)準(zhǔn)的 BIM 模型，可通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，實(shí)現(xiàn)信息交換與共享。

4 公共建筑智能化運(yùn)維管理平臺

綜合以上對智能化運(yùn)維管理需求、業(yè)務(wù)流程以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲與交互方法的研究結(jié)果，搭建了一套基于 BIM 的智慧運(yùn)維管理平臺框架，以實(shí)現(xiàn)對公共建筑的智慧運(yùn)維管理。

公共建筑智能化運(yùn)維管理平臺最頂層的應(yīng)用平臺以BIM 為載體，將建筑信息聯(lián)系在一起，通過數(shù)據(jù)分析、性能分析與模型分析，實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備和建筑之間的互聯(lián)互通。通過 BIM 智能運(yùn)維管理平臺，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下功能的實(shí)施和功能展示：空間管理、計(jì)劃管理、設(shè)備管理、公共安全管理和能耗管理等（見表 5）。

表5 公共建筑運(yùn)維管理平臺功能模塊

5 結(jié)語

針對當(dāng)前公共建筑運(yùn)維管理智能化和可視化程度低及集成性不夠完善等問題，本文在運(yùn)維管理需求分析的基礎(chǔ)上，對運(yùn)維管理業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)與交互方法進(jìn)行研究，通過橋接建筑信息化模型，融合建筑動態(tài)數(shù)據(jù)與運(yùn)維業(yè)務(wù)流程，打通包括物業(yè)管理、資產(chǎn)管理、設(shè)備設(shè)施管理和能源管理在內(nèi)的管理壁壘，最終搭建了一套公共建筑智能運(yùn)維管理平臺。本文研究的系統(tǒng)平臺憑借三維化呈現(xiàn)和專業(yè)化集成，實(shí)現(xiàn)了公共建筑運(yùn)維管理的智能化，極大地優(yōu)化了運(yùn)維管理工作效率。