充分利用数据的价值

BIM为实现流程设备寿命周期内数据的一致性做出诸多贡献

作者:Dirk Schlüter,A. Spengler,J. Diepenbruck 文章来源:Builders Mind公司 点击数:32 发布时间:2018-10-16
BIM建筑信息模型是能够在流程设备整个寿命周期内使所有相关人员受益的一种方法。将BIM建筑信息模型与流程设备的3D模型链接起来,就可构成设备公共数据库的基础,这些数据可以在设备整个寿命周期内实现跨企业应用。
充分利用数据的价值

BIM建筑信息模型是大型建筑项目中应用越来越多的一种方法。其目标是收集、协调和使用项目整个寿命周期内的数据,并跨企业地使用这些信息。其核心是一个包含了准确描述对象属性,同时链接到不断更新的数据库的3D模型。在项目运行过程中,这些信息不断地更新和补充,避免了信息的丢失。该模型可以在项目的规划设计阶段将零部件的信息链接在一起,供流程设备在整个生命周期的其他阶段使用。以此创建一个同步的数据库,所有参与项目的人员都可以访问。

在流程设备制造领域中,模型化的规划设计已经成为目前的一种标准设计方法。为了生成、准备和继续使用数据,流程设备的整个寿命周期是由一个个独立的“孤岛式”解决方案组成的。这就使得整套流程设备有着很多不同的“接口”,这使得跨专业协调变得非常困难。

BIM建筑信息模型的协调模块可将不同数据源集成到一起,与不同的数据库建立关联,项目初期即可提供一个在整个流程设备寿命周期内使用的涵盖设备和建造数据的数据库。

更智能的BIM模型

流程工业对外部数据和现有数据计算出来的新数据的集成更感兴趣。例如由3D扫描所得到的散点图生成的新的3D建造信息模型对象,其他算法语言根据散点图自动计算出来的BIM对象。这些新对象都将被重新建模,不会再含有原3D扫描的信息(类似的轮廓和颜色除外)。仅在理想的使用情况下和需要的时候才参考原始的激光扫描结果。有了新对象之后,所有的工作都是以新对象为基础来完成的。

在这个例子中可以看出,非常简单的信息(3D扫描的散点图)通过数据处理和外部知识(识别3D对象的算法)能够汇总生成IKT信息,再经通信技术进一步处理可集成在BIM建筑信息模型中的知识库里。算法语言智能化程度越高,进入BIM建筑信息模型的信息量就越多,进一步使用的可能性也就越大。

图1 建筑信息模型和建筑信息模型的协调模块
图1 建筑信息模型和建筑信息模型的协调模块

在计算机技术的帮助下,理论上就可以直接在零部件中调用BIM建筑信息模型或者它的零部件(例如带有控制系统的泵)信息。通过接口,BIM对象可以与BIM模型相互交流和沟通,并可以让这些数据开放给其他人员使用。这种方法与在当前流程设备使用寿命周期内将数据应用于过程控制的方法不同。若仅仅是为了控制任务而使用信息,则丢掉了信息中更多的附加值。系统中关键零部件的数据应尽可能地不泄漏到外部,这一点十分重要。因此,优先选择的应是一个封闭型系统,流程设备的实际控制过程也不应受这一过程的影响。

获取数据的前提

怎样才能利用前面所述的方法,把流程设备信息与BIM建筑信息模型和其他数据源结合起来,提供新的应用可能性呢?最大的障碍是流程设备整个使用寿命周期内不间断的数据准备和数据提供。当前需要一个能够访问各种数据源的基本系统,在流程设备的整个寿命周期内进行准备、处理和维护原始数据,提供给其他用户使用数据。

此时,要注意下列几个前提条件:

在进一步处理数据时不得影响流程设备的正常工作;

流程设备重要的关键数据不要与互联网以任何方式来连接。若要将数据用于其他目的,则需要将其打包封装再传输出去。

流程设备、数据和系统的安全是最重要的事情。要考虑流程设备的整个寿命周期内的安全问题,需要强制性加密。

要根据使用目的处理和汇总数据,按照不同的数据格式提供所需数据。如果原始数据要供日后使用,则需要更大的存储空间。

数据采集器的模型云

本例所介绍的数据都可以传送到所谓的建筑模型云中。云汇总所有的数据,完成数据准备,将准备好的数据通过应用程序编程接口API供其他程序使用。以这种方法,企业可以按照自己熟悉的方法使用和处理这些数据。掌握这一方法只需简单的技术培训。理论上可取的功能范围不取决于建筑模型云,而取决于企业所使用的软件。这一系统通常可以和企业以及企业所用软件的性能共同发展成长。

建筑信息云系统
图二 建筑信息云系统

图2所示的就是这样的一整套系统。图中,PLC可编程序控制系统的P-Bus总线数据、BIM建筑信息模型中的数据和其他传感器数据可以作为这个系统的数据源。在数据生成侧,利用合适的中间设备对数据进行处理,必要时进行匿名和加密,发送到云端。然后,云可以通过接口对其他访问云的应用程序做出应答,将数据相互链接起来,加密或者反馈回去。这种系统的优点是:有着很高的云实时扩展性能。全部程序间接与流程设备或流程设备的部件建立通信。以便很好地保护流程设备。云也是负责保证数据安全并对数据进行维护的地方。这一系统与当前的软件标准、应用程序、企业掌握的技术和知识以及可能性同步增长,可以在多级过程中过滤数据,进行匿名处理。

完全不同的数据源都汇集到建筑信息云中并重新组合。这就有了新的可能性。例如,GIS地理信息系统模型用它的数据表示城市某地区由流程设备模型生成的或者直接利用TGA设备技术生成的能源流。此时,这些数据就要匿名处理并汇总合并。有些技术协议也将这一过程有其他的“翻译”描述,所有重要的设备部件都必须能够在整个地区进行查询并进行相应的处理。这一例子可以被视为一个例外,但它清楚地表明该系统能够大到什么水平和程度。

系统有哪些要求呢?例如对信号传播时间(延迟)和传感器精度(测量精度和噪声)等有哪些要求?根据使用的不同传输技术,每天可以按照秒、分为节拍或者按照更长的时间节拍传递数据和信息。但在某些特定的应用中这种固定节拍的传输方式会带来一些问题。首先是无法事先预测传输信息需要多长的时间,传感器精度不够会导致整个数据序列丢失。如果是输送给数据库的数据,则可能发生数据库保存的数据不是按照时间顺序保存,或者保存不完整。

从流程设备运营商的角度来看,他们遇到的挑战不算明显。例如,一些现代化的数据库不能处理传感器间断输送(无线通信中断)的数据、程序突然停止(系统崩溃或者电源故障)或者(有意、无意)已被破坏时产生的不一致的数据。另外,流程设备通常都是连续运行数十年的设备,并且在较长的使用时间里有部分设备需要进行性能的扩展。这就要求数据处理也必须同步发展。迄今为止,现代化的IKT信息通信技术还没有达到这种程度。主要影响因素是软件层面,并且越来越成为重要问题。随着时间的推移,安全漏洞的问题越来越多。另外,软件程序常常不符合标准,因此就更容易出现错误。

软件和硬件是不可扩展的,因此它必须一直打补丁,来确保打好补丁的系统运行无误。

企业和流程设备中的工作流程会因流程设备的扩展而发生变化。因此,市场为流程设备寿命周期内的设备运营商提供了一种被称之为软件即服务(SaaS)的可选解决方案,以应对这些挑战。这一解决方案尽可能地使用了开放的标准,包括技术协议、软件框架和硬件框架。而所选择的软件也应是有文件证明和可扩展的。

本文明确地指出,在流程设备使用寿命周期内有现代化的IKT信息通信讯解决方案,可以用全新的方式使用数据,这也开创了更多的相互连接的可能性,而这方面的最佳实例就是建筑模型云。

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