本發(fā)明涉及生物、理化實(shí)驗(yàn)室，潔凈廠房的智能化建設(shè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于BIM與VR技術(shù)的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺的搭建與運(yùn)行。

背景技術(shù)：

實(shí)驗(yàn)室工程不同于普通建筑工程，應(yīng)用于科研、檢驗(yàn)檢測、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。實(shí)驗(yàn)室工程對通風(fēng)、空氣凈化、安全消費(fèi)、通信、供電、供水、排水都有著相比于普通工民建工程更高的要求。實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的策劃人員應(yīng)該熟悉實(shí)驗(yàn)室工作流程、實(shí)驗(yàn)儀器工作原理、實(shí)驗(yàn)安全等專業(yè)知識，同時還應(yīng)具有實(shí)驗(yàn)室工程中建筑設(shè)計(jì)的專業(yè)知識，目前，多數(shù)設(shè)計(jì)院面對不同行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室工程，缺乏專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，難以規(guī)劃設(shè)計(jì)合理、先進(jìn)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，極大的阻礙實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的發(fā)展。而對于實(shí)驗(yàn)室工程的建設(shè)方，往往對本行業(yè)的工作流程、環(huán)境要求比較熟悉，但又缺乏工程設(shè)計(jì)的專業(yè)知識。因此，在目前的實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)中，缺少一個雙方高效溝通的平臺，使得實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)的效率低下，在一些工程中也會出現(xiàn)建成后功能要求不能完全達(dá)標(biāo)，造成巨大的損失。并且，實(shí)驗(yàn)室的日常運(yùn)行也需要更加精確、更加智能的控制維護(hù)。目前，得益于BIM（建筑信息模型）與VR（虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)的發(fā)展，可以使用BIM專業(yè)設(shè)計(jì)人員搭建實(shí)驗(yàn)室建筑、設(shè)備等工程數(shù)據(jù)的模型，對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，再結(jié)合VR技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，來搭建一個大數(shù)據(jù)平臺，與工程建設(shè)各方進(jìn)行高效、可視化溝通，充分結(jié)合工程人員的專業(yè)能力與實(shí)驗(yàn)室行業(yè)專業(yè)能力，極大提高實(shí)驗(yàn)室工程的建設(shè)水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺及其構(gòu)建方法，通過實(shí)驗(yàn)室工程真實(shí)的建筑信息模型，集合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一個服務(wù)于工程設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方、建設(shè)方、施工方、運(yùn)行維護(hù)人員的大數(shù)據(jù)平臺。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺。其特征在于，包括：規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段通過BIM技術(shù)建立的建筑、設(shè)備、儀器等實(shí)驗(yàn)室專有模型。用于存儲所建模型的云服務(wù)平臺，平臺由三維真實(shí)建筑格局、場景模型數(shù)據(jù)庫，設(shè)備儀器模型數(shù)據(jù)庫和控制模塊組成。

其中，控制模塊內(nèi)置控制策略，可接收連接于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器的傳感器傳送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)并入BIM云平臺的模型數(shù)據(jù)庫。還可接收采用VR平臺的指令?？梢詫⒅噶顐鬟f給實(shí)驗(yàn)室中的各種執(zhí)行器，對實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，儀器進(jìn)行控制。亦可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，給出控制策略，保障實(shí)驗(yàn)室安全、穩(wěn)定運(yùn)行。VR平臺與BIM平臺進(jìn)行信息交互。從BIM平臺讀取模型數(shù)據(jù)，使用批量計(jì)算服務(wù)對模型進(jìn)行渲染輸出，并接收輸入的指令。

所述監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括：溫度、壓力、壓差、潔凈度、殺菌時間、流體的流量、流速、壓頭損失、氣體泄漏數(shù)據(jù)、漏電數(shù)據(jù)、電量、強(qiáng)弱電信號、光照強(qiáng)度、光信號、聲強(qiáng)、聲信號。

所述VR平臺為一應(yīng)用服務(wù)，其安裝于云服務(wù)器，使用BIM模型構(gòu)建，可通過客戶端訪問，使用VR眼鏡接入觀看，并可接收VR外設(shè)硬件的指令。

一種基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方法。

步驟一：在實(shí)驗(yàn)室工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)階段，工程設(shè)計(jì)方使用BIM技術(shù)，建立建筑、設(shè)備、儀器的數(shù)據(jù)模型，并將模型上傳到云服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行渲染展示。

步驟二：實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)方在軟件客戶端、web網(wǎng)頁、手機(jī)APP程序?qū)崟r運(yùn)行、觀看成果，并通過互聯(lián)網(wǎng)將改進(jìn)意見傳遞給設(shè)計(jì)方，由設(shè)計(jì)方繼續(xù)根據(jù)反饋修改模型，改進(jìn)設(shè)計(jì)，直至建設(shè)方滿意。

步驟三：BIM設(shè)計(jì)完成后，由施工方與監(jiān)理方通過客戶端、web端、APP端可視化訪問云平臺的BIM施工圖紙，并結(jié)合云平臺的工程管理應(yīng)用、進(jìn)銷存管理應(yīng)用全程指導(dǎo)完成施工。

步驟四：施工完成后，實(shí)體建筑、設(shè)備、儀器通過物聯(lián)網(wǎng)連接，由工控協(xié)議對接到云平臺的ETL服務(wù)器。ETL服務(wù)器將數(shù)據(jù)從源端抽取、轉(zhuǎn)換、加載至大數(shù)據(jù)倉庫，由大數(shù)據(jù)存儲分析模塊根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析后輸出到主控室、客戶端、web端、APP端進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警并生成分析報(bào)表，從而知道實(shí)驗(yàn)室安全穩(wěn)定的運(yùn)行維護(hù)。

基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方法所述步驟一中，建筑模型、設(shè)備模型、儀器模型均指定模型比例，坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)，族庫建立規(guī)則。

基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方法所述步驟二中，建設(shè)方與設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方，通過互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異地、實(shí)時的方案交流。

基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方法所述步驟三中，工程管理應(yīng)用、進(jìn)銷存管理應(yīng)用與BIM數(shù)據(jù)庫連接，可讀取、修改、存儲并通過客戶端以及VR外設(shè)可視化顯示BIM模型中設(shè)備材料編碼、價格、生產(chǎn)廠家信息、進(jìn)場日期、設(shè)備材料物理化學(xué)屬性的數(shù)據(jù)。

基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方法所述步驟四中，大數(shù)據(jù)分析模塊是利用同類以及自身實(shí)驗(yàn)樓安全維護(hù)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷自我學(xué)習(xí)，不斷改進(jìn)控制策略。所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用三層反向傳播（BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）結(jié)構(gòu)，包括輸入層、隱含層、輸出層，激勵函數(shù)使用Sigmoid函數(shù)。

一種基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺的運(yùn)行維護(hù)管理方法。其特征在于，傳感器將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到大數(shù)據(jù)平臺，存儲于數(shù)據(jù)庫中，VR平臺可讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示，運(yùn)行維護(hù)人員可在客戶端、WEB端、手機(jī)APP端遠(yuǎn)程、實(shí)時的讀取觀測數(shù)據(jù)，并向控制模塊發(fā)送指令，由執(zhí)行器執(zhí)行。大數(shù)據(jù)分析模塊可讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。

一種基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺的施工管理方法。其特征在于，工程施工過程中，工人、材料、機(jī)械設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)平臺互聯(lián)，工料機(jī)配發(fā)、貼裝無線射頻識別標(biāo)簽（RFID），施工全程由大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行智能化管理。

附圖說明

圖 1 為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖 1 所示基于BIM與VR的智慧實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)平臺，包括BIM平臺，VR平臺，工程管理應(yīng)用，進(jìn)銷存應(yīng)用，ETL服務(wù)器，大數(shù)據(jù)存儲分析模塊。

其中BIM平臺在規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段由工程設(shè)計(jì)方通過BIM技術(shù)建立建筑、設(shè)備、儀器等實(shí)驗(yàn)室專有模型。將三維真實(shí)建筑格局、場景模型數(shù)據(jù)庫，設(shè)備儀器模型數(shù)據(jù)庫和控制模塊導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，并存儲于云服務(wù)器。

其中，控制模塊內(nèi)置控制策略，可接收連接于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器的傳感器傳送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)并入BIM云平臺的模型數(shù)據(jù)庫。還可接收采用VR平臺的指令?？梢詫⒅噶顐鬟f給實(shí)驗(yàn)室中的各種執(zhí)行器，對實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，儀器進(jìn)行控制。亦可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，給出控制策略，保障實(shí)驗(yàn)室安全、穩(wěn)定運(yùn)行。VR平臺與BIM平臺進(jìn)行信息交互。從BIM平臺讀取模型數(shù)據(jù)，使用批量計(jì)算服務(wù)對模型進(jìn)行渲染輸出，并接收輸入的指令。

工程建設(shè)方通過客戶端、WEB端、APP端、VR外設(shè)觀看平臺的設(shè)計(jì)成果，并可以發(fā)送交互指令，對實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃設(shè)計(jì)方案提出意見。所有修改指令通過大數(shù)據(jù)平臺反饋給設(shè)計(jì)方，設(shè)計(jì)方繼續(xù)修改模型并更新存儲數(shù)據(jù)庫。

存儲于大數(shù)據(jù)平臺的設(shè)計(jì)模型完善后，施工方、監(jiān)理方通過客戶端、WEB端、APP端、VR外設(shè)熟悉設(shè)計(jì)成果，并進(jìn)行工程施工。

施工過程中，工人、材料、機(jī)械設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)平臺互聯(lián)，工料機(jī)配發(fā)、貼裝無線射頻識別標(biāo)簽（RFID），施工全程由大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行智能化管理。其中，工人配發(fā)有對應(yīng)的無線射頻識別標(biāo)簽，材料供應(yīng)商在運(yùn)送貨物進(jìn)場前，按照工程管理要求提前為材料貼裝標(biāo)簽，機(jī)械設(shè)備按照BIM數(shù)據(jù)庫生成標(biāo)簽提前貼裝標(biāo)簽。整個工程施工過程工料機(jī)的出入由計(jì)算機(jī)智能管控，并將實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)平臺。

工程施工完成后，連接在大數(shù)據(jù)平臺的傳感器實(shí)時監(jiān)測包括：溫度、壓力、壓差、潔凈度、殺菌時間、流體的流量、流速、壓頭損失、氣體泄漏數(shù)據(jù)、漏電數(shù)據(jù)、電量、強(qiáng)弱電信號、光照強(qiáng)度、光信號、聲強(qiáng)、聲信號。

運(yùn)行維護(hù)人員通過客戶端、WEB端、APP端、VR外設(shè)訪問各種數(shù)據(jù)，并輸入指令。數(shù)據(jù)平臺通過連接的執(zhí)行器執(zhí)行運(yùn)行人員指令。

其中，大數(shù)據(jù)平臺的構(gòu)建包括以下步驟。

步驟一：在實(shí)驗(yàn)室工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)階段，工程設(shè)計(jì)方使用BIM技術(shù)，建立建筑、設(shè)備、儀器的數(shù)據(jù)模型，并將模型上傳到云服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行渲染展示。

步驟二：實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)方在軟件客戶端、web網(wǎng)頁、手機(jī)APP程序?qū)崟r運(yùn)行、觀看成果，并通過互聯(lián)網(wǎng)將改進(jìn)意見傳遞給設(shè)計(jì)方，由設(shè)計(jì)方繼續(xù)根據(jù)反饋修改模型，改進(jìn)設(shè)計(jì)，直至建設(shè)方滿意。

步驟三：BIM設(shè)計(jì)完成后，由施工方與監(jiān)理方通過客戶端、web端、APP端可視化訪問云平臺的BIM施工圖紙，并結(jié)合云平臺的工程管理應(yīng)用、進(jìn)銷存管理應(yīng)用全程指導(dǎo)完成施工。

步驟四：施工完成后，實(shí)體建筑、設(shè)備、儀器通過物聯(lián)網(wǎng)連接，由工控協(xié)議對接到云平臺的ETL服務(wù)器。ETL服務(wù)器將數(shù)據(jù)從源端抽取、轉(zhuǎn)換、加載至大數(shù)據(jù)倉庫，由大數(shù)據(jù)存儲分析模塊根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析后輸出到主控室、客戶端、web端、APP端進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警并生成分析報(bào)表，從而知道實(shí)驗(yàn)室安全穩(wěn)定的運(yùn)行維護(hù)。

所述步驟一中，建筑模型、設(shè)備模型、儀器模型均指定模型比例，坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)，族庫建立規(guī)則。

所述步驟二中，建設(shè)方與設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方，通過互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異地、實(shí)時的方案交流。

所述步驟三中，工程管理應(yīng)用、進(jìn)銷存管理應(yīng)用與BIM數(shù)據(jù)庫連接，可讀取、修改、存儲并通過客戶端以及VR外設(shè)可視化顯示BIM模型中設(shè)備材料編碼、價格、生產(chǎn)廠家信息、進(jìn)場日期、設(shè)備材料物理化學(xué)屬性的數(shù)據(jù)。

所述步驟四中，大數(shù)據(jù)分析模塊是利用同類以及自身實(shí)驗(yàn)樓安全維護(hù)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷自我學(xué)習(xí)，不斷改進(jìn)控制策略。所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用三層反向傳播（BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）結(jié)構(gòu)，包括輸入層、隱含層、輸出層，激勵函數(shù)使用Sigmoid函數(shù)。傳感器將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到大數(shù)據(jù)平臺，存儲于數(shù)據(jù)庫中，VR平臺可讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示，運(yùn)行維護(hù)人員可在客戶端、WEB端、手機(jī)APP端遠(yuǎn)程、實(shí)時的讀取觀測數(shù)據(jù)，并向控制模塊發(fā)送指令，由執(zhí)行器執(zhí)行。大數(shù)據(jù)分析模塊可讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。

以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并非對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定。凡依本案的設(shè) 計(jì)思路所做的若干改進(jìn)和補(bǔ)充，均落入本案的保護(hù)范圍。