公共建筑智能化運維管理研究

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、商業辦公、科教文衛、旅游、通信和交通等各類型場景的民用建筑。其運維管理是整合人員、設施和技術的管理流程，包括對人員工作和生活空間進行規劃、維護、維修和應急等管理。公共建筑運維管理時間跨度大、周期長、內容多、涉及人員復雜，傳統運維模式對技術人員依賴性強，對多源異構數據的處理較分散，人工費與運維成本高。推進構建基于 BIM技術的公共建筑智能化運維管理系統，不僅保證建筑自身功能的充分實現，還可以減少公共建筑運維成本，完善運維管理模式，有效促進企業經濟效益及社會效益的提升[1]，在公共建筑的運維階段具有廣闊的應用價值。

步入物聯網時代的今天，越來越多的學者開始致力于研究基于智能化系統的公共建筑運維管理。莊運超[2]提出采用 BIM 及物聯網技術融合的新型三維可視化運維管理平臺，融合了設備設施管理、能耗管理、安保監控、虛擬巡檢、工單管理、資料管理和 App 應用等；彭昕[3]提出基于BIM＋GIS（地理信息系統）＋IBMS（智能建筑管理系統）＋FM（設備、設施資產管理）的體育館綜合運營平臺體系框架設計，集成了智能樓宇自控系統、能源管理系統、售票及道閘控制系統等多個子系統?，F階段的大部分研究要么關注于子系統集成，要么聚焦于運維業務流程集成，要么致力于研究信息集成，鮮有從運維需求角度，對運維系統開展全要素綜合性研究。本文以此為切入點，從運維管理的智能化和可視化需求出發，對公共建筑的運維業務管理流程，以及運維管理系統的數據存儲與交互方法進行綜合性研究，并最終搭建一套基于 BIM 的智慧化運維系統，輔助實現公共建筑的智慧運維管理。

1 運維管理需求分析

為實現公共建筑智能化運維管理，需深入了解公共建筑運維管理過程中各使用方的需求。通過文獻調查、問卷調查和會議調查等方法，對公共建筑運維管理的管理人員、業務人員、操作人員等各專業從業者進行尋訪調查，結果表明：公共建筑的智能化運維管理主要包括智能化需求和可視化需求，涵蓋物業管理、資產管理、設備設施管理、空間管理和能源管理 5 個方面。

1.1 運維管理智能化需求

運維管理智能化需求分析，如表 1 所示。

表1 運維管理智能化需求分析

1.2 運維管理可視化需求

運維管理可視化需求分析，如表 2 所示。

表2 運維管理可視化需求分析

通過以上對公共建筑運維管理系統智能化和可視化需求的研究，基于運維管理平臺的支持，利用其信息集約化、可分析預測、數據可共享等優勢，可有效提高公共建筑的物業管理和資產管理水平，提高設備設施和能源的利用率以減少浪費。本文將從以上這 5 個方面對公共建筑運維管理的業務流程做進一步研究。

2 運維管理業務流程

運維管理業務流程主要圍繞物業管理、資產管理、設備設施管理、空間管理和能源管理 5 個方面展開。

2.1 物業管理的業務流程

在公共建筑運維管理系統中，物業管理主要包括為客戶提供客戶信息、訪客管理、服務中心和會議室預定等一站式物業、保潔、工程、安保和會議室預定等服務管理。一站式服務管理范圍及服務內容，如表 3 所示。

表3 一站式服務管理范圍

運維管理系統通過建立客戶卡片信息，維護客戶信息、聯系人信息和聯系記錄等內容，客戶資料隨時更新，真正做到精準的客戶管理。系統還可以實現客戶信息系統的臺賬化，創建客戶信息與訪客管理、租賃管理業務模塊進行關聯應用，管理系統采用預約前置，前臺通過系統信息推送，結合訪客信息提前做好訪客卡。通過運維管理會議室預約信息共享平臺，可以線上預約會議室。會議室預約管理流程，如圖 1 所示。

圖1 會議室預約管理流程

2.2 資產管理的業務流程

公共建筑運維管理系統集成了對設備的搜索、查閱和定位功能，實現對資產從配置計劃、采購、入庫、領用報銷和折舊等一體化管理，以及對資產的快速盤點和掌控。通過點擊 BIM 模型中的設備，管理人員或者領導可以查閱所有設備信息，查詢所有相應設備在虛擬建筑中的準確定位，實時瀏覽建筑設備[4]。同時，對維修工作過程管理中應用到的各類維修資源進行科學合理的調配和管理，保障設施設備的安全、可靠、穩定運行，及時處理各種突發事件，從而提高設備設施的可靠性。工程耗材領用（部門）流程，如圖 2 所示。

圖2 工程耗材領用（部門）流程

2.3 設備設施管理的業務流程

公共建筑運維管理系統與建筑的日常設備運維管理功能相互整合，提供了包括設備信息查詢、設備報修流程和計劃性維護等各種功能。設施設備數據管理流程，如圖 3所示。

圖3 設施設備數據管理流程

2.4 能源管理的業務流程

公共建筑智能運維管理系統通過 BIM 集成的水循環模型分析水資源利用率和水資源分配率，在這個過程中考慮到辦公建筑室內外用水量及用水處，應設計雨水和污水收集轉換系統用于建筑室外景觀及綠化用水[5]。同時還需借助 BIM 集成的水循環模型，對比各月份各單位的用水量，模擬分析合適的用水量以優化方案，實現水資源的精細化和合理化分配，并對各單位預留部分水量以防分配不合理。結合構建水資源分配記錄數據庫，分析各單位最合適的水資源分配量，旨在高效利用水源。通過公共建筑運維管理系統，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，實時上傳至集團能源管理系統，按日、按周和按月進行匯總，并且為管理者提供實時數據，對公共建筑進行項目、儀表類型、時間等維度進行能耗分析。

2.5 空間管理業務流程

公共建筑空間管理流程主要包括空間規劃、空間分配和空間可視化。根據建筑類別及應用需求，設置空間租賃或購買等空間信息，對空間空置率、人均空間、空間運營成本、共享空間和專用空間等數據指標進行統計，制訂滿足未來發展需求的空間規劃。根據房間信息合理分配功能空間，動態記錄分配信息，用高亮顏色對不同功能的空間進行標注，可以實現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 運維管理系統數據存儲與交互方法

基于運維管理業務的對象和流程，結合公共建筑智能化運維管理的平臺建設需求分析，對實現可視化和智能化運維管理的數據存儲與交互方法進行研究。數據存儲與交互方法主要體現在運維管理的編碼體系、數據存儲和交互方法 3 個方面。

3.1 編碼體系

通過研究、制訂、發布和實施信息編碼，推動實現建筑領域的信息化和智能化，發揮建筑運維管理信息系統的最大經濟效益和數據價值。

研究公共建筑運維管理的智能化和可視化需求及運維管理的流程，可以發現，在統計空間和設備設施數據指標時，應根據空間及使用特點，對每棟樓、每樓層（包括地下1層）的每個客戶用房、附屬用房及公共區域進行單獨劃分。劃分原則如下：每棟樓每樓層走廊聯通區域可劃分為一個空間，不同走廊聯通區域需各自單獨劃分空間；地下室根據樓號劃分為若干個“樓號周邊區域”，每個區域內公共部分劃分為一個大的公共區域，每個區域內客戶用房或附屬用房均需單獨劃分空間。同時對每個劃分好的客戶用房、公共區域及附屬用房進行標識；地下室每個“樓號周邊區域”內的公共區域根據樓號表示為“地下室 XX 樓周邊公區”，例如“地下室北七樓周邊公區”。在編碼時，根據空間位置每棟樓、每樓層最南、最西的客戶用房流水碼為 01，沿逆時針方向，依次編制流水碼。例如，某項目北七樓四層最南、最西的“公區/附屬用房”為雜物間，則此房間編碼為 CYYN7-04-01。

同理，在對設備設施信息進行編碼時，應根據設備設施位置和特點進行編碼，每棟樓、每層樓內、地下室及室外設備設施最南、最西的設施設備流水碼為 01，沿逆時針方向，依次編制流水碼。設施（SS）根據其位置和用途特點分為樓棟單體（LD）、地下室公區（DX）、園區（YQ）、車庫（CK）、廣告（GG）和場地租賃（ZL）六大類 。設備根據其特點分為暖通（NT）、消防（XF）、給排水（GP）、強電（QD）、弱電（RD）和電梯（DT）六大類。例如，北七樓 1 層弱電專業最南、最西的攝像機編碼為 CYYN7-1F-RDJKSXJ00001。

3.2 數據存儲

在公共建筑運維信息數據存儲中，運維管理數據可分為 BIM 模型靜態數據、運維管理業務數據和弱電子系統動態數據（見表 4）；根據數據結構的不同，可分為結構化數據與非結構化數據[6]。以下根據公共建筑運維管理數據結構的特點，構建相應的業務數據存儲架構。

表4 運維管理數據分類

3.2.1 靜態數據及運維管理業務數據存儲架構

在公共建筑運維管理中，由于結構化數據與非結構化數據的表達格式差異較大，需要采用不同的數據存儲架構。本節將 BIM 模型靜態數據、運維管理業務數據、弱電子系統動態數據中的結構化數據經 IFC 模型解析器處理后存儲于關系型數據庫，實現基于對象的數據存儲與管理；對其中的非結構化數據進行集中存儲，建立專門的非結構化數據管理模塊進行數據管理。

3.2.2 動態數據及運維管理業務數據存儲架構

在數據存儲中，許多傳統的數據存儲平臺都基于關系數據庫。雖然關系數據庫在數據存儲方面較為突出，但它們很難在大數據環境中提供足夠的性能。本文提出的基于IoT 數據的動態存儲框架，支持高吞吐量處理數據，能夠有效地存儲海量數據，支持水平縮放?；?IOT 數據的動態存儲框架由以下 4 個模塊組成。

（1）文件存儲庫：文件存儲庫使用 Hadoop 分布式文件系統（HDFS），在分布式環境中存儲非結構化文件。

（2）數據庫模塊：數據庫模塊組合了多個數據庫，并使用 NoSQL 數據庫和關系數據庫管理結構化數據，簡化數據訪問模塊的開發和數據庫的應用程序遷移。

（3）資源配置模塊：資源配置模塊支持預定元模型的靜態和動態數據管理，因而可基于用戶要求來配置數據資源和相關服務。

（4）服務模塊：服務模塊用于自動生成 Restful 服務（一種基于 Restful 結構框架開發的軟件功能模塊）。該模塊通過配置提取元數據，然后根據元數據映射到存儲在數據庫和文件庫中的數據實體和文件，最后生成相應的運維管理平臺功能模塊。

3.3 數據交互方法

在公共建筑運維管理系統運行過程中，弱電子系統動態數據與系統平臺交互的關鍵是實現弱電子系統與系統平臺物理接口、通信協議與軟件接口的集成?，F階段，公共建筑運維管理系統與弱電子系統集成方式主要以 BIM＋IBMS（基于 BIM 的建筑智能化運維管理系統）作為集成頂端，通過 Webservice、Restful 協議集成 IBMS 的各子系統，包括樓宇自控系統（BAS）、消防報警系統（FAS）、安保自動化系統（SAS）、廣播系統（PAS）、一卡通系統（SCS）、通信網絡系統（CNS）、停車管理系統（PMS）、能耗計量系統（ECMS）、智能照明系統（ILS）、辦公自動化系統（OAS）和資產管理系統 AMS。此時 IBMS 系統通過 Webservice 和 Restful 協議，集成設備管理系統（BMS）、信息管理系統（IMS）和智能建筑模塊（IB）；在 BIM 集成方面，通過 IFC 文件（工業基類文件）解析器讀寫兼容 IFC 標準（工業基類標準）的 BIM 模型；不支持 IFC 標準的 BIM 模型，可通過數據轉換接口，實現信息交換與共享。

4 公共建筑智能化運維管理平臺

綜合以上對智能化運維管理需求、業務流程以及系統數據存儲與交互方法的研究結果，搭建了一套基于 BIM 的智慧運維管理平臺框架，以實現對公共建筑的智慧運維管理。

公共建筑智能化運維管理平臺最頂層的應用平臺以BIM 為載體，將建筑信息聯系在一起，通過數據分析、性能分析與模型分析，實現人、設備和建筑之間的互聯互通。通過 BIM 智能運維管理平臺，重點實現以下功能的實施和功能展示：空間管理、計劃管理、設備管理、公共安全管理和能耗管理等（見表 5）。

表5 公共建筑運維管理平臺功能模塊

5 結語

針對當前公共建筑運維管理智能化和可視化程度低及集成性不夠完善等問題，本文在運維管理需求分析的基礎上，對運維管理業務流程、數據存儲架構與交互方法進行研究，通過橋接建筑信息化模型，融合建筑動態數據與運維業務流程，打通包括物業管理、資產管理、設備設施管理和能源管理在內的管理壁壘，最終搭建了一套公共建筑智能運維管理平臺。本文研究的系統平臺憑借三維化呈現和專業化集成，實現了公共建筑運維管理的智能化，極大地優化了運維管理工作效率。