智能楼宇可视化项目解决方案

1、智能楼宇可视化项目解决方案第 1 章 项目描述1.1 项目背景随着城市现代化建设的发展 ， 建筑的智能化涵盖了越 来越多的内容 。建筑智能化系统工程设计的出发点， 应以建筑为平台配置各功能系统 ， 为人们提供一个投资合理 、 高效 、舒适 、便利的环境空间 ，以适应当前现代建筑的需 要。现代化的商务大厦是以高度的智能化为其主要功能目 标的 ， 而楼宇自动化系统是现代楼宇智能化的体现。楼宇设备监控系统是基于现代控制理论中的分布控制 理论而设计的一个集散型控制系统， 它通过中央计算机将分布在各监控现场的智能单元连接在一起 ， 构成一个先进 而完善的综合监控系统 ， 对整个大厦的机电设备实现集中 监

2、测与控制 ， 保证设备在最佳状态下运行 ， 为大厦提供一 个舒适 、高效 、安全 、节能的环境 。因此 ，不仅要求楼宇 自动化控制系统具有可靠性 ， 同时还具有开放性 ， 灵活 性，经济性 。然而 ，智能楼宇配套管理系统的发展却明显 滞后于现代化楼宇管理需求 。 传统的智能楼宇管理方法以 及管理产品大都停留在世纪初的水平 ， 发展缓慢 。尤其是 在可视化管理方面 ， 存在很大的提升空间 。可视化管理已经发展多年 ， 并在各行业均有实践经 验， 而在智能楼宇管理领域的运用还处于较浅的层次 ，这 与企业 IT 管理领域的管理成熟度不高 ， 传统可视化管理方 法不适应智能楼宇的技术特征有较大关系 。

3、 与智能楼宇可 视化管理相关的三维建模 、 图形数据库 、虚拟现实等技术 已经在消费 IT 领域得到验证 ， 并广泛应用于社交网站 、在 线地图 、 多媒体娱乐等新兴行业 。 而这些技术在可视化管 理领域同样存在巨大的应用空间 。1.2 项目目标针对智能楼宇的日常运维管理 ， 本项目能够充分利用 最新的计算机图形技术 ， 基于 3D 虚拟现实的最佳表现形式 建立楼宇管理的可视化平台 。 可视化平台是统一楼宇管理 系统的数据展现平台 ， 也是重要的信息交互和获取界面 ， 更是楼宇运维管理走向可视化管理的重要基础 。本项目通过 3D 技术实现对智能楼宇的真实展现 ， 能够 实现基于三维环境对建筑楼

4、宇 、 管线和各类设备的管理功 能， 构建智能楼宇环境 、 设备和管理信息的可视化平台 ， 集成现有的智能楼宇环境监控系统、 网络监控系统和主机监控系统 等，实现所有智能楼宇对象的管理及相关监控信息整合展 示， 让相关管理人员清晰直观的掌握楼宇运营中的有效信 息， 实现透明化与可视化的管理 。 可视化管理能让楼宇的 资产配置信息和运行状况更加直观， 使复杂的智能楼宇运维管理信息变得易于表达 、 理解和传播 ，从而消除智能楼 宇运营过程中不同角色之间的认知偏差和监管盲区， 实现 管理的透明化 ， 更进而有效提升资产管理与监控管理的效 率， 真正实现一个立体式 、 可视化的新一代智能楼宇运行 管理

5、系统 。1.3 项目范围场景范围 ：可在地图背景上 ， 悬浮出现多栋智能楼宇节点的场景 效果图 ，并可点击场景效果图进入该建筑或节点的 3D 虚拟 仿真管理场景 。 可对智能楼宇周边园区 、 建筑外立面和建 筑里面楼层建模 。资产范围 ：智能楼宇相关各类设备 、 管线均可纳入管理范围 。功能范围 ：环境可视化 、 资产可视化 、 管线可视化 、 监控可视 化、 演示可视化 。集成范围 ：电力监控 、 楼宇自控 、消防监控和网管监控等智能楼 宇管理系统 。1.4 项目要求系统的实现应参考国际标杆并结合现状 ， 采用先进可 靠的设备和技术 ， 确保系统的先进性和成熟性 ，保证投资 的有效性和延续性

6、 。 系统必须要达到企业级的安全标准 ， 提供良好的安全可靠性策略 ， 支持多种安全可靠性技术手 段， 制定严格的安全可靠性管理措施 。 系统应基于国内外 业界开放式标准 ，统一规划 ， 为未来的业务发展奠定基 础。系统应具备灵活的可扩展性 ， 具备方便地适应业务需 求的变化 、迅速地支持新业务的能力 。 系统应易于使用与 维护 ，具备良好的用户操作界面 、人性化的管理工具和完 备的帮助信息 。第2 章 解决方案2.1 需求分析能够充分利用最新的计算机图形技术 ，以 3D 虚拟仿真 的最佳形式实现对智能楼宇的真实展现 ， 能够实现基于 3D 环境对楼宇日常运营情况进行实时监控， 同时可以支持充

7、分的针对楼宇内各子系统 、 设施设备的管理功能 ，真正实 现一个立体式 、可视化的新一代建筑运行管理平台 ， 充分 满足端到端智能楼宇架构的展现需求， 本期项目将实现以下内容 ：2.1.1 多地点三维展示实现 Google Earth 式的地球立体全景展示 ， 以直观互 动的 3D 可视化交互技术 ， 悬浮方式显示各节点 3D 建筑管 理场景 ，并可点击场景效果图进入该智能楼宇或节点的 3D 虚拟仿真管理场景 。 多中心地理分布展示 ： 在 Google Earth 式的立体地球背景上 ， 悬浮出现多个智能楼宇地理节点分布情况 多中心虚拟仿真展示 ： 在 Google Earth 式的立体 地

8、球背景上 ， 悬浮出现多智能楼宇节点的场景效果图，并可点击场景效果图进入该智能楼宇或节点的 3D 虚拟仿真管 理场景 。2.1.2 建筑环境三维仿真 将目前智能楼宇的物理环境做虚拟仿真 ， 从建筑园区 到楼宇 、 管线及智能楼宇的各类基础设施 。 根据建筑图纸和建筑实际部署情况建立完整楼层 、 建筑 、设备安装部署情况及相关附属设施的直观 3D 展示场 景。 为智能楼宇基础设备管理提供与实际情况相一致的 3D 可视化管理环境和统一的用户访问界面 。 系统所有展示效果要求全 3D 方式 ，包括 ：建筑 3D 可视化 ：建筑外观 ， 楼层结构 ，建筑结构和 内部装修智能楼宇设备 3D 可视化 ：

9、建筑内部所有智能楼宇 相关配套设备 ，如视频监控 、 供配电设备 、 空调设备 、通 风系统等 。视频监控等综合监控 3D 可视化 ： 包括各类设备本身 的可视化及相关监控数据的可视化， 比如实时视频监控图像的播放 。设备和线缆的 3D 可视化 ： 主要设备的前后面板 并独立表现其端口 ； 建筑内部的网络线缆 （ 基础 、 端口跳 线） 和供电线路 。 3D 模型要求 ：建筑 3D 模型 ： 表现建筑楼层的结构布局和典型特 征。设备 3D 模型 ：通过模型可以识别设备品牌和型号 。2.1.3 智能楼宇设施管理 可采用自管理或集成其它楼宇管理系统的方式 ， 将楼 宇相关各类基础设施的基本配置信息

10、纳入可视化平台， 通过任何物理可见的设备就可以查找到相关的配置信息， 通过任何一条配置信息也可以查找到相关设备 ， 完成楼宇设施的可视化管 理。 详情查看 ： 支持在 3D 可视化环境中通过鼠标点击 操作实现对每个楼宇管控设施的台帐信息进行直观查询 。 设施搜索定位 : 设施搜索定位功能能通过输入设施 模糊查询条件进行检索 。 系统在当前视图范围内或整栋大楼中列出符合条 件的设施列表 。 根据用户选择的设施进行定位 ， 未被选择的物体可虚化 表示 。设施模糊查询的条件包括此设施所有信息属性名称 。 设施位置跟踪 ： 当楼宇管理系统中设施物理位置发生变化时 ，在 3D 场景中自动变更设备物理位置

11、 。 设施信息管理 ： 支持基于现场实际设施布局和已有 设施台账数据自动生成建筑 3D 场景 。 设施管线管理 ： 以 3D 可视环境中管理设备之间的 物理连接关系 。包括 ：跳线查询和展示 、基础布线查询和展示 、 链路查询和 展示 。2.1.4 建筑资源统计展示 可对建筑内智能楼宇相关设施本身 、状态数据 、 日志 数据及与其它业务数据进行关联面板展示 ， 并提供特定数据与 3D 场景的 叠加展示 。2.1.5 监控系统集成展示 建筑弱电监控展示可以将门禁 、 烟感以及视频监控呈现在三维可视化平 台中 ，以更直观的方式展示安防系统的设备布局， 同时还可以通过简便的鼠标点击 ，读取设备信息

12、，以及控制设备 。门禁系统进出信息的读取 ， 远程控制开关门的操作烟感设备的布局展示 ，以及报警监控 。 视频监控系统的布局展示 ， 以及摄像头实时视频内容 展示入口 。 建筑环境监控展示 集成楼宇设施监控工具的监控数据， 如电压 、电流及环境的温度数据，用灵活多样的方式展现包括空调、配电柜、 UPS 、 温湿度环境等的监控可视化 。建筑楼宇监控信息展示是指通过 3D 视图展示智能楼 宇监控所得环境设备运行信息 。配电柜 、空调 、温湿度仪的简要信息采用小面板的形 式展示 ， 点击具体环境设备展示所有监控项目的信息 。 设备工况监控展示设备工况监控信息展示是指通过 3D 视图的展示设备 监控到

13、的系统工作工控数据信息 。通过设备的唯一 ID 获取到此设备目前的工况信息数 据，在设备监控信息面板上展示出目前设备所有指标的工况数据信点击监控设备 ，出现信息面板 ， 选择监控按钮 ，展示 出工况监控页面。 设施告警监控展示 建筑设备告警信息展示要求建筑的所有告警信息在建筑 3D 展示界面上实时展示 。主要展示告警设备类型为两类 ： 独体设备告警 ： 直接在此设备上出现告警图标和设备 变色提示 ， 点击告警图标或者告警设备展示详细告警信息 。 系统组合告警 ： 系统整体工作异常时会呈现整体闪 烁，在所属设施上出现告警图标和设施变色提示 ， 点击告警图标或者 告警设备展示详细告警信息 。2.1

14、.6 灵活强大展示能力在物理环境仿真再现的基础上 ， 提供灵活强大的可视 化展示功能 ， 可以实现智能楼宇基础设施多样化的展示需求， 如逻辑关系表达 、 模拟故障 、 模拟气流 、PPT 整合及自动巡检及演 示路线定制等 。 自定义动画 ： 系统要提供非常易用的动画制作功 能，用户可以自定义生成流畅生动的演示动画 ，可用于智能楼宇介绍 、 巡检 路线示意和应急预案展示等日常运维工作 。 交互式演示汇报 ： 系统要支持用户将多段动画嵌入 PPT 演示文档中 ， 实现 PPT 与三维仿真场景的双向互动 ， 以丰富生动的手 段实现最佳演示汇报效果 。 扩展能力 ： 要求支持未来的 IT 逻辑系统及应

15、用架构 三维展示 ，交易流展示等。2.2 系统设计2.2.1 设计依据构建【客户 】智能楼宇可视化管理平台的目的 ，是要实 现在同一平台管理及掌握智能楼宇全面状况， 形象的再现智能楼宇内的多样化设施 。从发电 、 制冷等大型设备直到端口 、 线缆等微小组件 ， 均按照其在真 实世界中的位置和关系在计算机屏幕上展现， 形象化展示智能楼宇的运作情况 ， 从而达到提升智能楼宇管理效率的 目的。所以，深入理解 “可视化 ”的概念 ，以及“可视化 ”在智能 楼宇领域的最佳运用方式 ， 是本项目的关键成功因素 。可视化管理是指利用信息系统 ， 让相关管理人员清晰 直观的掌握企业有效信息 ， 实现透明化与可

16、视化的管理 ， 尤其适用于运营管理过程 ， 实现人员可视化 ，管理对象可 视化 ，评测指标可视化 ， 流程可视化等效果 。可视化管理 能让企业的流程更加直观 ， 使企业内部的信息易于表达 、 理解和传播 ， 从而消除运营过程中不同角色之间的认知偏 差和监管盲区 ， 实现管理的透明化 ，提升过程可控度 。 概 括起来说 ， 可视化管理就是 “将需管理的对象用一目了然的 方式体现 。”2.2.2 设计原则考虑到可视化管理所涉及 IT 资源的复杂度 、 业务关联 性， 对管理效果的要求也较高 。 在整个系统建设过程中需 要遵循一些管理系统的通用建设原则 ：（ 一） 统一规划 、 分步实施在可视化管理

17、系统设计时 ， 要充分考虑企业智能楼宇 的远期目标 ， 做到管理体系可扩展 、高起点的特点 。 帮助 规划未来蓝图 ， 逐步实现可视化管理体系 。（ 二） 直观清晰 、 简单易用 可视化管理系统的效果在很大程度上决定于呈现给使 用者的管理操作界面 ， 将虚拟现实 、智能分析等新的技术 纳入到管理体系中 ， 给使用者以身临其境的沉浸感和交互 性。（ 三） 注重平台性 、充分集成 由于智能楼宇已采用不少管理工具 ， 可视化管理系统 往往是作为整合平台存在 ， 而不是从零建设 ，所以要充分 考虑对现有系统的整合和利用 ， 保护投资 。 在设计过程中 要充分考虑集成 。同时还要满足面向可视化的特殊需求

18、 。2.2.3 系统架构 根据需求及以上的目标及原则 ， 数据可视化应用架构 图如下 ：整个 3D 可视化服务是以松耦合的方式支持现有行业应 用系统实现 3D 可视化升级的 。 也就是说现有行业应用可在 自身架构基本不变情况下 ， 利用 3D 可视化服务提供的 API 接口实现 3D 场景及应用嵌入到现有行业应用中去的效果 。3D 可视化系统提供 A/B/C 三种 3D 整合接入方式 ： A ：移动终端 APP 方式 。利用提供的 3D 可视化 APP SDK 开发包 ， 行业应用的 APP 可实现将 3D 场景在移动终端上的展现和行 业应用 。 3D 可视化APP SDK 包支持 IOS 、

19、Andriod 平台 。 B ：网页浏览器方式 。 这是最主流的方式 。 3D 可 视化系统的 3D 场景展示应用支持在 IE/Google Chrome/Firefox 等主流版本浏览 器中良好展示 。 C ：EXE 执行程序方式 。 可视化平台 也可提供 MS Windows 下直接生成执行程序进行部署的方式 。3D 可视化平台支持互联网在线服务模式和独立网络离 线服务模式 。2.3 系统功能2.3.1 总体说明本方案基于产品化 3D 可视化系统提供的 3D 互动场景 浏览技术 ，总体特点如下 ： 先进自主的技术架构 ： 3D 智能楼宇可视化系统基 于领先的图形技术和大型智能楼宇的需求和实

20、践经验 ， 依托于对可视化与智 能楼宇管理结合方面的设计思路和长期思考 ， 针对性地设计了一套先进 自主的技术架构 ： a) 3D 虚拟仿真基于自主知识产权的渲 染引擎技术 ， 在实时互动仿真引擎中处于业界领先水平 ， 渲染效率充分满足大型智能 楼宇的可视化需求 。渲染多栋建筑和 1-2 智能楼宇可视化项目解决方 案千个设施规模的场景 ， 3D 帧率可达到 30 帧。b) 使用先进的图形数据库技术 ， 在海量数据环境下 ， 对设备的查询 、关系遍历速度远远高于关系型数据库 ， 任意资产设备 的查询速度 2秒 。 图形数据库的另一个优势是能够自适应对象模型(或 CI 模型 )的调整 ， 外部数据

21、源增加或减少对象属性时， 图形数据库无需做任何改动 ， 就可以自动做相应变化 。c) 智能楼宇可视化系统采用 B/S 架构 ，可基于 IE 访 问， 易于使用 。在线 3D 设备模型库 ：智能楼宇中设备众多 ，而且会随 着时间推移不断增加新的设备型号 ， 要有效支撑智能楼宇三维可视化长 期使用和维护的方便性 ， 就要求可视化平台能提供可扩展的、模型种类丰富 、型号齐全的设备模型库。3D可视化系统产品自带了强大的设备模型库，并具有以下 特点：a) 模型库中已有超过 5000 种 3D 模具 ，可以逼真的展 示各类强弱电设备的外观 ， 模型种类覆盖众多主流厂商的主要设备且 与真实型号 、厂牌一致

22、；b) 模型库可根据强弱电设备发展状况和客户具体需求 定制和增加模型，并以周为时间单位定期更新 ， 以满足设备新型号 不断增加的需求；c) 模型库覆盖从基础设施到各种强弱电设备和虚拟组 件多种类型 ；d) 模型库不只提供设备三维形象 ，还提供各设备的标 准属性和指标参数如厂商 、型号 、尺寸 、功耗和重量等 ，为智能楼宇 管理中的查询 、统计 、分析等提供数据支撑 。 快速绘制 3D 场景 ： 为了让客户取得更好的收益 ， 必须缩短系统的实施周期 。传统的 3D 实施项目 ， 大部分时间消耗在 3D 场景 的构建上 。本项目将创造性的采用了以 Visio 或专用 Web 工具绘制 3D 场景

23、， 绘制完成后后 ，将 Visio 或 Web 绘制文件导入系 统，就可以生成 3D 建筑 。使得没有任何3D 开发经验的用户也可以通过 Visio 或网页快速构建 和维护自己的 3D建筑 ，生成建筑的 3D 内部结构 ，并摆放大型 3D 设 备。这大大缩短了项目的实施周期 ， 更为重要的是 ，让智能楼宇可视化系 统真正成为可使用 、 可维护的实用系统 。 强大的数据集成能力 ： 3D 可视化系统的定位是数 据展示 ，因此需要方便的从外部数据源获得数据 。 3D 可视化系统提供了三种 典型的数据集成能力 ， 包括外部数据源向 3D 可视化系统推送数据 、3D 可视化系统从外部数据源拉取数据 、

24、 数据联邦 。具体说明如下 ：a) 外 部 数 据 源 向 3D 可 视 化 系 统 推 送 数 据 ： 采 用 WebService 或 ActiveMQ集成技术 ， 更适用于实时性高的数据 。 如，监控系统 发现设备告警时，可立即调用 3D 可视化系统的数据推送接口 ， 将告 警数据推送给3D 可视化系统展示b) 3D 可视化系统从外部数据源拉取数据 ：采用数据库 集成技术 ， 适用于实时性不高的数据 。 如 ， 设备的资产信息发生变更 时， 可通过 3D可视化系统的定时同步程序 ，定期将数据同步给 3D 可 视化系统展示 。c) 数据联邦 ： 前两种方式都是直接将外部数据源的数 据同步到

25、 3D 可视化系统系统 。 但还有一种更简单的集成方式， 就是通过页面链接 ，在可视化平台中展示其它系统的页面。 此方式可保护既有设备投资 ，共享 、重用已设计良好的可视化页面 。d) 除了上述几种典型的集成方式外， 3D 可视化系统还可以以 Excel 方式将设备台账数据导入系统 。 成熟可用的数据接口 ： 3D 可视化系统不但支持多 种数据集成形式 ，更在实际项目中已经完成和多个主流智能楼宇管理厂商的 主流软件产品的接口开发 。 一方面这些已有的产品接口可以有效提高项目的可行性和实施速度 ，一方面这也验证了 3D 可视化系统的开放性和灵活性 ，确保了对未 来多种数据接入模式的支持 。 数据

26、驱动的场景生成 ：智能楼宇可视化平台要采用 3D 技术构建智能楼宇的管理场景 ， 必须充分考虑到实用性和可维护性 ，要 确保系统能够真实反映智能楼宇的现状并确保可维护性， 就需要可视化系统能支持与其它管理系统和数据源的联动 ，能通过数据直接驱动 3D 场 景的生成 。 3D 可视化系统智能楼宇采用了领先的 3D 场景处理技术 ， 能 通过读取外部系统或数据文件中的数据 ， 调用三维模型库中的相应模 型，直接驱动三维场景的生成 ，并在数据更新时自动更新三维场景， 确保了智能楼宇可视化系统的实用性和可维护性 。 灵活配置 ： 考虑到不同的用户有不同的使用需求、操作习惯和偏好 ，为适应不同场景的客户

27、化需求 ， 并确保系统的实施高效易行 ，3D 可视化系统提供了丰富的页面配置功能 ， 可以对操作菜单的显 示内容 、按钮风格 、 告警图标的颜色 、图层选项内容 、 3D 场景的缺省展示角度进行调整 。 权限管理 ： 由于可视化平台需集成很多管理系统的 数据 ，对其访问权限进行有效的控制非常重要 。 3D 可视化系统提供基于账 号、角色、设备组的综合权限管理能力 。 通过角色控制用户访问系统功 能模块的权限 。 当用户可以访问某个功能模块时 ， 可通过设备组控制用 户访问数据的权限 。 多智能楼宇管理 ： 3D 可视化系统 系统中可以管理多个智能楼宇的 3D 场景 ，清晰展示各智能楼宇在地图上

28、的位置。点击某个智能楼宇 ，可进入其对应的 3D 园区中 。用户可通过界面方式将新智能楼 宇的场景文件导入系统 ，自己增加新的智能楼宇 。 便捷的 3D 操控 ： 3D 可视化系统最大的特色是完 全站在用户的角度 ， 按照用户的使用习惯设计交互模式。 比如 ，在三维可视化管理环境中采用Google Earth 类似的逐级放大进入方式 ( 而非新弹出 窗口方式 ）， 实现园区（智能楼宇 ），楼层 ，建筑，设施组和设施 ，设 备，端口 ，线缆七级全三维浏览和全鼠标操作 。可通过鼠标对 3D 场景实现 放大/缩小 、上下左右的平移和任意角度旋转 、查看整体环境等操作 。 下面是具体功能说明 ：2.3

29、.2 环境可视化概述环境可视化管理功能采用 3D 虚拟仿真技术 ， 实现智能 楼宇的园区 、 楼宇等环境的可视化浏览 ，清晰完整地展现 整个智能楼宇 。 配合 3D 可视化系统的监控可视化模块 ， 可 以与安防 、消防 、 楼控等系统的集成 ， 为以上系统提供可 视化管理手段 ， 实现智能楼宇园区环境的跨系统集中管 理， 提高智能楼宇园区掌控能力和管理效率 。价值功能2.3.2.1 多中心虚拟管理实现 Google Earth 式的地球立体全景展示 ， 以直观互 动的 3D 可视化交互技术 ， 悬浮方式显示各节点 3D 建筑管 理场景 ，并可点击场景效果图进入该智能楼宇或节点的 3D虚拟仿真管

30、理场景 。让企业可以形象 、直观 、互动地查看和管理跨地域分布的各个信息节点， 提高的企业整体业务 的宏观掌控能力 。多中心地理分布展示 ： 在 Google Earth 式的立体地球 背景上 ，悬浮出现多个智能楼宇地理节点分布情况 。多中心虚拟仿真 ： 在 Google Earth 式的立体地球背景 上，悬浮出现多智能楼宇节点的场景效果图 ， 并可点击场景效果图进入该智 能楼宇或节点的 3D 虚拟仿真管理场景 。2.3.2.2 园区虚拟仿真管理园区虚拟仿真管理功能以 3D 虚拟仿真技术构建智能楼 宇所在园区的环境 ，包括园区中的建筑楼宇 、 景观及设 施， 以直观的方式管理 、 展示智能楼宇园区 ，实现智能楼 宇的虚拟仿真 。园区环境虚拟仿真 ： 以三维虚拟仿真的全新展示形 式，完整呈现智能楼宇园区的外貌 ，包括土石 、园林 、河流 、道路 ，构建与真 实园区一致的虚拟环境 。建筑外观虚拟仿真 ：以虚拟仿真的全新展示形 ， 完整 呈现智能楼宇建筑的外观，根据建筑物的真实外观完成 3D