CIM论文 │ 基于CIM的建筑运维管理平台构建研究

随着城市化建设的不断推进，我国建筑数量和规模持续增加，同时，建筑行业也逐渐向绿色建筑和可持续方向发展，对建筑设备、环境和能源的管理要求更高，建筑内部运维管理的难度增大。加之，传统的运维管理实践存在数据共享、信息集成困难等问题，不少企业的运维流程比较依赖人工处理，设备运行状态不能进行实时跟踪记录，能耗调节也不够灵活，无法满足现代建筑的需求，直接影响到了企业的管理水平和持续发展。《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》中，明确了目前迫切需要加快推动数字建造与新型建筑工业化协同发展，大力发展数字设计、智能生产、智能施工和智慧运维，促进中国建造从价值链中低端向中高端迈进。在此背景下，与先进技术相结合的建筑运维管理成为建筑企业必须关注和投入的领域。CIM技术（City Information Modeling，即城市信息模型）作为BIM+GIS+IOT的有机结合体，具有将静态的建筑物增强为可感知、实时动态的功能，通过建立可视化的数字城市模型和搭建完整性运维管理平台，能够统一整合设备设施全生命周期的数据和信息，实现系统间数据互联互通与统一平台的信息共享，从而有效解决大多数建筑形式的运维瓶颈问题，提供创新性的建筑运维解决方案。因此，将CIM技术与建筑运维管理需求相结合，构建建筑运维管理平台具有必要性。

CIM建筑运维管理平台以BIM信息化模型和GIS地理信息系统为载体，结合建筑的运维管理相关数据，利用大数据、云计算、IOT等数字化技术，融合各项目级平台运维过程中的实时数据以及历史数据，基于统一的数据中心，将各个项目系统数据信息与服务资源进行综合集成，实现人、建筑、设备之间的互联互通。

该系统以数字建筑、物联感知、智慧运营作为主要方向，采用Revit2018作为BIM平台和数据基准格式，Cesium作为GIS平台，在Cesium中加载Revit模型并将地理信息数据与建筑物数据进行交互，实现更精细的数据处理和分析。在Revit API开发环境下利用C#结合Visual Studio.net进行业务逻辑处理的编写。选用PostgreSQL13数据库，其具有高度稳定性和可靠性、丰富的扩展性等特点。系统在设计过程中整体分为四层架构，分别是边缘层、网络层、资源支撑层、业务应用层，实现不同模块之间的数据共享和业务流程的协同工作，总体架构如图1所示。

2.2.1 边缘层

边缘层主要是为满足上层应用构建的物理设备支撑与各类智能化系统支撑，包含物联网与视频流媒体边缘网关。物联网与视频流媒体采集网关主要是基于物联网架构体系及物联网通用MQTT通信协议与视频RTSP实时流传输协议，构建物联网智能数据采集边缘网关与物联网智能视频传输与抽帧网关。将底层各种通信协议的设备基于统一的物联网架构体系全面打通，同时将数据以物联网标准协议向上传输，从而使上层的应用更加标准化，系统之间的融合应用更加连贯顺畅。

2.2.2 网络层

网络层是建立在硬件基础设施之上的软件层次，主要是实现整体网络的物理连通，保障数据信息的安全交换，将建筑内部各能耗、安监、设备管理子系统通过监控识别、定位系统等各种信息传感设备与互联网连接起来，实现原始数据的实时传送和共享，为系统的各个层次提供高质量的数据支持和稳定、高效的网络通信功能。网络层的内容包括通信网、互联网、办公网、物联网、设备网以及各类无线网络的搭建，平台网络机构见图2。

2.2.3 资源支撑层

资源支撑层主要是实现面向智慧建筑的各类基础平台及服务的应用，承担保证数据采集与存储、信息的流转、业务应用的承载、报警的时效性、对外服务的接

口等功能，主要包括：平台基础支撑（私有云端基础资源、物联网基础资源、流媒体及AI服务资源）、中间件服务资源、计算服务资源、大数据服务资源以及数据存储资源（包括私有云数据库RDS、对象存储、时序数据库以及共享数据中心）。

2.2.4 业务应用层

业务应用层主要是在微服务架构体系的基础上构建四大应用平台体系，包括：物联网平台、运维服务管理平台、BIM可视化监管平台以及移动端应用。在此四大平台的基础上构建各类应用，满足实际业务的需求，最终在各类人机交互界面上进行综合展现。具体的展现手段包括：企业、浏览器WEB终端应用。

星河湾中心大厦作为星河湾集团总部，业务涵盖酒店经营、房地产开发等多个领域，对接的项目数量繁多，管理难度高。因此，平台通过标准化接口方案与企业内各项目系统产品供应商的技术相兼容，将所有项目系统属于以及服务进行综合集成，并将企业内部多项目的空间数据、设备资产数据、智能化数据、业务数据等通过接口服务实现场景相融合，形成5D模式（三维模型+时间+空间数据）下的综合管理。对接入本平台的各个建设项目进行技术管理、进度管理、质量管理、安全管理，实现基于工程全寿命周期理论的项目全方位管理，具体功能如图3所示。

将星河湾中心大厦内部和周围的传感器和设备集成到报警管理系统中，包括温度传感器、湿度传感器、烟雾报警器、火灾探测器、门禁系统、安防监控摄像头等，借助云计算技术高效的数据存储和计算服务能力，对数据进行深度处理和分析，判断是否触发报警条件，一旦发生异常情况，如温度过高、湿度过低、烟雾报警等，系统能够及时发出报警信号。处理完报警事件后，系统可提供反馈和闭环管理功能，记录处理过程和结果，对后续类似的报警事件提供参考和改进意见。对接入本平台的各个建设项目报警数据进行解析、统计和数据挖掘，包含报警处理解析、统计图表解析、报警模型查询、报警分部分区解析历史报警等功能。

（1）报警解析：展示以项目为单位的各类报警信息，可以通过报警的状态、类型以及级别对报警列表进行过滤并查看报警详情，可以在弹出的报警详情对

话框中，查看报警工单的派送情况、处理人、处理情况；处理流程中的文字、照片、视频以及报警关闭的时间。

（2）历史报警：查看并追溯历史报警详情，并可按报警次数、级别、分类等进行趋势统计分析，生成报警事件统计图表。统计图表包括每个设备或系统的报警次数、报警级别分布等信息，可以按照日、月、年划分的不同时间维度查看所对应的建筑报警趋势统计情况。

在满足大厦内温度、湿度及空气质量等必要能源消耗的基础上为实现能源最小化管理，平台通过智能电表、电能质量分析仪等传感器，实时获取建筑物电能的用量、质量等数据，对建筑使用能源进行计量、监测、控制和优化，并将数据上传至云端，借助大数据、物联网和智能控制技术得出最优的能源管理方案，实现智能高效能耗管控和节能管理。此外，平台通过对建筑物温度、湿度信息的搜集结果可以及时向调控设备发送指令，监测到能源消耗存在异常的位置并发出警报，加强对建筑物能耗的总体监管。此平台能耗管理系统包含历史用能统计、能流监测、数据报表、碳排放量统计、碳排放量分类、碳减排分析、人流管理数据统计、项目人流展示、人流报警记录等功能。

（1）用能管理：汇总统计各项目系统分项数据，多维度分析各阶段各区域的能耗情况，通过预设不同维度的统计分项，对接项目可采集数据，直观了解不同介质及分项情况下的整体能源消耗情况，提供各类管理节能手段，为企业节能减排提供有效服务，降低企业运维成本。

（2）人流管理：对各时段人流出入数量及趋势进行实时监测和统计分析，结合BIM模型进行各个项目现场人流量情况数据展示，餐厅、电梯等场所支持人员热力可视，出现人员挤压快速预警，了解现场实时发生情况后记录报警信息。

（3）碳排放管理：根据时间区段、区域进行碳排放量数据统计及对比，可以点击BIM模型查看相应空间的碳排放量，系统会根据碳排放数据进行排名。平台内可按年、月、日各维度查看各时段碳排放情况，基于碳排放1-2个周期的统计数据，分析碳排放影响因素，提供针对性的减排对策。

星河湾中心日均人流量巨大，为充分保障人员人身和财产安全，在大厦内部部署安全监控设备，如摄像头、门禁系统、烟雾报警器等，实现对建筑物内部的安全状况进行实时监控和管理，当接受到未授权人员、区域入侵、吸烟等告警事件时，结合三维模型快速定位，自动联动监控，全方位、不间断地保障建筑安全稳定运营，实现了重点区域可视化、整体防护智能化。对接入本平台的各个建设项目的安防信息进行数据采集、展示和数据挖掘，包含设备统计、视频融合、视频重点关注、门禁管理、电子巡更、消防系统应急预案和消防报警等功能。

（1）视频监控：通过安装摄像头对整个建筑范围进行不间断的实时监控，反馈某些重点区域（如室外停车场、公共区域等）的运行状态是否正常，如若发生事故可以结合BIM模型对现场情况进行模拟，方便管理人员做出相应的应急对策。事前发现故障及时预警，事后借助物联网和详细数据追查定位。

（2）门禁管理：依据系统的用户数据库识别相关用户和访客的进出权限，管理人员可以对门禁设备进行远程控制和监控，根据时间范围回溯各项目门禁历史记录；系统自动生成门禁数据的统计报表，如人员进出频率、区域访问记录等，用于安全管理和人员流动分析等工作。

（3）电子巡更：平台通过BIM模型展示各个项目巡更完成情况统计，并通过颜色区分其执行状态，实现对建筑的实时监测；管理人员可随时登陆建筑运维管理平台查询所需时间段的巡更记录，可直接根据巡更时间、巡更人员信息、巡更路线等关键性字段实现快速查询。

（4）消防系统：平台实时监测建筑物内外部的消防设备状态和环境条件，如烟雾、温度、气体等。一旦检测到火灾迹象，系统会触发火警报警装置，根据火警发生位置及严重情况，自动调取该项目已经编制完成的相应应急预案，以快速响应和处置紧急事件，保障人员安全。

星河湾中心建筑内部基础设备设施规模庞大、结构复杂、品牌众多，各系统相对独立，需要投入大量的人力成本对各个系统进行运行维护管理，同时设备往往很难充分利用，运行效率较低。针对这一情况，平台通过总线技术，对多项目设备进行集中监控与数据存储。实时调取各个项目设备当前的实时运行参数和全生命周期数据，实现7*24小时监测预警，将各项目设备结合运行数据进行精细化管理，更加准确地识别设备状态、预测设备健康状况，及时发现和处理问题，从而延长设备寿命，降低维护成本，设备故障诊断与处理流程如图4所示。对接入本平台的多项目BAS系统相关设备进行管理，包含对暖通空调、供配电、给排水、照明系统、电梯系统的实时数据进行统计分析。

（1）暖通空调子系统：暖通空调包括设备统计以及重点设备房等功能。空调设备按照属性、系统、状态进行实时统计分类；提取重点设备房及设备房内相关数据，与BIM模型相结合，帮助管理者直观监测重点信息。

（2）电梯子系统：电梯设备按类型、状态进行实时统计分类。对电梯的日常数据进行统计，包括运行时长、停留时长、使用频率、故障次数、等待时长等，以图表的形式展示电梯大数据，通过界面预警灯颜色变化提示管理人员电梯出现运行故障问题。

在明确建筑运维管理数据库的具体需求和目标后，本平台选用PostgreSQL13数据库，对建筑物的基本信息（如建筑模型、楼层信息、空间设定）、设备设施信息、维修保养记录、运行数据、公司部门、访客信息等根据时间、类别、状态进行记录和存储，在平台的应用程序或后端代码中建立与数据库的连接调用数据库信息，实现数据查询、数据处理、数据更新和数据可视化等功能，为建筑运维管理提供高效的空间数据访问能力和全面可靠的数据支持，对决策和业务流程的支持起到关键作用。

建立BIM和GIS融合的数据标准和规范，确保BIM和GIS之间的数据交换和共享具有一致性和互操作性。利用点云数据，在Revit软件环境中构建建筑物信息模型，将数据转化成IFC标准格式，并将其导入Cesium软件，与GIS无人机倾斜摄影三维空间实景数据结合，在满足建筑运维管理应用的基础上实现BIM模型和GIS地理空间数据的高效集成，实现建筑物的三维空间视角可视化展现。BIM提供了建筑的细节信息和属性数据，而GIS提供了地理位置信息和空间分析能力，通过BIM与GIS转化系统将建筑物的位置、周边环境、路径分析等信息与BIM模型结合，能够对多维度数据进行管理和分析，从而更全面、准确地了解建筑的状态和运行情况。

以星河湾中心项目为例，开发星河湾中心APP，使用方有物业管理人员、集团办公人员、租户办公人员，不同人员通过指定账号登录APP查看和操作分配。将平台功能与手机设备的特性和功能相结合，实现更多的功能扩展，星河湾中心APP具有设备监管、访客申请、货物放行、会议预约等功能，根据平台的API接口或数据源，实现与平台的数据交互，包括数据查询、操作、更新等功能的调用和展示，提供实时的数据更新和通知，便于管理人员及时地获取重要信息、处理工作任务和作出决策，提升工作效率与灵活性。

本文基于CIM技术，为解决建筑运维数据断层、信息集成困难等问题，构建了建筑运维管理平台。平台开发的主要功能对于增强建筑物的安全性能、高效管理建筑设施、节源降耗及提高系统运行效率等方面具有重要意义。通过建筑数字模型的直观可视和各运维子系统的智能协同运行，该平台能够实现静态动态信息相结合的数字化呈现，提高建筑运维阶段的整体监测与控制能力，降低建筑运营维护成本，为建筑行业的数字化转型和智能化升级提供了必要的支持和发展方向。