基于GIS的大型公共建筑轻量级运维管理平台研发与应用

　　摘要：大型公共建筑在商业、办公、旅游、科教文卫、通讯和交通等各个方面都有着不可替代的作用。但大型公共建筑的运维管理信息化平台开发和应用却有一定技术难度。为降低这一难度，提出一种基于GIS的大型公共建筑轻量级运维管理平台研发与应用方法。大型公共建筑图纸通过图形数据转换和编辑，转换为地图服务;大型公共建筑属性数据通过归纳总结，形成层次结构，并赋予唯一标识符，建立属性数据标准库;并以此为基础，梳理大型公共建筑运维管理流程，形成运维管理标准流程和数据流程;通过搭建统一的平台，完成上述4项结果的集成，并投入实际应用。该方法在一座大型机场航站楼进行了实际验证，开发了一套轻量级运维管理平台，实现了该航站楼运维管理的信息化，其结果验证了方法的有效性和可操作性。

　　关键词：建筑运维管理;大型机公共建筑;GIS;属性数据标准库;运维管理标准流程

　　建筑工程师论文投稿刊物：《北方建筑》Northern Architecture(双月刊)2016年创刊，中文，大16开，出版地：吉林省长春市;北方建筑坚持为社会主义服务的方向，坚持以马克思列宁主义、毛泽东思想和邓小平理论为指导，贯彻“百花齐放、百家争鸣”和“古为今用、洋为中用”的方针，坚持实事求是、理论与实际相结合的严谨学风，传播先进的科学文化知识，弘扬民族优秀科学文化，促进国际科学文化交流，探索防灾科技教育、教学及管理诸方面的规律，活跃教学与科研的学术风气，为教学与科研服务。

　　大型公共建筑一般是指单栋建筑面积在2万平方米以上且采用中央空调的公共建筑[1]，可分为商业、办公、旅游、科教文卫、通讯和交通等类型。大型公共建筑均具有特殊的用途，合理的运维管理可保证其充分实现自身功能。建筑物的运维管理，是整合人员、设施、技术和管理流程，主要包括对人员工作和生活空间进行规划、维护、维修、应急等管理[2]。由于运维管理时间跨度大、周期长、内容多、涉及人员复杂，传统的运维管理效率相对低下[2]。因而，引入信息技术改善大型公共建筑运维管理的效率和质量，提升管理效率和服务水平，具有明显的实用意义。建筑运维管理信息化的相关研究可以分为技术和应用2个层次[2]。信息化技术在技术层面主要包括：建筑信息模型(buildinginformationmodeling,BIM)技术和移动终端技术2类。BIM作为新兴技术，具有应用在运维管理方面的潜能，并引起了管理人员对其利用的兴趣[3]。

　　BIM作为建筑的虚拟承载体，包含建筑物所有物理、功能特性、使用情况等全生命周期的信息，可作为建筑运维管理完整的信息数据来源[4]。利用BIM模型的三维特性，实现运维管理的可视化，方便了管理人员的认知和推理，从而可以直观地解决问题[5]。利用BIM的语义结构，可以将设备设施的检测和运维记录附加到BIM模型，同时分析各个维修任务的优先级，便于管理人员合理地安排检修计划[6]。除维修信息外，该技术还可以支持其他更加丰富的属性信息，完成诸如设施管理过程中路径规划的可应用性[7]，或更高层次的设施设备运维管理的决策支持[8]。

　　移动终端技术，主要用于实现实时、准确的录入信息，是大型公共建筑运维管理的优秀辅助工具。其主要包括条形码(Barcode)[9]，二维码(QRcode)[10]，WLAN[11]和RFID[11-12]等。在应用层面，据相关文献调研，系统架构开发是建筑运维研究的一个重要方面[2]。在系统架构开发方面，用于运维管理的BIM平台系统主要有3类[2]：①直接应用商业软件产品，如广泛使用的Archibus，提供了资产设施管理相关的广泛内容，可有效管理不动产、设施设备、基础设施等[13];②基于商业软件进行二次开发，如Autodesk系列软件中提供良好的二次开发支持的AutoCAD，Revit等，在基于Autodesk系列软件进行二次开发中，采用B/S架构或C/S架构，完成设施设备的管理工作[14-17];③研发具有自主知识产权的平台系统，本文研发基于BIM的机电设备智能管理系统BIM-FIM[18]，该系统实现机电设备安装过程和运维阶段的信息共享，完成安装后将实体建筑和虚拟的机电设备信息模型集成交付给业主;同时加强了运营期机电设备的综合信息化管理[18]。

　　上述文献从技术和实际应用方面研究了大型公共建筑的运维管理。但BIM模型拥有大量的数据，对计算机的要求高，轻量化处理有实用意义[19]。本文提出了一种与文献[19]不同的轻量级大型公共建筑运维管理平台开发和应用方法，即采用GIS技术，以大型公共建筑存档图纸为图形数据源，以地图服务的方式实现大型公共建筑可视化管理。通过归纳和梳理，完成运维管理的属性数据、业务流程和数据流程的标准化。可选用多种成熟软件完成相关步骤，并以B/S架构平台的形式进行实际应用，地图服务和运维管理平台松耦合，可以独立更新和维护，因而具有高度的可操作性和实用性。

　　1轻量级运维平台构建方法

　　本文着眼于大型共建筑运维的实际需求和条件，提出了一种符合实际，可操作性强的大型公共建筑运维管理的构建方法，用于搭建轻量级的运维管理平台，共分为5步。

　　第1步.图形数据处理。GIS支持的图形数据来源广泛，各种矢量和格栅格式的图形数据均可以作为GIS的图形数据来源。图形数据转换为GIS图形数据后，一般需进行校核，以保证图形数据的质量。验证后的图形数据经过渲染和编辑，可用于发布地图服务，而地图服务是实现可视化运维管理的基础。第2步.属性数据处理。大型公共建筑运维管理中涉及的数据量大、面广、格式各异、来源广泛。将其属性数据标准化，建立属性数据标准库，并赋予唯一标识符。即能避免运维管理中因数据杂乱而造成的管理混乱，又能通过唯一标识符与图形数据进行关联。第3步.运维管理流程处理。运维管理包含多方面的业务，在第2步建立的属性数据标准库的基础上，可完成各项业务流程的标准化。而标准化的流程十分利于信息化。

　　第4步.运维管理数据流程处理。大型公共建筑多种运维管理业务数据生成流程的规范化，及在该流程中，图形数据和属性数据集成应用方式的整合，以形成各项业务的标准化数据流程。第5步.开发及应用。选用现有技术和工具完成轻量级管理平台的开发，并投入实际应用，实现大型公共建筑的信息化运维管理。在此过程中，根据实际应用反馈情况，对图形数据、属性数据标准库进行更新和完善，对管理流程作修改。同时，平台也需要在长期的应用中进行维护。

　　2数据处理

　　数据处理是指图形数据的转化、校核、发布和部署;各种属性数据的归纳总结和形成层次结构等。

　　2.1图形数据

　　图形数据是大型公共建筑可视化运维管理的基础。图形数据的转换包含5个步骤。步骤1.数据源。图形数据的来源是大型公共建筑在施工阶段的图纸。图纸一般需存档，因而数据来源有保证。步骤2.数据导入及校核。根据管理需要，可分别提取不同的数据，以便形成相互独立的GIS地图数据，如土建数据、机电设备数据等;也可以按照楼层为单位提取。GIS支持各种图形数据，但由于其图形数据格式往往与数据源并不相同，因而导入图形数据后还需校核。图形校核的内容包含去除伪节点、突出点、多边形闭合等内容。步骤3.数据渲染和唯一标识符录入。图形数据校核完毕后，需进行图形渲染，即重新对图形的线型、线宽、颜色、填充图样等进行配置。除此之外，最重要的是对部分图元设置可见/隐藏的比例，即不同的图元需要在不同的比例尺中有选择性的显示或隐藏。

　　例如，针对机电设备可设置一个显示的比例尺区间，只有当比例尺处于该区间时，才显示;反之均隐藏。唯一标识符录入是指将与图元对应的唯一标识符录入地图数据中，用于索引该图元。步骤4.地图服务发布。由于图形数据可在一定时间内保持不变，因而非常适合以切片的方式通过GISServer进行地图服务发布。发布的关键是根据步骤3中的可见/隐藏比例尺选定切片的层级和各层级的比例尺。在发布的过程中，步骤2所获地图数据作为生成切片的后台数据源一并发布，并作为地图服务的组成部分。步骤5.调用地图服务。在信息系统中调用地图服务，根据设定的切片层级及对应的比例尺，有选择性的显示/隐藏大型公共建筑土建结构及内部包含设施设备等，并支持图元选中操作。上述的步骤3和步骤4需要根据运维管理的实际需要设定特定图元的显示/隐藏比例尺，进而确定切片的层级及对应比例尺。该2步操作可以实现类似LoD(levelsofdetail)效果，实现不同细节层次的运维管理。

　　(1)一般存档图纸分为纸质和电子格式。纸质图纸可以通过扫描形成格栅格式，或重新绘制成矢量格式，如DWG;而电子格式的图纸本身即为格栅或矢量格式。2种格式均可作为GIS的数据源。(2)多种GIS软件均支持Shapefile文件格式，因而Shapefile文件可以作为地图数据的标准格式。(3)多种GIS软件均可以完成对Shapefile文件的渲染和编辑等操作，并进一步完成地图服务的发布和部署。(4)地图服务在部署时的数据源仍可直接采用已有的Shapefile文件，同样也被多种GISServer软件支持。(5)有多种GISServer开发框架和SDK可供用于平台的开发。

　　2.2属性数据标准库

　　完成图形数据是可视化运维管理的基础，但要实现具体的运维管理业务，还需要将相关的图形数据和属性数据相关联，用丰富的属性数据对图形数据进行支撑。属性数据是指大型公共建筑运维管理涉及的各种数据。大型公共建筑由于面积大、管理业务多，内部包含的设施设备种类繁多、数量大等原因，往往会导致在日常运维管理过程中，出现数据混乱，导致管理混乱情况的出现。例如，名称(如公司名称)可用全称，也可用简称。而运维管理过程中经常需要各种“周报”、“月报”、“季度报”和“年报”等。名称用词混乱可导致各种统计报表的混乱，且易产生疏漏和错误。针对上述问题，一种简单可行的方法是将这些属性数据制作成属性数据标准库，即将日常运维管理中涉及到的各种属性数据标准化，并建立层次结构和索引。由大型公共建筑特点所决定，多种设施设备经常会发生各种损坏，因而报修业务是其运维管理的一项基本业务。

　　航站楼报修业务属性数据可形成一个巨大的树结构，仅选取5个层次共6类数据(第5和第6类数据为1个层次)。为保证完备性，适当在各个层次增加“其他”选项。第1类为业务层，即报修业务;第2类为根据航站楼实际情况划分的子类;第3类为每个子类包含的设施设备种类，“航站区服务设施设备”为例。该层并不具体到单个的设施设备，单个的设施设备均由其设施设备标准库负责维护;第4类为常见的故障种类，与设施设备种类存在“多对多”的关系;第5和第6类是故障的维修时限和对应的扣分标准，用于监管维修单位。对该航站楼日常运维管理业务中涉及到的各种设施设备、企业、人员等、一段时间内保持不变的各种规章制度等等，也制定相应的属性数据标准库。各个属性数据标准库并不是相互独立存在的，其有“一对一”、“一对多”和“多对多”的连接关系。

　　报修属性数据中第3类需要和单个的设施设备有连接，为一对多连接;而第4类需与常见故障及维修方法连接，为多对多连接(即一种故障可以有多种维修方式，而一种维修方式也可以处理多种故障)。因而需要为每个数据均赋予唯一标识符，通过唯一标识符索引属性数据。同时，图形数据和属性数据的关联使用唯一标识符匹配完成。例如，对于设施设备，需要完成对应的唯一标识符的输入，用于在3.2节进行集成应用。第4期文桥，等：基于GIS的大型公共建筑轻量级运维管理平台研发与唯一标识符采用编码：部分需要新增编码，而已有编码的部分可以直接采用。例如，航站楼在采购设施设备时，需赋予固定资产编号、企业纳税人识别号、个人身份证号等。这些已有的编号均可作为相应属性数据标准库唯一标识符。

　　3流程处理

　　完成数据处理后，在形成的属性数据标准库的基础上，完成各项运维管理业务流程的标准化，以及在生成业务数据的过程中，各项数据的应用流程。

　　3.1运维管理标准流程

　　大型公共建筑日常运维管理中包含多种业务，并具有各自的工作流程。因其流程不严格规范会出现：有些步骤的作用相互重叠，有些步骤可有多种操作方法，及不同步骤之间的顺序也不统一。上述情况的存在，不利用运维管理的信息化。在2.2节的基础上，完成各项管理流程的标准化，使各项管理均有且仅有一个标准流程，即有利于运维管理工作的开展，也是实现信息化运维管理的基础。以航站楼运维管理工作中的报修业务为例，设施设备报修流程总体上分为8步，其第6~8步涉及仓库管理，属于另一个管理流程，在此不做详述。

　　4结论

　　由于我国建筑行业普遍存在的重视设计和施工，而轻视运维的现象，大型公共建筑的运维管理的信息化程度普遍不高。针对此情况，本文着眼于运维管理的实际条件，提出了基于GIS的大型公共建筑轻量级运维管理研发和应用方法。利用成熟的GIS技术，将大型公共建筑存档图纸转化为地图数据，针对部分或全部图元输入唯一标识符。通过设定显示/隐藏的比例尺范围，实现类似LoD的层次效果。将完成编辑和渲染的地图数据发布成地图服务并部署，为大型公共建筑的轻量级运维提供可视化基础。通过实际调研，归纳总结大型公共建筑涉及的各种属性数据，根据层级关系建立属性数据的树结构，为每个节点赋予唯一标识符，形成属性数据标准库。其属性数据和图形数据通过唯一标识符关联。在属性数据标准库的基础上，形成了标准的运维管理流程和数据流程。属性数据标准库和运维管理标准流程均十分便于信息化;而数据流程保证了业务数据的有序生成。

　　通过GISServer技术支持的开发框架和SDK，完成B/S架构的轻量级平台开发，将上述结果进行集成，并投入到了昆明长水国际机场航站楼运维管理中，实现了该航站楼的信息化运维管理。验证了本文提出方法的有效性和可操作性。大型公共建筑的运维数据往往蕴含着大量有价值信息。由于采用了属性数据标准库和运维管理标准流程，收集的运维管理业务数据高度结构化，可直接或简单处理即可用于数据挖掘等方面的应用。在业务数据积累到一定程度后，将进一步研究采用合适的数据挖掘算法来发现运维数据的价值。

　　参考文献

　　[1]上海市城乡建设和交通委员会.DG/TJ08-2068—2017大型公共建筑能耗监测系统工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.