某机场项目BIM运维管理系统技术方案0115.docx
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某机场项目BIM运维管理系统技术方案0115
BIM三维可视化运维系统
技术方案
2022年1月
第一章项目概述
1.1项目建设范围
BIM可视化运维系统以枢纽BIM三维空间模型为基础，构建基于BIM的枢纽全生命周期运维管理服务平台，系统功能应用主要包括：
基于BIM模型的可视化运维管理平台，运维总览及三维模型立体展示，第一人称漫游，集成整合智能化多个子系统与一体，打通多系统数据接口在同一平台进行呈现交互。
如监控摄像系统，门禁管理系统，电子巡更管理，人脸识别系统，消防管理系统，设备设施管理系统，电梯系统管理，照明管理系统，航运信息管理系统，环境管理系统，设备运行管理系统，资产管理系统，能源管理系统，停车管理系统及反向寻车管理，公共广播系统，维修保养管理，空间管理系统，物业管理系统，应急预案管理，管线管理及手机APP等二十二大应用管理模块，并可以根据需求进行扩展更多模块。
达到提升管理效率、流程优化、提高枢纽管理服务品质目的。
系统底层采用建筑信息模型（BIM）、地理信息模型（GIS）、三维图形引擎、物联网态势感知、数据分析、移动互联、人工智能、数字孪生等多种技术，力图从多种维度描述枢纽在日常管理中所涉及到的工作，帮助管理人员对人员、设备、安全、环境、能源、管网等进行全方位智慧化管理。
第二章整体方案设计
2.1方案设计总体方向
在整体设计中，我们将系统定义为四个不同层次，即感知层、数据层、平台层、和应用层，通过这四个层面将枢纽中的系统、设备和使用者进行有效的联接，在更高维度的平台上进行交互，并形成新的功能应用体系。
未来系统将满足管理驾驶舱、展示中心、枢纽业务管理的需求，并且具有扩展性强的特点，实现PC端、移动端、大屏展示端等多终端跨平台的应用。
运维平台定义
通过最顶层的平台搭建，重新定义枢纽的管理，将各种不同的系统连接起来，在同一平台进行呈现和操作，赋予枢纽全生命周期管理不同的概念，真正使管理人员的精力集中于为枢纽提升更多的价值、为枢纽使用者提供更便捷的服务和安全保障。
终端数据采集设备
摆脱以往依靠经验的管理方式，使设备通过各种传感器进行连接，使所有的管理行为数字化，所有的工作可预期、可评估。
通过感知底层，可以对枢纽内所有的设备进行有效管理，通过计算机手段自动判断、自动报警，使管理更细致化，最终达到提升服务品质、降低管理成本、提高枢纽内环境品质的目标。
移动终端
通过移动终端使更多的使用者参与到其中，枢纽管理人员可以通过移动终端进行日常的管理、查看各种信息；来访者可以通过移动终端对枢纽管理进行了解。
更多使用者的参与才能让系统的效率最大化发挥，最终形成价值提升。
因此，在枢纽的整体方案中，我们试图从这三个维度将所有单独的系统纳入到体系中，将零散的设备进行更多的整合（无论从信息获取还是控制），将更多的管理行为和对外宣传的部分通过移动终端进行或大屏幕来实现，最终形成一个完整的管理体系。
2.2方案设计原则
BIM运维管理系统方案的总体设计原则是：
以BIM竣工模型为基础、数据为核心，通过信息交换和共享，将各个具有完整功能的独立子系统组合成一个有机的整体，提高系统维护和管理的自动化水平、协调运行能力及详细的管理功能，彻底实现功能集成、网络集成和软件界面集成。
具体如下：
1）开放性原则
BIM运维管理系统是一个完全开放性的系统，可以兼容多种系统数据，即使是较为特殊的数据格式，也可以通过程序转换成系统可用的数据，这就使得系统具有更高的开放性，方便与其他系统对接的同时，减少现场重复安装测量表具的可能，在成本上也更为经济实用。
2）可靠性原则
BIM运维管理系统是一个可靠性和容错性极高的系统，系统能不间断正常运行和有足够的延时来处理系统的故障，确保在发生意外故障和突发事件时，系统都应该保持正常运行。
人机界面的友好性，系统采用图形三维方式来显示信息点的状态，操作简单、维护方便。
3）可扩展性原则
BIM运维管理系统系统采用SOA构架设计，支持更强大的扩展性，当新的功能加入后，对以往的功能不产生影响。
这就使得更多的子系统能够接入到平台当中。
4）互连接性原则
BIM运维管理系统确保了系统间可集成性，提供了准确的通讯协议和开放的数据库接口，各子系统可实现信息和数据库共享；同时考虑未来发展的需求，能与未来扩展子系统具有互联性和互操作性。
系统在数据转发、接收方面均采用国家标准化协议。
5）安全性原则
为了确保系统硬件和信息的高安全性，采用较先进的加密算法和计算机安全措施，设立系统密码。
设立防火墙，使系统受到非法攻击时对系统的破坏性降到最低。
6）先进性原则
考虑到电子信息及软件技术的迅速发展，系统设计在技术上采用国内外先进的技术和国内产品，所采用的设备产品和软件不仅成熟而且能代表当今国内外市场的先进技术水平。
7）成熟性原则
系统的各项功能指标都经过了较为严格的测试，无论从稳定性、实用性都经过了多重检验。
其各项功能在不同的项目中也经过的实际的使用，效果非常理想。
对不同使用角色的设计
系统考虑了不同使用者的差异性需求，通过不同的功能模块及终端来满足不同场景的使用需要。
决策层
可以通过系统界面及移动终端快速了解枢纽整体的管理状况、环境状况、重大事项等，便于从宏观角度进行全局纵览。
管理层
通过系统的各种功能模块方便的操作枢纽内各类专业子系统，了解设备运行状况、枢纽结构信息、处理各种设备维修维护流程、优化及调节枢纽内的环境等。
系统为管理层提供了更好的管理工具，使管理更精细化、流程更简便。
执行层
通过系统及移动终端的指令，快速定位枢纽内设备问题，到达现场处理问题。
日常的工作也可以通过系统变得更简便，效果更便于评估。
来访者
通过系统展示可以更为直观的展现枢纽先进的运营管理模式、完善的操作服务流程，同时对于第三方维护单位的服务内容、服务质量起到很好的监督与管控，从而提升其整体服务满意度。
系统展示的效果更为直观、清晰，真正成为一个对外展示的窗口。
2.3系统构架设计
本项目设计的BIM运维管理系统平台构架如下图：
1）设备对接层（设备层）
基础软硬件支撑，是前面几层的基础，若项目中需要和系统的终端设备直接连接通讯时，通过不同设备通讯协议，实现对终端设备的对接，从而获取到相应的设备数据信息。
2）数据接口层
是整个系统的数据来源基础。
包括BIM三维空间模型数据、设备基础信息数据、设备运行参数信息数据、设备维保信息、楼宇自控、能源等需要集成接入的数据，并且将不同系统、设备信息数据进行梳理、关联与归档，实现信息共享与传递，可被BIM运维管理系统不同的功能应用所调用，由接口协议、数据库软件（SQLServer）、存储设备、数据驱动器文件系统、其他资源库及其数据接口API等组成。
3）业务逻辑层
由功能单元和逻辑单元组成，负责用户业务逻辑判断，程序指令调度以及逻辑规则统一反馈给上层应用端；
4）网络服务层
由服务器、计算机终端、网络通讯系统（工业交换机、光电转换器）等组成
5）对终端展示层
是整个系统面向不同终端应用表达的的部分，包括在手机端、PAD端等多种形式。
由数据分析软件、交互展示软件、展示屏幕、移动终端、打印机等组成。
6）功能应用层
是系统直接面向客户的应用部分，系统的主要功能应用集中在这一层。
2.4管理数据库中心
2.5.1管理数据库中心定位
管理数据库中心首先它是构建枢纽BIM运维管理体系中的核心大脑，所有的数据将汇总至大脑，由大脑统一进行处理和判断，并下达指令，因此管理中心是对现有系统数据进行整合与筛选，最大程度减少人工劳动，并形成更多的影响和交互，它将具备总览全局，实时监控、实时报警，应急处理、远程指挥等服务功能，规划统一集中性管理，形成完整的BIM运维管理中心服务体系。
2.5.2管理数据库中心架构
✓对接层
对接现有各类子系统及传感设备，具备兼容性高，支持多种数据接入方式、数据接口编写简单可靠的特点。
✓数据层
采用主流数据库，稳定性高，支持多扩展模式。
底层采用大量优化算法，保障数据的可靠性。
✓展示层
支持跨平台展示，采用最先进的3D驱动技术，可向多种系统扩展，支持手机、PAD等多种移动展示终端。
✓功能层
上层应用支持高定制化，松耦合，新定义功能时不会对现有系统产生影响，保证系统稳定性。
2.5系统模型匹配
BIM三维空间竣工模型需要延用总包已有模型，BIM运维所需要的模型与设计、实施阶段的模型各专业精度要求不一样。
在BIM运维项目中，对水电暖通、设备设施的模型精度要求较高，但对结构、外观模型要求较低。
对于建模的要求我们在前期需求沟通对接中进行了确认，具体涉及以下几个方面：
枢纽模型精细化程度确认信息表
序号
项目
精细度
模型源
备注
1
外景模型
周边场景真实度
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
场景范围
远景
周边街区
项目范围
甲方
总包
绿化
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
围墙
细节
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
材质
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
项目次要枢纽
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
周边道路
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
周边枢纽
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
2
项目枢纽模型
枢纽立面
细节
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
材质
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
内墙
细节
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
材质
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
地面
细节
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
材质
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
天花
细节
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
材质
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
门
细节
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
材质
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
窗
细节
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
材质
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
3
项目机电模型
大型机
电设备
细节
真实材质
非常准确
示意
甲方
总包
精细度
整体模型
部件
甲方
总包
小型设备
细节
真实材质
非常准确
示意
甲方
总包
精细度
整体模型
部件
甲方
总包
配电柜
细节
真实材质
非常准确
示意
甲方
总包
精细度
整体模型
部件
甲方
总包
传感设备
真实材质
非常准确
示意
甲方
总包
4
项目管网
水网
位置信
息
非常准确
示意
甲方
总包
精细度
管网
设备
阀件
甲方
总包
风网
位置信
息
非常准确
示意
甲方
总包
精细度
管网
设备
阀件
甲方
总包
5
固定资
产
家具
细节
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
材质
非常真实
大体轮廓
示意
甲方
总包
精细度
整体模型
部件
甲方
总包
信息
非常准确
示意
甲方
总包
设备
细节
真实材质
非常准确
示意
甲方
总包
精细度
整体模型
部件
甲方
总包
2.6第三方系统对接接口开发
BIM运维管理系统和现有的系统不产生冲突，而是在现有系统的基础上提供更高层次的数据交互和场景应用，而且BIM运维管理系统本身的功能也需要从底层的系统或传感器获取数据。
2.7.1数据获取的分类
数据的获取分为两种形式，一种是从底层传感器中直接读取，另一种是从现有的系统数据库中获取。
部分较为简单的功能，如环境监测、视频监控等，建议从传感器中直接读取，这种方式较为简单，数据交互也更为快捷；但有一些较为复杂的功能，特别需要现场执行单元的功能，建议从第三方系统中获取，如消防应急系统、变配电系统等。
目前一些较为大型的系统，都设有标准的第三方接口，如空调BA自控系统，一般会提供基于支持TCP/IP或OPC协议方式的数据服务调用，会大大提高数据调用的方便性。
但大多数系统还未考虑到数据的上传交互，因此需要编写相应的程序，对其数据库内的数据进行调用和编译。
一般数据的获取方式可分为以下几类：
1）直接从传感器获取（以下称第一类传输）
需要传感器本身有通讯模块，可以对数据进行远传。
部分传感器有国际（或行业）通用的标准传输协议，可以通过485线或无线传输的方式，经过现场的数据采集模块直接上传到远端的服务器，由BIM运维管理系统的数据采集程度对数据包进行解码并写入相应的数据库。
一些较为特殊的传感器或没有标准协议的传感器，需要设备厂商提供相应的传输规约，由BIM运维管理系统编译相应的程序，对数据包进行编译。
2）提供数据传输服务的系统（以下称第二类传输）
主要是一些版本较新的大型系统，系统本身提供数据传输服务，有标准的数据调用模块，其系统内部已经有完善的功能。
一般这类系统会提供国际（或行业）通用的数据传输协议，BIM运维管理系统只需要遵循其传输协议，对数据包进行解析即可。
这类数据调用不需要通过中间的硬件系统，直接通过网络传输即可，较为方便。
3）需要编写传输软件的系统（以下称第三类传输）
相对于提供数据传输服务的系统，一些版本较早或本身没有数据交互需求的系统，往往不提供标准的数据接口，这就需要与系统供应商协商，编写相应的传输软件进行数据的传输。
根据系统供应商自身的需求和能力，可能采取几种方式。
第一种我方直接编写
我方直接编写传输程序，从系统的数据库中直接调用数据，然后传输到BIM运维管理系统的数据库。
这种方式较为直接，但需要第三方系统供应商完全开放其系统的数据库，并说明数据库格式。
而且如果涉及到频繁对数据库的访问和调用，会对数据库的稳定产生一定的影响。
一般只对不敏感的系统或系统供应商没有响应的软件编写能力的才采用这种方法。
第二种第三方直接编写
按照我方的数据格式要求，有第三方系统供应商自行编写数据传输程序，定时将数据取出后形成数据包，传输给远端的BIM运维管理系统，由数据采集模块对数据包进行识别。
这种方式对第三方系统影响较小，但其工作量也会相应增加。
一般对于技术实力较强的系统供应商会采取这种方法。
第三种规定中间数据库
大多数系统供应商会采取这种方法，其自身编写相应的数据传输程序，将数据传入指定的中间数据库，中间数据库的结构完全根据其原有的习惯，BIM运维管理系统定期从中间数据库进行数据读取。
这种方式的优势是既不会对第三方系统产生影响，又不需要第三方系统供应商按照特定的程序进行编写，但劣势是会增加中间数据库的相应投入，可能会有硬件费用。
2.7.2第三方系统对接流程
根据上述的数据获取方式，第三方系统供应商或设备供应商需要提供以下资料
1）确认系统/设备是否具有远传功能
2）提供系统/设备的传输协议
3）确定系统/设备的传输方式
4）提供系统/设备的测试端口
5）如需要规定中间数据库的，约定中间数据库相应格式我方取得相应的资料后，将按以下流程实施：
确认数据获取方式
直接从传感器中获取
提供数据传输的系统
需要编写传输软件的系统
获取传输协议
获取传输协议
确定传输方式
传输协议编写
转换程序的编
我方编写
第三方编写
约定中间库
传输程序编
转换程序编
传输程序编
传输测试
系统调试
完成
2.7开发语言选用
根据本项目需求设计分析，系统底层应用采用基于.Net及C#等主流语言开发。
1）.NET应用开发
.NET是一种能开发WEB程序、Windows应用程序和Wap无线网络应用程序等的先进技术，目前在大型系统开发中被广泛运用，其较其它开发语言相比较，具有“小而美“的特点，另外其具有提高开发人员的效率、减少bug、加快应用开发、简化使用等诸多优点，受到了很多大型银行的IT部门和跨国IT企业的亲睐。
1）集成数据库UI控件
对于技术实现平台，.net提供了这种集成数据库的UI控件，能够有效实现数据驱动，开发简单高效，但java就无法提供这种优势；对于系统复杂度很高，为了应付后续的需求，一般会考虑【领域模型】设计方式，通过对业务进行领域建模，利用面向对象的各种设计模式，能够有效满足业务需求，且将系统压力分流到应用端，通过应用端的水平扩展，更方便系统扩容。
2）C#应用开发
C#是一种精确、简单、类型安全、面向对象的语言。
说到C#，就不得不先简单介绍一下.net。
到底什么是.net呢，按照微软总裁兼首席执行官SteveBallrner把它定义为：
.Net代表一个集合，一个环境，它可以作为平台支持下一代Internet的可编程结构。
C#是.net的代表语言。
2.8系统各功能应用介绍
根据项目需求，我们设计在系统功能应用中划分出若干个不同的功能模块，每一个功能模块中又分若干个不同的功能分项，对于系统开发内容主要涉及界面UI调整、数据库结构调整、系统功能调整、功能流程调整、权限调整以及渲染及光效调整，下面我们将方案中对功能实现的范围、具体功能应用进行详细的描述。
1.视频监控管理
1）获取视频界面
在系统中，在视频监控模块得到调取指令时，点击相应的视频探头即可弹出相应区域的视频画面。
2）视频探头定位
在枢纽三维空间模型中显示视频探头的具体位置信息，点击选取需要查看的区域探头即可显示现场视频监控画面，一目了然。
3）与门禁系统的联动
在系统中对门禁系统的操作时，根据需要可以调取附近摄像探头对现场情况进行查看，以便确认对门禁开启或关闭的操作。
2.门禁系统
1）门禁开启/关闭操作
在系统中，点击门禁管理模块，界面中显示操作按钮可远程操作对门禁的开启和关闭，并且在枢纽三维空间模型中显示门禁的开启和关闭状态。
2）门禁定位
针对枢纽中不同区域的门禁系统，我们通过区域选择功能，可在枢纽三维空间模型中显示不同区域门禁系统具体位置信息，点击选取需要操作的门禁即可。
3）与视频系统的联动
在BIM运维管理系统中对门禁系统的操作时，根据需要可以调取附近摄像探头对现场情况进行查看，对进出人员身份进行核实确认后进行门禁的管理操作。
3.周界报警管理
当发生侵入报警时，BIM系统接受到报警信号后，会强制打断系统的所有操作，并调出报警界面。
在界面中给出报警位置信息提醒，并通知相应管理人员，报警得到响应确认后，系统复位或报警解除。
4.电子巡更管理
传统的电子巡更系统解决的是“何时有人到某处”巡逻的问题，但是相对而言弊端较大，往往会产生巡逻的死角，并且很难对巡逻的效果进行评估。
而在BIM运维管理系统中，针对巡更系统，通过巡更路径规划，在日常巡更时，对巡更的位置、时间、次数及具体人员信息进行记录并支持关键信息如人员、时间、位置信息交叉查询，在BIM三维空间中查看巡更点位置，对巡更情况进行评估。
5.人脸识别系统
对接人脸识别系统，将人员数据进行录入，当人员通过人脸识别系统进入该区域后，系统后台将会自动录入，显示该人员进入时间与离开时间。
1）实现效果
将建筑内的多种安防系统进行整合，形成完整的、效率更高的安防方案，使各系统间形成联动。
使管理人员快速发现、准确定位、及时判断、合理处置，在最短的时间内将安全隐患降到最低BIM运维系统的安全管理功能是对现有安全防范体系的全面升级。
2）设备控制
门禁控制：
脉冲开门控制，常开控制，常关控制；
门禁控制器权限授权控制；门禁控制器权限注销控制；
6.设备设施管理
1）设备台账
对枢纽相关设备信息进行整理归纳录入到系统中，同时在BIM模型中进行构建定位和编码，从而能在系统中看到其产品信息、建设信息和维护信息。
产品信息包括其出厂信息、采购价格、采购人等信息；建设信息包括其安装时间、安装位置、安装过程简介、安装人员等信息；维护信息包括设备更换信息、操作人员信息、检查记录等信息；系统支持对设备的信息进行录入、修改和保存。
2）备品备件
按照不同功能对备品备件进行分类，在二维界面呈现；点击某一备品备件时，弹出该备品备件的基本信息和详细信息（基本信息包括数量、存放位置、厂家、联系人等，详细信息包括合同电子化文档、说明书、产品参数等）；同时系统支持通过备品名称或编号等关键字进行搜索，快速显示相关的备品备件所有信息；系统支持对备品备件的信息修改，如存放位置、数量等等。
3）设备二维码
每一台设备和管线都会有独一无二的标签、二维码。
通过扫描二维码可以找到这个设备或管线的所有信息。
包括维保信息、运行信息、设备基本信息等。
7.消防管理
1）消防设备管理
通过对烟感报警器的相关信息进行采集，y在平台中通过三维可视化的方式对烟感点进行定位管理
2）烟感报警系统
通过接口协议对接到烟感系统，直接调用系统数据；在三维平台直观展示报警信息，以及巡检记录
3）与视频联动
三维管理系统将烟感系统与视频监控系统关联，当发生烟感报警时，直接调用相关摄像头的监控数据，使管理人员清楚的了解现场的具体状况
4）系统巡检
对消防设备的维修维保情况进行监控，定期提醒设备巡检，保障消防设备的安全性
8.能源管理
1）数据采集
系统可以通过现场的计量点对用能数据进行实时采集
2）数据浏览
系统可以通过现场电、水的计量点或对接现有能耗计量系统对枢纽用能数据进行实时采集，按照枢纽或分层点击查看相应的电、水运行趋势，对异常用能状况进行报警提醒，方便管理人员进行查看处理。
3）数据对比
基于BIM技术开发的能耗分析模块，将枢纽的能耗按照能耗用途和设备类型进行多层级划分，形成统一的、规范化的能耗分项模型，可按不同时间跨度（日、月、年）枢纽总体能耗；按照不同分项（空调、照明与插座、动力、特殊）用电；按照不同用能类型（电、水等）进行查看，在线分析帮助管理方和使用方能够更加高效的进行能源管理工作。
4）能耗排名
系统可以从多个维度对能耗情况进行排名，包括按照不同分项（空调、照明与插座、动力、特殊）用电进行的排名；按照不同用能区域进行能耗排名，显示分区域、分项能耗数值，以横向柱状图、饼状图形式进行显示。
5）节能改造管理
系统支持节能改造成果展示，通过系统管理界面录入具体改造项目，整体汇总历年节能改造项目与改造成果，为节能管理工作经验积累起到很好促进作用，管理者根据需要对具体项目信息的查询与浏览，系统具备完善的改造项目信息编辑新增、修改功能。
6）分层管理
系统支持对枢纽各楼层/区域能耗状况的管理，查看当前具体楼层总体能耗信息，通过时间查询功能还可对历史能耗数据进行查询与浏览。
7）定额管理
用户可以按月设置能耗限值，系统界面中将显示查看本月能耗状况、本年历史月能耗状况，并提供分段报警提醒。
通过进度条形式显示本月总能耗限值与本月已使用能耗的占比情况；
8）报表管理
系统支持自定义报表，根据不同维度对用能情况可出具相应的报表，也可以对时间进行自由定义。
9.环境品质管理
通过对现场温湿度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、空气洁净度等环境数据的监测，确定设备开启策略，及时调整设备开启状态，使环境舒适度达到最优效果。
该系统可以与设备自控系统进行联动，如发现二氧
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