如何用BIM實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的故障診斷？

如何緩解社交場(chǎng)合空調(diào)系統(tǒng)溫度不適的局面？如何在復(fù)雜的暖通空調(diào)系統(tǒng)中快速找到指定的設(shè)施/系統(tǒng)信息？如何快速找到空調(diào)故障來(lái)源？本文為你揭曉答案。

當(dāng)你待在辦公室、健身房或者其他社交場(chǎng)合，有多少時(shí)間你會(huì)抱怨“太熱”或者“太冷”？如今，關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)溫度不適的投訴數(shù)不勝數(shù)。我們經(jīng)?？吹骄S修人員跑來(lái)跑去，根據(jù)工作指令修理管道系統(tǒng)和空調(diào)組件。

目前，最大的挑戰(zhàn)是在復(fù)雜的暖通空調(diào)系統(tǒng)中快速找到指定的設(shè)施/系統(tǒng)信息。最近的一個(gè)項(xiàng)目中，我和我的學(xué)生XueYang通過(guò)利用BIM和其他支持暖通空調(diào)故障診斷的設(shè)施信息數(shù)據(jù)源，解決了這個(gè)問(wèn)題。

當(dāng)前故障檢修中的挑戰(zhàn)

面對(duì)用戶(hù)諸如“太熱、太冷、太悶、太潮濕、太吵”的抱怨，找出暖通空調(diào)問(wèn)題所在之處，不是一件容易的事。修理人員往往要檢查可能導(dǎo)致同一問(wèn)題發(fā)生的好幾個(gè)系統(tǒng)組件。他們不得不在FMS檔案、指揮中心、設(shè)備層等地方來(lái)回奔波，收集特定信息作為證據(jù)。

由于能力有限，維修人員很難很快做出決策，從而導(dǎo)致延誤或誤解。針對(duì)此，我們發(fā)明了一個(gè)方法，能自動(dòng)快速地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，并檢索到所需修理的設(shè)施設(shè)備信息。

方法概述

方法的核心是一個(gè)數(shù)據(jù)模式，其包含一個(gè)存儲(chǔ)庫(kù)中排除故障所需的IFC，一體化竣工設(shè)計(jì)，BAS和CMMS數(shù)據(jù)。該方法利用數(shù)據(jù)模式來(lái)運(yùn)行三個(gè)模塊。一切起始于載入包含BIM竣工模型中的暖通空調(diào)系統(tǒng)信息的IFC文件，如圖1所示。我們使用了Java編程語(yǔ)言和IFC查看器界面來(lái)展示模型內(nèi)容。

圖1.載入包含設(shè)備和暖通空調(diào)系統(tǒng)信息的IFC文件（圖片來(lái)源：ASCE,JCCE）

（a）輸入要求；

（b）和（c）輸入工作命令。

修理人員能通過(guò)運(yùn)行以下模塊來(lái)減少搜索空間，并確定要檢查的子設(shè)備。

模塊1:工作命令背景

典型的工作命令包括一個(gè)特定房間（空間ID）的日期/時(shí)間（問(wèn)題類(lèi)型）。然而對(duì)于維修人員來(lái)說(shuō)，這些信息是不足以找到問(wèn)題起因的。起因可能是暖通空調(diào)系統(tǒng)中的一個(gè)組件，比如風(fēng)機(jī)、加熱盤(pán)管，或是空間相關(guān)的問(wèn)題（空間類(lèi)型、居住者設(shè)定值）。維修人員需要知道以下信息：

空間的外在條件（所有空氣、所有水等）問(wèn)題的發(fā)生范圍（單區(qū)域、多區(qū)域等）后臺(tái)運(yùn)行的控制系統(tǒng)（氣動(dòng)系統(tǒng)、電系統(tǒng)等）在問(wèn)題發(fā)生的時(shí)間段，該空間是否有類(lèi)似的工作命令模式。

系統(tǒng)能通過(guò)工作命令形成算法，自動(dòng)推理和提取以上信息，幫助維修人員發(fā)現(xiàn)潛在原因，排除部分組件。

算法首先將IFC表示轉(zhuǎn)化成圖形表示，生成暖通空調(diào)系統(tǒng)中組件的圖形，并使用這些圖形去確認(rèn)每個(gè)特定組件屬于中央系統(tǒng)還是終端系統(tǒng)（圖2）。在后續(xù)模塊中，這些信息可幫助找出發(fā)生問(wèn)題的原因。

圖2.兩個(gè)空間的圖形表示，能區(qū)分和標(biāo)識(shí)組件屬于中央系統(tǒng)還是終端系統(tǒng)（圖片來(lái)源：ASCE,JCCE）

模塊2:尋找可能原因

當(dāng)一個(gè)維修人員知道了工作命令的背景，他能很容易地排除無(wú)關(guān)組件。模塊2利用一組矩陣來(lái)映射暖通空調(diào)組件種類(lèi)的問(wèn)題類(lèi)型列表，并自動(dòng)識(shí)別該工作命令下發(fā)生問(wèn)題的通常原因。然而，最終的原因列表將是通用的，不特定于給定的設(shè)施，因而需要進(jìn)一步定制。

模塊3:組件信息

在這一步中，維修人員將知道什么類(lèi)型的組件和因素可能是導(dǎo)致問(wèn)題的原因所在，但他們需要明白指定系統(tǒng)中是否這些組件都存在，并知道組件中各參數(shù)的相應(yīng)值。算法利用底層數(shù)據(jù)模式去集成BAS（設(shè)定點(diǎn)，電流傳感器數(shù)值等），CMMS（過(guò)去是否在相同位置發(fā)生過(guò)問(wèn)題）和一體化竣工設(shè)計(jì)信息（組件位置，拓?fù)潢P(guān)系等）中的數(shù)據(jù)，生成BIM模型。接下來(lái)，檢查所有組件實(shí)例，完善問(wèn)題類(lèi)型列表。

結(jié)果將以可視化的形式提供給維修人員。當(dāng)維修人員選擇一個(gè)特定組件，他能得到該組件在樓層平面圖和3D視圖中的具體位置，帶顏色編碼的CMMS工作命令數(shù)據(jù)，BAS數(shù)據(jù)，2D原理圖中的控制關(guān)系等信息。例如，圖3展示了選定一個(gè)送風(fēng)風(fēng)扇后的顯示信息。

圖3.送風(fēng)風(fēng)扇的信息

測(cè)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

我們想知道這個(gè)方法對(duì)于幫助維修人員維修各類(lèi)暖通空調(diào)系統(tǒng)的普適性。我們使用了7個(gè)BIM竣工模型（它們的主要區(qū)別在于暖通空調(diào)系統(tǒng)和控制類(lèi)型）進(jìn)行了不同工作命令下的測(cè)試（圖4）。

圖4.模型測(cè)試

研究結(jié)果表明,該方法能夠平均減少68%的搜索空間，并在各類(lèi)工作命令下都實(shí)現(xiàn)了高精度和查全率。

那么，我們的發(fā)明將如何幫助維修人員？他們能在實(shí)地考察前使用這個(gè)方法?，F(xiàn)在，他們不再需要苦苦追蹤管線(xiàn)工作情況和在各數(shù)據(jù)源間來(lái)回奔波。這個(gè)方法能幫助他們縮小需檢查的空間范圍，確定要跟蹤的組件，提前計(jì)劃好實(shí)地考察的內(nèi)容，他們將不會(huì)忽略根本原因，也不會(huì)在追蹤和定位組件上浪費(fèi)時(shí)間。

（作者：SemihaErgan紐約大學(xué)工程理工學(xué)院助理教授，XueYang歐特克BIM360顧問(wèn)，翻譯：Miracle）