目前，建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）技術已廣泛應用于設計和施工階段，而在運行與維護（簡稱：運維）管理中的應用還處于探索階段，相關專家一致認為[1-2]，BIM技術在運維管理中的應用具有很大潛力，尤其是對于運維管理的安全性和節(jié)能降耗具有積極意義[3]。中國鐵路主數(shù)據(jù)中心（簡稱：主數(shù)據(jù)中心）作為業(yè)務運行和數(shù)據(jù)存儲的重要載體，其自身的可靠性已成為影響企業(yè)、行業(yè)等持續(xù)運行的重要因素[4]。主數(shù)據(jù)中心在設計、施工中廣泛應用了BIM技術。BIM技術的可視化等特點對數(shù)據(jù)中心故障診斷、隱蔽工程維修等具有重要意義，因此，將BIM技術應用到數(shù)據(jù)中心的運維管理中是必然趨勢。
1 主數(shù)據(jù)中心運維現(xiàn)狀及需求
1.1 運維現(xiàn)狀分析
主數(shù)據(jù)中心包含數(shù)據(jù)中心基礎設施管理（DCIM，Data Center Infrastructure Management）系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)（BAS，Building Automation System）、火災自動報警系統(tǒng)（FAS，F(xiàn)ire Alarm System）等信息系統(tǒng)。利用這些系統(tǒng)，運維人員通過全面監(jiān)控、定期巡檢、定期保養(yǎng)等方式維護主數(shù)據(jù)中心基礎設施，保障其安全穩(wěn)定運行。上述運維管理方式主要存在的問題是：
（1）缺乏全局觀的運維管理模式，各專業(yè)系統(tǒng)獨立采集、管理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)之間無法聯(lián)動；
（2）運維場景缺乏直觀性和交互性，現(xiàn)有的二維和準三維軟件系統(tǒng)難以支持實際運維場景下的設備快速、精準定位，在有應急演練、培訓、匯報等情況 時，對外宣傳和展示的效果不佳；
（3）信息挖掘缺乏全面性，需要依靠人力將大量的邏輯圖形或者文字信息與物理世界建立關聯(lián)關系，影響整體運維管理的效率。
1.2 運維需求分析
從宏觀來看，數(shù)據(jù)中心行業(yè)整體處于快速發(fā)展和規(guī)模擴張期，數(shù)據(jù)中心的運維管理亟需跟上時代發(fā)展和規(guī)模擴張的步伐；從微觀來看，因前期發(fā)展程度和各種投入等不同，導致不同行業(yè)和單位在數(shù)據(jù)中心運維方面水平參差不齊，因此，完全脫離傳統(tǒng)運維管理模式仍然存在許多需要研究和突破的環(huán)節(jié)。為了探索主數(shù)據(jù)中心運維管理模式，針對主數(shù)據(jù)中心面臨的運維需求和問題，本文結合主數(shù)據(jù)中心工程設計及竣工的BIM數(shù)據(jù)，設計支撐運維團隊從傳統(tǒng)運維模式向智能運維轉型的基于BIM的大型數(shù)據(jù)中心運維管理原型系統(tǒng)（簡稱：原型系統(tǒng)），提高運維效率和運維質(zhì)量。
2 原型系統(tǒng)設計
2.1 技術路線
為滿足主數(shù)據(jù)中心運維管理中的上述需求，原型系統(tǒng)按照如表1所示的技術路線進行設計。原型系統(tǒng)需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)（IoT，Internet of Things）數(shù)據(jù)的交互與聯(lián)動，從而有效支撐運維管理方面的業(yè)務。
2.2 原型系統(tǒng)架構
結合原型系統(tǒng)的技術路線規(guī)劃及實際運維管理需求，設計原型系統(tǒng)的架構，如圖1所示。
2.2.1 數(shù)據(jù)生產(chǎn)層
數(shù)據(jù)生產(chǎn)層中包含三維模型數(shù)據(jù)（如revit模型和IFC模型等）、二維圖紙數(shù)據(jù)（如CAD圖和Visio圖等）、文檔數(shù)據(jù)（如PDF文件和Word文件等）和設備動態(tài)實時數(shù)據(jù)（如IoT數(shù)據(jù)等）。其中，三維模型數(shù)據(jù)是主數(shù)據(jù)中心BIM數(shù)據(jù)，包含建筑的模型、材質(zhì)、設備設施的屬性、關聯(lián)關系及空間信息等；二維圖紙數(shù)據(jù)包含主數(shù)據(jù)中心各專業(yè)竣工圖及機電專業(yè)的邏輯圖；文檔數(shù)據(jù)包含設計、施工與運維階段產(chǎn)生的各類文檔；設備動態(tài)實時數(shù)據(jù)即設備在運行過程中，由傳感器及采集器采集到的數(shù)據(jù)。
2.2.2 數(shù)據(jù)服務層
數(shù)據(jù)服務層包含數(shù)字建筑物平臺、數(shù)字智能化應用及業(yè)務系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)引擎。為確保數(shù)據(jù)服務層對大量多源異構數(shù)據(jù)的存儲、管理及處理能力，原型系統(tǒng)選擇數(shù)字建筑物平臺作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)服務。數(shù)字建筑物平臺采用智慧空間領域中成熟的軟件即服務（SaaS，Software-as-aService）產(chǎn)品—數(shù)字孿生平臺，該平臺能夠提供快速開發(fā)工具，實現(xiàn)快捷的二次開發(fā)。數(shù)字孿生平臺[5]基于Hadoop實現(xiàn)，在分布式環(huán)境中解決非結構化數(shù)據(jù)存儲和管理，NoSQL數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫管理結構化數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對三維數(shù)據(jù)和二維數(shù)據(jù)存儲和管理，解決三維圖形的數(shù)據(jù)存儲格式繁多、單組件數(shù)據(jù)量較小而整個圖形數(shù)據(jù)量較大、多專業(yè)數(shù)據(jù)難以集中存儲等問題。業(yè)務系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)庫引擎采用的是主數(shù)據(jù)中心DCIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫引擎，DCIM系統(tǒng)擁有大量設備設施的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，利用DCIM系統(tǒng)開放的接口，原型系統(tǒng)就能獲取到設備相關數(shù)據(jù)。數(shù)字智能化應用則是基于數(shù)字建筑物平臺，結合運 維階段的BIM數(shù)據(jù)與運維人員需求，實現(xiàn)了園區(qū)概覽、資產(chǎn)管理、消防演練和能耗管理4項功能。
2.2.3 終端訪問層
在終端訪問層，原型系統(tǒng)同時支持多類型終端訪問，不再局限于設備的性能，顯著提升了運維人員的工作效率。
3 關鍵技術
原型系統(tǒng)在數(shù)字建筑物平臺的基礎上進行了針對性開發(fā)，初步實現(xiàn)了將 BIM與IoT技術應用于大型數(shù)據(jù)中心運維管理，其采用的關鍵技術如下。
3.1 運維階段BIM數(shù)據(jù)標準與IoT數(shù)據(jù)接入
建筑工程全生命周期管理是指在建筑項目的全生命周期中，各個階段通過信息共建共享和系統(tǒng)集成等方式，實現(xiàn)高效完成項目計劃、提升建筑質(zhì)量等目標[6]。而在大型或超大型數(shù)據(jù)中心的運維管理階段，由于竣工BIM數(shù)據(jù)缺少運維管理方面的信息[7]，無法為運維管理提供數(shù)據(jù)支撐，所以需要根據(jù)實際運維情況，制定出完善的BIM數(shù)據(jù)標準。
為保證BIM數(shù)據(jù)能夠有效支撐后續(xù)的運維管理業(yè)務，本課題結合主數(shù)據(jù)中心實際建設情況和相關國家標準[8]形成了鐵路主數(shù)據(jù)中心企業(yè)標準《建筑信息模型（BIM）數(shù)據(jù)與交付標準》（建議稿），該標準規(guī)定了在運維階段模型需要達到的細度，同時要求模型中包含施工、材質(zhì)、設備參數(shù)、空間、維護人員等信息。
3.2 實時數(shù)據(jù)采集
DCIM系統(tǒng)采用開放性設計，能夠支持多類標準協(xié)議接口并具備接口定制開發(fā)能力。根據(jù)目前數(shù)據(jù)需求情況，DCIM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過指定接口將數(shù)據(jù)傳輸給原型系統(tǒng)，該接口采用Web Service傳輸數(shù)據(jù)，其調(diào)用服務具有輕量化、易于開發(fā)和維護等特點[9]。除實時數(shù)據(jù)外，還可將告警信息、操作時間等其他信息傳輸至原型系統(tǒng)。
3.3 數(shù)據(jù)交互
數(shù)字建筑物平臺上存儲了大量的BIM數(shù)據(jù)、非結構化數(shù)據(jù)和實時的IoT數(shù)據(jù)，其中，BIM數(shù)據(jù)與非結構化數(shù)據(jù)均為靜態(tài)數(shù)據(jù)。為解決靜態(tài)數(shù)據(jù)與實時的IoT數(shù)據(jù)交互問題，實現(xiàn)對設備設施的管理，需要依靠數(shù)字孿生技術[10]。數(shù)字建筑物平臺能夠提供數(shù)字孿生解決方案，在該平臺上，給設備的BIM建立能夠唯一標識的設備編碼，設備的動態(tài)數(shù)據(jù)、設備相關文檔與設備的BIM依靠編碼實現(xiàn)相互映射，從而實現(xiàn)在設備的BIM上顯示該設備的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，解決BIM數(shù)據(jù)與IoT數(shù)據(jù)聯(lián)動的問題。根據(jù)國家標準[11]，編碼結構包含表代碼、大類代碼、中類代碼、小類代碼和細類代碼。結合國家標準編碼結構，設計適合主數(shù)據(jù)中心運維現(xiàn)狀的設備編碼，編碼結構如圖 2 所示。
主數(shù)據(jù)中心機電專業(yè)主要包含電氣、暖通、消防、給排水和信息，每個專業(yè)按照如圖 2 所示的編碼結構對設備進行唯一標識。在數(shù)字孿生技術的支持下，本文以主數(shù)據(jù)中心的冷卻塔為例，設備設施BIM構件與各類數(shù)據(jù)之間的對應關系如圖 3 所示。
4 原型系統(tǒng)功能模塊
針對現(xiàn)在主數(shù)據(jù)中心運維過程中存在的問題，BIM技術可以將建筑物空間、位置完全數(shù)據(jù)化，直觀展示整個建筑內(nèi)各類情況發(fā)生的位置；而IoT技術 將各種建筑運維數(shù)據(jù)通過傳感器收集起來，并通過網(wǎng)絡實時反映到各終端，滿足各類人群的信息獲取需求。BIM和IoT相結合的技術將廣泛應用于施工和運維中[12]?；贐IM與IoT技術，原型系統(tǒng)設計并實現(xiàn)的功能如下。
4.1 園區(qū)概覽
園區(qū)包含信息樓、運維樓等及周邊供主數(shù)據(jù)中心正常運行的基礎設施。為了有效管理園區(qū)，利用BIM建立一個可視三維電子沙盤，反映園區(qū)整體情 況。原型系統(tǒng)通過構建“一張圖”式園區(qū)大數(shù)據(jù)管理應用，借助IoT與大數(shù)據(jù)分析等技術手段，促進提升園區(qū)管理透明化、日常工作精細化、運維服務智能化水平。
4.2 資產(chǎn)管理
資產(chǎn)管理主要負責對園區(qū)內(nèi)部的所有基礎設施進行管理，幫助運維人員快速了解設備設施信息及位置，解決“定位難”的問題。該模塊功能主要包括資產(chǎn)可視化和資產(chǎn)信息管理。
（1）資產(chǎn)可視化
資產(chǎn)可視化顯示園區(qū)內(nèi)部的設備位置信息，不僅可以對設備設施進行定位，還可以通過選中設備，獲取設備的詳細信息。該功能主要幫助運維人員快速熟悉場景，用更容易理解的方式表現(xiàn)運維場景，對數(shù)據(jù)中心有更直觀的認識。同時，資產(chǎn)管理還增設了隱蔽工程可視化功能，該功能結合增強現(xiàn)實 （AR，Augmented Reality）技術，以展示園區(qū)地下管線BIM為主。用戶通過手持移動端，掃描二維碼定位園區(qū)內(nèi)的排水管、通信管廊管、市電管廊等， 原型系統(tǒng)會對當前定位點周邊地下管線的BIM進行詳細展示。展示內(nèi)容包括但不限于設備定位、所屬機組、設備參數(shù)等專業(yè)信息。
（2）資產(chǎn)信息管理
資產(chǎn)信息管理對各個專業(yè)及系統(tǒng)的分類建立資產(chǎn)樹，實現(xiàn)對基礎設施信息的結構化、數(shù)字化管理。資產(chǎn)信息管理包括對基礎設施的資產(chǎn)信息錄入、查 詢和統(tǒng)計。
4.3 消防演練
消防演練通過模擬火災場景，幫助運維人員進一步了解和掌握火災的處理流程。通常數(shù)據(jù)中心發(fā)生火災的概率非常小，但是一旦發(fā)生容易造成極大的損失，因此需要提升全體運維人員在處理突發(fā)事件過程中的協(xié)調(diào)配合能力，增強運維人員在火災發(fā)生時的互救、自救意識。消防演練在BIM構建的場景中，通過模擬虛擬火災發(fā)生情況，根據(jù)火災發(fā)生地點制定逃生路線。模擬發(fā)生火災、報警、逃生、確定火災源頭、滅火整個流程，能夠使運維人員在面對突發(fā)情況時反應更加迅速。
4.4 能耗管理
能耗的計量、監(jiān)測與管理，是實現(xiàn)節(jié)能減排的基礎。原型系統(tǒng)的能耗管理對各類能耗實行精細計量、實時監(jiān)測，達到精細化管理的目的。
能耗管理主要是統(tǒng)計園區(qū)的不同類型設備用電占比、能耗指標變化等，同時，總體能耗還能夠根據(jù)用戶所選時間段生成相應的報表，為運維管理人員決策提供數(shù)據(jù)支持。
5 結束語
本文通過對主數(shù)據(jù)中心基礎設施運維進行調(diào)研，明確了運維的需求，分析了BIM技術對運維管理信息化的支撐，掌握了設備IoT數(shù)據(jù)與BIM數(shù)據(jù)的融合方法，形成了基于BIM的運維管理體系模式和BIM+IoT原型系統(tǒng)，充分發(fā)揮了主數(shù)據(jù)中心信息數(shù)據(jù)的價值。然而，原型系統(tǒng)在實踐過程中還存在許多需要繼續(xù)深化研究的地方，例如，目前的原型系統(tǒng)重點集中在資產(chǎn)管理、消防和能耗管理這3個業(yè)務場景，需要繼續(xù)完善原型系統(tǒng)現(xiàn)有的功能；此外，本文對設備設施的BIM管理顆粒度為構件級別，對于管線和回路未采用構件級別的管理，需要在后續(xù)的研究中繼續(xù)細化，從而更好地支撐主數(shù)據(jù)中心的精細化管理，為鐵路工程實現(xiàn)信息化運維管理提供可借鑒的技術參考。
