弱电设计 | 弱电工程三维可视化集成管理平台设计方案

三维可视化集成管理平台

1.系统概述

智能化集成管理系统作为项目智能化系统的核心，通过分布式计算机网络将各子系统集成到同一个计算机支撑平台上，建立起整个建筑物的中央监控与管理界面，通过一个可视化大屏展示和Web图形窗口界面让系统管理员可方便、快捷地实现院区内被集成的各功能子系统以及相应下层功能系统的实施、监视、控制和管理等功能。设计采用“互联网+BIM”云平台技术，以IBMS系统的机电设备数据采集作为基础、运维系统作为依托，进行数据和服务的融通及整合，建成通用的数据采集、通讯、存取、挖掘、信息交互、信息展示及运维服务管理的平台，实现数据可视化、集成化、数字化。

BIM三维可视化集成平台运用系统集成方法，将现代计算机技术、现代通信技术和现代控制技术在现代建筑平台上把建筑内BAS、SAS、FAS、CAS、OAS作有机的优化组合，为某市第二人民医院大楼提供一个投资合理，具有安全、高效、便利和灵活的安全管理环境。通过在消防控制室室建立运维平台，将保障项目正常运营的各个系统进行集成，在一个平台上集中进行监视、控制和管理。集成平台采用国际上先进的技术，实现多种定制场景模式的集成系统监测与控制，同时实现项目内智能化各子系统之间信息资源的共享和管理，相关系统之间的互操作、快速响应和联动控制，实现自动监控和远程管理的目标，使项目在安全，卫生，舒适，节能和环保方面达到一个高水平。

该平台基于BIM的IBMS系统的最终目标是搭建数据整合平台，采用数控平台技术架构。技术架构采用了平台化的设计思路，流程优化技术先进。平台从各个智能化系统独立的数据库中进行数据抽取、转换、集成、装载等数据整合以及数据的更新和校验，实现了将不同功能的建筑智能化系统，通过统一的信息标准平台实现集成，以形成具有信息汇聚、资源共享以及优化管理等综合功能的系统。利用现代网络信息技术和集成技术将各智能化子系统予以有机的整合后，为建筑物的信息业务处理提供多种高效、跨系统的联动管理功能，实现真正的数字化、智慧化大楼运维管理。

2.需求分析

项目以某市第二人民医院为主体，辅助功能齐备、安全可靠、高度智能化于一体、功能完善的活动场所。大楼建设情况如下：

系统服务目的：项目基于BIM的IBMS系统都是直接为大楼的管理服务，最终目的为在大楼内的工作人员提供一个良好的工作环境。

系统服务对象：该项目的工作人员。

系统使用对象：大楼管理部门物业管理人员、安全保卫部门安全保卫人员、物业服务机构服务人员及相关部门的领导。

系统功能要求：对大楼弱电子系统的集成和管理，即是对整个大楼内的所有子系统的综合监控，而不是对单个子系统的管理；内部要求统一管理和服务，外部要求统一衔接，能够适应未来统一管理和扩展的需要。

根据以上分析可知：大楼基于BIM的IBMS系统应满足以下要求：

为综合物业管理人员及安全保卫人员提供一种使用方便、功能强大的楼宇综合管理工具；

为物业管理部门领导或领导进行管理决策提供依据和帮助；

实现整个综合建筑弱电子系统的协调、节能、自动运行；可满足与OA业务等系统的集成提供信息共享。

综合上述情况，大楼基于BIM的IBMS系统的需求特点为：

a)针对日常操作上来说，用户要求监测每个子系统的数据，显示设备的工作状态、从集成系统的要求来讲，用户最为关心的是实时性与可靠性。因此决定了系统集成的主要集中在现场总线及控制总线以下的层面，并且采用先进、成熟、实用的技术，还要充分考虑未来的扩展需要。

b)以往的IBMS系统，不管是国外著名厂家的产品，还是国内先进厂家的产品，由于受到专业化的限制和应用的局限性，多数的应用软件设计操作不便，没有良好的屏幕展现。因此，项目集成管理系统必须在设计理念和具体设计中有所创新，要结合新一代数字化医院的需求，设计和实现新一代的运维管理功能。

c)用户关心的另外一个重点是信息的共享问题。这一点可以通过建立各系统的实时数据库接口和历史数据接口，实现相关控制，从而达到真正的系统无缝集成和信息共享，避免了资源的浪费及重复投资。

d)对于实时报障并且保障手段多样化。系统集成构建与现场总线和控制总线上，实时性与可靠性强，能与各子系统报障同步实现。报障的手段由图形闪烁、声音、光、电话、手机短信等方式。对于报警还设立不同的优先级别，对于级别高的优先报警；对于相关报警，仅报主因报警。对于故障和报警，系统自动能产生某一时期的报表，并帮助设备维护员最大限度维护好设备。

e)用户要求系统架构灵活，采用标准化设计，可以兼容大楼现有系统设计，我司设计的系统功能可按照项目招标要求，实现标准化设计与开发，界面模式及配色按照招标要求的规范，系统不仅兼容大楼现有的弱电机电设备品牌及任何产品，只要提供接口协议，都可以方便接入。

为了确保总体建设目标的实现，基于各弱电子系统功能，组成整体的、综合的应用管理。首先应充分考虑管理者和使用者的使用要求和功能要求；同时根据各子系统的不同特点，构建相应的管理功能，使所构建的功能符合可能发生的情况，方便操作和使用，真正解决实际问题。

3.设计方案

根据医院智能化建设的需求，本项目建设内容主要包含3个方面，内容如下：

（1）、虚拟场景构建

1）以医院为中心的周边约300万平方米的大规模场景构建，通过接入精准的GIS卫星地图数据、航拍模型数据以较低的精度，高自动化生成地形、地貌、路网和建筑等，具备宏观查看信息调取的功能。

2）针对医院建设区20000平方米的范围通过使用可视计算和RTX实时光线追踪技术等多种真实世界还原技术搭建三维可视化医院营运平台，准确还原已建成区域和规划区域的地形和道路。精准还原主要建筑与设施，保证颜色，结构一致。准确还原主要设施周边5米范围内的建筑与设施，误差不超过2米。严格按照场景的参数建立逼真的虚拟场景，虚拟建筑外立面与真实建筑立面保持一致，虚拟建筑场景能够进行实时查看，模拟24小时光照，实时天气同步化，能够进行实时放大缩小、平面和立面的旋转拉伸，形成镜像效果，并且对周边道路以及其他管理环境进行虚拟1：1还原，动态场景包含建筑物光影、水面波纹倒影的变幻、以极致的拟真场景构建技术充分还原场景的动态组成部分，真正的达到数字孪生的管理要求

3）针对医院内的重点建筑精确还原，支持接入BIM/SU/3Dmax等精准建筑模型，表面纹理精度误差不超过1m，精确的环境反射，高平滑物体需要实时反射，基于物理的边缘柔和的阴影与高级AO效果，精确还原建筑的特征。对于建筑物的内部空间结构进行楼宇的内部的空间还原，具备分层多角度的选取查看功能。

医院内部空间分层分区还原

（2）、医院立体化安防管理系统

系统提供与视频监控设备、消防报警、门禁设备的接口，可以实时在可视化智能管理平台中采集查看监控这些信息，在设备报警时可以做到及时处理，防患于未然。此外，系统还可以对采集的数据进行统计分析，如统计设备报警情况，点击某摄像机，就能显示该摄像机监控的摄像画面等。

（3）、医院智能化运行管控系统

通过高精度的园区3D+场景还原，有效实现“人、地、时、物同步管理”，系统通过与各个子系统之间的规则设定，实现对各个子系统的信息传输、指令下达、流程监控、结果评价等功能，完全实现对园区内包括照明系统、广播系统、WIFI管理、楼宇自控、信息发布、停车管理等子系统的闭环化管理。

3.1场景构建

（1）、实施步骤

平台支持BIM/GIS/SU/CAD/3DMAX等通用设计软件素材的全面数据导入

第一步 核心数据源采集，通过无人机斜拍、车载雷达激光扫描、现场建筑数据采集的工作获取精准数据源，在平台中生成精准的点云数据

第二步 接入矢量图数据 接入数字地球或政府勘测部门提供的精确城市GIS数据、卫星地图、进行整体场景精确的数字定位

第三步 高速自动化建模，通过自有千万级的数字资产库数字资产调取匹配、照片建模自动拓扑技术和机器深度学习技术生成地形地貌、路网和建筑

场景搭建核心技术

（2）、技术手段

1）使用可视计算和RTX实时光线追踪技术等多种真实世界还原技术搭建数字孪生医院管理平台，严格按照场景的参数建立逼真的虚拟场景，虚拟建筑外立面与真实建筑立面保持一致，虚拟建筑内外场景要求能够进行实时查看，模拟24小时光照，能够进行实时放大缩小、平面和立面的旋转拉伸，形成镜像效果，并且对周边道路以及其他管理环境进行虚拟1：1还原，要求与真实的场景保持一致；

2）平台采用Creator虚拟现实制作软件进行系统的搭建，分项系统规划应该详实性无误，分类明确，数据真实，符合人员参观讲解习惯，能够对分项系统里面重点建筑和内容进行重点的展示；

3）软件平台的搭建需采用边缘计算的方法实现实时云渲染，保障平台的稳定运行。

4）平台需采用基于UE4编辑软件基础之上的模型优化系统以保障场景的高度还原。

5）场景采用VXGI快速烘焙、IRAYFORUE4、自动减画、自动关照贴图工具、WorldEditor等核心工具链搭建与现实世界1：1还原的全仿真虚拟场景

3.2 可视化智能运营管控系统构建

1）技术手段

通过云计算、自动化工具链、AI智能决策、数字资产中心实现场景可视化、数据可视化和决策智能化。建立相关的接口标准，今后成为某市第二人民医院建设基础规范之一，为持续接入某市第二人民医院相关管理系统做好准备。以确保今后管理功能接入的API符合规范，保证设备硬件和相应的服务器能够顺利接入到系统中，实现场景、数据、信息的一体化多维度管理。采用数据采集分析系统、数据收集分析系统，对关联系统的所有相关数据进行统一的采集、分析、处理工作。并在虚拟现实场景上动态展现。

2）本系统建设的主要模块以及各模块之间的结构关系设计如下图

3）系统平台技术架构

整体分为三大系统:第一层为各专业子系统，包含各类应用服务系统、物联设备系统、公开API接口系统和各类型专业业务系统组成；第二层为数据集成和计算中心，对接各专业子系统，是医院大数据的计算、处理中心；第三层为可视化营运和管理中心，将医院所有的信息、流程、结果、进度在虚拟医院三维可视化场景里面呈现。

可视化智能运营管控系统拓扑结构图

3.3智能化子系统集成

对建筑整体情况进行汇总统计，以多种类型的图文进行可视化显示，让管理人员了解整个建筑的运行。对各子系统的数据进行统一采集，能够按业务需求对数据进行展示。

3.4 BIM可视化运维

针对IBMS中的子系统的运行方式，可以对建筑竣工的BIM模型进行进一步挖掘应用:

(1)BIM用于空间定位：楼宇自控系统包括了给排水、空调系统等。相关设备设施在BIM模型中以三维模型的形式表现，从中可以直观地查看其分布的位置，使建筑使用者或业主对于这些设施设备的定位管理成为可能。消防系统的消防栓安放位置、视频监控摄像头等的位置、停车库的出入口、门禁的位置等，在BIM这一三维电子地图中以点位反映给这些信息的关注者，以往的“问路”式管理方法依靠于有经验的工作者对建筑物中设备和设施的熟悉程度，位置找不到就去问他们；而今在融合了BIM的IBMS系统中可以一览详情。

(2)BIM用于设备维护：BIM模型的非几何信息在施工过程中不断得到补充，竣工后集成到IBMS系统的数据库中，相关设备的信息如生产日期、生产厂商、可使用年限等都可以查询到，不需要花额外的时间对设备的原始资料与采购合同进行翻找（有时可能找不到），为设备的定期维护和更换提供依据；另外设备的大小、体积及放置信息作为模型的关联信息也存储在模型数据库中，在对建筑物进行IBMS相关子系统的改造中，不用进行多次的现场勘查和，依据BIM中这些信息就可制定实施方案。

(3)BIM信息用于能耗管理：在建筑内的现场设备是IBMS的各个子系统的信息源，包括各类传感器、探测器、仪表等。从这些设备获取的能耗数据（水、电、燃气等），依靠BIM模型可按照区域进行统计分析，更直观地发现能耗数据异常区域，管理人员有针对性地对异常区域进行检查，发现可能的事故隐患或者调整能源设备的运行参数，以达到排除故障、降低能耗维持建筑的业务正常运行的目的。

3.5视频监控系统

通过视频监控系统提供的接口定时汇集视频安防监控系统各个装置的使用情况数据。

具体功能如下：

• 以三维方式展示所有视频监控设备的分布情况；可实时监视各种摄像机的位置与状态以及图象信号；
• 可视化集成系统可以实现从监控工作站的室内空间电子BIM窗口中点击摄像头调出实时动态监控的图像；
• 在BIM三维场景中对视频安防监控系统进行快速操作，实现带云台摄像机的控制、俯仰及变焦对焦等功能；

3.6入侵报警系统

• 入侵报警系统提供API接口或SDK开发包与集成平台对接，以三维电子地图方式管理所有的感应探头并配置为视频监控系统的联动进行报警。报警时能触发报警点旁边的摄像头联动弹出实时视频，以方便值班人员了解现场情况。

3.7消防报警系统

通过主流标准通信协议向集成管理系统传递信息，内容包括系统主机运行状态、故障报警；火灾报警探测器的工作状态、探测器地址、位置信息、相关联动设备的状态。

具体功能如下：

• 消防报警系统提供MODBUS协议与集成平台对接，监视各类火灾报警探头的正常/报警状态、手动报警工作状态；接收到火警或意外事件信息时，集成系统将联动对应防区的视频监控点。三维可视化方式查看重要消防设备的分布情况。
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3.8停车场管理系统

可视化集成系统对停车场管理系统集成，进行数据展示。

具体功能如下：

• 停车场管理系统提供SDK开发包和ODBC接口与集成平台对接，完成对采集车辆进出及车牌的记录，并为其他系统提供数据；车位引导系统提供ASP+HTTP接口协议与集成平台对接，监视各个车位占用情况：占用/空闲；车位信息：总车位数，剩余车位数。

3.9门禁管理系统

系统平台采集门禁系统各级设备的运行状态，展示门禁及人员进出数据。

具体功能如下：

• 门禁管理系统提供SDK开发包和ODBC接口与集成平台对接，三维可视化方式查看重要消门禁分布情况。实时监测出入口状态并记录电锁或门磁的开关状态（要求提供门磁反馈信号）、出入口的开关控制、考勤、会议签到、消费系统的记录查询。

3.10信息发布系统

信息发布系统提供API接口或SDK开发包与集成平台对接，三维可视化方式查看重要消信息发布分布情况；完成对信息导引及发布系统进行集中监控管理，能够显示信息查询与发布系统（如触摸屏、厕位/淋浴位、功能显示屏等）的实时数据；监测并显示信息发布系统的启停状态状态。

3.11能耗管理系统

通过与电、水、气等计量检测仪表对接数据，实现对建筑物的能耗进行实时监控和统计，及时发现能耗异常。

具体功能如下：

• 能耗管理系统提供SDK开发包和ODBC接口与集成平台对接，监测各楼层区域的用水量、用电量等数据；实时及历史用水量、电度一览表；以楼层为单位，基于三维场景以图表方式展示每个楼层的实时能耗数据及历史能耗数据；

3.12建筑设备监控系统

1、送排风系统

监视整个楼宇物内送排风系统设备的正常运行及非正常状态的设备数据，楼宇设备管理系统可以进行设备运行状态的集中监控。

具体功能如下：

• 基于三维场景以楼层及子系统为单位，展示各类通排风设备的分布情况，显示其运行状态及基本参数；具体的设备状态有：监测新风机组的运行状态、新风机机组的送风温度。

2、空调系统

监视整个楼宇物内空调系统设备的正常运行及非正常状态的设备数据，楼宇设备管理系统可以进行设备运行状态的集中监控。

具体功能如下：

• 基于三维场景以楼层及子系统为单位，展示各类暖通空调设备的分布情况，显示其运行状态及基本参数；空调系统：监视空调设备状态、运行参数、故障等状态；

3、给排水系统

监视整个楼宇物内给排水系统设备的正常运行，非正常状态的数据。楼宇设备管理系统可以进行设备运行状态的集中监控。

具体功能如下：

• 基于三维场景以楼层及子系统为单位，展示各类通排风设备的分布情况，显示其运行状态及基本参数；具体的设备状态有：给排水系统：监视集水坑高低液位情况，高液位报警。

3.13智能照明系统

通过与智能照明系统集成，对智能照明系统设备的工作状态进行集中监控，在工作站上以空间BIM的形式显示各照明区域的信息。

具体功能如下：

• 智能照明系统提供EBI协议或OPC服务与集成平台对接，以三维可视化方式展示各照明设备分布情况及区域信息；监视各主要照明回路的状态与报警，在智能照明系统开放各个回路的开/关控制权限的情况下，可视化集成系统实现对各个照明回路的控制功能；

3.14电梯系统

通过BAS系统实现对电梯运行系统的集成，对于电梯只监不控，实现的监控功能如下：

• 电梯管理系统提供MODBUS协议或OPC服务与集成平台对接，监测并显示各台电梯运行（上下行、楼层）。可实时调用轿厢的视频图像。

3.15机房动环系统

机房监控范围为设备机房和智能化机房，通过对接台账及现有监控系统的方式实现对UPS、服务器、安全设备及动力环境的监控。具体功能包括：

• 机房环境监控系统提供SDK开发包和ODBC接口与集成平台对接，完成对机房UPS、精密空调的运行状，实时监测及时侦测故障和报警信息。