BIM+物联网技术融合的水务运维管理应用研究_黄俊琛.pdf

收稿日期:2022 09 02BIM+物联网技术融合的水务运维管理应用研究黄俊琛(福建省水利投资开发集团有限公司，福建 福州350000)摘要:该文针对传统水务运维管理存在的信息分散、协同性差和效率低下等问题，融合应用BIM+物联网技术，建立基于 BIM+物联网的运维信息数据集成方式及协同工作机制、流程，实时采集、展现水厂生产各环节监测数据和运行状态，集成可视化、数模联动的运维培训及在线巡检平台，形成一套标准化、集约化、智能化和可视化的运维管理模式。试点项目应用结果表明，该技术能保障水厂安全监测运行，实现智慧运维管理，提高管理效率，应用前景良好。关键词:BIM;物联网;水务运维管理中图分类号:TU991文献标识码:B文章编号:1002 3011(2023)01 0026 03引言BIM 技术由 Autodesk 公司于2002 年提出，主要用于建筑行业。国内 BIM 技术于 2013 年进入一个快速发展时期，在建筑领域设计、招投标、施工阶段取得较成熟的应用1。随着 BIM 技术的不断发展及物联网、大数据、5G 和云计算等新一代信息技术的到来，建筑领域逐步形成“BIM+物联网”“BIM+GIS”“BIM+平台”的发展趋势，并发挥着重要作用。这些技术目前在项目运维管理方面特别是水务运维管理方面应用还较少。1传统水务运维管理存在问题及解决方案传统水务运维管理中，项目设计阶段、施工阶段和运维阶段的信息数据主要依靠各阶段管理人员人工采集、处理，工作相对独立，信息数据没有集成、统一和共享，缺乏一个快速、便捷、可视化的信息映射平台，不能满足多方协同管理需求;厂区设备运行状态没有实时监测和预警，运维人员不能及时发现、识别、定位功能障碍部位2，维护过程无法快速调用所需的基础资料和实时运行状态，需从其他监控系统和设备文档资料获取，与现场关联性差，影响了运维的及时性、准确性和高效性。项目建成后的运维阶段是项目生命周期最长的应用阶段，是维持项目回收投资和取得效益的重要阶段3。将 BIM 与物联网技术融合应用于水务运维阶段，可有效解决水务运维管理信息分散、协同性差和效率低下等问题，为该阶段产生更持久的价值。基于 BIM 与物联网等新一代信息技术融合的业务场景，实现从设计到建造到运维的基于数据驱动的全生命周期管理已成为未来水务行业发展的必然趋势。2BIM+物联网关键技术要点BIM+物联网平台开发的总体思路是基于统一的技术架构、标准与环境，扩充、完善与开发建设信息服务资源，整合数据资源和应用系统，面向各类应用系统提供基础服务和通用的应用服务支持，实现信息与服务资源共享和业务协同。平台架构自下而上包括感知层、网络层、数据层、应用层、网关层和展示层，如图 1 所示。图 1BIM+物联网平台总体架构(1)BIM 建模技术。BIM 的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含非构件对象(如空间、622023 年第 1 期水 利 科 技运动行为)的状态信息4。(2)物联网技术。物联网是指无处不在的末端设备和设施，包括传感器、移动终端、家庭智能设施和视频监控系统等，通过各种无线或有线、短距离或长距离的通讯网络建立互联互通关系，在内网、专网或互联网公网环境下，采用合适的安全保障机制，提供安全可控及个性化的实时在线监控、定位追溯、报警联动、调度指挥、远程控制等管理和服务功能，实现对万物的管理和控制5。(3)大数据分布式技术。该技术主要用于支撑海量数据的采集、存储和计算，提升平台的大数据处理能力。不同类型的海量数据存储采用混搭的数据架构支持，包括通过关系型数据、内存数据库、NoSQL 数据库实现不同的业务数据处理，提供结构化和非结构化的海量数据存储及处理能力。3案例分析3.1案例背景试点项目沙县城南水厂总投资 1.92 亿元，建设用地 5.78 万 m2，设计日供水规模 15 万 t，一期实施日供水规模 7.5 万 t，建设内容包括絮凝沉淀池、V 型滤池及反冲洗泵房、综合加药间、综合楼等配套安装工程以及道路、园林景观绿化等附属设施工程。项目于 2019 年 12 月 8 日竣工投产。3.2平台部署(1)基础平台部署搭建。基础平台设在云端，采用 B/S 架构，支持 IE11、Opera、Chrome、Fire-fox、Safari、Edge 等主流浏览器访问，具备 BIM 模型展示浏览和文档资料管理等功能，支持 BIM 模型轻量化后的缩放、剖切、平移、旋转、隐藏、标注、测量、着色、路径漫游、漫游路径录制和播放、构件属性查看和添加等模型浏览操作功能。(2)BIM 建模。制订企业级 BIM 模型交付标准，内容包括 BIM 模型深度规定(几何深度、信息深度)、构件命名规定、模型拆分原则、文件目录结构规定和模型色彩规定等。根据该标准，结合沙县城南水厂总平面图、构筑物平面图、现场踏勘及影像采集，分族分区域建模，建模精度要求为LOD400 LOD500，整体厂区模型见图 2。(3)BIM 信息数据集成。以 BIM 模型为载体集成各种零碎、分散、割裂的信息数据，将设施设备的相关资料，如厂家信息、巡检计划、维保计划、保图 2整体厂区模型养日志和进场验收报告等信息直接录入模型或通过网络数据库形式与模型链接，让信息与设备形成直接的强相关性。所有数据和信息均可精确地从模型中快速直接调用6。(4)物联网监测数据接口挂接及联调。通过物联网监测数据接口开发，将水厂物联网设备实时数据与 BIM 模型挂接，获取实时监测数据，如水质、流量、压力和水位等，将数据映射到厂区模型设备对应的具体位置，实现生产和运行监控等各类设备运行态势的感知与可视化展示，如图 3 所示。支持三维模型构件与物联网监测数据进行标注绑定操作，用户可自主在平台模型操作界面选择模型中的监测点位所对应的模型构件进行数据绑定，展示多维实时动态数据。3.3应用集成(1)BIM+物联网运维培训应用。基于 BIM 模型的可视化 3D 空间展现能力，通过物联网感知技术搭建虚拟与真实连接的桥梁，借助 MR 混合现实技术将虚拟三维场景真实呈现在运维培训学员面前。运维培训学员通过佩戴 MR 眼镜设备，可对比虚拟模型和实际场景，省略由二维图纸等文档资料转换为三维空间设备模型的思维理解过程7，身临其境查看设备工艺流程和内部细节，沉浸式进入整个厂区虚拟漫游，像真实进入实际场景一般进行交互。(2)BIM+物联网在线巡检应用。基于 BIM+物联网技术为运维人员提供三维场景漫游功能，实现水厂在线巡检:运维人员可自定义漫游路径，也可通过三维场景控件提供的罗盘或键盘快捷键以第一人称视角不受限制地漫游，对水厂 BIM 模型进行浏览、属性查看、剖切、测量和过滤等操作，熟练检查水厂各构筑物、设备实时监测数据和运行状态，通过漫游路径录制功能录制巡检漫游路径记录。(3)BIM+物联网管理驾驶舱大屏应用。以页面集成方式将 BIM+物联网技术融合应用平台嵌入数字水务一体化平台的驾驶舱大屏，建立数据应用72水 利 科 技2023 年第 1 期图 3监测数据挂接示例场景，汇总各项管理指标数据，充分融合三维场景、图形、数据和表格等方式直观、形象、具体地表达水厂生产运营指标的运行状态及趋势，形成驾驶舱数据看板的数字化解读;与 BIM 模型联动，形成可视化管理，实现一个模型观全态，全局把控。3.4应用流程以在线巡检(流程见图 4)应用为例:巡检人员通过在线巡检平台进行巡检管理，通过移动端应用，采取拍照上传+文字方式记录发现的问题，基于 BIM 模型创建运维工单流程，并关联到 BIM 模型相应部位和构件;平台主动推送信息至维修人员;维修人员通过调用可视化 BIM 模型，迅速定位和查看设备信息，方便开展进一步维修保养工作。图 4在线巡检流程4结语传统水务运维管理存在信息分散、协同性差和效率低下等问题，通过引入 BIM+物联网技术，融合应用于沙县城南水厂运维管理，建立基于 BIM+物联网的运维信息数据集成方式、运维管理模式及协同工作机制、流程，为水厂后续扩容改造、生产经营、运维管理和人员培训等工作提供有力支撑。实践证明，该技术能保障水厂安全监测运行，实现智慧运维管理，提高管理效率，具有良好的推广应用前景。目前，该技术应用在数据自动预警、数据智能化分析等方面还有所欠缺，有待进一步深化研究，选择具备条件的水务项目继续开展试点，深度挖掘BIM+应用价值。参考文献 1 庄运超.基于 BIM 及物联网技术的建筑机电设备运维管理平台研究 J.中国设备工程，2019(21):32 33.2 王羡，王荣幸，陶婷.“BIM+”技术在水利工程运营阶段分析与应用 J.黑龙江水利科技，2021，49(2):187 190.3 訾妍，谢强，钟炜.BIM 技术在建筑运维管理中的应用研究 J.智能建筑与智慧城市，2022(6):12 14.4 柴亚军.BIM 在建筑设计施工管理一体化中的应用与展望 J.智能城市，2019，5(23):109110.5 王云汉.物联网技术在楼宇智能化系统中的应用 J.惠州学院学报(自然科学版)，2010，30(6):77 81.6 胡北.基于 BIM 核心的物联网技术在运维阶段的应用 J.四川建筑，2016，36(6):89 91.7 李铁纯.BIM 技术在建筑设备运维管理中的应用研究 D.北京:北京建筑大学，2017.作者简介:黄俊琛(1990 )，男，福建泉州人，工程师，从事水利工程建设与运行管理工作。822023 年第 1 期水 利 科 技