CN114139264A - 基于bim+gis技术的建筑水系统信息化智慧运维系统 - Google Patents
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Abstract
基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，属于综合运维系统技术领域。主要由远传设备(1)、BIM+GIS技术平台(2)、云存储平台(3)、以及信息化智慧管控平台(4)四个部分组成。信息技术方面，整合BIM建筑模型和GIS地理模型，宏观上构建室外环境场景和属性数据库，为构建城市数字化模型提供信息基础；微观上将建筑水系统管网BIM模型与仪表、设备的动态数据相关联，建立可视化微观模型。软件技术方面，对GIS平台进行二次开发，集成专业计算组件并将数据分析和计算方法程序化，构建工程技术程序化模块，分析工况数据并实现对建筑水系统的智慧化管控。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，涉及物联网技术、大数据分析、云存储技术、BIM技术、 GIS技术、人工智能控制技术等相关领域，属于综合运维系统技术领域。
背景技术
建筑信息模型(BIM)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立三维建筑模型。地理信息系统(GIS)是对整个或部分地球表层空间的相关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。建筑水系统BIM模型，包括建筑土建结构以及建筑水系统管道、给水设备对应的三维几何模型和设备属性数据(长度、标高、管径等)，通过整合BIM建筑模型和GIS地理信息，实现建筑工程的数字化和内外场景的可视化，是“数字孪生城市”和建筑数字化领域的重要内容。
另一方面，常规建筑水系统管网的管理模式已经无法满足信息化管理水平的需求，传统的数据存储介质和分析手段已无法与现代建筑水系统管网系统所包含的海量信息相匹配，供水管网单一的信息获取途径已无法与数据时代人们迫切获取信息的需求相适应。传统的运维手段面临人工成本高、隐蔽工程多、故障排查难、管理手段单一、供水安全无保障、水资源损失等诸多问题，因此亟待建立建筑水系统管网信息化管理平台。通过物联网技术建立建筑水系统在线监测系统，采集管网流量、压力、水质、水位等数据，监控管网实施工况运行状态，利用大数据技术对海量实时数据进行分析，从而优化给水系统运行。
因此，有必要开发一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，结合物联网、云计算和大数据等新一代信息技术和人工智能控制技术，建立信息管理、数据分析和人机交互智慧管控机制，使管理更加高效、便捷、节约，进一步提高建筑水系统系统运行的可靠性。信息技术方面，整合BIM建筑模型和GIS系统，宏观上构建虚拟宏观环境地理场景和GIS数据库，为构建城市数字化模型提供信息基础；微观上将建筑水系统管网BIM模型与仪表、设备的动态数据相关联，建立可视化微观模型并展示室内空间结构。软件技术方面，对GIS平台进行二次开发，集成专业计算组件并将数据分析和计算方法程序化，建立工程技术程序化模块，分析实时监测数据并实现对建筑水系统的智慧化管控。该运维系统是目前“智慧城市”、“智慧水务”以及建筑智慧化管理的技术发展热点。
发明内容：
本发明提供一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，本智慧运维系统主要由远传设备(1)、BIM+GIS技术平台 (2)、云端数据库(3)、以及信息化智慧管控平台(4)四个部分组成；
远传设备(1)包括监测设备，进一步包括智能水表、压力传感器、水质监测仪和液位传感器等进行实时监测数据(12)检测的设备，利用数据采集器对上述远传设备检测的数据进行数据采集；利用物联网技术对多个建筑室内远传设备(1)进行区域组网，通过有线传输或无线传输的方式将各个数据采集器采集的实时监测数据(12)传输至本地数据中心(11)进行集中收集，再通过互联网将本地数据中心 (11)中的海量数据传至云端数据库(3)中对应的“本地库”(32) 进行存储；
BIM+GIS技术(2)中的BIM+GIS技术指的是通过专业软件将建筑水系统管网的BIM模型导入到GIS系统，使得建筑水系统管网的BIM模型与GIS系统相结合，并加载地图数据，获得虚拟宏观环境地理场景和GIS数据；地图数据属于为外部接入数据，为在线电子地图或地理信息数据包，其中地理信息数据包需从第三方地理信息供应商购买，可作为GIS数据的一部分存入GIS库；BIM模型通过GIS 软件插件解析后，BIM模型在GIS系统中形成GIS数据，GIS数据是GIS模型(21)和GIS属性表(22)的统称，GIS模型(21)包括 GIS系统中管网三维几何模型，GIS属性表(22)包括GIS系统中图属或模型对应的管网属性信息表，属性表内包含了建筑水系统管网构件的地理坐标信息(23)、空间位置信息(24)和设备属性数据(25) 等；为智慧管控系统提供室外虚拟宏观环境地理场景、三维几何模型和设备属性数据等基础数据。
云端数据库(3)以虚拟云服务器为依托，存储本信息化智慧运维系统所需的各类数据，云端数据库(3)包括“本地库”(32)和“GIS 库”(31)；按数据的不同类型和来源分别存储至“本地库”(32)和“GIS库”(31)；本地库(32)用于存储本地数据中心的本地数据(33)，主要包括本地纸质文档经电子信息化处理后的数据，如电子工程图 (34)、日常运维记录(35)、设备台账信息(36)等，以及本地远传设备(1)的实时监测数据(12)；GIS库存储有GIS数据(37)，主要包括通过GIS系统转化和处理的数据包括GIS模型(21)和GIS 属性表(22)；云端数据库是智慧管控系统数据存储和信息交互的核心组件，通过互联网为信息化智慧管控平台(4)提供数据支持；
信息化智慧管控平台(4)包括概览模块、运维监测模块、智能分析模块和智能管控模块等功能模块；每个功能模块均以GIS系统为基础平台进行二次开发，并以应用程序模块的形式集成于智慧运维系统，所需要的数据包括本地数据(33)和GIS数据(37)等都从云端数据库(3)调取。
其中概览模块包括GIS模型仿真模拟、工程信息查询以及水表分级管理系统等；运维监测模块包括视频影像监控、工况数据监测和运维文档管理；概览模块的主要是实现建筑水系统的信息可视化功能，用于在计算机端查看建筑水系统管网的空间位置信息，查询各类工程信息如竣工图纸、工艺流程图和逻辑关系图等；
运维监测模块包括视频影像监控、工况数据监测和运维文档管理；
智能分析模块包括用水平衡分析、漏失分析、压力分析、水质分析、水箱液位分析和爆管分析；
智能管控模块包括远程巡检、故障预警、水箱液位调控、事故应急管控、供水智能调控等。
概览模块中GIS模型仿真模拟是将本地库(32)的实时变化数据，加载到GIS模型相应的空间点位，实现现实与虚拟相互映射，即在 GIS模型对应位置上可查看数据的实时变化状态；工程信息查询是将本地数据库中存储的工程图纸图，与GIS模型对应的楼层相关联，用于运维过程中对照工程图纸，更加直观、便捷地查看楼层中建筑水系统管网的空间位置和属性信息；水表分级管理系统主要通过水表逻辑关系树状图进行表达，树状图的每个单元包含单个水表的实时监测数据(12)、设备属性数据(25)和设备台账信息(36)等各类数据集合，这些数据均从数据库(3)中按需调取，并关联树状图单元，水表管理系统用于查看水表分级设置的逻辑关系、出厂信息以及动态数据变化趋势等。
云端数据库(3)中的设备台账信息(36)包括存储于本地库(32) 的各类设备台账，如规格型号、出厂信息、设备功率、尺寸，用于设备更换、维修时调取查看。
远传设备(1)的实时监测数据(12)包括建筑水系统的流量、压力及水箱液位等，水质监测指标包括pH值、浊度、余氯等等；并将在实时监测数据(12)传输至本地数据中心(11)进行集中收集，经互联网上传至云端数据库(3)进行储存；信息化智慧管控平台通过互联网从云端数据库调取数据用于展示和分析。
运维监测模块中视频影像监控主要通过远程视频监控观察如给水泵房、小区综合管廊等区域内供水设施的现场状态，并在操作系统内显示视屏实时监控界面；
工况数据监测包括监测数据变化趋势展示和数据统计分析；
运维文档管理包括工况数据、巡检记录、事故报表和财务报表各类相关图表的录入输出；监测数据变化趋势展示是指通过调取本地库中的实时工况数据，将其按照小时、每日、每月等时间分布规则绘制实时工况变化曲线；数据统计分析是通过变化曲线的形式表达特定时段内仪表、设备实时监测数据的变化趋势，分析运行工况是否复核设计和规范要求；同时展示数据的统计特征参数，统计特征参数如水表和压力计不同高峰时段的均值、最大值及最小值等，同时该模块提供关键字查询、检索各类属性数据等功能。
智能分析模块包括水平衡分析、漏失分析、压力分析、水质分析、水箱液位分析和爆管分析；其中水平衡分析是通过查看特定时间段内相关二级水表计量用水量的总和是否等于一级水表计量用水量，指示用水过程中是否存在漏损；通过长期用水量变化范围自动报警异常数据，并指示存在漏损的区域；漏失分析主要指结合出现用水量异常的区域，以及管网的压力变化趋势判断并指示可能出现漏失的管段或区域；压力分析指通过一段时间内压力变化趋势判断局部是否存在供水压力与设计值或使用需求不相符的情况，为优化系统和事故预警提供依据；水质分析指设定水质指标限值，通过水质变化趋势提示或预警；水箱液位分析指通过水箱液位变化趋势，分析水力停留时间从而推算满足实际需求的水箱储水容积；爆管分析指通过流量压力异常数据提示出现爆管事故，并提示发生事故的管段以及就近可以关闭的阀门。
智能管控模块包括远程巡检、故障预警、水箱液位调控、事故应急管控、供水智能调控等；远程巡检是通过远程控件进行设备、设施的远程操控维护，查看电控阀门、远程仪器仪表等工作状态是否正常；故障预警是指通过设定设备参数故障临界值实现提示、预警，并提供应急处置预案；水箱液位调控是指通过水位分析确定水箱实际需求储水容积，联动设定进水阀门的启闭机制，控制水箱液位；供水智能调控是指将系统运行的实时流量和压力的变化信息反馈给智慧水泵，通过调节水泵输出的流量和压力来调节管网流量和压力，使其满足使用需求；事故应急管控是指供水管网出现事故时快速发出警报并紧急关闭阀门，达到控制事故不良影响进一步扩大的目的。
附图说明
图1为智慧运维系统主要组成附图；
图2远传设备结构化图；
图3BIM+GIS技术结构化图；
图4云端数据库结构化图；
图5智慧管控系统结构化图。
具体实施方式：
结合附图对本发明的实施方式做具体说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
(1)参看附图1，本智慧运维系统由远传设备、BIM+GIS技术、云端数据库以及信息化智慧管控平台四个部分组成。
(2)远传设备包括智能水表、压力传感器、水质监测仪和液位传感器等，根据用水量管理的要求将数据采集设备安装在指定位置，并采集建筑水系统管网的流量、压力，各项水质指标如浊度、余氯、 pH，以及液位变化趋势等实时监测数据，通过有线或无线的方式将远传设备的实时监测数据集中传输至数据采集器，然后将数据采集器的数据集中传输至本地数据中心，并通过互联网传至云端数据库进行存储；将云存储平台实时数据进行梳理、整合后形成业务数据库，供信息化智慧管控平台调取。结构化参看附图2，
(3)BIM+GIS技术指的是通过专业软件插件将建筑水系统管网的BIM模型导入到GIS软件系统，使得建筑水系统管网的BIM模型与GIS系统相结合，获得虚拟宏观环境地理场景和GIS数据；其中 BIM模型通过GIS软件插件解析后，BIM模型在GIS系统中形成GIS 数据，GIS数据是GIS模型和GIS属性表的统称，GIS模型指GIS系统中管网三维几何模型，GIS属性表指GIS系统中图属对应的管网属性信息表，属性表内包含了建筑水系统管网构件的地理坐标信息、空间位置信息和设备属性数据；为智慧管控系统提供室外虚拟宏观环境地理场景、三维几何模型和设备属性数据等基础数据；模块化可参见图3.
(4)云端数据库包括本地库和GIS库，本地库用于存储本地数据，主要指本地纸质文档经电子信息化处理后的数据，如电子工程图、日常运维记录、设备台账信息等，以及本地远传设备的实时监测数据；GIS库用于存储GIS数据，主要指通过GIS系统转化和处理的数据包括GIS模型和GIS属性表；云端数据库是智慧管控系统数据存储和信息交互的核心组件，通过互联网为信息化智慧管控平台提供数据支持；模块化可参见4；
(5)智慧管控系统包括概览模块、运维监测模块、智能分析模块和智能管控模块。每个功能模块都是基于GIS开发环境和数据格式进行二次开发，并以应用程序的形式集成于智慧运维系统，运维系统在应用过程中所需要的数据如本地数据和GIS数据等都从云端数据库调取。概览模块包括GIS模型仿真模拟、工程信息查询以及水表分级管理系统等。运维监测模块包括视频影像监控、工况数据监测和运维文档。智能分析模块包括水平衡分析、漏失分析、压力分析、水质分析、水箱液位分析和爆管分析。智能管控模块包括远程巡检、故障预警、水箱水位调控、工况优化、事故应急管控、供水智能调控等，模块化可参见图5。
Claims (7)
1.一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，其特征在于，所述智慧运维系统主要由远传设备(1)、BIM+GIS技术(2)、云端数据库(3)以及信息化智慧管控平台(4)四个部分组成；
远传设备(1)包括监测设备，能进行实时监测数据(12)检测的设备，利用数据采集器对上述远传设备检测的数据进行数据采集；利用物联网技术对多个建筑室内远传设备(1)进行区域组网，通过有线传输或无线传输的方式将各个数据采集器采集的实时监测数据(12)传输至本地数据中心(11)进行集中收集，再通过互联网将本地数据中心(11)中的海量数据传至云端数据库(3)中对应的“本地库”(32)进行存储；
BIM+GIS技术(2)中的BIM+GIS技术指的是通过专业软件将建筑水系统管网的BIM模型导入到GIS系统，使得建筑水系统管网的BIM模型与GIS系统相结合，并加载地图数据，获得虚拟宏观环境地理场景和GIS数据；地图数据属于为外部接入数据，为在线电子地图或地理信息数据包，其中地理信息数据包需从第三方地理信息供应商购买，可作为GIS数据的一部分存入GIS库；BIM模型通过GIS软件插件解析后，BIM模型在GIS系统中形成GIS数据，GIS数据是GIS模型(21)和GIS属性表(22)的统称，GIS模型(21)包括GIS系统中管网三维几何模型，GIS属性表(22)包括GIS系统中图属或模型对应的管网属性信息表，属性表内包含了建筑水系统管网构件的地理坐标信息(23)、空间位置信息(24)和设备属性数据(25)等；为智慧管控系统提供室外虚拟宏观环境地理场景、三维几何模型和设备属性数据等基础数据；
云端数据库(3)以虚拟云服务器为依托，存储本信息化智慧运维系统所需的各类数据，云端数据库(3)包括“本地库”(32)和“GIS库”(31)；按数据的不同类型和来源分别存储至“本地库”(32)和“GIS库”(31)；本地库(32)用于存储本地数据中心的本地数据(33)，主要包括本地纸质文档经电子信息化处理后的数据，包括电子工程图(34)、日常运维记录(35)、设备台账信息(36)，以及本地远传设备(1)的实时监测数据(12)；GIS库存储有GIS数据(37)，主要包括通过GIS系统转化和处理的数据包括GIS模型(21)和GIS属性表(22)；云端数据库是智慧管控系统数据存储和信息交互的核心组件，通过互联网为信息化智慧管控平台(4)提供数据支持；
信息化智慧管控平台(4)包括概览模块、运维监测模块、智能分析模块和智能管控模块等功能模块；每个功能模块均以GIS系统为基础平台进行二次开发，并以应用程序模块的形式集成于智慧运维系统，所需要的数据包括本地数据(33)和GIS数据(37)等都从云端数据库(3)调取。
2.按照权利要求1所述的一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，其特征在于，远传设备(1)包括智能水表、压力传感器、水质监测仪和液位传感器。
3.按照权利要求2所述的一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，其特征在于，
其中概览模块包括GIS模型仿真模拟、工程信息查询以及水表分级管理系统等；运维监测模块包括视频影像监控、工况数据监测和运维文档管理；概览模块的主要是实现建筑水系统的信息可视化功能，用于在计算机端查看建筑水系统管网的空间位置信息，查询各类工程信息包括竣工图纸、工艺流程图和逻辑关系图；
运维监测模块包括视频影像监控、工况数据监测和运维文档管理；
智能分析模块包括用水平衡分析、漏失分析、压力分析、水质分析、水箱液位分析和爆管分析；
智能管控模块包括远程巡检、故障预警、水箱液位调控、事故应急管控、供水智能调控等。
4.按照权利要求3所述的一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，其特征在于，
概览模块中GIS模型仿真模拟是将本地库(32)的实时变化数据，加载到GIS模型相应的空间点位，实现现实与虚拟相互映射，即在GIS模型对应位置上可查看数据的实时变化状态；工程信息查询是将本地数据库中存储的工程图纸图，与GIS模型对应的楼层相关联，用于运维过程中对照工程图纸，更加直观、便捷地查看楼层中建筑水系统管网的空间位置和属性信息；水表分级管理系统主要通过水表逻辑关系树状图进行表达，树状图的每个单元包含单个水表的实时监测数据(12)、设备属性数据(25)和设备台账信息(36)等各类数据集合，这些数据均从数据库(3)中按需调取，并关联树状图单元，水表管理系统用于查看水表分级设置的逻辑关系、出厂信息以及动态数据变化趋势等；
云端数据库(3)中的设备台账信息(36)包括存储于本地库(32)的各类设备台账，包括规格型号、出厂信息、设备功率、尺寸，用于设备更换、维修时调取查看；
远传设备(1)的实时监测数据(12)包括建筑水系统的流量、压力及水箱液位等，水质监测指标包括pH值、浊度、余氯等等；并将在实时监测数据(12)传输至本地数据中心(11)进行集中收集，经互联网上传至云端数据库(3)进行储存；信息化智慧管控平台通过互联网从云端数据库调取数据用于展示和分析。
5.按照权利要求3所述的一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，其特征在于，
运维监测模块中视频影像监控主要通过远程视频监控观察不同区域包括给水泵房、小区综合管廊内供水设施的现场状态，并在操作系统内显示视屏实时监控界面；
工况数据监测包括监测数据变化趋势展示和数据统计分析；
运维文档管理包括工况数据、巡检记录、事故报表和财务报表各类相关图表的录入输出；监测数据变化趋势展示是指通过调取本地库中的实时工况数据，将其按照小时、每日、每月等时间分布规则绘制实时工况变化曲线；数据统计分析是通过变化曲线的形式表达特定时段内仪表、设备实时监测数据的变化趋势，分析运行工况是否复核设计和规范要求；同时展示数据的统计特征参数，统计特征参数包括水表和压力计不同高峰时段的均值、最大值及最小值，同时该模块提供关键字查询、检索各类属性数据的功能。
6.按照权利要求3所述的一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，其特征在于，
智能分析模块包括水平衡分析、漏失分析、压力分析、水质分析、水箱液位分析和爆管分析；其中水平衡分析是通过查看特定时间段内相关二级水表计量用水量的总和是否等于一级水表计量用水量，指示用水过程中是否存在漏损；通过长期用水量变化范围自动报警异常数据，并指示存在漏损的区域；漏失分析主要指结合出现用水量异常的区域，以及管网的压力变化趋势判断并指示可能出现漏失的管段或区域；压力分析指通过一段时间内压力变化趋势判断局部是否存在供水压力与设计值或使用需求不相符的情况，为优化系统和事故预警提供依据；水质分析指设定水质指标限值，通过水质变化趋势提示或预警；水箱液位分析指通过水箱液位变化趋势，分析水力停留时间从而推算满足实际需求的水箱储水容积；爆管分析指通过流量压力异常数据提示出现爆管事故，并提示发生事故的管段以及就近可以关闭的阀门。
7.按照权利要求3所述的一种基于BIM+GIS技术的建筑水系统信息化智慧运维系统，其特征在于，智能管控模块包括远程巡检、故障预警、水箱液位调控、事故应急管控、供水智能调控等；远程巡检是通过远程控件进行设备、设施的远程操控维护，查看电控阀门、远程仪器仪表等工作状态是否正常；故障预警是指通过设定设备参数故障临界值实现提示、预警，并提供应急处置预案；水箱液位调控是指通过水位分析确定水箱实际需求储水容积，联动设定进水阀门的启闭机制，控制水箱液位；供水智能调控是指将系统运行的实时流量和压力的变化信息反馈给智慧水泵，通过调节水泵输出的流量和压力来调节管网流量和压力，使其满足使用需求；事故应急管控是指供水管网出现事故时快速发出警报并紧急关闭阀门，达到控制事故不良影响进一步扩大的目的。
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