CN112180795B - 一种建筑设备运行预警与联动控制的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种建筑设备运行预警与联动控制的装置及方法，该装置包括基础层、数据层、存储层和应用层；所述基础层包括BIM模型及楼宇智能化系统；所述数据层包括静态数据及动态数据；所述存储层用于存储从数据层中提取的数据信息，并为应用层的逻辑运算提供数据基础；所述应用层用于将取自基础层的建筑设备静态及动态数据转化为可识别运算的标准格式，并进行数据逻辑计算与结果呈现，同时自定义IOT设备间的联动控制条件与反馈。本发明还包括一种建筑设备运行预警与联动控制的方法。利用本发明，可实现建筑设备运维由反应式维护转变为预测式维护，同时，可自定义楼宇智能化运行方案，提高建筑设备运行管理水平和楼宇智慧化运行能力。
Description
技术领域
本发明涉及建筑信息模型、建筑设备运行智能化监测与控制领域，具体涉及基于BIM+IOT技术的建筑设备运行预警与联动控制的装置及方法。
背景技术
BIM（Building Information Modeling）技术是Autodesk公司在2002年率先提出，已经在全球范围内得到业界的广泛认可，它可以帮助实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本，以实现可持续发展。
BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。
物联网（IOT，Internet Of Things）即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的基本特征从通信对象和过程来看，物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。
整体感知—可以利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取物体的各类信息。
可靠传输—通过对互联网、无线网络的融合，将物体的信息实时、准确地传送，以便信息交流、分享。
智能处理—使用各种智能技术，对感知和传送到的数据、信息进行分析处理，实现监测与控制的智能化。
目前市场上的监控装置是对单一建筑设备进行实时运行监测，但缺乏对数据进行分析、逻辑运算及联动其他设备的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术的不足，提供一种可实现建筑设备预测式维护和跨系统联动，极大提高建筑设备的使用寿命及智能化程度的建筑设备运行预警与联动控制的装置及方法。
本发明在优化数据处理逻辑的同时，增加设备运行实时数据分析、逻辑运算及联动控制的功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明之建筑设备运行预警与联动控制的装置，包括基础层、数据层、存储层和应用层；
所述基础层包括BIM模型及楼宇智能化系统；
所述数据层包括静态数据及动态数据，其中静态数据为从BIM模型中提取的编码、几何、非几何、技术参数信息，动态数据包括IOT设备的IP地址信息、监控项编码信息及监控项实时数据；
所述存储层用于存储从数据层中提取的数据信息，并为应用层的逻辑运算提供数据基础；
所述应用层用于将取自基础层的建筑设备静态及动态数据转化为可识别运算的标准格式，并进行数据逻辑计算与结果呈现，同时自定义IOT设备间的联动控制条件与反馈。
所述BIM模型包括BIM建筑模型、BIM结构模型、BIM机电模型及其它模型，楼宇智能化系统包括BA系统、智能照明系统、视频监控系统及其它系统。
所述基础层、数据层、存储层、应用层之间采用移动互联网通讯，采用http、TCP/IP等协议进行信息交换。
本发明之建筑设备运行预警与联动控制的方法，包括以下内容：
（1）建筑设备运行预警，具体包括以下步骤：
步骤1：模型标准化创建
标准化BIM模型，定义标准化信息录入格式，并将构件ID编码、技术参数信息录入BIM模型；
步骤2：模型轻量化
基于B/S架构创建，装置内置轻量化引擎，将BIM模型上传至装置，装置会自动进行轻量化转换，解析BIM数据，若数据解析成功，则执行下一步操作；数据解析异常时，装置会进行提示，并可导出异常信息，一边返回步骤1进行BIM模型修改；
步骤3：IOT接入
通过建筑智能化子系统开放的API接口或直接对接IOT设备进行IOT数据接入，通过IOT中间件进行解析转换，将接入信息解析为地址信息及监控信息，从而提取IOT设备的IP地址信息、监控项编码信息及监控项实时数据，形成实时数据库存储；
步骤4：数据匹配
提取步骤2、步骤3中形成的基础数据信息和实时数据信息，进行数据匹配；
步骤5：设定预警条件
基于步骤2中形成的静态数据库，装置通过BIM模型点选或ID编码检索可选择需要进行预警的设备，同时选择需要进行预警的技术参数，并设定超限条件，包括基准值、超限比例、超限类型、超限时间；
步骤6：逻辑运算
基于步骤5选择的建筑设备，筛选步骤4生成的匹配数据，进行逻辑运算，并将结果与步骤5设定的超限条件进行计算比对，判定设备是否达到预警条件；
步骤7：结果呈现
将步骤6的计算结果通过装置的客户端接口呈现，呈现的方式为采用不同颜色表述各种状态；
（2）建筑设备运行联动控制，包括以下步骤：
步骤1：模型标准化创建
标准化BIM模型，定义标准化信息录入格式，并将构件ID编码、技术参数信息录入BIM模型；
步骤2：模型轻量化
基于B/S架构创建，装置内置轻量化引擎，将BIM模型上传至装置，装置会自动进行轻量化转换，解析BIM数据，若数据解析成功，则执行下一步操作；数据解析异常时，装置会进行提示，并可导出异常信息，一边返回步骤1进行BIM模型修改；
步骤3：IOT接入
通过建筑智能化子系统开放的API接口或直接对接IOT设备进行IOT数据接入，通过IOT中间件进行解析转换，将接入信息解析为地址信息及监控信息，从而提取IOT设备的IP地址信息、监控项编码信息及监控项实时数据，形成实时数据库存储；
步骤4：选定触发设备及触发条件
利用BIM模型点选或ID编码检索选择联动控制的触发设备，同时设置触发条件，触发条件设置选择监控项、监控项实时内容、持续时间等，如选择监控项为火灾报警项，监控项内容为火灾报警，持续时间5s；
步骤5：选择联动设备及联动条件
利用BIM模型点选或ID编码检索选择联动控制的联动设备，同时设置联动动作，联动动作设置包括选择监控项及监控项实时内容。
进一步，建筑设备运行预警和建筑设备运行联动控制的步骤1中，模型标准化创建分为2部分工作，即：
1）模型标准化
定义BIM模型标准化创建办法，包括模型精度、模型着色、建模方法等，通过创建标准项目样板、族库及各种revit插件，实现BIM模型创建标准化；
2）数据标准化
定义标准化数据录入格式，包括数据分组、数据类型及数据格式等，需要录入的信息包括编码信息及技术参数。
进一步，建筑设备运行预警的步骤4中，匹配内容包括：BIM模型ID编码与IOT设备IP地址、技术参数信息与监控项信息，其中，保持技术参数名称与监控项名称一致，从而实现自动配置，技术参数与监控项名称在装置中均为可编辑状态，保障数据匹配不用更换BIM模型。
进一步，建筑设备运行预警的步骤6中，逻辑运算计算机制如下：
步骤6-1：记录IOT设备实时运行状态，形成设备运行曲线；
步骤6-2：记录IOT设备超限运行起点，记为Yc，时间记为tn；记录IOT设备超限终点，记为Yf，时间记为tn’；IOT设备超限报警超限时间记为t；
步骤6-3：逻辑判定,若tn～（tn+t）时间段内无Yf记录，则判定设备运行超限；反之则设备运行正常；
所述IOT设备监测建筑设备运行状态需为逐时记录，轮询机制不适用于该算法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1）变被动为主动，保障设备健康
传统的设备运行监控主要为反应式的被动处理，设备出现故障才得以察觉，本发明通过对设备运行趋势的解析，可在设备出现损伤前预知问题，从而实现主动监管，保障设备健康运行。
2）突破传统壁垒，实现万物互联
传统的建筑智能化系统各自为政，自行监管，跨系统的联动依赖个人经验。本发明通过对建筑智能化系统（或直接对接设备）集成，并通过数据接收及转译装置的解析转换，可突破系统间的信息壁垒，实现万物互联。同时，装置内置的联动控制预设技术可实现跨系统的联动控制方案设置，极大程度提高了楼宇的智能化程度。
3）高速运算，提高管理效率
传统的建筑智能化系统多为C/S架构的本地化软件部署，系统运算依赖现场部署的服务器，运算能力有限。本发明采用B/S架构设计，结合云计算功能，可极大程度提高运算速度，提升建筑设备的感知处理速度，从而提高运营管理效率。
附图说明
图1为一种基于BIM+IOT的建筑设备运行预警与联动控制的装置示意图。
具体实施方式
以下将参照附图并结合实施例来详细说明本发明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，在不脱离本构思的前提下，还可以作出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
参照图1，一种基于BIM+IOT的建筑设备运行预警与联动控制的装置，包括基础层、数据层、存储层和应用层，所述基础层、数据层、存储层、应用层之间采用移动互联网通讯，采用http、TCP/IP等协议进行信息交换，其中：
所述基础层包括BIM模型及楼宇智能化系统，其中BIM模型包括BIM建筑模型、BIM结构模型、BIM机电模型及其它模型，楼宇智能化系统包括BA系统、智能照明系统、视频监控系统及其它系统；
所述数据层包括静态数据及动态数据，其中静态数据为从BIM模型中提取的编码、几何、非几何、技术参数信息，动态数据包括IOT设备的IP地址信息、监控项编码信息及监控项实时数据；
所述存储层用于存储从数据层中提取的数据信息，并为应用层的逻辑运算提供数据基础；
所述应用层用于将取自基础层的建筑设备静态及动态数据转化为可识别运算的标准格式，并进行数据逻辑计算与结果呈现，同时自定义IOT设备（系统）间的联动控制条件与反馈。
一种基于BIM+IOT的建筑设备运行预警与联动控制的方法，包括以下内容：
（1）建筑设备运行预警
先采用revit插件赋予BIM模型唯一ID编码，确保模型联动的准确性，然后，通过智能化系统接入，解析IP点位地址与监控项信息，进行数据匹配，最后通过设定预警条件，对监测结果进行逻辑比对，输出比对结果；
具体包括以下步骤：
步骤1：模型标准化创建
标准化BIM模型，定义标准化信息录入格式，并将构件ID编码、技术参数信息录入BIM模型；
步骤2：模型轻量化
基于B/S架构创建，装置内置轻量化引擎，将BIM模型上传至装置，装置会自动进行轻量化转换，解析BIM数据，若数据解析成功，则执行下一步操作；数据解析异常时，装置会进行提示，并可导出异常信息，一边返回步骤1进行BIM模型修改；
步骤3：IOT接入
通过建筑智能化子系统开放的API接口或直接对接IOT设备进行IOT数据接入，通过IOT中间件进行解析转换，将接入信息解析为地址信息及监控信息，从而提取IOT设备的IP地址信息、监控项编码信息及监控项实时数据，形成实时数据库存储；
步骤4：数据匹配
提取步骤2、步骤3中形成的基础数据信息和实时数据信息，进行数据匹配，匹配内容包括：BIM模型ID编码与IOT设备IP地址、技术参数信息与监控项信息，其中，保持技术参数名称与监控项名称一致，从而实现自动配置，技术参数与监控项名称在装置中均为可编辑（增加、删除、修改）状态，保障数据匹配不用更换BIM模型；
步骤5：设定预警条件
基于步骤2中形成的基础信息数据库，装置通过BIM模型点选或ID编码检索可选择需要进行预警的设备，同时选择需要进行预警的技术参数，并设定超限条件，包括基准值、超限比例、超限类型（正偏差、负偏差、绝对值偏差）、超限时间；
步骤6：逻辑运算
基于步骤5选择的建筑设备，筛选步骤4生成的匹配数据，进行逻辑运算，并将结果与步骤5设定的超限条件进行计算比对，判定设备是否达到预警条件；
步骤7：结果呈现
将步骤6的计算结果通过装置的客户端接口呈现，呈现的方式为采用不同颜色表述各种状态，如运行预警用红色加粗字体显示，正常运行用绿色字体显示；
（2）建筑设备运行联动控制，包括以下步骤：
步骤1：模型标准化创建
标准化BIM模型，定义标准化信息录入格式，并将构件ID编码、技术参数信息录入BIM模型；
步骤2：模型轻量化
基于B/S架构创建，装置内置轻量化引擎，将BIM模型上传至装置，装置会自动进行轻量化转换，解析BIM数据，若数据解析成功，则执行下一步操作；数据解析异常时，装置会进行提示，并可导出异常信息，一边返回步骤1进行BIM模型修改；
步骤3：IOT接入
通过建筑智能化子系统开放的API接口（或直接对接IOT设备）进行IOT数据接入，通过IOT中间件进行解析转换，将接入信息解析为地址信息及监控信息，从而提取IOT设备的IP地址信息、监控项编码信息及监控项实时数据，形成实时数据库存储；
步骤4：选定触发设备及触发条件
利用BIM模型点选或ID编码检索选择联动控制的触发设备，同时设置触发条件，触发条件设置选择监控项、监控项实时内容、持续时间等，如选择监控项为火灾报警项，监控项内容为火灾报警，持续时间5s；
步骤5：选择联动设备及联动条件
利用BIM模型点选或ID编码检索选择联动控制的联动设备，同时设置联动动作，联动动作设置包括选择监控项及监控项实时内容。
建筑设备运行预警和建筑设备运行联动控制的步骤1中，模型标准化创建分为2部分工作，即：
1）模型标准化
定义BIM模型标准化创建办法，包括模型精度、模型着色、建模方法等，通过创建标准项目样板、族库及各种revit插件，实现BIM模型创建标准化；
2）数据标准化
定义标准化数据录入格式，包括数据分组、数据类型及数据格式等，需要录入的信息包括编码信息及技术参数。
建筑设备运行预警的步骤6中，逻辑运算计算机制如下：
步骤6-1：记录IOT设备实时运行状态，形成设备运行曲线；
步骤6-2：记录IOT设备超限运行起点，记为Yc，时间记为tn；记录IOT设备超限终点，记为Yf，时间记为tn’；IOT设备超限报警超限时间记为t；
步骤6-3：逻辑判定，若tn～（tn+t）时间段内无Yf记录，则判定设备运行超限；反之则设备运行正常；
所述IOT设备监测建筑设备运行状态需为逐时记录，轮询机制不适用于该算法。
本发明具有以下优点：
1）变被动为主动，保障设备健康
传统的设备运行监控主要为反应式的被动处理，设备出现故障才得以察觉，本发明通过对设备运行趋势的解析，可在设备出现损伤前预知问题，从而实现主动监管，保障设备健康运行。
2）突破传统壁垒，实现万物互联
传统的建筑智能化系统各自为政，自行监管，跨系统的联动依赖个人经验。本发明通过对建筑智能化系统（或直接对接设备）集成，并通过数据接收及转译装置的解析转换，可突破系统间的信息壁垒，实现万物互联。同时，装置内置的联动控制预设技术可实现跨系统的联动控制方案设置，极大程度提高了楼宇的智能化程度。
3）高速运算，提高管理效率
传统的建筑智能化系统多为C/S架构的本地化软件部署，系统运算依赖现场部署的服务器，运算能力有限。本发明采用B/S架构设计，结合云计算功能，可极大程度提高运算速度，提升建筑设备的感知处理速度，从而提高运营管理效率。
Claims (4)
1.一种建筑设备运行预警与联动控制的方法，其特征在于，包括以下内容：
（1）建筑设备运行预警，具体包括以下步骤：
步骤1：模型标准化创建
标准化BIM模型，定义标准化信息录入格式，并将构件ID编码、技术参数信息录入BIM模型；
步骤2：模型轻量化
基于B/S架构创建，装置内置轻量化引擎，将BIM模型上传至装置，装置会自动进行轻量化转换，解析BIM数据，若数据解析成功，则执行下一步操作；数据解析异常时，装置会进行提示，并可导出异常信息，一边返回步骤1进行BIM模型修改；
步骤3：IOT接入
通过建筑智能化子系统开放的API接口或直接对接IOT设备进行IOT数据接入，通过IOT中间件进行解析转换，将接入信息解析为地址信息及监控信息，从而提取IOT设备的IP地址信息、监控项编码信息及监控项实时数据，形成实时数据库存储；
步骤4：数据匹配
提取步骤2、步骤3中形成的基础数据信息和实时数据信息，进行数据匹配；
步骤5：设定预警条件
基于步骤2中形成的静态数据库，装置通过BIM模型点选或ID编码检索可选择需要进行预警的设备，同时选择需要进行预警的技术参数，并设定超限条件；
步骤6：逻辑运算
基于步骤5选择的建筑设备，筛选步骤4生成的匹配数据，进行逻辑运算，并将结果与步骤5设定的超限条件进行计算比对，判定设备是否达到预警条件；
所述的逻辑运算计算机制如下：
步骤6-1：记录IOT设备实时运行状态，形成设备运行曲线；
步骤6-2：记录IOT设备超限运行起点，记为Yc，时间记为tn；记录IOT设备超限终点，记为Yf，时间记为tn’；IOT设备超限报警超限时间记为t；
步骤6-3：逻辑判定,若tn～tn+t时间段内无Yf记录，则判定设备运行超限；反之则设备运行正常；
所述IOT设备监测建筑设备运行状态需为逐时记录，轮询机制不适用于该逻辑运算计算机制；
步骤7：结果呈现
将步骤6的计算结果通过装置的客户端接口呈现；
（2）建筑设备运行联动控制，包括以下步骤：
步骤1：模型标准化创建
标准化BIM模型，定义标准化信息录入格式，并将构件ID编码、技术参数信息录入BIM模型；
步骤2：模型轻量化
基于B/S架构创建，装置内置轻量化引擎，将BIM模型上传至装置，装置会自动进行轻量化转换，解析BIM数据，若数据解析成功，则执行下一步操作；数据解析异常时，装置会进行提示，并可导出异常信息，一边返回步骤1进行BIM模型修改；
步骤3：IOT接入
通过建筑智能化子系统开放的API接口或直接对接IOT设备进行IOT数据接入，通过IOT中间件进行解析转换，将接入信息解析为地址信息及监控信息，从而提取IOT设备的IP地址信息、监控项编码信息及监控项实时数据，形成实时数据库存储；
步骤4：选定触发设备及触发条件
利用BIM模型点选或ID编码检索选择联动控制的触发设备，同时设置触发条件；
步骤5：选择联动设备及联动条件
利用BIM模型点选或ID编码检索选择联动控制的联动设备，同时设置联动动作，联动动作设置包括选择监控项及监控项实时内容。
2.根据权利要求1所述的建筑设备运行预警与联动控制的方法，其特征在于，建筑设备运行预警和建筑设备运行联动控制的步骤1中，模型标准化创建分为2部分工作，即：
1）模型标准化
定义BIM模型标准化创建办法，包括模型精度、模型着色、建模方法，通过创建标准项目样板、族库及各种revit插件，实现BIM模型创建标准化；
2）数据标准化
定义标准化数据录入格式，包括数据分组、数据类型及数据格式，需要录入的信息包括编码信息及技术参数。
3.根据权利要求1所述的建筑设备运行预警与联动控制的方法，其特征在于，建筑设备运行预警的步骤4中，匹配内容包括：BIM模型ID编码与IOT设备IP地址、技术参数信息与监控项信息，其中，保持技术参数名称与监控项名称一致，从而实现自动配置，技术参数与监控项名称在装置中均为可编辑状态，保障数据匹配不用更换BIM模型。
4.根据权利要求1所述的建筑设备运行预警与联动控制的方法，其特征在于，建筑设备运行联动控制的步骤4中，触发条件设置选择监控项、监控项实时内容、持续时间。
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