CN108776837A - 基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***和方法 - Google Patents

基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***和方法本***包括：数据采集装置，计算与存储平台，计算机（PC）平台交互设备，虚拟现实（VR）交互设备。将建筑信息模型保存在计算与存储平台，在建筑上安装数据采集装置。通过数据采集装置采集建筑的水电暖等相关配套***的实时状态，并将数据上传到计算与信息存储平台。在PC平台交互设备上查看模型信息和实时监测数据，在VR平台交互设备进行虚拟漫游并查看构件信息和实时监测数据。如发现异常则安排相关人员对指定位置进行巡检，维护或更换相应构件设备，同时将相关文档进行上传至计算与存储平台保存，实现大型建筑的标准化，规范化的运维管理。

Description

基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***和 方法
技术领域
本发明属于建筑信息模型(BIM)及虚拟现实信息技术领域，具体涉及一种基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***和方法。
背景技术
建筑运维管理指建筑在竣工验收完成并投入使用后，整合建筑内人员、设施及技术等关键资源，通过运营充分提高建筑的使用率，降低经营成本，增加投资收益，并通过维护尽可能延长建筑的使用周期而进行的综合管理。随着我国近年来，建筑行业的不断发展，众多新建竣工并投入使用，对于建筑运维管理提出了更高的要求。
目前的建筑运维管理模式主要依赖于二维的建筑图纸和相应的纸质文件或电子文档，这一管理模式对相关人员的专业能力有较高的要求，同时整理文档和相关材料往往需要耗费大量的时间。对于大型的建筑或建筑群的运维管理较为低效。
随着建筑信息模型（BIM）技术在建筑行业的推广，BIM模型所具有的三维可视化，数字信息集成性等特点被广泛接受，已经被应用到建筑的规划，设计，施工的各个阶段。作为建筑生命周期管理的重要一环，BIM技术在运维阶段的应用可以解决目前运营维护阶段所存在的一系列问题。
虚拟现实技术(VR)也是近年来兴起的一项技术，通过计算机构造虚拟空间，操作相应的设备，可以实现在虚拟空间中和相应构件进行交互，获得更好的用户体验。将虚拟现实技术于运维管理相结合可以使相关信息的查看更为简单直观，提高管理的效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***和方法。依靠建筑信息模型和虚拟现实技术基于建筑的三维信息模型对建筑的各项运维数据进行采集，分类，处理，并在虚拟空间与BIM模型进行交互，以此实现对于大型建筑的标准化，规范化的运维管理。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***，利用建筑信息模型对建筑进行日常管理和监控，包括计算与存储平台（2），PC平台交互设备（1），VR交互设备（3），数据采集装置，其特征在于所述PC平台交互设备（1）、所述VR交互设备（3）和所述数据采集装置（4）均与所述计算与存储平台（2）通信连接；
所述计算与存储平台，用于存储建筑信息模型，实时监测数据及运维管理的相关文档材料。其硬件由以下几部分组成：
中心服务器，主要用于储存和管理监测数据与相关运维。
大型交换机：主要用于中心服务器与PC端及VR端的数据交换。
远端多通道多功能数据采集器：主要用于将传感器的点型号转化为数字信号并传输至中心服务器存储和利用。
千兆网线：主要用于中心服务器与交换机的通信连接。
所述PC平台交互设备包括台式计算机，笔记本型计算机，千兆网线。计算机通过千兆网线与大小交换机通信相连。PC计算机能够访问中心服务器上的建筑模型，以及存储模型数据及相关建筑信息的数据库，上传下载中心服务器上的建筑信息模型及相关监测数据和管理文档，并进行修正和修改。
所述VR交互设备通过从中心服务器上下载建筑信息模型，并利用计算机进行模型渲染，使用者戴上VR头盔在虚拟建筑空间内进行漫游，并通过手柄查看构件信息及实时监测数据。主要硬件组成包括：VR头盔，VR交互手柄，台式计算机，千兆网线。
VR头盔：主要用于使用者在虚拟建筑空间内的游览。
VR交互手柄：使用者与虚拟建筑空间的交互，构件信息的修改。
台式计算机：建筑信息模型的渲染和虚拟建筑空间的生成。
千兆网线：台式计算机与大型交换机的通信连接，实现建筑信息模型及相关监测数据及管理文档的上传和下载。
所述的数据采集装置，由安装与建筑主要管线及主要设备上的若干传感器组成。通过传感器回传数据，实时监测建筑各主要管线的工作状况。其硬件组成主要包括：
霍尔电流传感器：主要用于安装于建筑主要电路及重要设备管线上，将主要电路的电流大小转化为电信号传输到多功能数据采集器。
水流量传感器：主要用于安装于建筑主要管道及关键设备上上，将主要水流量大小转化为电信号传输到多功能数据采集器。
温度传感器：主要用于安装于建筑走廊及主要房间内，将室内温度转化为电信号传输到多功能数据采集器。
湿度传感器：主要用于安装于建筑走廊及主要房间内，将室内湿度转化为电信号传输到多功能数据采集器。
传感器信号传输线：主要用于各类传感器与多功能数据采集器的通信连接。
工作电源：为传感器提供工作所需的电能。
一种基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理方法，通过其利用建筑信息模型对建筑进行日常管理和监控，其具体实现步骤如下：
. 预先根据建筑设计图纸建立建筑信息模型(BIM模型)存储于权利1所述的计算与存储平台， 并建立数据库相关数据及文档。
. 通过安装于建筑上的传感器获取建筑主要管线及设备的实时获取监测数据并上传至计算与存储中心。
. 通过PC交互端从计算与存储平台上下载BIM模型，通过BIM模型查看主要构件信息和监测数据。
. 若构件信息和监测数据发现异常则安排设备巡检。若发现异常则安排检修，填写工作单。将更新的设备信息及工作单上传至计算与存储平台。
. 通过VR交互设备实现在虚拟空间中的漫游，查看监测数据和设备信息。·
步骤所述的建立数据库主要包括:
管理权限数据库：主要储存参与运维管理的各部门所用的用户名，密码，及相应权限级别。
构件信息数据库：主要存储建筑信息模型中各建筑与结构构件的构件编号，空间位置信息，材料信息，构造信息，日常维护信息。
设备信息数据库：主要存储建筑信息模型中给排水，暖通，强电，弱电专业的设备管线的编号，空间位置，主要功能信息，日常维护信息。
监测信息数据库：主要存储安装在建筑主要管线和设备上的传感器的空间位置，传感器类别，监测数据，传感器日常维护信息。
文档管理数据库：主要存储与构件设备及传感器有关的运维管理工作单及补充说明文件。
步骤将监测数据并上传至计算与存储平台的监测信息数据库，实时监测并与通过传感器编号与指定建筑信息上的传感器模型一一对应，可通过建筑信息模型查找指定传感器的实时监测数据。
步骤所述的通过PC交互端下载BIM模型并查看相关信息，通过鼠标点击选择BIM模型中的指定构件或设备，查看相关模型信息。
步骤所述的通过点击BIM模型中的传感器模型查看指定传感器处的监测数据，通过监测数据寻找和发现异常，安排巡检，填写工作单，并将维护信息上传至构件信息数据库或设备信息数据库。工作单及相关文件上传至文档管理数据库。
步骤所述的通过VR交互端实现在虚拟建筑空间中的漫游，通过VR手柄选择构件，设备及传感器，查看构件设备信息及传感器的实时监测数据。
与现有技术相比较，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明主要目标是解决大型建筑的运维管理问题，表现在：
通过建筑信息模型进行常规运维管理，使管理形式更加直观，摆脱了传统运维管理模式对于二维专业图纸的依赖，可以实现对水电等***的实时监测。
将虚拟现实技术融入运维管理当，增强了管理人员的工作体验，提高了运维管理的效率。
建立了一套基于标准化的运维管理方法，实现了运维管理的程序化和标准化。
附图说明
图1为本发明运维管理***的结构框图
图2 为计算与存储平台框图
图3为PC平台交互设备主界面
图4为VR交互设备界面
图5为数据采集装置的结构框图
图6为本实例实施的流程图
图7为本发明实例的建立建筑信息模型
图8为本发明实例的建立数据库内容。
具体实施方式
下面结合优选实施实例，对本发明实施例进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部，管理人员可以根据本单位的实际需求进行一定的自定义操作。显然，在其没有做出创造性劳动的前提下，所获得的其他实施例都属于本发明的保护范畴。
实施例一:
参见图1-5，一种基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***，利用建筑信息模型对建筑进行日常管理和监控，包括计算与存储平台（2），PC平台交互设备（1），VR交互设备（3），数据采集装置，其特征在于所述PC平台交互设备（1）、所述VR交互设备（3）和所述数据采集装置（4）均与所述计算与存储平台（2）通信连接；
所述计算与存储平台（2），用于存储建筑信息模型，实时监测数据及运维管理的相关文档材料；
所述VR交互设备（4），通过虚拟现实技术实现使用者在虚拟建筑中的漫游以及与建筑信息模型的数据交互；
所述PC平台交互设备（1），为台式计算机或笔记本型计算机，实现与计算与存储平台（2）的数据互联，修改查看建筑信息模型及相关监测数据；
所述数据采集装置（4），为安装在建筑主要管线与主要设备上的传感器，实时监测建筑主要管线和主要设备的安全型，并将相关数据上传至计算与存储中心（2）；
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
所述计算与存储平台（2）包括中心服务器（2-2），多通道数据采集器（2-3），大型交换机（2-1）和千兆网线；
中心服务器：主要用于储存和管理监测数据与相关运维管理文档；
大型交换机：主要用于中心服务器（2-2）与PC平台交互设备（1）及VR交互设备（3）的数据交换；
多通道数据采集器：主要用于将传感器的电信号转化为数字信号并传输至中心服务器（2-2）存储和利用；
千兆网线：主要用于中心服务器（2-2）与交换机（2-1）的通信连接。
所述PC平台交互设备（1）包括台式计算机或笔记本型计算机，千兆网线。计算机通过千兆网线与大型交换机（2-1）相连，上传下载中心服务器（2-2）上的建筑信息模型及相关监测数据和管理文档，并进行修正和修改。
所述VR交互设备（3）包括VR头盔，VR交互手柄，台式计算机，千兆网线，
VR头盔：主要用于使用者在虚拟建筑空间内的游览；
VR交互手柄：使用者与虚拟建筑空间的交互，构件信息的修改；
台式计算机：建筑信息模型的渲染和虚拟建筑空间的生成；
千兆网线：台式计算机与大型交换机（2-1）的通信连接，实现建筑信息模型及相关监测数据及管理文档的上传和下载。
所述数据采集装置（4）：包括霍尔电流传感器、水流量传感器、温度传感器、湿度传感器、传感器信号传输线和工作电源。
霍尔电流传感器：主要用于安装于建筑主要电路及重要设备管线上，将主要电路的电流大小转化为电信号传输到多功能数据采集器；
水流量传感器：主要用于安装于建筑主要管道及关键设备上上，将主要水流量大小转化为电信号传输到多功能数据采集器；
温度传感器：主要用于安装于建筑走廊及主要房间内，将室内温度转化为电信号传输到多功能数据采集器；
湿度传感器：主要用于安装于建筑走廊及主要房间内，将室内湿度转化为电信号传输到多功能数据采集器；
传感器信号传输线：主要用于各类传感器与多功能数据采集器的通信连接；
工作电源：为传感器提供工作所需的电能。
实施例三：
在本实施例中，参见图1，本发明主实施例中，基于建筑信息模型和虚拟现实技术的运维管理***，包括数据采集装置，计算与信息存储平台，PC（计算机）平台交互端，VR（虚拟现实）交互设备。各部分通过网线进行通信连接。
参见图2，计算与存储平台，用于存储建筑信息模型，实时监测数据及运维管理的相关文档材料。其硬件由以下几部分组成：
中心服务器，主要用于储存和管理监测数据与相关运维
大型交换机：主要用于中心服务器与PC端及VR端的数据交换。
远端多通道多功能数据采集器：主要用于将传感器的点型号转化为数字信号并传输至中心服务器存储和利用。
千兆网线：主要用于中心服务器与交换机的通信连接。
参见图3，PC计算机能够访问中心服务器上的建筑模型，以及存储模型数据及相关建筑信息的数据库，上传下载中心服务器上的建筑信息模型及相关监测数据和管理文档，根据赋予的不同权限对模型及数据进行修正和修改。
参见图4，所述VR交互设备通过从中心服务器上下载建筑信息模型，并利用计算机进行模型渲染，使用者戴上VR头盔在虚拟建筑空间内进行漫游，并通过手柄查看构件信息及实时监测数据。
参见图5，数据采集装置，由安装与建筑主要管线及主要设备上的若干传感器组成。通过传感器回传数据，实时监测建筑各主要管线的工作状况。
霍尔电流传感器：主要用于安装于建筑主要电路及重要设备管线上，将主要电路的电流大小转化为电信号传输到多功能数据采集器。
水流量传感器：主要用于安装于建筑主要管道及关键设备上上，将主要水流量大小转化为电信号传输到多功能数据采集器。
温度传感器：主要用于安装于建筑走廊及主要房间内，将室内温度转化为电信号传输到多功能数据采集器。
湿度传感器：主要用于安装于建筑走廊及主要房间内，将室内湿度转化为电信号传输到多功能数据采集器。
传感器信号传输线：主要用于各类传感器与多功能数据采集器的通信连接。
工作电源：为传感器提供工作所需的电能。
实施例四：
在本实施例中，建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理方法，通过其利用建筑信息模型对建筑进行日常管理和监控，参见图6。具体操作步骤如下：
、据建筑设计图纸建立建筑信息模型(BIM模型)存储于算与存储平台，见图7。
、建立数据库，数据库内容见图8。
、通过安装于建筑上的传感器获取建筑主要管线及设备的实时获取监测数据并上传至计算与存储中心。
、通过PC平台交互设备从计算与存储平台上下载BIM模型，通过BIM模型查看主要构件信息和监测数据。通过鼠标点击选择BIM模型中的指定构件或设备，查看相关模型信息。
若构件信息和监测数据发现异常则安排设备巡检。若发现异常则安排检修，填写工作单。将更新的设备信息及工作单上传至计算与存储平台。
、通过VR交互端实现在虚拟空间中的漫游，查看监测数据和设备信息。
实施例五：本实施例与实施例四基本相同，特别之处在于
所述步骤中的建立数据库主要包括:
管理权限数据库：主要储存参与运维管理的各部门所用的用户名，密码，及相应权限级别；
构件信息数据库：主要存储建筑信息模型中各建筑与结构构件的构件编号，空间位置信息，材料信息，构造信息，日常维护信息；
设备信息数据库：主要存储建筑信息模型中给排水，暖通，强电，弱电专业的设备管线的编号，空间位置，主要功能信息，日常维护信息；
监测信息数据库：主要存储安装在建筑主要管线和设备上的传感器的空间位置，传感器类别，监测数据，传感器日常维护信息；
文档管理数据库：主要存储与构件设备及传感器有关的运维管理工作单及补充说明文件。
所述步骤中的监测数据并上传至计算与存储平台的监测信息数据库，并与通过编号与指定传感器一一对应。
所述步骤中的通过PC平台交互设备（1）下载BIM模型并查看相关信息，通过鼠标点击选择BIM模型中的指定构件或设备，查看相关模型信息。
所述步骤中的通过点击BIM模型中的传感器模型查看指定传感器处的监测数据，通过监测数据寻找和发现异常，安排巡检，填写工作单，并将维护信息上传至构件信息数据库或设备信息数据库。工作单及相关文件上传至文档管理数据库。
所述步骤中的通过VR交互设备实现在虚拟建筑空间中的漫游，通过VR手柄选择构件，设备及传感器，查看构件设备信息及传感器的实时监测数据。

Claims (11)

1.一种基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***，利用建筑信息模型对建筑进行日常管理和监控，包括计算与存储平台（2），PC平台交互设备（1），VR交互设备（3），数据采集装置，其特征在于所述PC平台交互设备（1）、所述VR交互设备（3）和所述数据采集装置（4）均与所述计算与存储平台（2）通信连接；
所述计算与存储平台（2），用于存储建筑信息模型，实时监测数据及运维管理的相关文档材料；
所述VR交互设备（4），通过虚拟现实技术实现使用者在虚拟建筑中的漫游以及与建筑信息模型的数据交互；
所述PC平台交互设备（1），为台式计算机或笔记本型计算机，实现与计算与存储平台（2）的数据互联，修改查看建筑信息模型及相关监测数据；
所述数据采集装置（4），为安装在建筑主要管线与主要设备上的传感器，实时监测建筑主要管线和主要设备的安全型，并将相关数据上传至计算与存储中心（2）。
2.根据权利要求1所述的基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***其特征在于：所述计算与存储平台（2）包括中心服务器（2-2），多通道数据采集器（2-3），大型交换机（2-1）和千兆网线；
中心服务器：主要用于储存和管理监测数据与相关运维管理文档；
大型交换机：主要用于中心服务器（2-2）与PC平台交互设备（1）及VR交互设备（3）的数据交换；
多通道数据采集器：主要用于将传感器的电信号转化为数字信号并传输至中心服务器（2-2）存储和利用；
千兆网线：主要用于中心服务器（2-2）与交换机（2-1）的通信连接。
3.根据权利要求1所述的基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***其特征在于：所述PC平台交互设备（1）包括台式计算机或笔记本型计算机，千兆网线，计算机通过千兆网线与大型交换机（2-1）相连，上传下载中心服务器（2-2）上的建筑信息模型及相关监测数据和管理文档，并进行修正和修改。
4.根据权利要求1所述的的基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***其特征在于所述VR交互设备（3）包括VR头盔，VR交互手柄，台式计算机，千兆网线，
VR头盔：主要用于使用者在虚拟建筑空间内的游览；
VR交互手柄：使用者与虚拟建筑空间的交互，构件信息的修改；
台式计算机：建筑信息模型的渲染和虚拟建筑空间的生成；
千兆网线：台式计算机与大型交换机（2-1）的通信连接，实现建筑信息模型及相关监测数据及管理文档的上传和下载。
5.根据权利要求1所述的基于建筑信息模型和虚拟现实技术的建筑运维管理***其特征在于所述数据采集装置（4）：包括霍尔电流传感器、水流量传感器、温度传感器、湿度传感器、传感器信号传输线和工作电源，
霍尔电流传感器：主要用于安装于建筑主要电路及重要设备管线上，将主要电路的电流大小转化为电信号传输到多功能数据采集器；
水流量传感器：主要用于安装于建筑主要管道及关键设备上上，将主要水流量大小转化为电信号传输到多功能数据采集器；
温度传感器：主要用于安装于建筑走廊及主要房间内，将室内温度转化为电信号传输到多功能数据采集器；
湿度传感器：主要用于安装于建筑走廊及主要房间内，将室内湿度转化为电信号传输到多功能数据采集器；
传感器信号传输线：主要用于各类传感器与多功能数据采集器的通信连接；
工作电源：为传感器提供工作所需的电能。
6.一种基于建筑信息模型与虚拟现实技术的建筑运维管理方法，采用根据权利要求1所述的基于建筑信息模型与虚拟现实技术的建筑运维管理***进行操作，其特征在于具体操作步骤如下：
. 预先根据建筑设计图纸建立建筑信息模型——BIM模型，存储于所述的计算与存储平台（2），并建立数据库相关数据及文档；
. 通过安装于建筑上的传感器获取建筑主要管线及设备的实时获取监测数据并上传至计算与存储平台（2）；
. 通过PC平台交互设备（1）从计算与存储平台（2）上下载BIM模型，通过BIM模型查看主要构件信息和监测数据；
. 若构件信息和监测数据发现异常则安排设备巡检，若发现异常则安排检修，填写工作单；将更新的设备信息及工作单上传至计算与存储平台（2）；
. 通过VR交互设备（3）实现在虚拟空间中的漫游，查看监测数据和设备信息。
7.根据权利要求6所述的基于建筑信息模型与虚拟现实技术的建筑运维管理方法，其特征在于：所述步骤中的建立数据库主要包括:
管理权限数据库：主要储存参与运维管理的各部门所用的用户名，密码，及相应权限级别；
构件信息数据库：主要存储建筑信息模型中各建筑与结构构件的构件编号，空间位置信息，材料信息，构造信息，日常维护信息；
设备信息数据库：主要存储建筑信息模型中给排水，暖通，强电，弱电专业的设备管线的编号，空间位置，主要功能信息，日常维护信息；
监测信息数据库：主要存储安装在建筑主要管线和设备上的传感器的空间位置，传感器类别，监测数据，传感器日常维护信息；
文档管理数据库：主要存储与构件设备及传感器有关的运维管理工作单及补充说明文件。
8.根据权利要求6所述的所述基于建筑信息模型与虚拟现实技术的建筑运维管理方法，其特征在于：所述步骤中的监测数据并上传至计算与存储平台的监测信息数据库，并与通过编号与指定传感器一一对应。
9.根据权利要求6所述的基于建筑信息模型与虚拟现实技术的建筑运维管理方法，其特征在于：所述步骤中的通过PC平台交互设备（1）下载BIM模型并查看相关信息，通过鼠标点击选择BIM模型中的指定构件或设备，查看相关模型信息。
10.根据权利要求6所述的基于建筑信息模型与虚拟现实技术的建筑运维管理方法，其特征在于：所述步骤中的通过点击BIM模型中的传感器模型查看指定传感器处的监测数据，通过监测数据寻找和发现异常，安排巡检，填写工作单，并将维护信息上传至构件信息数据库或设备信息数据库，工作单及相关文件上传至文档管理数据库。
11.根据权利要求6所述的基于建筑信息模型与虚拟现实技术的建筑运维管理方法，其特征在于：所述步骤中的通过VR交互设备实现在虚拟建筑空间中的漫游，通过VR手柄选择构件，设备及传感器，查看构件设备信息及传感器的实时监测数据。
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