建筑數(shù)據(jù)云端化是當前發(fā)展的趨勢， 隨著建筑信息模型 （ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，BIM） 技術(shù)的發(fā)展與變革，建筑的靜態(tài)數(shù)據(jù)云端化已經(jīng)得到了很好的解決， 但建筑運維產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)的存儲和管理并沒有得到更好的解決，對靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)的實時交互也是亟待解決的難題，使得建筑運維的管理工作缺乏直觀性、便捷性和高效性。針對大量設(shè)備對象的提供廠家不盡相同， 導(dǎo)致傳輸?shù)膮f(xié)議差異，要如何把不同格式的動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫四兀?數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫撕笤谌S的建筑物中以什么形式來展示建 筑的動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)呢？ 這些問題都需要去突破。面對實時產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)的存儲、管理和分析問題， 當前正在不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) （IOT）、云計算和云平臺技術(shù)可以為解決上述問題提供很好的技術(shù)方法， 并能為建筑數(shù)據(jù)的管理提供新的機遇。該研究結(jié)合全生命周期的 BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)以及基于 ＷｅｂＧＬ 的三維可視化技術(shù)，致力于解決設(shè)備管理中海量多樣化數(shù)據(jù)的存儲和交互，實現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場的可視化操作和云管控， 為高效智能的設(shè)備管控服務(wù)。

１ 當前設(shè)備管理面臨的問題

１．１ 數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、存儲分散、不完整

一個 “數(shù)字化建筑物” 包含建筑全生命周期的所有實體信息、屬性信息和運維數(shù)據(jù)信息， 尤其是運維過程中設(shè)備產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)據(jù)是多源異構(gòu)的。傳統(tǒng)上整個建筑的管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集往往都是階段性收集的， 最終數(shù)據(jù)紀錄和存儲是分散雜亂的， 對于建筑設(shè)備的數(shù)據(jù)復(fù)用率極低， 使得這些數(shù)據(jù)失去了它們潛在的價值。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下設(shè)備數(shù)據(jù)涉及傳感器、ＲＦＩＤ 讀取器和其它設(shè)備快速生成的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量龐大、快速增加、數(shù)據(jù)多源異構(gòu)， 因此用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲解決方案不僅必須能夠有效地存儲海量數(shù)據(jù)，必須支持水平縮放， 以高吞吐量處理數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)存儲組件還必須具有處理異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的能力。

１．２ 數(shù)據(jù)信息不友好、不直觀、缺乏交互性

當前很多設(shè)備管理場景中仍都是依靠中控室平面圖和數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面的方式， 對于現(xiàn)場設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)時常獲取不及時，有些設(shè)備狀態(tài)與參數(shù)仍要靠工作人員現(xiàn)場 檢查和采取，且對于中控室搜集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)往往都是 通過工藝平面圖、表格的方式展現(xiàn)的， 這樣的方式不直觀， 對于迫切需要檢查的參數(shù)不能及時獲取， 不熟悉業(yè)務(wù)的工作人員難度就更加大了。另外， 狀態(tài)數(shù)據(jù)僅僅展示， 并沒有做到實用性的交互利用。

１．３ 對技術(shù)人員的依賴性高

一方面，一些設(shè)備現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)還需要運維人員間斷期的到現(xiàn)場進行檢查和收集， 這種方式對管理人員的要求高，無形中增加了人力成本。另一方面， 對于一些比較簡單的或者流程化的維護維修工作都需要依靠經(jīng)驗豐富的老師傅，當在設(shè)備維修任務(wù)中， 遇到技術(shù)難點對老師傅的依賴性比較大， 有時候某些數(shù)據(jù)的資料和設(shè)備狀況也只有少數(shù)的人員掌握， 這些狀況都是對技術(shù)人員高依賴性的集中表現(xiàn)。

１．４ 數(shù)據(jù)處理不及時、準確性低、實時性差

對于運維工作場景的數(shù)據(jù)都是運維工作人員從具體的工作場景下記錄的， 如維護維修記錄等， 但是這些記錄都是紙質(zhì)化或者存儲在表格中， 記錄的這些數(shù)據(jù)往往得不到及時的處理， 實時性差， 查找起來也不方便， 有時工作人員的遺漏、書寫模糊都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準確。

針對以上提出的問題， 首先提出了一個基于IOT 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲框架， 為了存儲和管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)， 構(gòu)建了基于組合多個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫管理模型， 還構(gòu)建了一個文件存儲庫來實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的版本管理。同時， 針對云平臺如何使得 BIM 數(shù)據(jù)和設(shè)備動態(tài)數(shù)據(jù)進行交互做了詳細的交互設(shè)計。最后針對一個實際的水庫泵房開發(fā)了基于所提出的框架和交互設(shè)計方法的原型系統(tǒng)來說明框架的有效性。

２ 系統(tǒng)整體架構(gòu)

該文針對提出的基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲框架， 以實際的生產(chǎn)項目水廠泵房為案例， 從數(shù)據(jù)存儲和實時交互的性能上，都充分驗證了提出方法的實用性和價值所在， 整體技術(shù)架構(gòu)如圖１所示。

圖１ 技術(shù)架構(gòu)

３ 技術(shù)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

３．１ 基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲框架

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)存儲方面仍然很突出， 但它們很難在大數(shù)據(jù)環(huán)境中提供足夠的性能。作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的補充，那些能夠在分布式環(huán)境中有效處理海量數(shù)據(jù)的工具，如 Ｈａｄｏｏｐ和 ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫， 正在引起越來越多的關(guān)注。ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫提供了關(guān)系數(shù)據(jù)庫無法提供的一系列功能，例如水平可伸縮性， 內(nèi)存和分布式索引， 動態(tài)修改數(shù)據(jù)模式等。Ｈａｄｏｏｐ 是 Ｇｏｏｇｌｅ Ｍａｐ Ｒｅｄｕｃｅ 的開源實現(xiàn)，它支持 ＭａｐＲｅｄｕｃｅ以高性能處理海量數(shù)據(jù)。許多學者已經(jīng)開展了結(jié)合 ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫和 Ｈａｄｏｏｐ文件庫處理數(shù)據(jù)的研究，并開發(fā)了一個結(jié)合 Ｈａｄｏｏｐ 和并行數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)，它允許統(tǒng)一訪問和管理。還提出了一個框架， 允許開發(fā)人員使用結(jié)構(gòu)化查詢語言 （ＳＱＬ） 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫和 ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫上運行。本文提出的基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲框架，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。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可以從許多不同的來源收集， 并由各種結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組成， 數(shù)據(jù)存儲組件具有

處理異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的能力。為了存儲和管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，構(gòu)建了基于組合多個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫管理模型， 還構(gòu)建了一個文件存儲庫 Ｈａｄｏｏｐ來實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的版本管理。此外，基于數(shù)據(jù)庫管理模型和文件庫， 提出了一種 ＲＥＳＴ－ ｆｕｌ服務(wù)生成機制，為訪問基于框架存儲的數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序提供 ＡＰＩ接口。提出的存儲框架結(jié)構(gòu)如圖２所示。

圖２ 數(shù)據(jù)的存儲架構(gòu)

其中，數(shù)據(jù)存儲框架由以下幾個模塊組成：

（１） 文件存儲庫：文件存儲庫使用ｈａｄｏｏｐ 分布式文件系統(tǒng) （ＨＤＦＳ） 在分布式環(huán)境中存儲非結(jié)構(gòu)化文件。物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備生成的數(shù)據(jù)只有在可以識別的情況下才有價值。對于物聯(lián)網(wǎng)中生成的數(shù)據(jù)， 本文方法是使用設(shè)備數(shù)據(jù)的生成時間戳和設(shè)備編碼ＩＤ 來識別設(shè)備一次生成的數(shù)據(jù)， 將時間戳和ＩＤ 號存儲在相應(yīng)的文件名中；

（２） 數(shù)據(jù)庫模塊： 數(shù)據(jù)庫模塊組合了多個數(shù)據(jù)庫， 并使用 ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫來管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。該模塊還為多個數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一的 ＡＰＩ和對象實體映射， 以隱藏它們在實現(xiàn)和接口方面的差異， 從而簡化數(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。數(shù)據(jù)庫管理的關(guān)鍵任務(wù)是組合多個數(shù)據(jù)庫并統(tǒng)一訪問接口。對象實體映射和查詢自適應(yīng)是此模型中使用的主要方法；

（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。因此， 可以基于用戶要求來配置數(shù)據(jù)資源和相關(guān)服務(wù)。此模塊涉及用戶配置、配置服務(wù)接口、元模型和配置策略；

（４） 服務(wù)模塊：服務(wù)模塊用于自動生成 ＲＥＳＴｆｕｌ服務(wù)。

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)實體和文件， 最后生成相應(yīng)的 ＲＥＳＴｆｕｌ服務(wù)。ＲＥＳＴｆｕｌ服務(wù)作為具有唯一 ＵＲＩ的公開資源，可以通過 ＨＴＴＰ 請求進行操作。統(tǒng)一接口使資源可以被不同平臺上的客戶端訪問。復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過程可以通過面向資源的服務(wù)組合來實現(xiàn)。通常，４ 種類型的ＨＴＴＰ 請求被映射到４ 種類型的操作： “ＧＥＴ” 映射檢索， “ＰＯＳＴ” 映射創(chuàng)建，“ＰＵＴ” 映射更新和 “ＤＥＬＥＴＥ” 映射刪除。因此，本文根據(jù)映射構(gòu)建服務(wù)方法， 并將 ＨＴＴＰ 請求轉(zhuǎn)換為資源上的操作。

３．２ 基于 BIM 與IOT 的設(shè)備管理平臺

本研究要實現(xiàn)樓宇設(shè)備的高效管理，BIM 技術(shù)是實現(xiàn)設(shè)備管理的核心， 針對設(shè)備運維過程中數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、量大冗雜且實時動態(tài)性等特點， 本文在盈嘉互聯(lián) “ＢＯＳ 建筑運維云” 的數(shù)字化運維服務(wù)平臺基礎(chǔ)上進行了針對性的軟件開發(fā)，開發(fā)平臺的系統(tǒng)架構(gòu)如圖３所示。

圖３ 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)自下而上分數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層、傳輸層和應(yīng)用層。最底層的數(shù)據(jù)庫由 BIM 數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)組成。模型數(shù)據(jù)即建筑的 BIM 數(shù)據(jù)庫， 包含建筑的實體、施工、交付文檔、模型、圖紙、材質(zhì)、屬性、關(guān)聯(lián)、設(shè)備、空間信息等等； 運維數(shù)據(jù)主要指日常運維產(chǎn)生的維護維修紀錄信息、預(yù)警報警信息； 實時數(shù)據(jù)即設(shè)備在運行過程中的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)和報警狀態(tài)信息。服務(wù)層基于表現(xiàn)層狀態(tài)轉(zhuǎn)移 （ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎａｌｓｔａｔｅｔｒａｎｓｆｅｒ，ＲＥＳＴ） 服務(wù)搭建，解決了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)反應(yīng)滯后、交互方式不直觀、渲染

效果差等問題，而輕量級的 ＲＥＳＴ 調(diào)用服務(wù)具有易開發(fā)和維護等優(yōu)點。業(yè)務(wù)層根據(jù)運維管理的功能需求設(shè)計， 主要的業(yè)務(wù)功能管理對象有設(shè)備信息集成、模型可視化、維護維修、預(yù)警報警和人員管理， 該層功能管理對象也可根據(jù)實際情況做相應(yīng)的修改和擴展。傳輸層通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)實現(xiàn)應(yīng)用層與底層數(shù)據(jù)的交換和信息處理。應(yīng)用層支持電腦端和移動端應(yīng)用程序等多種方式， 運維人員通過應(yīng)用層登入該系統(tǒng)平臺實現(xiàn)運維管理。

該平臺應(yīng)用前文提出的基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲框架， 該存儲框架不僅支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)用， 同時也保證了數(shù)據(jù)處理時的高吞吐量， 確保平臺數(shù)據(jù)的快速查詢和展示。

BIM 數(shù)據(jù)通過 BIM 建模軟件 Ｒｅｖｉｔ中的開放數(shù)據(jù)庫互連功能 （ｏｐｅｎｄａｔａｂａｓｅｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ） 導(dǎo)出。設(shè)備運行動態(tài)數(shù)據(jù)通過 ＯＰＣＳＥＲＶＥＲ 接口與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)連接，根據(jù)第三范式－３ＮＦ 方法判斷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型， 把數(shù)據(jù)分類存儲到文件存儲庫和數(shù)據(jù)庫模塊［９］。將這些信息與設(shè)備靜態(tài)信息相關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息與建筑空間信息之間的交互， 點擊相應(yīng)設(shè)備就可以查看與之關(guān)聯(lián)的靜動態(tài)信息。其中平臺數(shù)據(jù)的傳輸過程如圖４所示。

圖４ 平臺數(shù)據(jù)的處理過程

３．３ BIM 模三維可視化技術(shù)

工業(yè)基礎(chǔ)類標準 （ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｌａｓｓ，ＩＦＣ） 是 BIM 領(lǐng)域開放的國際標準，由國際協(xié)同聯(lián)盟 （ＩＡＩ， 現(xiàn)名為 ＢｕｉｌｄｉｎｇＳＭＡＲＴ 聯(lián)盟） 建立用來作為共享和交換建筑全生命周期信息的載體， 具有較為完善的信息分類和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠為眾多 BIM 軟件間的數(shù)據(jù)交換和跨平臺信息共享提供統(tǒng)一規(guī)范。

BIM 模型的三維可視化通過將ＩＦＣ （ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｌａｓｓｅｓ）格式的模型文件上傳到 BIM Ｓｅｒｖｅｒ服務(wù)器中，服務(wù)器先把ＩＦＣ 文件解析成三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，然后通過統(tǒng)一的 ＡＰＩ接口鏈接設(shè)備模型數(shù)據(jù)和運維數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)網(wǎng)頁圖形庫（ｗｅｂ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｌｉｂｒａｒｙ，ＷｅｂＧＬ）下的建筑模型三維可視化瀏覽，某泵房現(xiàn)場監(jiān)測的三維可視化效果如圖５所示。

圖５ 某泵房現(xiàn)場監(jiān)測可視化效果

３．４ 靜動態(tài)數(shù)據(jù)交互

本研究基于 BIM 與IOT 的設(shè)備管理平臺支持以下實時交互方法， 即： ① 模型可視化瀏覽和信息集成化管理；②設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)實時顯示； ③ 設(shè)備維護維修管理； ④ 設(shè)備預(yù)警報警管理；⑤多方用戶線上交互。

３．４．１ 模型可視化瀏覽和信息集成化管理

平臺中存儲了建筑的 BIM 模型， 在云端可以直接打開存儲在平臺上的模型ＩＦＣ 文件， 后臺解析后渲染出建筑設(shè)備的三維模型， 渲染結(jié)果不僅可以瀏覽設(shè)備的三維模型， 同時模型中也存儲了建筑以及設(shè)備全生命周期的信息， 支持建筑的實體、施工、模型、材質(zhì)、屬性、關(guān)聯(lián)、設(shè)備、空間、資產(chǎn)、人員等靜態(tài)信息和設(shè)備運維過程中產(chǎn)生的巡 檢、維護、維修紀錄等信息的查看。平臺集成了建筑全生 命周期的所有信息， 高質(zhì)量地確保了信息的完整性， 并且這些信息可以得到有效的復(fù)用，查找起來快速便捷。

３．４．２ 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)實時顯示

傳統(tǒng)上 BIM 設(shè)備管理僅支持在三維模型中查看建筑和設(shè)備的靜態(tài)屬性信息以及設(shè)備運維紀錄， 并不支持在 BIM模型中直觀地查看設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)。本研究中提出的基于IOT 的存儲框架解決了數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的問題， 同時支持大量數(shù)據(jù)的高吞吐量處理和水平縮放。首先根據(jù)住建部批準的自２０１８ 年５ 月１ 日起實施的國家標準 ＧＢ／Ｔ５１２６９－ ２０１７ 《建筑信息模型分類和編碼標準》對設(shè)備進行編碼，設(shè)備編碼ＩＤ 主要由表代碼、大類代碼、中類代碼、小類代碼和細類代碼５ 個部分組成， 每個部分由兩位數(shù)字生成。設(shè)備編碼的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖６所示。

圖６ 設(shè)備編碼的結(jié)構(gòu)

單體設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)編碼 （ＳＩＤ） 由設(shè)備編碼 （ＩＤ）和接受到數(shù)據(jù)的時間戳 （ＴＳ） 組成，即ＳＩＤ ＝ＩＤ ＋ＴＳ （１）這樣，設(shè)備模型與靜態(tài)信息和設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)就可以根據(jù)編好的ＩＤ 和ＳＩＤ 相互映射， 進而做到 BIM 數(shù)據(jù)庫與運維數(shù)據(jù)庫和設(shè)備實時狀態(tài)數(shù)據(jù)的映射， 平臺中渲染設(shè)備模型的同時通過關(guān)聯(lián)設(shè)備的ＩＤ 和ＳＩＤ 關(guān)聯(lián)映射， 靈活應(yīng)用 ＡＰＩ接口調(diào)取設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)到模型中的設(shè)備上顯示，這樣就可以在模型中實時查看該設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)。

通過查看設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)， 既是管理方式上的一次技術(shù)性變革，同時也對設(shè)備的運行情況做到了更加及時和精確的掌控和應(yīng)變。其中， 設(shè)備信息和設(shè)備狀態(tài)信息的對象實體 （ＯＲ） 映射關(guān)系圖如圖７所示。

圖７ 設(shè)備數(shù)據(jù) ＯＲ 映射關(guān)系

３．４．３ 設(shè)備維護維修管理

運維人員在運維工作中需要定期對設(shè)備進行維護保養(yǎng)， 對于報修或者報廢的設(shè)備需要如期維修和更換， 然而， 這些設(shè)備的維護保養(yǎng)情況記錄和維修詳情對于設(shè)備的長期穩(wěn) 定運行都是有著重大參考作用的。運維人員可以直接在平 臺上增添設(shè)備維護維修記錄， 記錄設(shè)備損壞的緣故和維修進度信息，通過程序化與系統(tǒng)化的信息統(tǒng)計， 平臺上可以查看目標設(shè)備的維護維修歷史記錄。同時， 工作人員可以通過平臺發(fā)起設(shè)備維修的派工任務(wù)， 維修人員接受派工單后可在平臺快速定位目標設(shè)備位置并查看對應(yīng)設(shè)備的詳細 信息，這些服務(wù)為維修人員大幅度減少了維修時間， 縮短了設(shè)備故障停工周期， 提高了生產(chǎn)效率。技術(shù)層面上， 當工作人員需要查看一些設(shè)備的屬性信息或者設(shè)備安裝信息、使用手冊等信息， 在該平臺都可以輕松查到， 降低對特定工作人員的技術(shù)依賴。

３．４．４ 設(shè)備預(yù)警報警管理

對平臺中紀錄的設(shè)備維護維修紀錄， 經(jīng)過數(shù)據(jù)化的分析和整合可以對設(shè)備做一些預(yù)期管理。如對于易壞、高頻率故障、敏感且關(guān)鍵、到期的設(shè)備設(shè)置一些報警閾值，當設(shè)備狀態(tài)達到這個閾值， 平臺就給前端管理界面或模型中發(fā)送預(yù)警信息， 提醒運維人員及時處理， 如此就避免了設(shè)備高頻故障、損壞， 減少了設(shè)備損壞停工占用周期， 提高生產(chǎn)效率的同時也延長了設(shè)備的使用壽命， 一定程度上節(jié)約了設(shè)備管理成本。為了快捷處理警情， 可根據(jù)警情的緊急程度把警情分多等級管理， 如把設(shè)備報警分為 Ａ，Ｂ， Ｃ 這３個等級。

３．４．５ 多方用戶線上交互

該設(shè)備運維管理平臺為運維多方專業(yè)人員提供一個線上溝通協(xié)作的協(xié)同環(huán)境， 打通各項專業(yè)壁壘， 促使多方專業(yè)人員高效開展工作， 減少問題解決的占用時間。如當維修人員在設(shè)備維修時， 遇到暖通管道方面的問題， 一方面可以直接在模型中直觀瀏覽管道的整體三維架構(gòu)， 另一方面可以在平臺中發(fā)起一個 “多人討論” 回話， 這樣多方專業(yè)人員就可以一同在該回話中一起交流討論， 使得問題盡快解決。

４ 設(shè)備運維管理平臺實現(xiàn)與應(yīng)用

４．１ 平臺搭建

為了體現(xiàn)提出的交互方法的實用性和高效性， 本章節(jié)以北京市某一凈水廠的泵房為設(shè)備運維管理對象， 根據(jù)BIM 的特性進行二次開發(fā)， 設(shè)計了面向配水泵房的設(shè)備運維管理平臺。該泵房建筑總面積為３４９９．２ｍ２ ，建筑占地面積１１６６．４ ｍ２ ，地下一層，地上一層，一共包含８個水泵體系，泵房現(xiàn)場如圖８ 所示。泵房內(nèi)設(shè)備管理對象繁多且系統(tǒng)復(fù)雜、監(jiān)控的設(shè)備參數(shù)龐大、實時性要求又高， 在管理大量設(shè)備對象中面臨著巨大的挑戰(zhàn)。基于 BIM 技術(shù)的泵房管理模型充分整合泵房設(shè)備的各種信息， 同時把設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)和運維數(shù)據(jù)集成在 BIM 模型中。通過平臺信息高度集成化、協(xié)同性和完整性可實現(xiàn)運維管理過程中的信息高效流通、實時交互和資源共享。

圖８ 泵房現(xiàn)場

４．２ 交互方法展示

泵房設(shè)備管理平臺包含以下主要應(yīng)用模塊： 綜合監(jiān)控管理界面、資產(chǎn)管理、運維管理、可視化管理、用戶管 理、系統(tǒng)管理。平臺登錄后首先是一個泵房的綜合監(jiān)控管 理界面， 如圖９ 所示， 綜合展示泵房的基本信息， 資產(chǎn)信息， 設(shè)備核心狀態(tài)信息， 水質(zhì)參數(shù)、溫濕度信息、巡檢、報警和預(yù)警信息。通過綜合界面可進入各板塊的詳細信 息頁面。

單擊綜合界面中的 “控制臺” 按鈕， 即可進入控制臺界面，該頁面展示泵房內(nèi)所有資產(chǎn)設(shè)備信息和關(guān)聯(lián)文件信息，包括資產(chǎn)設(shè)備的ＩＤ、名稱、維修記錄、圖紙、安裝手冊、使用手冊、經(jīng)驗分享等信息， 其中屬性信息和關(guān)聯(lián)信息匹配選中的資產(chǎn)設(shè)備。設(shè)備的維護維修的詳細信息點擊 “明細” 按鈕即可瀏覽詳細的維護維修信息內(nèi)容。

同時支持點擊 “維修統(tǒng)計表” 查看整體設(shè)備的維修統(tǒng)計情況，做到宏觀把控， 及時解決問題的效果。點擊 “三維模型” 即可進入到泵房的三維可視化模型如圖１０所示。

圖９ 綜合監(jiān)控管理界面

圖１０ 泵房的三維可視化模型

４．３ 數(shù)據(jù)交互方案

具體的模型展示方案包含： 水泵上方顯示水泵壓力表的參數(shù)值、以及真空泵的參數(shù)值、水泵溫度值、轉(zhuǎn)速、開關(guān)狀態(tài)。水泵右邊為供水管道 （進水）， 管道上智能顯示供水流量、濁度、余氯、電導(dǎo)率、ｐＨ 參數(shù)信息。水泵上邊為回水管道 （出水），管道上顯示回水流量及水質(zhì)參數(shù)信息。

左側(cè)配電機的上側(cè)顯示電機的運行狀態(tài)和溫度信息、電機 的油量儲備信息， 仿照電池剩余百分比顯示油量的剩余情況。單擊水泵可查看水泵的屬性信息， 其中包括水泵型號、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑、配用功率、流量、揚程、設(shè)備編碼、汽 濁余量、產(chǎn)品標準、出廠編號、廠家等信息。

在三維模型場景中支持設(shè)備構(gòu)件的檢索、伸縮瀏覽、快速查看警情信息、折線圖顯示設(shè)備運行情況、查看資產(chǎn) 列表功能。其中， 如設(shè)備周期運行的參數(shù)紀錄圖表、設(shè)備月周期的保養(yǎng)、維修維護紀錄等， 利用這些歷史紀錄信息和統(tǒng)計圖表可用于對設(shè)備進一步管理作出明智和預(yù)測性的 決策。同時， 在 “操作修改” 界面支持對設(shè)備信息的修改和增刪。

４．４ 場景交互方案

現(xiàn)階段下維護人員進行維護作業(yè)如對泵體的進出水口 壓力、電機箱的發(fā)熱程度、油量剩余情況等都需要在設(shè)備 現(xiàn)場進行一一針對性監(jiān)測和核實， 而該平臺可以實現(xiàn)在泵房模型中進行三維現(xiàn)場漫游實時的監(jiān)看， 對于泵房全局的情況更加明朗和直觀， 相對于前者的管理方式就更加先進和高效。現(xiàn)場的漫游圖見上文的圖５ 所示。維修人員也可以根據(jù)模型快速定位目標設(shè)備的位置， 并快速檢索設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。當維修人員遇到技術(shù)難題， 可以通過該平臺協(xié)同各專業(yè)維護人員進行技術(shù)探討和交流， 從而更加快捷地找出問題并解決問題。另外， 該平臺也是一個可以讓新員工快速全面熟悉該泵房整體運維情況的智能工具。通 過三維瀏覽該泵房的所有場景和每一個工作流程， 如水泵、電機、管道走向、清水池水位等等， 對于新員工熟悉和掌握具體工作業(yè)務(wù)起到了事半功倍的效果。

該平臺結(jié)合全生命周期的 BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)以及基于 ＷｅｂＧＬ 的三維可視化技術(shù)實現(xiàn)對泵房設(shè)備現(xiàn)場和設(shè)備實時狀態(tài)數(shù)據(jù)三維可視化方式的管控， 實現(xiàn)了 BIM 模型與設(shè)備實時狀態(tài)數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)之間的互聯(lián)互通和友好交互。

５ 結(jié)束語

本文主要著眼于當前 BIM 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用， 面向 IOT 在現(xiàn)實領(lǐng)域中大大量應(yīng)用中遇到的一些技術(shù)挑戰(zhàn)， 如對于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效存儲和高并發(fā)處理， 設(shè)備管理中數(shù)據(jù)信息的不完整性、不直觀、缺乏交互性以及數(shù)據(jù)處理的滯后性和準確性等弊端， 本文首先提出一個基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲框架， 不僅能夠有效存儲大量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)， 還能集成結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)存儲框架能夠組合和擴展多個數(shù)據(jù)庫和 Ｈａｄｏｏｐ， 以存儲和管理由傳感器和 ＲＦＩＤ 讀取器收集的各種類型的數(shù)據(jù)。然后， 針對設(shè)備管理應(yīng)用需求，對 ＢＯＳ進行二次開發(fā)了基于 BIM 與IOT 的設(shè)備管理云平臺框架。同時，針對云平臺如何使得 BIM 數(shù)據(jù)和設(shè)備動態(tài)數(shù)據(jù)進行交互做了詳細的交互設(shè)計。最后把該平 臺對接應(yīng)用到一個實際的水庫泵房設(shè)備管理云平臺， 從平臺管理功能充分描述了該云平臺下 BIM 數(shù)據(jù)和IOT 數(shù)據(jù)的實時交互效果，從而驗證本文提出的框架和交互方法研究 的有效性。

本文研究平臺和交互實現(xiàn)方法都是從較小的設(shè)備管理場景為出發(fā)點，在交互效果和功能場景可能還不是很全面， 例如對于設(shè)備管理中能源決策管理方面就沒有具體研究。面對當前 BIM 與大數(shù)據(jù)、云計算、IOT 等技術(shù)集成應(yīng)用發(fā)展，將來 BIM 技術(shù)在設(shè)備管理領(lǐng)域甚至其它重要領(lǐng)域都會有著不可阻擋的趨勢，還要繼續(xù)深入研究和探討。