CN112163797B - 一种基于bim技术的水务工程实时监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法及系统，其特征在于：构建数据资料库；形成业务规则框架，建立关联规则库；建立实时监控业务逻辑与BIM模型的关联关系，形成对应关系库；对实时监控业务逻辑进行重构；结合应用控制模块和图形展示模块实现基于BIM技术的实时监控应用；本发明将水务工程全生命周期各阶段的信息进行了有效集成和融合，使水务工程实时监控过程更智慧、高效，同时使BIM技术及设计、施工阶段积累的数据价值在运行维护阶段得到最大的发挥。

Description

一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法及系统

技术领域

本发明涉及水务工程领域，更具体地，涉及一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法及系统。

背景技术

BIM思想源于20世纪70年代，并随着时代进步，内涵逐渐丰富完整。目前BIM技术已广泛应用于工程建设领域，并取得了较为显著的成果。对于水务工程项目来说，运维阶段是工程全生命周期中时间最长、成本最高的重要阶段，是充分反映建设目标能否实现的环节。当前大部分水务工程项目的生产运行过程中，其实时监控工作一般依托SCADA系统进行，可以实时采集现场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控制，对生产工艺执行情况进行全面的实时的监控，为生产和管理提供必要的数据支撑。

但目前大多数SCADA系统界面以实用性为主，主要采用二维方法进行生产实时监控。目前有某些研究提出将BIM技术与水务工程实时监控系统相结合，其做法是在三维模型展示界面中接入实时运行数据，如以第一人称视角进行三维巡检、VR巡检等，这种做法过于片面强调三维展示，并不符合实际运行监控的需求，展示性大于实用性。

同时，SCADA系统自成体系，虽能掌握各单体、设备的实时运行数据，但工程设计、施工阶段积累的大量BIM数据并未运维阶段的数据相关联，工程全生命周期数据流未打通，如能将设计、施工阶段的BIM数据在运维阶段进行深入地挖掘和分析，才能真正使宝贵的设计、建设数据真正产生价值，同时也更好地在人工智能、大数据、云计算等技术的帮助下，与实时运行数据相融合，将原本分散、意义薄弱的数据个体进行有效集成，全面提升生产运维的科学化、智慧化水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法及系统。使水务工程实时监控的方法及系统更智慧、高效、易用，同时也充分发挥BIM技术及设计、施工阶段积累的数据价值。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法，包括以下步骤：

S1、根据水务工程项目的工作需求，对全生命周期各阶段涉及的数据信息进行梳理，构建数据资料库；

S2、基于水务工程生产运行实时监控业务需求分析，形成业务规则框架，建立关联规则库；

S3、根据关联规则库，建立实时监控业务逻辑与BIM模型的关联关系，形成对应关系库；

S4、根据对应关系库，对实时监控业务逻辑进行重构及集成；

S5、基于BIM技术和图形引擎技术，通过应用控制模块、数据展示模块，实现基于BIM技术的实时监控应用。

进一步的，所述步骤S1包括：

S11、确定工程全生命周期所涵盖的主要阶段；

S12、梳理各主要阶段涉及的主要数据，对数据名称及数据表达形式进行整理；

S13、基于上述步骤，形成数据资料库。

进一步的，所述步骤S2包括：

S21、业务需求分析：基于水务工程领域运行维护阶段的具体情况，及同行业内的相关知识，进行生产运行实时监控工作的需求分析，将业务需求进行分析抽取并进行具象化的描述及整理；

S22、建立业务规则框架：通过对水务工程生产运行实时监控工作的业务需求分析，确定业务规则框架，所述业务规则框架包括：业务需求、所需数据、数据来源。

S23、建立关联规则库：基于所述业务规则库框架，整理出生产运行实时监控工作所需相关的数据信息，及该数据信息与BIM模型的关联规则，形成关联规则库；其中，可依托BIM模型的唯一编码，建立业务需求、数据信息名称的编码关联关系。

进一步的，所述步骤S3包括：

S31、对常规的实时监控业务的工作逻辑进行梳理，绘制流程图；

S32、添加实时监控业务工作流程之间的关联关系和限制，包括但不限于：紧前工作、紧后工作、前置工作、后置工作等；

S33、基于BIM技术及图形引擎技术，根据关联规则库，对实时监控业务的工作逻辑进行整理和重构；

S34、对重构后的业务逻辑进行检验和评价，通过检验和评价后集成到数据库中，重构后的业务逻辑结构需满足数据资料库及关联规则库所述要求，如不满足，需要反复修改直至最终达到设定要求。

进一步的，所述步骤S4包括：

S41、基于重构后的业务逻辑，梳理各具体流程中所需BIM模型的展示内容；

S42、对BIM模型的几何信息和语义信息映射进行数据转换，形成与业务逻辑相对应的关联规则库。

进一步的，所述步骤S5包括：BIM模型的展示，包括但不限于移动、转动、剖切、跳转等；数据信息的展示，包括但不限于文字数值展示、饼图展示、柱状图展示、折线图展示等。

另一方面，本发明还提供一种基于BIM技术的水务工程实时监控系统，包括：

数据梳理模块：用于对全生命周期各阶段涉及的数据信息进行梳理，获得水务工程项目的数据资料库。

关联规则建立模块：根据业务需求分析，建立业务规则框架，形成关联规则库。

业务逻辑重构模块：根据关联规则库，对业务逻辑进行整理和重构，形成具有BIM技术特色的实时监控业务逻辑。

应用控制模块：实现实时监控BIM模型及数据信息的展示内容的切换；

图形展示模块：实现BIM模型及数据信息的集成展示，并实现BIM模型的移动、转动、剖切、跳转等。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法及系统，借助先进传感器及SCADA系统实现实时数据采集和传输，充分发挥BIM技术及设计、施工阶段积累的数据价值深入分析水务工程实时监控的切实需求，对运行维护阶段的实时监控业务逻辑进行重构。同时，运用BIM技术、图形引擎技术，将水务工程全生命周期各阶段的信息进行了有效集成和融合，使水务工程实时监控工程更科学、高效、智慧。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法的流程图。

图2是本发明一种基于BIM技术的水务工程实时监控系统的整体结构示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

项目前期通过整体三维扫描及局部精细化扫描收集桥梁实体结构准确信息。设计过程中利用竣工资料及扫描成果搭建精确BIM模型。施工过程中利用BIM模型为基础制作三维动画、VR体验程序及信息化管理平台，工厂或现场利用扫描成果指导构件加工。

图1提供了本发明一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法的流程图，具体包括如下步骤：

S1、根据水务工程项目普遍性的工作需求，对全生命周期各阶段涉及的数据信息进行梳理，构建数据资料库。

在一个实施例中，水务工程项目全生命周期包括：设计阶段、施工阶段、运行维护阶段。

具体的，设计阶段可包括方案设计、初步设计、施工图设计中的一个或者多个；施工阶段可包括采购阶段、土建施工阶段、机电安装阶段、调试阶段中的一个或者多个；运行维护阶段可包括试运行阶段、正常运行阶段中的一个或者多个。

具体的，全生命周期各阶段涉及的数据信息具体包括如下任意一项或者多项：

设计阶段数据信息：土建结构实体相关的尺寸；设备及仪表实体相关的名称、编号、位置、尺寸、主要参数等。

施工阶段数据信息：土建结构实体相关的开始施工时间、养护结束时间、质量检查时间；设备及仪表实体相关的采购时间、到场验收时间、安装时间、质量检查时间及相关记录、交付验收时间及相关记录、试运行时间及相关记录、正式运行时间及相关记录等。

运行维护阶段数据信息：设备及仪表实体相关的测点状态，如开启、停止、故障等；设备及仪表实体相关的测点数据，如液位、浓度等；上述测点状态及测点数据的报警时间及相关记录；设备及仪表实体相关的巡检、报缺、维修、保养时间及相关记录；设备及仪表实体使用情况的分析计算结果。

S2、开展水务工程生产运行实时监控业务需求分析，形成业务规则框架，建立关联规则库。

在一个实施例中，步骤S2具体包括：

S21、业务需求分析：基于水务工程领域运行维护阶段的具体情况，参考同行业内的相关知识，开展生产运行实时监控工作的需求分析，将业务需求进行分析抽取并进行具象化的描述及整理。

S22、建立业务规则框架：通过对水务工程生产运行实时监控工作的业务需求分析，确定业务规则库框架，包括：业务需求、所需数据、数据来源的阶段。以实时监控过程中某设备报故障为例，可以形成如下框架：

S23、建立关联规则库：基于所述业务规则库框架，整理出生产运行实时监控工作所需相关的数据信息，及该数据信息与BIM模型的关联规则，形成关联规则库。

以实时监控过程中某设备报故障为例，其中测点信号编码、报缺工单编码、维修工单编码、保养工单编码均可依托设备BIM模型的唯一编码进行关联，安装日期、正式运行时间、设备厂家名称及联系方式可依托设备BIM模型的对象属性信息进行关联。

S3、根据关联规则库，建立实时监控业务逻辑与BIM模型的关联关系，形成对应关系库。

在一个实施例中，步骤S3具体包括：

S31、对常规的实时监控业务的工作逻辑进行梳理，绘制流程图。

具体的，所述S31步骤中，以实时监控过程中某设备报故障为例，常规的实时监控业务流程为：进行实时监控的过程当中，SCADA系统实时监控画面中弹出报警提示，查看报警信号名称及报警内容，初步预判设备需要进行维修；翻阅巡检工作日志，查看该设备是否有异常情况；翻阅设备台账，查看该设备的维修记录、保养记录、使用年限；评估设备需要进行维修，翻阅设备手册及相关资料，电话联系厂家进厂维修；进厂维修后，做好维修工单日志记录。将上述的工作流程绘制成流程图。

S32、添加实时监控业务工作流程之间的关联关系和限制，包括但不限于：紧前工作、紧后工作、前置工作、后置工作等。

优选地，所述S32步骤中，以实时监控过程中某设备报故障为例，重构后的实时监控业务流程为：进行实时监控的过程当中，基于BIM的实时监控系统中弹出报警提示，图形视角自动聚焦到设备，并自动生成报缺工单，该报缺工单的信息已经自动录入，并自动关联最近一次报警记录、最近一次维修记录、最近一次巡检记录(如有发生异常情况)；系统初步判断设备需要维修，并预设好维修工单；运维单位工作人员复核确认需要进行维修，将预设的维修工单下发至设备厂商；设备厂商工作人员到达后，通过轻量化BIM模型进行设备位置的导航，完成维修工作并通过系统移动端完成维修工单的信息录入；运维单位工作人员在基于BIM的实时监控画面看到该设备恢复正常，点击设备即可查询刚刚完成的维修工单的具体信息。

优选地，所述S32步骤中，因厂站环境复杂，当设备厂商工作人员到达后其工作环境及工作内容同样需要受到监管。在设备厂商工作人员开展工作之前，运维单位工作人员可通过基于BIM的实时监控系统查看气体仪表、照明系统的实时运行状况，确保人员工作环境安全。基于BIM的实时监控系统结合室内定位技术，可给设备厂商工作人员分发定定位手环，可在基于BIM的实时监控系统中实时查看设备厂商工作人员的定位及轨迹路线，并根据定位自动调出附近摄像图的图像。

S33、根据关联规则库，对实时监控业务的工作逻辑进行整理和重构。

S34、对重构后的业务逻辑进行进行检验和评价，通过检验和评价后集成到数据库中：通过以上步骤，完成业务逻辑重构，重构后的业务逻辑结构需满足数据资料库及关联规则库所述要求；如不满足，需要反复修改直至最终达到设定要求。

S4、根据对应关系库，对实时监控业务逻辑进行重构及集成。

在一个实施例中，步骤S4具体包括：

S41、基于重构后的业务逻辑，梳理各具体流程中所需BIM模型的展示内容；如基于BIM的实时监控系统中弹出报警提示时，BIM模型中需明确表示出该设备所处区域及导航路径；对于某些工艺参数的报警，BIM模型中还需明确表示出该设备所处区域、其上下游设备/管道/工艺区域/的整体关系。

S42、对BIM模型的几何信息和语义信息映射进行数据转换，形成与业务逻辑相对应的关联规则库。

S5、基于BIM技术和图形引擎技术，通过应用控制模块、数据展示模块，实现基于BIM技术的实时监控应用。

在一个实施例中，步骤S5具体包括：

利用本发明中提供的应用控制模块，可实现实时监控过程中自动或手动的BIM模型及数据信息的切换。自动模式将自动调用重构后的业务逻辑，与图形展示模块相连，调用并加载对应的BIM模型及数据信息，手动模式则根据用户的需要，通过人机交互实现相应的BIM模型及数据信息的调用和加载。

具体的，所述步骤S5中，BIM模型的展示，包括但不限于移动、转动、剖切、跳转等；数据信息的展示，包括但不限于文字数值展示、饼图展示、柱状图展示、折线图展示等。

图2提供了本发明一种基于BIM技术的水务工程实时监控系统的整体结构示意图，具体包括如下模块：

数据梳理模块1：用于对全生命周期各阶段涉及的数据信息进行梳理，获得水务工程项目的数据资料库。

关联规则建立模块2：根据业务需求分析，建立业务规则框架，形成关联规则库。

业务逻辑重构模块3：根据关联规则库，对业务逻辑进行整理和重构，形成具有BIM技术特色的实时监控业务逻辑。

应用控制模块4：实现实时监控BIM模型及数据信息的展示内容的切换；

图形展示模块5：实现BIM模型及数据信息的集成展示，并实现BIM模型的移动、转动、剖切、跳转等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据水务工程项目的工作需求，对全生命周期各阶段涉及的数据信息进行梳理，构建数据资料库；

S2、基于水务工程生产运行实时监控业务需求分析，形成业务规则框架，建立关联规则库；

S3、根据关联规则库，建立实时监控业务逻辑与BIM模型的关联关系，形成对应关系库；

S4、根据对应关系库，对实时监控业务逻辑进行重构及集成，形成具有BIM技术特色的实时监控业务逻辑；

S5、基于BIM技术和图形引擎技术，通过应用控制模块、数据展示模块，根据重构后的所述实时监控业务逻辑实现基于BIM技术的实时监控应用；

所述步骤S2包括：

S21、业务需求分析：基于水务工程领域运行维护阶段的具体情况，及同行业内的相关知识，进行生产运行实时监控工作的需求分析，将业务需求进行分析抽取并进行具象化的描述及整理；

S22、建立业务规则框架：通过对水务工程生产运行实时监控工作的业务需求分析，确定业务规则框架，所述业务规则框架包括：业务需求、所需数据、数据来源；

S23、建立关联规则库：基于所述业务规则库框架，整理出生产运行实时监控工作所需相关的数据信息，及该数据信息与BIM模型的关联规则，形成关联规则库；其中，可依托BIM模型的唯一编码，建立业务需求、数据信息名称的编码关联关系；

当实时监控过程中某设备报故障，其中测点信号编码、报缺工单编码、维修工单编码、保养工单编码均可依托设备BIM模型的唯一编码进行关联，安装日期、正式运行时间、设备厂家名称及联系方式可依托设备BIM模型的对象属性信息进行关联；

所述步骤S3包括：

S31、对常规的实时监控业务的工作逻辑进行梳理，绘制流程图；

S32、添加实时监控业务工作流程之间的关联关系和限制；

S33、基于BIM技术及图形引擎技术，根据关联规则库，对实时监控业务的工作逻辑进行整理和重构；

S34、对重构后的业务逻辑进行检验和评价，通过检验和评价后集成到数据库中，重构后的业务逻辑结构需满足数据资料库及关联规则库所述要求，如不满足，需要反复修改直至最终达到设定要求。

2.基于权利要求1所述的基于BIM技术的水务工程实时监控方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、确定工程全生命周期所涵盖的主要阶段；

S12、梳理各主要阶段涉及的主要数据，对数据名称及数据表达形式进行整理；

S13、基于上述步骤，形成数据资料库。

3.基于权利要求1所述的一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41、基于重构后的业务逻辑，梳理各具体流程中所需BIM模型的展示内容；

S42、对BIM模型的几何信息和语义信息映射进行数据转换，形成与业务逻辑相对应的关联规则库。

4.基于权利要求3所述的一种基于BIM技术的水务工程实时监控方法，其特征在于，所述步骤S5包括：BIM模型的展示，包括但不限于移动、转动、剖切、跳转；数据信息的展示，包括但不限于文字数值展示、饼图展示、柱状图展示、折线图展示。

5.根据权利要求1-4任一项所述方法的一种基于BIM技术的水务工程实时监控系统，其特征在于，包括：

数据梳理模块：用于对全生命周期各阶段涉及的数据信息进行梳理，获得水务工程项目的数据资料库；

关联规则建立模块：根据业务需求分析，建立业务规则框架，形成关联规则库；

业务逻辑重构模块：根据关联规则库，对业务逻辑进行整理和重构，形成具有BIM技术特色的实时监控业务逻辑；

应用控制模块：实现实时监控BIM模型及数据信息的展示内容的切换；

图形展示模块：实现BIM模型及数据信息的集成展示，并实现BIM模型的移动、转动、剖切、跳转。