基于BIM核心的物聯網技術在運維階段的應用

胡 北(西南交通大學建筑與設計學院，四川成都 610031)

基于BIM核心的物聯網技術在運維階段的應用

胡 北
(西南交通大學建筑與設計學院，四川成都 610031)

近年來，隨著BIM 技術在我國快速發(fā)展，建設單位、設計單位、施工單位、項管單位、造價咨詢單位等各業(yè)內人員逐漸開始應用和推廣BIM 技術?；贐IM核心的物聯網技術應用，不但能為建筑物實現三維可視化的信息模型管理，而且為建筑物的所有組件和設備賦予了感知能力和生命力，從而將建筑物的運行維護提升到智慧建筑的全新高度。

BIM；智慧建筑；運維；物聯網

BIM，是指通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。在這里，信息的內涵不僅僅是幾何形狀描述的視覺信息，還包含大量的非幾何信息，如材料的耐火等級、材料的傳熱系數、構件的性能參數和造價、采購信息、設備運行狀態(tài)等。實際上，BIM就是通過數字化技術，利用大數據庫資源，在計算機中建立一座虛擬建筑。一個建筑信息模型就是提供了一個單一的、完整一致的、邏輯的建筑信息庫。

物聯網，利用局部網絡或互聯網等通信技術把傳感器、控制器、機器、人員和物等通過新的方式聯在一起，形成人與物、物與物相聯，實現信息化、遠程管理控制和智能化的網絡。物聯網是互聯網的延伸，它包括互聯網及互聯網上所有的資源，兼容互聯網所有的應用，但物聯網中所有的元素(所有的設備、資源及通信等)都是個性化和私有化。

目前，在國內BIM 技術主要應用于項目管理，大多只是集中在設計階段和施工階段，還未切實應用于建筑物的運維階段。本文淺談以BIM為核心、結合物聯網在建筑物運維階段的應用。

1 BIM貫穿整個建設項目的功能概述

BIM應用應不僅僅只局限于設計階段，而是應該置于整個項目全生命周期中的各個階段：可研、設計、施工和運營管理。BIM電子文件應采用云數據模式，能在參與項目的各建筑行業(yè)企業(yè)間共享。

建筑設計專業(yè)可以直接生成可視的三維實體模型；結構專業(yè)則可取其中梁、柱、板及其配筋等進行計算；安裝專業(yè)可以據此對建筑進行光學、日照、聲學、能量等分析；施工單位則可取其材料和設備類型、配筋等信息進行備料及下料；建設單位則可取其中的造價、材料和設備類型、工程量等信息進行成本控制、產品定貨等；而后期的物業(yè)單位也可以利用其進行可視化物業(yè)管理。因此BIM只有在整個建筑行業(yè)從參與建設的各個企業(yè)間不斷完善，才能實現項目全生命周期的整個信息化管理，進而最大化地實現BIM的意義。

2 傳統(tǒng)運維的現狀

2.1 低碳經濟對建筑運維的壓力

近年來，“低碳”、“環(huán)?！?、“節(jié)能”、“綠色”等成為社會關注的熱點。而中國的建筑使用能耗占全社會總能耗約 33 %以上。為了企業(yè)與社會可持續(xù)發(fā)展，如何通過技術創(chuàng)新、管理創(chuàng)新等手段減少能耗，將成為企業(yè)今后重要的競爭力之一。

2.2 被動式運維管理所存在的隱患

每棟建筑物都涉及到機電工程，如給排水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、強電系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、弱電智能系統(tǒng)、通訊網絡系統(tǒng)等等，每個子系統(tǒng)都包含了大量的設備和管線。傳統(tǒng)的運維管理是在對于這些設備和管線出現了故障后再處理，等到維護時間或者使用期限到達后才保養(yǎng)或者更換。傳統(tǒng)的運維管理不能提前預警或及時處理事故都可能導致財產損失，甚至引發(fā)安全事故。

2.3 突發(fā)事件的快速應變與處理

遇到重要來賓、慶典活動和表演，以及人員沖突甚至火災等突發(fā)狀況，傳統(tǒng)的運維管理都是現場進行人員疏導、服務人員的調配、車輛進出的引導與管理、臨時關閉部分設備、啟動相關區(qū)域的應急和消防系統(tǒng)等。因此可能錯過對突發(fā)事件處置的最佳時間，不僅造成經濟損失，還可能導致人員傷亡事故的發(fā)生。

2.4 總部管控壓力

隨著地產項目在全國各地迅速擴張，總部對各地分公司項目的管理難度日益增加。傳統(tǒng)的運維管理總部無法快速準確掌握各地地產項目的運營情況，無法及時了解各地的情況，快速發(fā)現問題并且給予指示。

3 BIM與物聯網相結合對運維的價值

3.1 設備遠程監(jiān)測和控制

把原來地產中獨立運行并現場操作的各設備，結合RFID等技術匯總到統(tǒng)一的管理平臺上進行設備管控。在了解設備的實時運行狀態(tài)的同時，可以進行遠程管控。例如：通過RFID技術獲取空調運行狀態(tài)，檢測是否運行異常，遠程控制空調的開啟、關閉和對合適溫度的調節(jié)。

3.2 照明、消防等各系統(tǒng)的設備空間定位

在BIM中給予各設備具體的空間位置信息，把傳統(tǒng)的編號或者文字表示形式變成可視的三維圖形位置，這樣不僅便于查找定位，并且參看也更形象直觀。例如：通過RFID獲取值班安保人員位置；當出現消防報警等突發(fā)事件時，在BIM模型上快速定位事件所在準確位置，并查看周邊的疏散通道和消防設施及時給予遠程指示。

3.3 內部空間設施的可視化

近現代建筑業(yè)發(fā)展以來，所有的建筑物信息都存在于許多份二維圖紙和各種機電設備廠商提供的操作手冊上，只有在需要的時候才由專業(yè)人員去整個建筑資料中查找單個細部信息、理解信息、做出決策，然后到現場對建筑物執(zhí)行相關決策。利用BIM建立一個可視直觀的三維模型，所有數據和信息均可精確地從模型里面快速直接調用。例如：建筑物改造的時候，管線的走向、隱蔽工程的具體位置、可不可拆的墻體、住戶的各類信息，這些在BIM模型中一目了然。

3.4 運營維護數據累積與分析

建筑物運營維護數據的積累，對于管理者來說具有很大的價值。不僅可通過對積累的數據來分析目前存在的問題和隱患，還可以通過已積累的數據來優(yōu)化和完善現行管理并給予用戶合理建議。例如：通過RFID獲取水表運行狀態(tài)，并累積形成能耗情況，通過階段分析數據來指導用戶合理利用水源。

因此BIM技術與物聯網技術對于建筑物的運營維護來說是缺一不可。若沒有物聯網技術，運營維護就只有停留在目前靠人到現場簡單操控的階段，無法形成統(tǒng)一的高效的遠程管理平臺。若沒有BIM技術，運營維護就無法跟建筑物相關聯，無法在可視三維空間中準確定位，無法對周邊環(huán)境和狀況進行綜合考慮。

基于BIM核心的物聯網技術應用，不但能為建筑物實現三維可視化的信息模型管理，而且為建筑物的所有組件和設備賦予了感知能力和生命力，從而將建筑物的運行維護提升到智慧建筑的全新高度。

BIM技術與物聯網技術是相輔相成，兩者的緊密結合將為建筑物的運營維護帶來一次全面的信息革命。

4 智慧運維的具體應用

建筑物的運營維護可分為多項系統(tǒng)工作，例如：設備運行管理、能源管理、安保系統(tǒng)、租戶管理等。

4.1 設備運行檢測

4.1.1 設備信息

該管理系統(tǒng)集成了對設備的搜索、查閱、定位等功能。通過點擊BIM模型中的設備，可以查閱所有設備信息，如參數性能、供應商、使用期限、聯系電話、維護情況、所在位置等；該管理系統(tǒng)還可以對設備生命周期進行管理，比如對壽命即將達到期限的設備及時預警和更換配件，防止安全事故的發(fā)生；通過在管理界面中搜索設備名稱或者描述字段，可以查詢所有相應設備在虛擬建筑中的準確定位；管理人員或者領導可以隨時利用BIM模型，進行建筑設備實時瀏覽。

4.1.2 設備運行和控制

所有設備運行狀態(tài)都會實時在BIM模型上直觀顯示，例如綠色表示正常運行，黃色表示設備運行異常，紅色表示出現故障停止運行；對于每個設備，可以查詢其歷史運行數據進行統(tǒng)計分析；另外可以對設備進行控制，例如某一區(qū)域公共照明系統(tǒng)的打開、關閉等。

4.2 隱蔽工程管理

現在我們的城市在快速發(fā)展的同時都在進行大規(guī)模的拆遷和改造，進行拆遷和改造的時候，經常出現挖斷或破壞地下埋藏的管道，導致造成經濟損失和引發(fā)嚴重的安全事故。其實出現這樣的問題歸根到底在于施工單位沒有這些隱蔽管線的詳細資料，或者即使有這些資料，但可能在資料室的某個角落里，只有極少數幾個人知道。特別是隨著建筑物使用年限的增加，人員更換的頻繁，這些安全隱患顯得更加突出。

而智慧運營維護通過該管理系統(tǒng)可以管理復雜的地下管網，如污水管、排水管、通信管網、電線管網以及相關管井，并且可以在圖上直接量取相互位置關系。在改建、裝修的時候可以避開現有管網位置，便于管網維修、更換設備和定位。同樣的情況也適用于室內的隱蔽工程的管理。這些信息可全部通過電子化保存下來，內外部相關人員都可以實現資源共享，有變化可以通過云平臺隨時同步調整，保證信息的完整性和準確性。

4.3 能源運行管理

通過物聯網技術的應用，使得日常能源管理監(jiān)控變得更加方便。通過安裝具有傳感功能的電表、水表、煤氣表后，在管理系統(tǒng)中可以及時收集所有能源信息，并且通過開發(fā)的能源管理功能模塊，對能源消耗情況進行自動統(tǒng)計分析，比如各區(qū)域，各個租戶的每日水電氣用量，每周水電氣用量等；通過對收集到的信息進行統(tǒng)計分析并對異常能源使用情況進行警告或者標識。

4.4 租戶管理

對于商業(yè)建筑可以通過查詢定位隨時輕易查詢到商戶空間，并且可以查詢到租戶或商戶信息，如：客戶名稱、建筑面積、租約區(qū)間、租金、物業(yè)費用；系統(tǒng)可以提供收租提醒等客戶定制化功能。同時還可以根據租戶信息的變更，對數據進行實時調整和更新，形成一個快速共享的平臺。

4.5 安保管理

4.5.1 視頻監(jiān)控

目前的監(jiān)控管理基本以顯示攝像視頻為主。傳統(tǒng)的安保系統(tǒng)相當于有很多雙眼睛，但是基于BIM的視頻安保系統(tǒng)不但擁有了“眼睛”，而且也擁有了“腦子”。因為攝像視頻管理是運維控制中心的一部分，也是基于BIM的可視化管理。通過配備監(jiān)控大屏幕可以對整個項目的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行操作；當我們用鼠標選擇建筑某一層，該層的所有視頻圖像立刻顯示出來；一旦產生突發(fā)事件，基于BIM的視頻安保監(jiān)控就能結合與協作BIM模型的其他子系統(tǒng)進行突發(fā)事件管理。

4.5.2 安保人員位置管理

對于保安人員，可以通過將無線射頻芯片植入到工卡，利用無線終端結合監(jiān)控視頻跟蹤系統(tǒng)來定位保安的具體方位。這個對于商業(yè)地產，尤其是大型商業(yè)地產中人流量大、場地面積大、突發(fā)情況多，這類安全保護非常有價值。一旦發(fā)現險情，管理人員就可以利用這個系統(tǒng)來指揮安保工作。

4.6 車庫管理

目前的車庫管理系統(tǒng)基本都是以計數和計時系統(tǒng)為主，只知道有多少空車位，不知道空余車位的數量和具體位置。很多車主都是兜幾個圈子找不到車位，容易造成車道堵塞和時間、能源等資源浪費。應用RFID技術將定位標簽標記在車位卡上，車子停好之后系統(tǒng)自動記錄和統(tǒng)計車位信息。通過該系統(tǒng)就可以在車庫入口處通過屏幕顯示出所有已經占用的車位和空著的車位等信息，一目了然；通過車位卡還可以在車庫監(jiān)控大屏幕上查詢所在車的位置，這對于容易迷失方位的客人來說，是個非常貼心的導航功能。

4.7 應急管理

基于BIM技術的優(yōu)勢是在于管理沒有任何盲區(qū)。作為人流聚集區(qū)域，突發(fā)事件的響應能力和時效性非常重要。傳統(tǒng)的突發(fā)事件處理僅僅關注響應和救援，而智慧運維對突發(fā)事件管理包括：預防、警報和處理?，F以消防事件為例，該管理系統(tǒng)可以通過噴淋感應器感應信息；如果發(fā)生著火事故，在建筑物的信息模型界面中，就會自動進行火警警報；著火的三維位置和房間立即進行定位顯示；控制中心可以及時查詢相應的周圍情況和設備情況，為及時疏散和處理提供信息。

類似的還有水管氣管爆裂等突發(fā)事件：通過BIM系統(tǒng)我們可以迅速定位閥門的位置并及時將其控制。避免了在一屋子圖紙中尋找資料，甚至還找不到資料，實現了事故處理的有效性和準確性。同時也避免了人進入事故現場進行關閉相關閥門和設備帶來的危險，實現了事故處理的及時性和處理人員的安全性。

5 智慧運維展望

鑒于BIM技術的重要性，我國從“十五”科技攻關計劃中已經開始了對BIM技術相關研究的支持。經過這么多年的發(fā)展，在設計和施工階段已經被廣泛推廣和應用，而在設施維護中的應用案例并不是很多，尚未得到有效挖掘。但筆者認為，在運營維護階段，BIM技術需求非常大，尤其是對于商業(yè)地產的運營維護，其創(chuàng)造的價值不言而喻。隨著這幾年物聯網的高速發(fā)展，BIM技術在運營維護階段的應用也迎來一個重要契機。

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胡北(1982～)，男，研究生，研究方向為建筑技術科學。

TU17

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[定稿日期]2016-07-28