基于BIM的大型公共建筑運維管理系統設計及實施探究

汪再軍 李露凡

(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032)

基于BIM的大型公共建筑運維管理系統設計及實施探究

汪再軍 李露凡

(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032)

隨著國內外建筑行業及BIM技術的快速發展，對信息化技術的要求也越來越高，本文根據大型公共建筑運維管理的特點，結合BIM優勢，對基于BIM技術的大型公共建筑的運維管理系統進行了詳細探究，在對大型公建運維管理需求分析的基礎上，設計了運維管理系統的系統總體結構、系統網絡拓撲架構、系統功能、系統信息流及系統開發建議，最后，提出了所設計系統在具體項目中實施的實施方案和技術路線，并對在實施過程中可能遇到的問題進行了闡述。

BIM； 大型公共建筑； 運維管理系統

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.02

1 引言

隨著信息化技術及BIM技術的快速發展，大型公共建筑逐漸根據用戶的需求將建筑物的結構、系統、服務和管理進行最優化組合，為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環境，主要包括商業辦公樓、商業綜合樓、文化、媒體、學校、體育場館、醫院等，通過對建筑物智能化功能的配備，實現高效、安全、節能、舒適、環保和可持續發展的目標。與此同時，為了保證大型公共建筑空間的充分利用及人們在公共建筑內的人身安全，建立基于BIM技術的運營管理系統是一件毋容置疑的工作，使其運營管理實現信息化，提高綜合管理效益及效率。

2 系統功能需求分析

根據大型公共建筑的運維業務管理特點，其基于BIM技術的運維管理系統需滿足以下功能要求：

(1)分專業的管理需要

大型公建的設備設施是分專業劃分，并由多個部門負責運維管理的，大型公建BIM運維管理也需要按專業或部分進行授權管理，各專業部門只能使用模型中的授權專業部分內容，進行運維管理。

(2)大型公建設備設施三維展示

利用BIM模型進行大型公建所有設備設施的三維展示，并利用場景漫游功能，移動式動態展示大型公建內外的三維景象。

(3)設備設施的查詢、定位和顯示

系統應提供多種條件(名稱、專業、分類、位置等)提供綜合信息查詢功能，并對查詢結果進行三維顯示和定位。

(4)設備屬性、資料等的關聯顯示和調用功能

BIM模型中的設備、構件必須與其屬性信息、相關技術資料信息進行關聯，通過查詢、點擊等方式獲取模型中設備、設施、部件、構件等的相關所有信息(包括屬性、相關技術資料等)，并提供顯示功能。

(5)報警顯示功能

對于有狀態監測的設備，當設備檢測數據超出范圍或異常是，應立即報警，并在模型中用明顯標識進行報警顯示，并提供詳細的報警信息。

(6)設備巡檢管理功能

按照設備設施巡檢要求，制定完整的巡檢計劃，并落實到人，按照空間管理的要求，制定合理的巡檢路徑，采集或錄入巡檢數據，進行巡檢數據統計和分析。

圖1 系統總體架構圖

(7)設備維修管理功能

按照設備設施維修計劃，定期對設備的易損部件進行維修和更換，對于故障報修的設備，快速定位，提供維修設備相關的技術資料和維修記錄，提供到達維修位置的最佳路徑。在維修后采集或錄入維修信息，記錄維修結果，對更換設備或部件、構件的，自動在模型中進行記錄和更新，并進行設備設施維修統計和分析。

(8)管網維修管理

在系統中完整地建立給排水、通風、空調等專業的管道網絡BIM模型，尤其是地下或隱蔽工程部分的管網，包括管網的布局、精確的走向和控制開關的準確位置，建立各種管網控制開關的相互順序和控制邏輯關系。在管網維修和故障處置中，提供快速定位，維修最佳路徑，和各種開關控制邏輯判斷功能，幫助維修人員進行管網維修和故障處置。

(9)大型公建能源管控需求

按照大型公建不同功能區域和供暖、空調、通風、照明等系統的設計，分區域、分專業進行能源管理，制定大型公建能源管控計劃，采集大型公建各區域的溫濕度、照明等信息和大型公建能源消耗信息，設置溫濕度報警顯示功能，對大型公建能源消耗進行統一管控，并對大型公建能源消耗進行分析。

(10)突發事件應急管理需求

隨著社會和人們對人身安全認識的逐漸提高及近年來大型公建火災及其他災難的頻繁發生，在運維系統上增加突發事件監控和處理功能是必不可少的。

(11)大型公建空間管理

大型公建空間管理主要包括空間規劃、空間分配和租賃管理三大部分，并在系統上實時更新相關數據，以提高大型公建的資源分配和規劃管理效益和效率。

3 系統設計原則

通過對國內外主流應用系統的分析，目前尚沒有可以完全滿足大型公建運維管理的功能需求，鑒于系統涉及專業較多，包括OA系統(辦公自動化)、能源監控系統、空間管理系統等，一次開發的難度較大，因此，系統開發時應遵循方便性、高性能、準確性、安全性、標準下、先進性、穩定性和可拓展性等原則，其中可拓展性原則是非常重要的，其主要體現在三個方面：

(1)系統平臺的擴展性：可移植性、跨平臺性，充分考慮今后系統升級擴展的需要；

(2)技術構架的擴展性：選用的技術構架必須具有開放性和平臺性，系統設計模塊化、構件化，并且能在統一的平臺上集成；

(3)需求變化的擴展性：充分考慮應用系統需求多變的特性，易于進行功能擴充，并為其它業務應用軟件提供靈活的接口，在用戶需求和系統運行環境變化時，最大限度地降低由此引發的系統維護。

4 基于BIM技術的大型建筑運維管理系統設計

4.1 系統總體架構

系統擁有三層架構，底層為數據層，包含了BIM模型數據、設施設備參數數據，以及設施設備在運維過程中所產生的運維數據； 中間層為系統的功能層，是系統的功能模塊，通過三維瀏覽查看BIM模型，點擊模型構件可實現對設施設備基礎數據、運維數據的查看； 最頂層是管理門戶，對系統所有業務數據進行處理。

4.2 系統網絡拓撲架構及系統功能

運維管理系統將在內部局域網上獨立運行。通過企業級服務器與信息資源交互，實現實時數據交換與共享:

(1)BIM建模工作站是通過4臺建模PC客戶端建立BIM模型;

(2)協同工作站是實現對建模PC客戶端BIM模型的整合，通過全局較直觀的3D模型描述，審核模型，提出修改方案;

(3)企業級服務器系統實現的是數據的共享與訪問。服務器系統中安裝運維系統，并且作為建筑所有信息的儲存設備。服務器是實現協同工作和用戶訪問系統的雙向交互共享平臺，是實現建筑設施運維管理的核心網絡結構;

(4)用戶端則通過網絡訪問服務器中的運維系統，進行所需要的操作，而服務器則根據用戶的權限限制訪問操作，用戶端之間用局域網相連。

圖2 網絡拓撲結構圖

因此，基于BIM技術的大型公共建筑運維管理系統，所述系統包括一臺數據服務器、一臺協同工作站、建模PC機及至少一個用戶設備端，用戶端通過網絡訪問服務器中的運維系統，進行所需要的操作，而服務器則根據用戶的權限限制訪問操作，此系統主要包括以下功能模塊：

(1)BIM模型管理，用于用戶對BIM模型導入、BIM模型檢查、二維三維轉換、BIM模型三維展示、模型編輯和模型查看的管理；

(2)空間管理，用于用戶對房間基本信息、空間信息查詢、創建分析報表和租賃的管理；

(3)資產管理，用于用戶對資產信息定義、資產查詢和展示、資產盤點的管理；

(4)設備維護管理，用于用戶對設備維護基本信息設置、設備查詢、設備維護和設備維修的管理；

(5)能耗管理，用于用戶對能耗數據監測、分類分項能耗數據統計、支路設備能耗數據統計、能耗數據實時監測預警和能耗數據綜合分析管理；

(6)既有建筑設施維護管理，用于用戶對構件信息定義、構件查詢和維護管理的管理;

(7)安全疏散管理，用于用戶對建筑物人流監測、人流疏散路線模擬和APP的管理。

4.3 系統信息流(圖3)

圖3 系統信息流向圖

4.4 系統開發平臺

考慮到平臺系統以后的維護工作量、系統的移植性和擴展性以及系統的跨平臺特性，建議采用微軟.NET開發技術進行建設。通過瀏覽器的瘦客戶端特性來減少系統的維護難度。

NET作為微軟推出的最重要的應用平臺，提供開發人員創建企業級Web應用程序所需的服務。它提供了一個新的編程模型和基礎結構以提高應用程序的安全性、縮放性和穩定性。ASP.NET是一個編譯的、基于.NET的環境； 我們可以用任何.NET兼容的語言創作應用程序，為維護人員理解代碼和選擇自己熟悉的代碼風格帶來了方便。另外，整個Microsoft.NET Framework可用于任何ASP.NET應用程序。開發人員可以很容易地從這些技術受益，這些技術包括管理的公共語言運行庫環境、類型安全、繼承等。

5 基于BIM技術的大型建筑運維管理系統在項目中的實施

BIM技術在項目運維階段的應用主要通過運維管理系統對設計階段和施工階段的BIM模型和數據信息進行重組和處理后實現的。而當前BIM模型應用存在一個普遍現象：首先，在沒有考慮運維需求的情況下，設計單位或施工單位或咨詢第三方建立一個BIM模型，然后移交給業主來用于運維，而提交的BIM模型遠遠不能滿足運維管理的需求，造成大量人力、物力和財力的浪費。因此，運維管理系統的功能除了應滿足上述系統用戶需求外，還應具備處理BIM模型的功能，其運維管理系統在具體項目中的實施方案及實施技術路線圖如下：

5.1 實施方案

結合大型建筑運維管理目標需求，在項目設計階段和施工階段就應將后期運維需求考慮進去，以充分發揮基于BIM技術的大型建筑運維管理系統的優勢，其具體實施方案為：

首先，運維單位在項目設計階段就開始介入，并組織對項目運維管理需求進行調研；

然后，對調研結果進行統計、分類，并由BIM及系統設計專業人員總結歸納出兩個關鍵內容：一，BIM模型中所需體現的相應運維管理信息，同時，在建模深度中進行補充說明； 二，設計的運維管理系統中需實現的運維管理功能，作為系統設計和開發的核心依據；

接著，在項目實施過程中，一方面要求BIM模型構建單位嚴格按照項目運維管理需求進行建模，一方面要求系統設計開發單位嚴格按照項目運維管理功能需求進行系統設計與開發； 同時對相關系統用戶進行系統操作使用培訓；

最后，運維管理系統的投入使用，系統操作人員通過系統相應功能模塊對提交的BIM模型進行處理，以處理后的BIM模型為依托實現對大型公共建筑的綜合信息、空間租賃、維護維修、設備運行狀態監測與控制、結構健康監測、能耗評估以及災害模擬與應急決策等方面的管理，提高運維階段的工作效率和信息化管理水平。

5.2 實施技術路線圖

根據上述的實施方案，其實施技術路線見圖4。

圖4 技術路線圖

5.3 系統實施過程中可能遇到的問題

由于系統開發者與系統使用者是不同的主體，在系統實施過程中，難免會存在一些技術上的問題，主要歸納如下：

(1)系統功能的實現都是以模型為基礎的，系統開發設計時對導入模型的構建有自己特有的建模深度及構件命名規則，一般建筑的竣工模型是無法在此系統中使用的，需進一步處理完善后才可使用，這就增加了許多處理模型的工作量。

(2)在系統開發過程中為了達到某種功能，可能就會犧牲系統的某種優勢，如為了能夠快速瀏覽模型，導入系統前必須要對模型進行輕量化處理，

這就導致原模型中某些材質信息及其他一些信息的丟失，使模型與實際建筑物存在一定的偏差。

(3)系統開發過程中可能為了滿足各種功能要求，相應的軟硬件配置要求會相應的提高，使用者在原有軟硬件環境操作中，可能會達不到提高工作效率的目標。

6 結論

本文在前人研究的基礎上，對基于BIM技術的大型公共建筑的運維管理系統進行了詳細探究，在對大型公共建筑運維管理系統功能需求分析的基礎上，設計了運維管理系統的系統總體結構、系統網絡拓撲架構、系統功能、系統信息流及系統開發建議，最后提出了所設計系統在項目中的實施方案及實施技術路線圖，并對在實施過程中可能遇到的問題進行了闡述，希望對以后大型公共建筑運維管理系統建設領域有所幫助。

[1]王廷魁， 趙一潔，張睿奕，李陽.基于BIM與RFID的建筑設備運行維護管理系統研究[J].建筑經濟， 2013， 11： 113-116.

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[3]BS 25999-2，Business continuity management-Part 2：Specification for business continuity management system[S].UK’s national standards organization， 2007.

The Research of the Design and Implementation of Operation Management System of Large Public Buildings based on BIM

Wang Zaijun， Li Lufan

(ShanghaiConstructionEngineeringConsultingCo.，Ltd.，Shanghai200032,China)

With the rapid development of construction industry and BIM technology here and abroad, the requirement for information technology is much more higher． This paper combines with the characteristics of large public building operations management and the advantages of BIM，carries out a detailed inquiry of the operations management for large public buildings based on BIM technology，designs the general structure，network topology structure，function，flow and development suggestions of the operations management system based on the analysis of the demand of the large public operations management． Finally，this paper puts forward the specific project implementation plan and technical route of the designed system， and explains the possible problems in practice．

BIM； Large Public Buildings； Operations Management System

上海市科學技術委員會科研計劃課題“房屋建筑工程信息模型運營管理應用技術研究和示范”(編號：15DZ1203404)；“面向低碳智慧園區的工程項目全生命周期管理關鍵技術研究”(編號：15DZ1204603)；上海科委應用技術開發專項“基于BIM技術的既有基礎設施運營維護關鍵技術研究與示范”(編號：2014-116)。

汪再軍(1980-)，男 ，上海建科工程咨詢有限公司副總監。主要研究方向：建筑信息化技術、建筑信息模型(BIM)、智慧城市。

TU17

A

1674-7461(2016)05-0010-05