建筑數(shù)據(jù)云端化是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)， 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(yùn)維產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理并沒有得到更好的解決，對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互也是亟待解決的難題，使得建筑運(yùn)維的管理工作缺乏直觀性、便捷性和高效性。針對(duì)大量設(shè)備對(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分析問題， 當(dāng)前正在不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) （IOT）、云計(jì)算和云平臺(tái)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(jī)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(kù)存儲(chǔ)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(chǔ)和交互，實(shí)現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)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(dāng)前設(shè)備管理面臨的問題

１．１ 數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、存儲(chǔ)分散、不完整

一個(gè) “數(shù)字化建筑物” 包含建筑全生命周期的所有實(shí)體信息、屬性信息和運(yùn)維數(shù)據(jù)信息， 尤其是運(yùn)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(gè)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(jì)錄和存儲(chǔ)是分散雜亂的， 對(duì)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(jià)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(chǔ)解決方案不僅必須能夠有效地存儲(chǔ)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(chǔ)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(dāng)前很多設(shè)備管理場(chǎng)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(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)常獲取不及時(shí)，有些設(shè)備狀態(tài)與參數(shù)仍要靠工作人員現(xiàn)場(chǎng) 檢查和采取，且對(duì)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(duì)于迫切需要檢查的參數(shù)不能及時(shí)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(shí)用性的交互利用。

１．３ 對(duì)技術(shù)人員的依賴性高

一方面，一些設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)還需要運(yùn)維人員間斷期的到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查和收集， 這種方式對(duì)管理人員的要求高，無(wú)形中增加了人力成本。另一方面， 對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的或者流程化的維護(hù)維修工作都需要依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅，當(dāng)在設(shè)備維修任務(wù)中， 遇到技術(shù)難點(diǎn)對(duì)老師傅的依賴性比較大， 有時(shí)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(duì)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(shí)、準(zhǔn)確性低、實(shí)時(shí)性差

對(duì)于運(yùn)維工作場(chǎng)景的數(shù)據(jù)都是運(yùn)維工作人員從具體的工作場(chǎng)景下記錄的， 如維護(hù)維修記錄等， 但是這些記錄都是紙質(zhì)化或者存儲(chǔ)在表格中， 記錄的這些數(shù)據(jù)往往得不到及時(shí)的處理， 實(shí)時(shí)性差， 查找起來也不方便， 有時(shí)工作人員的遺漏、書寫模糊都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

針對(duì)以上提出的問題， 首先提出了一個(gè)基于IOT 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架， 為了存儲(chǔ)和管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)， 構(gòu)建了基于組合多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模型， 還構(gòu)建了一個(gè)文件存儲(chǔ)庫(kù)來實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的版本管理。同時(shí)， 針對(duì)云平臺(tái)如何使得 BIM 數(shù)據(jù)和設(shè)備動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互做了詳細(xì)的交互設(shè)計(jì)。最后針對(duì)一個(gè)實(shí)際的水庫(kù)泵房開發(fā)了基于所提出的框架和交互設(shè)計(jì)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(duì)提出的基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)框架， 以實(shí)際的生產(chǎn)項(xiàng)目水廠泵房為案例， 從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)交互的性能上，都充分驗(yàn)證了提出方法的實(shí)用性和價(jià)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(chǔ)框架

在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中， 許多傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)都基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。雖然關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kù)的補(bǔ)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(kù)， 正在引起越來越多的關(guān)注。ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫(kù)提供了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)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(dòng)態(tài)修改數(shù)據(jù)模式等。Ｈａｄｏｏｐ 是 Ｇｏｏｇｌｅ Ｍａｐ Ｒｅｄｕｃｅ 的開源實(shí)現(xiàn)，它支持 ＭａｐＲｅｄｕｃｅ以高性能處理海量數(shù)據(jù)。許多學(xué)者已經(jīng)開展了結(jié)合 ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫(kù)和 Ｈａｄｏｏｐ文件庫(kù)處理數(shù)據(jù)的研究，并開發(fā)了一個(gè)結(jié)合 Ｈａｄｏｏｐ 和并行數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)，它允許統(tǒng)一訪問和管理。還提出了一個(gè)框架， 允許開發(fā)人員使用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言 （ＳＱＬ） 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和 ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫(kù)上運(yùn)行。本文提出的基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)框架，支持高吞吐量處理數(shù)據(jù)， 能夠有效地存儲(chǔ)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(chǔ)組件具有

處理異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的能力。為了存儲(chǔ)和管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，構(gòu)建了基于組合多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模型， 還構(gòu)建了一個(gè)文件存儲(chǔ)庫(kù) Ｈａｄｏｏｐ來實(shí)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(kù)管理模型和文件庫(kù)， 提出了一種 ＲＥＳＴ－ ｆｕｌ服務(wù)生成機(jī)制，為訪問基于框架存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序提供 ＡＰＩ接口。提出的存儲(chǔ)框架結(jié)構(gòu)如圖２所示。

圖２ 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)架構(gòu)

其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架由以下幾個(gè)模塊組成：

（１） 文件存儲(chǔ)庫(kù)：文件存儲(chǔ)庫(kù)使用ｈａｄｏｏｐ 分布式文件系統(tǒng) （ＨＤＦＳ） 在分布式環(huán)境中存儲(chǔ)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(shí)別的情況下才有價(jià)值。對(duì)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(shí)間戳和設(shè)備編碼ＩＤ 來識(shí)別設(shè)備一次生成的數(shù)據(jù)， 將時(shí)間戳和ＩＤ 號(hào)存儲(chǔ)在相應(yīng)的文件名中；

（２） 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊： 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊組合了多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)， 并使用 ＮｏＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。該模塊還為多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)提供統(tǒng)一的 ＡＰＩ和對(duì)象實(shí)體映射， 以隱藏它們?cè)趯?shí)現(xiàn)和接口方面的差異， 從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)訪問模塊的開發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序遷移。數(shù)據(jù)庫(kù)管理的關(guān)鍵任務(wù)是組合多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)并統(tǒng)一訪問接口。對(duì)象實(shí)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(dòng)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(dòng)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(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)和文件庫(kù)中的數(shù)據(jù)實(shí)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(qǐng)求進(jìn)行操作。統(tǒng)一接口使資源可以被不同平臺(tái)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(shí)現(xiàn)。通常，４ 種類型的ＨＴＴＰ 請(qǐng)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(qǐng)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(tái)

本研究要實(shí)現(xiàn)樓宇設(shè)備的高效管理，BIM 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的核心， 針對(duì)設(shè)備運(yùn)維過程中數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、量大冗雜且實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)， 本文在盈嘉互聯(lián) “ＢＯＳ 建筑運(yùn)維云” 的數(shù)字化運(yùn)維服務(wù)平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行了針對(duì)性的軟件開發(fā)，開發(fā)平臺(tái)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?jǐn)?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(kù)由 BIM 數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)組成。模型數(shù)據(jù)即建筑的 BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)， 包含建筑的實(shí)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(yùn)維數(shù)據(jù)主要指日常運(yùn)維產(chǎn)生的維護(hù)維修紀(jì)錄信息、預(yù)警報(bào)警信息； 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)即設(shè)備在運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)和報(bào)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(jí)的 ＲＥＳＴ 調(diào)用服務(wù)具有易開發(fā)和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。業(yè)務(wù)層根據(jù)運(yùn)維管理的功能需求設(shè)計(jì)， 主要的業(yè)務(wù)功能管理對(duì)象有設(shè)備信息集成、模型可視化、維護(hù)維修、預(yù)警報(bào)警和人員管理， 該層功能管理對(duì)象也可根據(jù)實(shí)際情況做相應(yīng)的修改和擴(kuò)展。傳輸層通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)實(shí)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(dòng)端應(yīng)用程序等多種方式， 運(yùn)維人員通過應(yīng)用層登入該系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理。

該平臺(tái)應(yīng)用前文提出的基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)框架， 該存儲(chǔ)框架不僅支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和調(diào)用， 同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)處理時(shí)的高吞吐量， 確保平臺(tái)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(kù)互連功能 （ｏｐｅｎｄａｔａｂａｓｅｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ） 導(dǎo)出。設(shè)備運(yùn)行動(dòng)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(chǔ)到文件存儲(chǔ)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊［９］。將這些信息與設(shè)備靜態(tài)信息相關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息與建筑空間信息之間的交互， 點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備就可以查看與之關(guān)聯(lián)的靜動(dòng)態(tài)信息。其中平臺(tái)數(shù)據(jù)的傳輸過程如圖４所示。

圖４ 平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn) （ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｌａｓｓ，ＩＦＣ） 是 BIM 領(lǐng)域開放的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)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?yàn)楸姸?BIM 軟件間的數(shù)據(jù)交換和跨平臺(tái)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(yùn)維數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)圖形庫(kù)（ｗｅｂ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｌｉｂｒａｒｙ，ＷｅｂＧＬ）下的建筑模型三維可視化瀏覽，某泵房現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的三維可視化效果如圖５所示。

圖５ 某泵房現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可視化效果

３．４ 靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交互

本研究基于 BIM 與IOT 的設(shè)備管理平臺(tái)支持以下實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)顯示； ③ 設(shè)備維護(hù)維修管理； ④ 設(shè)備預(yù)警報(bào)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(tái)中存儲(chǔ)了建筑的 BIM 模型， 在云端可以直接打開存儲(chǔ)在平臺(tái)上的模型ＩＦＣ 文件， 后臺(tái)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(shí)模型中也存儲(chǔ)了建筑以及設(shè)備全生命周期的信息， 支持建筑的實(shí)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(yùn)維過程中產(chǎn)生的巡 檢、維護(hù)、維修紀(jì)錄等信息的查看。平臺(tái)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(shí)時(shí)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(yùn)維紀(jì)錄， 并不支持在 BIM模型中直觀地查看設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)。本研究中提出的基于IOT 的存儲(chǔ)框架解決了數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的問題， 同時(shí)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(zhǔn)的自２０１８ 年５ 月１ 日起實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ＧＢ／Ｔ５１２６９－ ２０１７ 《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)設(shè)備進(jìn)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(xì)類代碼５ 個(gè)部分組成， 每個(gè)部分由兩位數(shù)字生成。設(shè)備編碼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)就可以根據(jù)編好的ＩＤ 和ＳＩＤ 相互映射， 進(jìn)而做到 BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)與運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的映射， 平臺(tái)中渲染設(shè)備模型的同時(shí)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(shí)時(shí)查看該設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)。

通過查看設(shè)備的實(shí)時(shí)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(shí)也對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況做到了更加及時(shí)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(duì)象實(shí)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(hù)維修管理

運(yùn)維人員在運(yùn)維工作中需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)， 對(duì)于報(bào)修或者報(bào)廢的設(shè)備需要如期維修和更換， 然而， 這些設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)情況記錄和維修詳情對(duì)于設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn) 定運(yùn)行都是有著重大參考作用的。運(yùn)維人員可以直接在平 臺(tái)上增添設(shè)備維護(hù)維修記錄， 記錄設(shè)備損壞的緣故和維修進(jìn)度信息，通過程序化與系統(tǒng)化的信息統(tǒng)計(jì)， 平臺(tái)上可以查看目標(biāo)設(shè)備的維護(hù)維修歷史記錄。同時(shí)， 工作人員可以通過平臺(tái)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(tái)快速定位目標(biāo)設(shè)備位置并查看對(duì)應(yīng)設(shè)備的詳細(xì) 信息，這些服務(wù)為維修人員大幅度減少了維修時(shí)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(dāng)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(cè)等信息， 在該平臺(tái)都可以輕松查到， 降低對(duì)特定工作人員的技術(shù)依賴。

３．４．４ 設(shè)備預(yù)警報(bào)警管理

對(duì)平臺(tái)中紀(jì)錄的設(shè)備維護(hù)維修紀(jì)錄， 經(jīng)過數(shù)據(jù)化的分析和整合可以對(duì)設(shè)備做一些預(yù)期管理。如對(duì)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(bào)警閾值，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)達(dá)到這個(gè)閾值， 平臺(tái)就給前端管理界面或模型中發(fā)送預(yù)警信息， 提醒運(yùn)維人員及時(shí)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(shí)也延長(zhǎng)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(jí)管理， 如把設(shè)備報(bào)警分為 Ａ，Ｂ， Ｃ 這３個(gè)等級(jí)。

３．４．５ 多方用戶線上交互

該設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)為運(yùn)維多方專業(yè)人員提供一個(gè)線上溝通協(xié)作的協(xié)同環(huán)境， 打通各項(xiàng)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(shí)間。如當(dāng)維修人員在設(shè)備維修時(shí)， 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(tái)中發(fā)起一個(gè) “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(yùn)維管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

４．１ 平臺(tái)搭建

為了體現(xiàn)提出的交互方法的實(shí)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(yùn)維管理對(duì)象， 根據(jù)BIM 的特性進(jìn)行二次開發(fā)， 設(shè)計(jì)了面向配水泵房的設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)。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?jìng)€(gè)水泵體系，泵房現(xiàn)場(chǎng)如圖８ 所示。泵房?jī)?nèi)設(shè)備管理對(duì)象繁多且系統(tǒng)復(fù)雜、監(jiān)控的設(shè)備參數(shù)龐大、實(shí)時(shí)性要求又高， 在管理大量設(shè)備對(duì)象中面臨著巨大的挑戰(zhàn)?；?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(shí)把設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)維數(shù)據(jù)集成在 BIM 模型中。通過平臺(tái)信息高度集成化、協(xié)同性和完整性可實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理過程中的信息高效流通、實(shí)時(shí)交互和資源共享。

圖８ 泵房現(xiàn)場(chǎng)

４．２ 交互方法展示

泵房設(shè)備管理平臺(tái)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(yùn)維管理、可視化管理、用戶管 理、系統(tǒng)管理。平臺(tái)登錄后首先是一個(gè)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(bào)警和預(yù)警信息。通過綜合界面可進(jìn)入各板塊的詳細(xì)信 息頁(yè)面。

單擊綜合界面中的 “控制臺(tái)” 按鈕， 即可進(jìn)入控制臺(tái)界面，該頁(yè)面展示泵房?jī)?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(cè)、使用手冊(cè)、經(jīng)驗(yàn)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(hù)維修的詳細(xì)信息點(diǎn)擊 “明細(xì)” 按鈕即可瀏覽詳細(xì)的維護(hù)維修信息內(nèi)容。

同時(shí)支持點(diǎn)擊 “維修統(tǒng)計(jì)表” 查看整體設(shè)備的維修統(tǒng)計(jì)情況，做到宏觀把控， 及時(shí)解決問題的效果。點(diǎn)擊 “三維模型” 即可進(jìn)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(jìn)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(jī)的上側(cè)顯示電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和溫度信息、電機(jī) 的油量?jī)?chǔ)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(hào)、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑、配用功率、流量、揚(yáng)程、設(shè)備編碼、汽 濁余量、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、出廠編號(hào)、廠家等信息。

在三維模型場(chǎng)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(yùn)行情況、查看資產(chǎn) 列表功能。其中， 如設(shè)備周期運(yùn)行的參數(shù)紀(jì)錄圖表、設(shè)備月周期的保養(yǎng)、維修維護(hù)紀(jì)錄等， 利用這些歷史紀(jì)錄信息和統(tǒng)計(jì)圖表可用于對(duì)設(shè)備進(jìn)一步管理作出明智和預(yù)測(cè)性的 決策。同時(shí)， 在 “操作修改” 界面支持對(duì)設(shè)備信息的修改和增刪。

４．４ 場(chǎng)景交互方案

現(xiàn)階段下維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)作業(yè)如對(duì)泵體的進(jìn)出水口 壓力、電機(jī)箱的發(fā)熱程度、油量剩余情況等都需要在設(shè)備 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一一針對(duì)性監(jiān)測(cè)和核實(shí)， 而該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)在泵房模型中進(jìn)行三維現(xiàn)場(chǎng)漫游實(shí)時(shí)的監(jiān)看， 對(duì)于泵房全局的情況更加明朗和直觀， 相對(duì)于前者的管理方式就更加先進(jìn)和高效?，F(xiàn)場(chǎng)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(biāo)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(dāng)維修人員遇到技術(shù)難題， 可以通過該平臺(tái)協(xié)同各專業(yè)維護(hù)人員進(jìn)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(tái)也是一個(gè)可以讓新員工快速全面熟悉該泵房整體運(yùn)維情況的智能工具。通 過三維瀏覽該泵房的所有場(chǎng)景和每一個(gè)工作流程， 如水泵、電機(jī)、管道走向、清水池水位等等， 對(duì)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(tái)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(kù)存儲(chǔ)技術(shù)以及基于 ＷｅｂＧＬ 的三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵房設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)三維可視化方式的管控， 實(shí)現(xiàn)了 BIM 模型與設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)之間的互聯(lián)互通和友好交互。

５ 結(jié)束語(yǔ)

本文主要著眼于當(dāng)前 BIM 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用， 面向 IOT 在現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中大大量應(yīng)用中遇到的一些技術(shù)挑戰(zhàn)， 如對(duì)于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)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(zhǔn)確性等弊端， 本文首先提出一個(gè)基于IOT 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)框架， 不僅能夠有效存儲(chǔ)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(chǔ)框架能夠組合和擴(kuò)展多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和 Ｈａｄｏｏｐ， 以存儲(chǔ)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(duì)設(shè)備管理應(yīng)用需求，對(duì) ＢＯＳ進(jìn)行二次開發(fā)了基于 BIM 與IOT 的設(shè)備管理云平臺(tái)框架。同時(shí)，針對(duì)云平臺(tái)如何使得 BIM 數(shù)據(jù)和設(shè)備動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互做了詳細(xì)的交互設(shè)計(jì)。最后把該平 臺(tái)對(duì)接應(yīng)用到一個(gè)實(shí)際的水庫(kù)泵房設(shè)備管理云平臺(tái)， 從平臺(tái)管理功能充分描述了該云平臺(tái)下 BIM 數(shù)據(jù)和IOT 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互效果，從而驗(yàn)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(tái)和交互實(shí)現(xiàn)方法都是從較小的設(shè)備管理場(chǎng)景為出發(fā)點(diǎn)，在交互效果和功能場(chǎng)景可能還不是很全面， 例如對(duì)于設(shè)備管理中能源決策管理方面就沒有具體研究。面對(duì)當(dāng)前 BIM 與大數(shù)據(jù)、云計(jì)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(huì)有著不可阻擋的趨勢(shì)，還要繼續(xù)深入研究和探討。