本期為大家帶來隧橋管廊BIM GIS運維管理系統方案解析，現階段地理信息系統(GIS)技術已在城市信息化管理、高速公路信息化、隧道信息化等方面取得了廣泛應用，例如網格化系統、隧道公共信息系統等，在GIS技術的基礎上對管控區域的公共信息、管理信息進行直觀展示，并結合流程、實時監測信息等業務數據，實現直觀高效的信息化管理。而BIM技術目前已廣泛應用于建筑設計、建筑施工階段，但在運營階段仍處于起步狀態，部分高端建筑項目通過BIM實現了運營數據的集成，并基于BIM建立資產管理、能源管理、環境管理、安全管理、應急管理、設備監控管理、設備維護管理等運營管理應用，為運營管理者提供了更直觀高效的管理方式。

一、系統介紹

基于BIM GIS的隧道運營管理是升級版的信息化管理。如全面應用，將形成隧道運營管理新模式。通過信息的集成、智慧化應用，降低運營管理的人力成本，同時提升管理效率，為用戶提供更優質的運營服務。

GIS應用于隧道管理工作的優點在于其能夠將對項目的地理分布如實直觀反映，并通過矢量信息對隧道的各類管理元素進行展現，通過矢量地理信息與業務信息的融合及交互，實現隧道的信息化管理。

BIM技術目前已廣泛應用建筑設計、建筑施工階段，但在運營階段仍處于起步狀態，部分高端建筑項目通過BIM實現了運營數據的集成， BIM技術應用于運營階段，恰恰可以彌補上述基于GIS的建筑管理系統的劣勢，補充建筑內部的機電管線、設備的信息，并以三維的方式直觀體現建筑的空間及建筑內構件的形狀、位置，將GIS技術與BIM技術結合，可覆蓋建筑管理中各類管控對象，通過三維直觀可視化的形式真正實現建筑的信息化管理，全方位保障建筑運營。

BIM GIS可在隧道的設施設備信息管理、空間管理、應急響應、建筑運營服務等方面提供完善的信息化支撐和直觀高效的管理手段。

1.1 平臺設計理念

• 輕量化GIS BIM融合應用

本GIS BIM軟件平臺完全充分結合GIS BIM融合技術，采用PORIS 全新一代WebGL輕量化GIS BIM融合引擎，實現對GIS及BIM模型及數據的輕量化應用。

本GIS BIM軟件平臺充分發揮GIS BIM的可視化與數據化的價值，通過BIM輕量化技術將工程項目的變配電系統、通風系統、預留照明系統、消防系統、廣播系統、交通管理系統等進行統一的集成管理，實現可視化的設備運行狀態顯示及管理。

• 私有云部署、WEB App

本GIS BIM軟件平臺采用WEB App應用技術方案，技術架構先進，可靠！系統采用在服務器端統一部署模式，維護簡單便利，WEB及App應用使用方便快捷，體現了技術以人為本的理念！

1.2 平臺部署架構

1.3 系統應用架構

1.4 平臺實現功能

• 智能設備管理

通過數據采集網關，通過Moubus，RS232，RS485等協議接口，獲取設備數據。然后通過4G/5G，WiFi網絡將數據傳輸給服務器進行處理，并與管理系統功能進行對接。

• 數據存儲模塊

系統配置一套完整獨立的工業實時數據庫系統，可存儲長時間的數據。

數據庫滿足如下要求：

具有豐富的數據類型，如：離散量（開關量）、整型量（有符號/無符號，8 位/16 位/32 位/64 位）、模擬量（32 位單精度、64 位雙精度）、字符串（ANSI/UNICODE，定長、不定長）、日期型數據（日期、時間、時間戳）；

單臺數據庫服務器穩定支持不低于100萬設備監控點的數據存儲；

支持 5–10 年連續歷史數據的存儲、分析與查詢。數據文件占有的磁盤空間可高達幾十TB。比如進行10年重大交通事故的對比，隧道運營費用的對比分析，以便更好的控制事故量、高效運營；

查詢速度快，檢索任意變量任意一天的歷史數據（比如10）用時在秒級；

提供開放的數據接口（API for C/C /VB/VC、OLE DB、ODBC），供系統二次開發使用；

支持XML標準，查詢數據結果可以保存為XML文件；也支持從XML 文件導入數據；

支持冗余和鏡像功能，保證系統的高可靠性。支持重計算功能，在數據出現斷連情況下，重新連接后或缺失數據導入，額外的數據添加，以及統計方法的簡單改進之后，運用重計算完成缺失的數據之后的統計計算，保證統計分析的正確性與完整性；

支持從其他的應用程序或其他數據庫中導入數據到歷史數據庫當中，例如 SQLServer、Oracle、Excel、Access 等；

不同的時區設置，可自動將時間按客戶端的時區進行轉換；數據應始終以 UTC格式時間存儲；

可以通過標準的數據訪問接口可與MES、ERP、Office和其他關系型數據庫系統集成，實現數據的雙向交換和共享；

具有數據的分析、統計計算功能。

• 物聯網設備數據集成

主要采集外場設備的如下信息：

① 車輛檢測器；

② CO/VI 檢測器；

③ WS 檢測器、亮度檢測器；

④ 風機工作狀態；

⑤ 照明模式、等級；

⑥ 緊急電話記錄；

⑦ 火災報警情況；

⑧ 所有外場設備工作狀態和故障信息；

⑨ 上級機構下發的信息和命令；

⑩ 工作站操作記錄；

• 隧道監測

變形監測：拱頂沉降監測、凈空收斂監測、沉降分組監測；

應力/應變監測：應變監測初支襯砌應變監測、二次襯砌應變監測、鋼支撐應力監測、錨桿軸力監測；

受力監測：襯砌受壓力監測。

視頻可與BIM模型關聯，可通過BIM模型展示大型設備的位置、危險異常數據等。

• GIS BIM模型管理

1.5 基礎支撐軟件

PORIS WebGL輕量化GIS BIM融合引擎，PORIS WebGL輕量化GIS BIM引擎主要提供GIS/BIM輕量化展示及應用的基礎支撐，在此基礎上開發本系統中與BIM模型應用相關的功能，比如BIM沙盤、協同辦公中的BIM模型位置標簽綁定等。全新一代WebGL技術的GIS BIM融合引擎、完美實現GIS數據 無人機傾斜攝影模型 激光點云模型 大體量BIM模型的無縫融合。滿足各種規模、工程類型的GIS BIM應用需求。

二、軟件平臺開發方案

系統平臺基于綜合應用BIM技術和GIS技術并有效結合，充分展現三維可視化技術、數據庫技術、通信技術、自動化控制技術等先進的信息技術手段，遵循實用方便、先進靈活、安全可靠以及高可擴展的原則，實現對專用公路隧道模型數據的集中統一管理與服務，直觀的展示專用公路隧道規劃模型數據，達到及時準確地為專用公路隧道建設、管理、運營維護等提供全面、高質量服務的目的。

通過信息共享，加強資源整合，開放接口，提高信息資源整合及共享能力、保證信息通暢、建立科學便捷的值息采集、更新與發布機制。

保障專用公路隧道管理業務快速、準確、高效運行，為領導提供全方位、多層次的決策數據支持，提高對專用公路突發事件的快速反應能力。

通過三維電子地圖、物聯網、大數據和人工智能等先進技術，對專用公路全段及隧道重點路段“全方位、全專業、全時段”的實時監控，提供智能化的輔助決策支持。

系統通過物聯網技術對火災自動報警及聯動系統、交通管理系統、消防廣播系統、通風排煙系統、供配電系統等建立一體化的遠程實時監控管理體系，并預留消防水系統接口、照明系統接口，方便后期接入，與此同時預留與壩區消防指揮中心對接接口和專用公路交通指揮中心接口。

網格化室外定位技術和地理信息系統技術，在電子地圖上方便、形象地展示監控目標的地理分布總體概況、預警監測、氣象水文實時數據等信息，為指揮決策提供可靠支撐。

智能預警機制，實現風險預控，服務管理部門統籌決策。

有效提升設備管理的智能化運維效率，提升綜合管理水平，保障可持續的安全生產過程。

通過智能分析系統，對數據進行分類、重組和交互分析，形成各類圖形和報表，直觀展示、突出重點、全盤分析，細節剖析、并將分析得出的不安全因素進行置化，生成趨勢曲線及指標指數圖，可直觀、動態反映當前運營現狀是安全、注意、警告或是危險，對可能導致事故發生的征兆進行事先預警，以便及時采取針對性措施，進行事前“預警、預防、預控”。

2.1 數據范圍分析

2.2 軟件平臺選取

本系統建設涉及的基礎軟件平臺包括地理信息系統平臺（GIS）、建筑信息模型開發平臺（BIM）、應用開發平臺、數據庫平臺、應用系統接口等。

• 地理信息系統平臺

選擇ArcGIS作為三維開發平臺。ArcGIS是ESRI在全面整合了GIS與數據庫、軟件工程、人工智能、網絡技術及其它多方面的計算機主流技術之后，成功地推出了代表GIS最高技術水平的全系列GIS產品。ArcGIS是一個全面的，可伸縮的GIS平臺，為用戶構建一個完善的GIS系統提供完整的解決方案。ArcGIS的基本體系能夠讓用戶在任何需要的地方部署GIS功能和業務邏輯，無論是在桌面、服務器、網絡。

• 建筑信息模型開發平臺

選擇Autodesk Revit 2018作為三維模型開發平臺。

• 應用開發平臺

采用MS.NET。

• 數據庫平臺

數據庫平臺MS-SQL Server。

2.3 系統體系架構

在數據訪問模式上客戶機/服務器（C/S）模式。C/S具有強大的數據操縱和事務處理能力，以及數據的安全性和完整性約束。與組件服務器和數據庫服務器處于同一局域網之內或通過專線相連，實現需求中所有功能模塊，是一個較為完備的系統。

為滿足總體需求以及業務設計的內容，以基礎軟件平臺和信息安全為依托，地理空間信息和業務信息為基礎，豐富的信息化終端展示、應用為手段，建設智能運維平臺。軟件平臺建設內容主要包括基礎設施層、生產運維層和展現層，平臺架構圖如下圖所示：

三、軟件平臺與各系統對接方案

平臺通過接口開發可接入照明系統、變配電系統、光纖感溫系統、消防報警系統、消防水系統、廣播系統、視頻圖像系統、交通管理系統，實現系統狀態顯示和遠程操作。

3.1 與照明系統對接

通過 OPC 接口、MODBUS、BACNET、KNX等協議即可與智能燈光控制系統集成，對智能燈光控制系統設備 的工作狀態進行集中監控，在工作站上以電子地圖的形式顯示各照明區域的信息。對重要回路的運行狀態、電流值及故障信息進行監控。

可實現以下功能：

• 對各種照明設備的開關狀態監控，對照明設備非正常工作狀態的監控
• 可選擇的對具體某個照明設備實現開/關控制、強制開/關控制等操作
• 可配合其他系統聯動照明設備的強制開關
• 可計量照明用電情況
• 要求照明系統提供照明系統的運行狀態和開、關燈控制權限。
• 智能燈光控制系統提供實時通信接口如：（OPC,RS232）

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