CN109857080B - 一种基于bim的智能船闸运维系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的智能船闸运维系统，属于船闸管控技术领域，包括BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统、运维管理子系统、平台管理子系统和数据库；解决了标准化的BIM作为模型基础，提供船闸控制系统中各种设备的运行状态进行集中管控的技术问题，本发明以标准化的BIM作为模型基础，能够满足船闸集成建筑、维护和管理数据的存储、查询的需求，本发明随机森林作为一种新兴的人工智能的方法，拥有良好的分类性和鲁棒性，作为本发明的优点，其故障诊断技术将专家知识与人工智能方法有机的结合起来。

Description

一种基于BIM的智能船闸运维系统

技术领域

本发明属于船闸管控技术领域，尤其涉及一种基于BIM的智能船闸运维系统。

背景技术

船闸机电设备高效稳定运行是船闸安全运行的基本保障，因此各级船闸管理部门都投入了大量的人力、物力到船闸机电设备运维工作中去，以便及时发现问题、解决问题，进而保证船闸的安全和稳定运行。

BIM+是建筑信息模型与其他技术(GPS/北斗卫星系统、物联网等)的结合，由一个静态的空间数字模型发展为具有一定“情商”和“判断”的动态模型，项目的建造和运营过程中信息可以传递到设施管理阶段，为设施管理提供依据；同时可方便了解设施的位置和相互之间的关系，提高设施运维的效果，从而提升项目管理水平和经济效益。

当前船闸机电设备运维工作主要存在以下四点问题：

(1)机电设备运维人员少、任务重

目前，船闸机电设备运维的涉及的运维内容多，要求的运维频率高，且对运维人员自身素质要求较高。然而船闸现有机电设备运维人员编制有限，且技术水平高、有经验的人员严重缺乏。因此呈现出机电设备运维人员少、任务重的局面。

(2)机电设备运维过程不规范、运维结果多样化

各级管理部门都在船闸机电设备运维工作中提出了工作规范、检测标准，但是在实际工作过程中运维人员很难按照规范进行操作。不同的运维人员的素质和态度导致了运维结果的多样化。因此整体呈现出运维过程不规范，运维结果多样化的局面。

(3)现场运维方式落后且效率低

船闸机电设备运维涉及的设备种类多、分布广，且每类设备需要运维的内容繁杂，目前通过人工纸质运维记录。其效率较低，且运维数据无法较好地汇聚到各级船闸管理部门。

(4)故障发现不及时，应急处置被动

目前船闸机电设备运维主要是人员在规定时间前往现场查看并记录，导致两次运维时间内发生的机电设备故障无法及时发现和处理，部分情况下可能导致不必要的事故。尽管船闸养护部门按照规范会确保随时有人员在船闸待命，但大部分情况只能被动等待故障上报后处理。

上述问题对船闸机电设备的养护工作构成了较大的挑战，导致了部分船闸设备老化过快、管理部门无法及时了解设备当前状态等情况的出现。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于BIM的智能船闸运维系统，解决了标准化的BIM作为模型基础，提供船闸控制系统中各种设备的运行状态进行集中管控的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于BIM的智能船闸运维系统，其特征在于：包括BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统、运维管理子系统、平台管理子系统和数据库；

BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统、运维管理子系统和平台管理子系统均通过互联网与数据库进行数据交互；

BIM管理子系统包括属性导入模块、信息处理模块和属性管理模块，属性导入模块用于导入模型数据，模型数据包括3D模型、模型几何属性和模型类型属性；

信息处理模块用于更新、编辑和关联属性导入模块导入的模型数据；

设备管理子系统包括设备运行监控模块和设备信息管理模块；

设备运行监控模块用于获取3D模型，将船闸控制系统中各种控制设备标定到3D模型中，对船闸控制系统中各种控制设备的运行状态进行监控，并采用颜色标识的方式标记控制设备的状态；

设备信息管理模块用于录入设备信息，提供设备信息的检索和设备信息的综合报表；

故障检测子系统包括故障诊断模块、自动报警模块、远程协助模块和日志报表模块；

故障诊断模块用于通过对设备性能参数的分析、故障现象原因记录和历史故障事件记录和维修数据，进行故障诊断，确定故障具体分类；

自动报警模块用于提供报警界面，当诊断出故障时，在报警界面启动声光报警，并且将报警信息发送到设备管理子系统，由设备管理子系统将报警信息反映到3D模型中；

远程协助模块用于提供远程控制界面；

日志报表模块用于统计故障事件，并产生故障报表；

运维管理子系统包括定期维护模块、事后维修模块、状态维修模块、备件管理模块、采购管理模块、运维知识库模块、运维统计分析模块；

定期维护模块用于提供维保计划的管理界面，对录入的维保计划进行分配执行、跟踪记录和日程提醒；

事后维修模块用于在日常维护中发现的装备损坏及其他需要及时修理的情况时，提供装备申请单，并将装备申请单发送至维修部门；

状态维修模块用于监视各个船闸的运行状况以及各种动作的参数，一旦某一动作不符合逻辑就发出报警，并提供人为干预界面进行复位或清除动作；

备件管理模块用于提供备件申报、资源调配、抢修确认、备件管理、库存管理和报废管理；

采购管理模块用于提供采购装备的类型、名称、数量以及参数要求信息的申购表；并采用EXCEL模板将申购表导入数据库中；

运维知识库模块用于存储运维知识，并提供运维知识检索界面；

运维统计分析模块用于以报表的形式保存运维统计记录，并提供运维统计记录的检索；

运维统计记录包括维保记录统计、设备资产统计、设备损毁分析、故障处理统计、备件统计、维修费用统计、船闸设备健康度分析和故障处理效率分析；

平台管理子系统包括用户管理模块、角色管理模块、菜单管理模块、权限管理模块、字典管理模块和日志管理模块；

用户管理模块用于录入并保存管理人员的基本信息并标定管理人员的权限；

角色管理模块用于对用户进行角色分类，并规定角色的系统权限；

菜单管理模块用于产生成不同的功能菜单，根据用户的角色分配不同的功能菜单；

权限管理模块用于对BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统和运维管理子系统使用的参数信息进行统一维护管理，并规定查询权限；

日志管理模块用于对所有操作事件进行日志记录，提供日志记录查询界面。

优选的，所述运维知识包括操作规程、历史运维方案和培训资料。

优选的，所述BIM管理子系统采用Unity 3D图形平台建立船闸3D模型。

优选的，所述BIM管理子系统、所述设备管理子系统、所述故障检测子系统、所述运维管理子系统和所述平台管理子系统均设置在分布式服务器集群中，数据库与分布式服务器集群通过互联网交互数据。

本发明所述的一种基于BIM的智能船闸运维系统，解决了标准化的BIM作为模型基础，提供船闸控制系统中各种设备的运行状态进行集中管控的技术问题，本发明以标准化的BIM作为模型基础，能够满足船闸集成建筑、维护和管理数据的存储、查询的需求，用户能够方便地根据名称，属性等关键词搜索定位到所需要的设备；用户点击设备，可显示设备的主要属性信息和实时运行状态；同时可方便查询历史维保信息，添加新的维保计划，并对维保任务进行跟踪；协助运管人员进行准确高效的设施设备管理，本发明随机森林作为一种新兴的人工智能的方法，拥有良好的分类性和鲁棒性，作为本发明的优点，其故障诊断技术是指将专家知识与人工智能方法有机的结合起来，在故障发生后，智能诊断推理机对故障根源进行定位，给出几个可能性最大的故障原因，引导现场人员有针对性地进行核实检查，提高维护效率，也通过人工远程根据获取的PLC数据、视频监控、船闸所人工辅助，实现专家远程协助，保证船闸系统安全、减少经济损失。

附图说明

图1为本发明的船闸3D模型示意图；

图2为本发明的故障诊断模块的诊断流程图；

图3为本发明的数据交互示意图。

具体实施方式

由图1-图3所示的一种基于BIM的智能船闸运维系统，包括BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统、运维管理子系统、平台管理子系统和数据库；

BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统、运维管理子系统和平台管理子系统均通过互联网与数据库进行数据交互；

BIM管理子系统包括属性导入模块、信息处理模块和属性管理模块，属性导入模块用于导入模型数据，模型数据包括3D模型、模型几何属性和模型类型属性；

BIM管理子系统采用Unity 3D图形平台建立船闸的3D模型图后，将船闸控制系统中的各种设备均展示在3D模型图中，并按设备的实际的位置在3D模型图中标记处所有船闸控制系统中的设备。

BIM管理子系统通过属性导入模块记录船闸控制系统中的各种设备的具体性能参数、名称、类型等属性数据：属性导入模块提供WEB输入界面，有用户在WEB输入界面中填写所述属性数据。

信息处理模块用于更新、编辑和关联属性导入模块导入的模型数据；

信息处理模块将所述属性数据与3D模型图建立链接关系，使3D模型图中的所有设备均对应链接一个与自身对应的属性数据，以便用户查看。

设备管理子系统包括设备运行监控模块和设备信息管理模块；

设备运行监控模块用于获取3D模型，将船闸控制系统中各种控制设备标定到3D模型中，对船闸控制系统中各种控制设备的运行状态进行监控，并采用颜色标识的方式标记控制设备的状态；

设备运行监控模块采用三种颜色标识设备的状态：绿色标识表示正常运行，红色表示出现故障；黄色表示设备维修或者保养中。

设备信息管理模块用于录入设备信息，提供设备信息的检索和设备信息的综合报表；

综合报表包括设备基本信息表、设备维修信息表、设备日常保养信息表和设备管理基础信息表。

故障检测子系统包括故障诊断模块、自动报警模块、远程协助模块和日志报表模块；

故障诊断模块用于通过对设备性能参数的分析、故障现象原因记录和历史故障事件记录和维修数据，进行故障诊断，确定故障具体分类；

故障诊断模块通过对设备参数的分析、故障现象的研究和历史故障和维修数据的梳理，利用已有理论知识和专家经验，采用智能分析算法进行故障判定及定位分类，并采用采用机器学习中的随机森林算法，该算法具有良好的分类性能，以决策回归树作为基分类器，通过袋装的方法生成不同的训练样本集，集成多种特征向量，有效提高诊断的正确率。

如图2所示为故障诊断模块的诊断流程图，故障诊断模块从数据库中获取的数据源包括历史数据和在线数据，这些数据均由船闸控制系统的各种设备提供，船闸控制系统中的设备包括电器控制系统、液压系统、配电系统、照明系统、视频监控系统、广播系统、开度仪、水位计、应力传感器和激光雷达，船闸控制系统中的设备均通过以太网、3G网络、4G网络或VPN网络将数据传送给数据库，数据库存储这些数据并生成历史数据和在线数据。

故障诊断模块将历史数据根据预定的规则进行筛选，生成建模样本数据，并将在线数据与建模样本数据进行对比，采用随机森林的训练模型进行智能诊断，判断出故障类型，如正常、开闸故障、光栅故障、开阀故障、落阀故障和自落阀故障灯。

故障诊断模块输出故障类型，由设备管理子系统将报警信息反映到3D模型中。

自动报警模块用于提供报警界面，当诊断出故障时，在报警界面启动声光报警，并且将报警信息发送到设备管理子系统，由设备管理子系统将报警信息反映到3D模型中；

远程协助模块用于提供远程控制界面；远程协助模块在故障发生后，诊断推理机对故障根源进行定位，给出几个可能性最大的引发故障原因，引导现场人员有针对性地进行核实检查，提高维护效率，也通过人工远程根据获取的PLC数据、视频监控、船闸所人工辅助，实现专家远程协助，以此帮助用户尽快进行故障精确定位，同时启动维修预案。

日志报表模块用于统计故障事件，并产生故障报表；日志报表模块通过直方图、饼图、bar图、线图和球图等图表形式的故障报表对故障按时间周期、故障类别、设备区域等方式进行统计。

运维管理子系统包括定期维护模块、事后维修模块、状态维修模块、备件管理模块、采购管理模块、运维知识库模块、运维统计分析模块；

定期维护模块用于提供维保计划的管理界面，对录入的维保计划进行分配执行、跟踪记录和日程提醒；

维护管理针对船闸相关装备进行维护周期计划的管理，根据不同属性类型的装备设定不同的运维维护周期，对不同装备设置相关责任人，利用维护计划管理进行相关运维维护情况的填报，对于在日常运维维护工作中发现的装备损坏及其他需要及时修理的情况，可直接提交装备修理申请单至装备修理管理模块，由专业负责工程装备维修的部门进行统一的维修。

事后维修模块用于在日常维护中发现的装备损坏及其他需要及时修理的情况时，提供装备申请单，并将装备申请单发送至维修部门；

事后维修管理面向维修部门，下属各船闸通过该模块实现相关装备的报修，填报相关报修设备的编号、类型、品牌、型号等情况，工程维修部门在收到了相关报修信息后及时安排适合的工作人员及时进行维修，维修完成后由报修部门进行确认维修结束，装备维修结束后工程维修人员根据此次维修所使用的备品备件进行出库操作，记入到本次装备修理的成本。对于内部无法完成的维修工作，通过查询相关设备采购合同向代理商进行联系，由装备提供商进行维修，并通过本模块记录装备提供商的维修响应速度，维修效率，维修评价等信息。

状态维修模块用于监视各个船闸的运行状况以及各种动作的参数，一旦某一动作不符合逻辑就发出报警，并提供人为干预界面进行复位或清除动作；

备件管理模块用于提供备件申报、资源调配、抢修确认、备件管理、库存管理和报废管理；

备件管理模块提供备件申报表、资源调配表和抢修确认表，并提供以上表格的WEB页面供用户填写，备件管理模块将供备件申报表、资源调配表和抢修确认表统计备件的数量和库存。

采购管理模块用于提供采购装备的类型、名称、数量以及参数要求信息的申购表；并采用EXCEL模板将申购表导入数据库中；

运维知识库模块用于存储运维知识，并提供运维知识检索界面；运维知识库模块记录、保存运维处理过程，以便下次面对同样问题时，用户可直接从知识库中查询到解决方案，从而提升工作效率。

运维统计分析模块用于以报表的形式保存运维统计记录，并提供运维统计记录的检索；

运维统计记录包括维保记录统计、设备资产统计、设备损毁分析、故障处理统计、备件统计、维修费用统计、船闸设备健康度分析和故障处理效率分析；

平台管理子系统包括用户管理模块、角色管理模块、菜单管理模块、权限管理模块、字典管理模块和日志管理模块；

用户管理模块用于录入并保存管理人员的基本信息并标定管理人员的权限；

角色管理模块用于对用户进行角色分类，并规定角色的系统权限；

菜单管理模块用于产生成不同的功能菜单，根据用户的角色分配不同的功能菜单；

权限管理模块用于对BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统和运维管理子系统使用的参数信息进行统一维护管理，并规定查询权限；

日志管理模块用于对所有操作事件进行日志记录，提供日志记录查询界面。

优选的，所述运维知识包括操作规程、历史运维方案和培训资料。

优选的，所述BIM管理子系统采用Unity 3D图形平台建立船闸3D模型。

优选的，所述BIM管理子系统、所述设备管理子系统、所述故障检测子系统、所述运维管理子系统和所述平台管理子系统均设置在分布式服务器集群中，数据库与分布式服务器集群通过互联网交互数据。

本发明所述的一种基于BIM的智能船闸运维系统，解决了标准化的BIM作为模型基础，提供船闸控制系统中各种设备的运行状态进行集中管控的技术问题，本发明以标准化的BIM作为模型基础，能够满足船闸集成建筑、维护和管理数据的存储、查询的需求，用户能够方便地根据名称，属性等关键词搜索定位到所需要的设备；用户点击设备，可显示设备的主要属性信息和实时运行状态；同时可方便查询历史维保信息，添加新的维保计划，并对维保任务进行跟踪；协助运管人员进行准确高效的设施设备管理，本发明随机森林作为一种新兴的人工智能的方法，拥有良好的分类性和鲁棒性，作为本发明的优点，其故障诊断技术是指将专家知识与人工智能方法有机的结合起来，在故障发生后，智能诊断推理机对故障根源进行定位，给出几个可能性最大的故障原因，引导现场人员有针对性地进行核实检查，提高维护效率，也通过人工远程根据获取的PLC数据、视频监控、船闸所人工辅助，实现专家远程协助，保证船闸系统安全、减少经济损失。

Claims (4)

1.一种基于BIM的智能船闸运维系统，其特征在于：包括BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统、运维管理子系统、平台管理子系统和数据库；

BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统、运维管理子系统和平台管理子系统均通过互联网与数据库进行数据交互；

BIM管理子系统包括属性导入模块、信息处理模块和属性管理模块，属性导入模块用于导入模型数据，模型数据包括3D模型、模型几何属性和模型类型属性；

信息处理模块用于更新、编辑和关联属性导入模块导入的模型数据；

设备管理子系统包括设备运行监控模块和设备信息管理模块；

设备运行监控模块用于获取3D模型，将船闸控制系统中各种控制设备标定到3D模型中，对船闸控制系统中各种控制设备的运行状态进行监控，并采用颜色标识的方式标记控制设备的状态；

设备信息管理模块用于录入设备信息，提供设备信息的检索和设备信息的综合报表；

故障检测子系统包括故障诊断模块、自动报警模块、远程协助模块和日志报表模块；

故障诊断模块用于通过对设备性能参数的分析、故障现象原因记录和历史故障事件记录和维修数据，进行故障诊断，确定故障具体分类；

故障诊断模块通过对设备参数的分析、故障现象的研究和历史故障和维修数据的梳理，利用已有理论知识和专家经验，采用智能分析算法进行故障判定及定位分类；

故障诊断模块从数据库中获取的数据源包括历史数据和在线数据，这些数据均由船闸控制系统的各种设备提供，船闸控制系统中的设备包括电器控制系统、液压系统、配电系统、照明系统、视频监控系统、广播系统、开度仪、水位计、应力传感器和激光雷达，船闸控制系统中的设备均通过以太网、3G网络、4G网络或VPN网络将数据传送给数据库，数据库存储这些数据并生成历史数据和在线数据；

故障诊断模块将历史数据根据预定的规则进行筛选，生成建模样本数据，并将在线数据与建模样本数据进行对比，采用随机森林的训练模型进行智能诊断，判断出故障类型；

自动报警模块用于提供报警界面，当诊断出故障时，在报警界面启动声光报警，并且将报警信息发送到设备管理子系统，由设备管理子系统将报警信息反映到3D模型中；

远程协助模块用于提供远程控制界面；

日志报表模块用于统计故障事件，并产生故障报表；

运维管理子系统包括定期维护模块、事后维修模块、状态维修模块、备件管理模块、采购管理模块、运维知识库模块、运维统计分析模块；

定期维护模块用于提供维保计划的管理界面，对录入的维保计划进行分配执行、跟踪记录和日程提醒；

事后维修模块用于在日常维护中发现的装备损坏及其他需要及时修理的情况时，提供装备申请单，并将装备申请单发送至维修部门；

状态维修模块用于监视各个船闸的运行状况以及各种动作的参数，一旦某一动作不符合逻辑就发出报警，并提供人为干预界面进行复位或清除动作；

备件管理模块用于提供备件申报、资源调配、抢修确认、备件管理、库存管理和报废管理；

采购管理模块用于提供采购装备的类型、名称、数量以及参数要求信息的申购表；并采用EXCEL模板将申购表导入数据库中；

运维知识库模块用于存储运维知识，并提供运维知识检索界面；

运维统计分析模块用于以报表的形式保存运维统计记录，并提供运维统计记录的检索；

运维统计记录包括维保记录统计、设备资产统计、设备损毁分析、故障处理统计、备件统计、维修费用统计、船闸设备健康度分析和故障处理效率分析；

平台管理子系统包括用户管理模块、角色管理模块、菜单管理模块、权限管理模块、字典管理模块和日志管理模块；

用户管理模块用于录入并保存管理人员的基本信息并标定管理人员的权限；

角色管理模块用于对用户进行角色分类，并规定角色的系统权限；

菜单管理模块用于产生成不同的功能菜单，根据用户的角色分配不同的功能菜单；

权限管理模块用于对BIM管理子系统、设备管理子系统、故障检测子系统和运维管理子系统使用的参数信息进行统一维护管理，并规定查询权限；

日志管理模块用于对所有操作事件进行日志记录，提供日志记录查询界面。

2.如权利要求1所述的一种基于BIM的智能船闸运维系统，其特征在于：所述运维知识包括操作规程、历史运维方案和培训资料。

3.如权利要求1所述的一种基于BIM的智能船闸运维系统，其特征在于：所述BIM管理子系统采用Unity 3D图形平台建立船闸3D模型。

4.如权利要求1所述的一种基于BIM的智能船闸运维系统，其特征在于：所述BIM管理子系统、所述设备管理子系统、所述故障检测子系统、所述运维管理子系统和所述平台管理子系统均设置在分布式服务器集群中，数据库与分布式服务器集群通过互联网交互数据。

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