基于BIM的建筑智能化仿真实验教学平台研究_王丽

Abstract： In this paper， how to realize the intelligent building simulation experiment teaching platform and how to combine 3D modeling technology with building monitoring technology and system integration technology are introduced in details； the significance in realization and construction of the aforesaid platform is pointed out, and the approaches and schemes for subsequent study on theory and practice of intelligent building system integration technology as well as how to carry out the experiment teaching activities are proposed.
成； 三维建模； 楼宇监控； 实验教学； 仿真
中图分类号： TU17
文献标识码： A
doi： 10. 3969 / j. issn. 1003 - 8493. 2017. 02. 010
0 引言
随着智慧城市概念的提出， 建筑行业的发展迎
来了转型升级的时刻， 为了提高人们的居住体验和 智慧城市建设需要， 传统建筑将被智能建筑替代， 传统社区转变为智能社区。 实现智能建筑和智能社 区的关键是信息化技术和监控技术的融合和集成。 智慧城市的发展离不开智能建筑的建设和系统集成 的实现， 随着城市建设的推进， 我国的建筑体量和 规模不断扩大， 建筑智能化水平也在赶超发达国家， 可以预见不久的将来在我国智能建筑集成领域存在 着 巨 大 的 需 求 ［1］。
图 1 仿真模型透视图 Fig. 1 Perspective of simulation model 58
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到一个全新高度。 仿真模型透视图如图 1 所示， 可以 看到别墅内的各类设施， 包括灯具、 家具以及各类用 电设备和自动化仪器仪表， 这些构件均可单独渲染， 为仿真实验提供最真实的虚拟环境。
［2］ Harry M. Sneed. Storage-retrieval strategy research of intelligent 3D-park ［C］ // Proceeds of the eighth europen conference on software maintenance and reengineering （CSMR’ 04）， 2004.
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BUILDING
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仿， 学生的动手能力和创新思维能力不能得到有效的 锻炼和培养。 我们急需更为经济有效的实验平台完成 建筑智能化系统集成技术的实践和集成方案的验证， 仿真实验可以通过信息技术将实验环境虚拟出来， 将 实验环境、 教学内容和学生的实验有机融合， 为学生 提供建筑智能化实验平台， 并在这个平台上开展集成 教学实验。
建筑智能化
基于 BIM 的建筑智能化仿真实验教学平台研究
王 丽 刘 剑 （沈阳建筑大学 ， 沈阳市 110168）
Study on Intelligent Building Simulation Experiment Teaching Platform Based on BIM WANG Li LIU Jian （Shenyang Jianzhu University， Shenyang 110168， China）
图 2 主界面 Fig. 2 Main interface
图 3 照明子系统监控画面 Fig. 3 Lighting system monitoring screen
图 4 门厅环境监测画面 Fig. 4 Hallway environment monitoring screen
建筑智能化
3 系统集成的实验和研究
c. 安防系统子系统的集成实验： 完成照明控制 系统、 视频监视系统和安防监控系统的联动， 理解安 防系统的集成方案。
d. 编码实现更多集成功能实验： 设计开发性实 验， 发挥学生的想象力， 在上述实验的基础上由学生 自主设计更多的集成方案和内容， 并实现系统的联动 和集成。
在以上实验的基础上， 完成并完善智能别墅中建 筑节能监测、 照明、 地热采暖、 通风、 太阳能光伏、 建筑环境信息发布等子系统， 设计智能别墅的智能化 集成接口及建筑智能化系统集成实验， 开展建筑智能 化系统集成技术和应用的研究。 建立统一的接口标准 和电子地图， 实现各子系统之间的集成， 为建筑智能 化系统集成实验提供集成接口。
通过实验平台让学生身临其境地体会集成技术带 来的成果； 围绕平台开展更多建筑智能化系统集成技 术的研究工作和系统集成方案的设计； 此外还可以借 助 这 个 平 台 ， 开 展 基 于 BIM 的 运 维 研 究 ， 延 续 BIM 模型的生命期， 拓宽 BIM 模型的应用范围。
4 结语
在新常态、 互联网、 大数据和云时代的大背景 下， 建筑设计行业的发展， 在可以预见的未来， 必将 发生颠覆性、 革命性的变化［3］。 建 筑 智 能 化 系 统 集 成 和 BIM 技 术 ， 作 为 源 于 传 统 建 筑 领 域 的 两 项 革 命 性 技术， 是提高现有建筑智能化水平， 提供安全、 高 效、 便捷、 节能、 环保、 健康的建筑环境的有效手段 和必由路径， 也是实现智慧城市创新发展的基础。 因 此 ， 基 于 BIM 的 智 能 建 筑 集 成 系 统 技 术 的 研 究 以 及 仿真实验平台的创建对未来的教学和科研都有着极其
仿真实验平台的建设还处在初期阶段， 目前基于 这个平台拟开设以下几个实验：
a. 智能建筑系统的规划和设计演示实验： 熟悉 各个子系统的接口及设置的相关量， 为各系统的集成 准备知识， 了解智能住宅应该包括的内容和智能化的 管理方法。
b. 环境控制子系统的集成实验： 完成环境监测 系统和地源热泵等控制系统的联动， 理解集成带来的 人性化智能控制。
在探索集成技术的过程中， 实验是必不缺少的环 节， 但目前我国的建筑智能化系统集成技术也处在起 步阶段， 集成技术并不成熟， 系统集成实验在现有的 实验环境下进行， 会消耗大量的资源和资金， 目前实 验只停留在老师的演示和讲解， 学生进行简单的模
作者信息
王 丽， 女， 沈阳建筑大学， 讲师。 刘 剑， 女， 沈阳建筑大学， 教授。
环境监测子系统是基于三维模型的 监控画面和监控信息的模拟仿真， 显示 和记录建筑环境的相关参数和运行数据， 展示仿真建筑环境的信息和设备控制效 果， 当发生报警 时 ， 提 供 进 入 BIM 模 型 的接口， 跳转到三维模型中， 并定位报 警设施。 门厅环境监测画面如图 4 所示。
由于篇幅所限， 其他子系统不再 赘述。
目前建筑智能化系统集成技术几乎被国外跨国大 公 司 垄 断 。 如 建 筑 自 控 系 统 的 BACnet 标 准 、 LonWorks 标准、 oBIX 标准、 OPC 技术规范［2］， 相关的 产品和系统也大部分来自于国外的知名品牌 （如 Honeywell、 Siemens 等 ） 。 由 于 价 格 高 ， 技 术 垄 断 ， 建筑智能化系统集成技术无法大范围地在国内智能建 筑中使用。 随着智慧城市的建设， 我国的智能建筑控 制产品的国产化进程不断推进， 在智能小区的应用 中， 国内产品以优异的性价比在市场中占主导地位， 但是不同厂商的设备之间不能实现互联、 互操作， 需 要通过系统集成技术来实现资源的共享， 实现真正意 义的统一、 实用、 高效、 便利、 可靠和低能耗等目 的。 因而发展我国自己的建筑智能化系统集成技术势 在必行。
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深远的意义。
［1］ 王丽， 吕军， 刘剑. 工业 4. 0 背景下的智能建筑 系统集成 ［J］. 建筑电气， 2015， 34 （5）： 55 - 57.
2 仿真监控系统
仿真监控系统的总体设计思想是在设备控制器的 底层响应机制 基 础 上 ， 结 合 KingSCADA 软 件 ， 应 用 Revit 软件的三维模 型 构 建 仿 真 系 统 的 HMI （人 机 界 面）。 根据智能别墅的环境监测、 照明、 地源热泵、 视频监视、 安防监控等各子系统的模拟运行机制， 设 计实现子系统的模拟仿真， 实现各系统的报警、 报 表、 安全和事件管理程序， 并以此为基础设计建筑智 能化系统的实验教学内容。 2. 1 主界面
1 三维建模
仿真平台需要对集成的各子系统构造仿真模型， BIM 技术是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为 模型的基础， 进行建筑模型的建立， 通过数字信息仿 真 模 拟 建 筑 物 所 具 有 的 真 实 信 息 。 基 于 BIM 的 仿 真 模型， 将真实反映建筑物中所有设施， 能较好地满足 仿真实验要求。
主画面以三维模型的表现形式建立整个仿真实验 的界面风格， 画面中突出索引功能， 通过其下面的图 标菜单可以跳转到任意的子系统中， 右侧按钮设计实 现仿真系统中所有公用功能， 画面右上角是不同子系 统执行情况相关信息的提示， 为方便操作， 在画面中 也有各子系统的跳转选项。 此外， 整个系统大量使用 实物进行仿真实验环境的虚拟， 主界面如图 2 所示。 2. 2 照明子系统
本项目以智能化程度较高的别墅作为研究对象， 采 用 BIM 技 术 建 立 智 能 别 墅 的 虚 拟 化 三 维 模 型 ， 通 过构建设备族， 实现智能别墅中各类机电设施的三维 仿 真 。 基 于 BIM 技 术 完 成 智 能 别 墅 三 维 模 型 ， 包 括 建筑模型、 室内各类设施模型 （如配电设备、 空调暖 通设备、 灯具、 开关、 插座等）， 以及管线通道、 电 缆桥架的三维建模， 将三维模型根据需要进行拆分显 示和渲染， 作为下一步监控画面的素材。 创建过程中 为 达 到 逼 真 的 仿 真 效 果 ， 需 要 对 BIM 模 型 进 行 深 入 设 计 ， 深 度 探 索 BIM 表 现 能 力 。 此 外 ， 研 究 如 何 利 用虚拟的三维模型展现令人赏心悦目的 3D 画面， 以 显示建筑环境和建筑设备， 将监控画面的可视化提高
Key words： smart city； BIM； intelligent building； system integration； 3D modeling； building monitoring； experiment teaching； simulation
摘 要： 阐述建筑智能化系统仿真实验平台的实
照明子系统完成每盏灯的开关控制， 设计实现场 景控制方案， 系统预设离家模式、 休息模式、 娱乐模 式， 并预留接口供学生实验完成其他的灯光场景设 计。 另外系统采用调光控制， 灯光的亮度有一个渐变
的过程， 可营造出一种温馨、 浪漫、 高 雅的灯光环境， 照明子系统监控画面如 图 3 所示。 2. 3 环境监测子系统
现， 详细介绍将三维建模技术、 楼宇监控技术和系统
集 成 技 术 进 行 融 合 的 方 法 ， 指 出 实 现 基 于 BIM 的 建
筑智能化仿真系统平台建设的重要意义， 提出后续建
筑智能化系统集成技术理论研究和应用研究的路线和
方案以及实验教学的开展。
关键词： 智慧城市； BIM； 建筑智能化； 系统集