CN110246226A - 基于bim的防护工程运维管理系统及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的防护工程运维管理系统，包括用于构建基础建筑和设备信息，负责信息的生成、加工过程的模型层、用于对防护建筑运维管理BIM模型信息提取与监管的应用层、用户存储信息的数据管理层、用于信息的流转、交互反馈、模型的可视化与系统总控的平台层。本发明基于BIM的防护工程运维管理、物理设备运行状态在BIM模型中的三维动态反馈显示，实现了物理世界中设备运行状态信息在虚拟的、基于BIM的防护工程运维管理系统中状态一致的动态呈现，同时实现了对建筑设备的动态可视化监控。

Description

基于BIM的防护工程运维管理系统及其管理方法

技术领域

本发明涉及工程运维管理技术领域，尤其涉及一种基于BIM的防护工程运维管理系统及其管理方法。

背景技术

防护工程运维就是依托一定的手段，确保防护工程内部的防护设备能够可靠、高效的工作运行，提升工程的保障能力，从而为工程中的保障设备和武器装备提供交互的工作运行环境。

随着工程作战保障和管理维护需求的日益复杂与多变，设备运行环境频繁变化和用户使用需求的日趋提高，给防护工程运维管理带来了巨大的挑战，对防护工程建筑及设备的运维管理提出了高效性和可靠性的要求，以应对复杂多变的战场保障需求。因此，要求工程中的运维数据信息和环境参数的变化能够实时、可视化的显示在运维平台中，以便及时的被管理人员获取。同时，运维平台的操作界面要求直观清晰，以便管理人员能够及时做出反应，查找并排除故障。

早期对防护工程运维管理主要采用半自动化的方式，由于计算机技术和自动化技术的限制，对于防护建筑中的通风空调和电动密闭门的等设备，只能采用简单的继电器控制其开关运行，不仅效率低，而且可靠性不高。

随着信息技术的发展，对建筑的运行维护提出了更高的要求，现有的管理方式已经不能满足日益复杂的运维需求。另一方面，防护工程运维管理系统具有自身的特点和要求，不能完全照搬使用一般的民用建筑运维系统，需要提炼和解决防护工程中的需求和问题。

因此，迫切需要寻求一种适合防护工程自身特点，能够实现高效可靠的三维可视化运维管理方法，这一问题的有效解决对提高防护工程运维管理效率和综合保障能力有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于BIM(BuildingInformationModel,建筑信息模型)的防护工程运维管理系统，用于解决BIM模型的动态呈现问题和系统实现问题，对于将BIM技术引入防护工程运维管理，实现直观、动态掌握各种设施设备的运行状态，实现高效可视化的运维管理方式。

根据本发明实施例的一种基于BIM的防护工程运维管理系统，包括模型层、应用层、数据管理层、平台层；

所述模型层用于构建基础建筑和设备信息，形成包含有几何信息和属性信息的IFC(IndustrialFoundationClass,工业基础类)文件，所述模拟层将扩展的防护设备BIM模型添加到建筑BIM模型中，建立防护建筑运维管理BIM模型，并输出为IFC文件；

所述应用层用于对防护建筑运维管理BIM模型信息的提取与监管，提取IFC文件中的模型几何信息与属性信息，将其应用于运维平台的三维模型显示与模型属性信息管理；

数据管理层用于数据信息的存储，存储设备运维产生的数据信息，并将其用于运维平台中设备运行状态的显示与控制；

平台层用于信息的流转、交互反馈、模型的可视化与系统的总控，将储存在数据管理层的运维信息在平台上实时显示，平台层通过对运维数据的计算、对比与分析，对故障进行预警与显示，根据物理设备的实时运行状态控制防护建筑运维管理BIM模型的状态变化，实现虚拟BIM模型与物理世界的动态交互和可视化的监控管理。

优选的，所述平台层内部设置有管理人员监控模块、模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块、设备运行状态监管模块，所述模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块与所述设备运行状态监管模块网络信号连接，所述模型几何信息管理模块与所述管理人员监控模块网络信号连接。

优选的，所述模型属性信息管理模块由工作人员录入设备属性信息并进行存储，所述模型几何信息管理模块由工作人员录入设备几何信息并进行存储，所述设备运行状态监管模块对模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块中的存储信息进行调用计算、对比与分析，对故障做出预警，所述人员监控模块对所述设备运行状态监管模块运行结果进行实时显示，实现设备的实时监控。

优选的，所述运维数据信息存储模块还与所述数据管理层网络信号连接，所述数据管理层将其内设置的数据库存储信息上传到所述运维数据信息存储模块中进行存储备份。

优选的，所述属性信息包括防护设备运行状态、安装位置、生产厂家、运行时长、防护等级等，所述几何信息包括长度、高度、宽度等。

优选的，所述网络信号包括WIFI信号、4G信号与有线宽带信号。

优选的，基于BIM的防护工程运维管理系统的管理方法包括：

S1：建立防护建筑运维管理BIM模型，将扩展的防护设备BIM模型添加到建筑BIM模型中，建立防护建筑运维管理BIM模型，并输出为IFC文件；

S2：三维模型显示，调用IFC文件信息进行解析，将解析结果构建为场景树(管理场景内的所有数据)，然后将场景树显示和渲染为三维模型；

S3：动画呈现，读取场景树节点信息，求解模型子节点相对于父节点的相对位置关系矩阵，通过更新场景树中模型位置矩阵，来达到对模型的移动控制，更新变换矩阵中的偏移分量，实现护建筑运维管理BIM模型的动态变化；

S4：信息存储，利用物理传感器感知设备运行状态信息，形成护建筑运维管理BIM模型的动态变化图，通过数据管理层中设置的数据库存储设备运维产生的数据信息；

S5：信息上传，应用步骤S4中数据库存储里存储的信息上传至平台层中运维数据信息存储模块中，进行存储备份；

S6：信息处理：利用设备运行状态监管模块对模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块中的存储信息进行调用计算、对比与分析，对故障做出预警；

S7：实时监控：人员监控模块对所述设备运行状态监管模块运行结果进行实时显示，实现设备的实时监控。

本发明中：

(1)解决了现有的BIM模型无法与物理世界进行信息交互的问题，利用物理传感器感知设备运行状态信息，并将其传输到运维系统中，使基于BIM的运维管理系统能够实时感知物理世界状态信息，消除了BIM模型与物理世界之间的交流障碍。

(2)解决了BIM模型动态呈现物理世界设备运行状态的问题，自定义BIM模型的动画对象，物理传感器感知设备运行状态信息并实时上传到运维平台中，研究了BIM模型三维动态呈现算法，实现BIM模型能够将物理世界设备运行状态的变化以动画的形式显示在基于BIM的运维管理系统中。

(3)系统能够直观可视化的反映物理世界设备运行状态信息，本系统解决了BIM模型文件解析，三维模型显示与渲染，数据信息传递等问题，通过对系统开发中的关键技术问题和功能模块设计，研发了具有BIM可视化呈现与动态交互能力的防护工程运维管理原型系统。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的一种基于BIM的防护工程运维管理系统的结构示意图；

图2为本发明提出的防护门开关动画实现原理流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-2，一种基于BIM的防护工程运维管理系统，包括模型层、应用层、数据管理层、平台层；

模型层用于构建基础建筑和设备信息，形成包含有几何信息和属性信息的IFC文件，模拟层将扩展的防护设备BIM模型添加到建筑BIM模型中，建立防护建筑运维管理BIM模型，并输出为IFC文件；

应用层用于对防护建筑运维管理BIM模型信息的提取与监管，提取IFC文件中的模型几何信息与属性信息，将其应用于运维平台的三维模型显示与模型属性信息管理；

数据管理层用于数据信息的存储，存储设备运维产生的数据信息，并将其用于运维平台中设备运行状态的显示与控制；

平台层用于信息的流转、交互反馈、模型的可视化与系统的总控，将储存在数据管理层的运维信息在平台上实时显示，平台层通过对运维数据的计算、对比与分析，对故障进行预警与显示，根据物理设备的实时运行状态控制防护建筑运维管理BIM模型的状态变化，实现虚拟BIM模型与物理世界的动态交互和可视化的监控管理；平台层内部设置有管理人员监控模块、模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块、设备运行状态监管模块，模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块与设备运行状态监管模块网络信号连接，模型几何信息管理模块与管理人员监控模块网络信号连接；模型属性信息管理模块由工作人员录入设备属性信息并进行存储，模型几何信息管理模块由工作人员录入设备几何信息并进行存储，设备运行状态监管模块对模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块中的存储信息进行调用计算、对比与分析，对故障做出预警，人员监控模块对设备运行状态监管模块运行结果进行实时显示，实现设备的实时监控；运维数据信息存储模块还与数据管理层网络信号连接，数据管理层将其内设置的数据库存储信息上传到运维数据信息存储模块中进行存储备份；属性信息包括防护设备运行状态、安装位置、生产厂家、运行时长、防护等级等，所述几何信息包括长度、高度、宽度等；网络信号包括WIFI信号、4G信号与有线宽带信号。

基于BIM的防护工程运维管理系统的管理方法包括：

S1：建立防护建筑运维管理BIM模型，将扩展的防护设备BIM模型添加到建筑BIM模型中，建立防护建筑运维管理BIM模型，并输出为IFC文件；

S2：三维模型显示，调用IFC文件信息进行解析，将解析结果构建为场景树(管理场景内的所有数据)，然后将场景树显示和渲染为三维模型；

S3：动画呈现，读取场景树节点信息，求解模型子节点相对于父节点的相对位置关系矩阵，通过更新场景树中模型位置矩阵，来达到对模型的移动控制，更新变换矩阵中的偏移分量，实现护建筑运维管理BIM模型的动态变化；

S4：信息存储，利用物理传感器感知设备运行状态信息，形成护建筑运维管理BIM模型的动态变化图，通过数据管理层中设置的数据库存储设备运维产生的数据信息；

S5：信息上传，应用步骤S4中数据库存储里存储的信息上传至平台层中运维数据信息存储模块中，进行存储备份；

S6：信息处理：利用设备运行状态监管模块对模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块中的存储信息进行调用计算、对比与分析，对故障做出预警；

S7：实时监控：人员监控模块对设备运行状态监管模块运行结果进行实时显示，实现设备的实时监控。

本发明以防护门开关动画实现为例，包括：

(1)读取场景树节点信息。用场景树表示三维BIM模型顶点坐标，使用对象坐标表示，保存在页面缓存区(WebGLBuffer)对象中，通过顶点着色器从中读取模型数据信息；

(2)求解防护门相对于父节点的相对位置关系矩阵。通过变换矩阵Matrix将防护门的物体坐标转换为相对于建筑物的坐标；

防护门的对象坐标与世界坐标之间是一一对应的，对象坐标不变，世界坐标也不变，防护门位置的移动是通过更新Marix这个矩阵，来达到对门的移动控制。调用setMarix方法更新变换矩阵中的偏移分量，达到门的移动效果；

(3)计算门的正向，在进行门的移动时，需要考虑xyz三个方向的移动，因此，要把门按照正确的方向进行开关控制，必须先计算出门的正向，然后再根据门的正向来计算门的移动方向，用于计算xyz坐标方向的移动分量(一般情况下，门是在xy平面移动的，因此z分量为0)；

(4)矩阵变换，通过矩阵变换使所控对象坐标相对于世界坐标位置关系发生变化，从而实现模型的动态变化。

综上所述，该基于BIM的防护工程运维管理系统包括以下功能：

(1)建筑模型导入与三维显示功能，使用IFC解析工具自动提取模型信息，支持对IFC文件的导入，将IFC文件显示为三维模型。通过点击模型视图中的操作按钮，系统管理人员可以对模型进行放大、缩小、旋转、平移等操作。

(2)自定义模型的三维显示与属性查看。通过该系统，在运维平台中显示上文中扩展定义的防护设备BIM实体的三维模型和属性信息。

(3)生成运维信息记录表，实现运维数据的存储与管理。系统能够记录设备运维信息并生成表格。在系统中点击要查看的设备，左侧信息栏中对应设备名称显示为红色，同时在综合监管平台中显示设备运行状态信息。

(4)运维数据的统计与分析。对一段时间的设备运行状态进行一定的统计与分析，直观的显示设备在一个阶段的运行状态，及时发现故障状态。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于BIM的防护工程运维管理系统，其特征在于：包括模型层、应用层、数据管理层、平台层；

所述模型层用于构建基础建筑和设备信息，形成包含有几何信息和属性信息的IFC文件，所述模拟层将扩展的防护设备BIM模型添加到建筑BIM模型中，建立防护建筑运维管理BIM模型，并输出为IFC文件；

所述应用层用于对防护建筑运维管理BIM模型信息的提取与监管，提取IFC文件中的模型几何信息与属性信息，将其应用于运维平台的三维模型显示与模型属性信息管理；

数据管理层用于数据信息的存储，存储设备运维产生的数据信息，并将其用于运维平台中设备运行状态的显示与控制；

平台层用于信息的流转、交互反馈、模型的可视化与系统的总控，将储存在数据管理层的运维信息在平台上实时显示，平台层通过对运维数据的计算、对比与分析，对故障进行预警与显示，根据物理设备的实时运行状态控制防护建筑运维管理BIM模型的状态变化，实现虚拟BIM模型与物理世界的动态交互和可视化的监控管理。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的防护工程运维管理系统，其特征在于：所述平台层内部设置有管理人员监控模块、模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块、设备运行状态监管模块，所述模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块与所述设备运行状态监管模块网络信号连接，所述模型几何信息管理模块与所述管理人员监控模块网络信号连接。

3.根据权利要求2所述的基于BIM的防护工程运维管理系统，其特征在于：所述模型属性信息管理模块由工作人员录入设备属性信息并进行存储，所述模型几何信息管理模块由工作人员录入设备几何信息并进行存储，所述设备运行状态监管模块对模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块中的存储信息进行调用计算、对比与分析，对故障做出预警，所述人员监控模块对所述设备运行状态监管模块运行结果进行实时显示，实现设备的实时监控。

4.根据权利要求2所述的基于BIM的防护工程运维管理系统，其特征在于：所述运维数据信息存储模块还与所述数据管理层网络信号连接，所述数据管理层将其内设置的数据库存储信息上传到所述运维数据信息存储模块中进行存储备份。

5.根据权利要求1所述的基于BIM的防护工程运维管理系统，其特征在于：所述属性信息包括防护设备运行状态、安装位置、生产厂家、运行时长、防护等级，所述几何信息包括长度、高度、宽度。

6.根据权利要求2所述的基于BIM的防护工程运维管理系统，其特征在于：所述网络信号包括WIFI信号、4G信号与有线宽带信号。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于BIM的防护工程运维管理系统的管理方法，其特征在于：

S1：建立防护建筑运维管理BIM模型，将扩展的防护设备BIM模型添加到建筑BIM模型中，建立防护建筑运维管理BIM模型，并输出为IFC文件；

S2：三维模型显示，调用IFC文件信息进行解析，将解析结果构建为场景树(管理场景内的所有数据)，然后将场景树显示和渲染为三维模型；

S3：动画呈现，读取场景树节点信息，求解模型子节点相对于父节点的相对位置关系矩阵，通过更新场景树中模型位置矩阵，来达到对模型的移动控制，更新变换矩阵中的偏移分量，实现护建筑运维管理BIM模型的动态变化；

S4：信息存储，利用物理传感器感知设备运行状态信息，形成护建筑运维管理BIM模型的动态变化图，通过数据管理层中设置的数据库存储设备运维产生的数据信息；

S5：信息上传，应用步骤S4中数据库存储里存储的信息上传至平台层中运维数据信息存储模块中，进行存储备份；

S6：信息处理：利用设备运行状态监管模块对模型属性信息管理模块、运维数据信息存储模块、模型几何信息管理模块中的存储信息进行调用计算、对比与分析，对故障做出预警；

S7：实时监控：人员监控模块对所述设备运行状态监管模块运行结果进行实时显示，实现设备的实时监控。