Application of BIM Technology in Intelligent Buildings

王玉卿 / 穆華倩

(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京 100089)

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Application of BIM Technology in Intelligent Buildings

BIM技術(shù)在智慧建筑中的應(yīng)用*

王玉卿 / 穆華倩

(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京 100089)

By the discussion of the intelligent city, intelligent buildings, BIM technology and BIM technology application, the key role of BIM technology in achieving intelligent buildings is analyzed, and a wide range of application of BIM technology in intelligent buildings is explored.

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1 智慧城市

城市的發(fā)展一直遵循“聚落→傳統(tǒng)城市→現(xiàn)代城市→數(shù)字城市→智慧城市→未來城市”的軌跡。在城市設(shè)施和功能不斷完善提高的情況下，城市不可逆轉(zhuǎn)地向著它的高級階段(智慧化方向)發(fā)展。建筑是城市組成中的最核心元素，城市智慧化也在要求建筑智慧化。

城市的智慧化主要體現(xiàn)在：高速、融合、互聯(lián)的信息基礎(chǔ)設(shè)施；準(zhǔn)確、可靠、精細(xì)、可視的傳感中樞和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；科學(xué)、綠色、生態(tài)、便捷的城市體系；個性化、定制化的服務(wù)；安全、高效的信息互通；城市事件的快速、高效決策及處置能力；以人為本的可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新理念。

2 智慧建筑

2.1 智慧建筑

建筑智慧化是指根據(jù)用戶的需求，將建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理進(jìn)行最優(yōu)化組合，從而為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境。

智慧建筑可以被有效管控，在能源、管理、服務(wù)等方面實現(xiàn)建筑物的優(yōu)化管理。通過建筑內(nèi)部各個系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作，有機(jī)地組成智慧城市的一部分，包括將關(guān)鍵事件信息發(fā)給城市指揮中心，并接受城市指揮中心的指示；將計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、生物識別技術(shù)、多媒體技術(shù)和現(xiàn)代建筑藝術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過對建筑內(nèi)設(shè)備、環(huán)境和使用者信息的采集、監(jiān)測、管理和控制，實現(xiàn)建筑環(huán)境的組合優(yōu)化，從而為使用者提供滿足建筑物設(shè)計功能需求和現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用需求等功能。

2.2 智慧建筑技術(shù)基礎(chǔ)

建筑、控制、電腦、通訊和信息等現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，使得智慧建筑的實現(xiàn)成為可能。為適應(yīng)不同用戶的需求，根據(jù)系統(tǒng)工程原理，智慧建筑整體解決方案融合了計算機(jī)、通信、信息、自動控制和多媒體圖像顯示等現(xiàn)代信息技術(shù)以及其他現(xiàn)代高新技術(shù)，并與建筑技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，設(shè)計出一整套包括智能化集成系統(tǒng)(IIS)、信息設(shè)施系統(tǒng)(ITSI)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)(ITAS)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)(BMS)、公共安全系統(tǒng)(PSS)和電子化機(jī)房工程(EEEP)等子系統(tǒng)在內(nèi)的建筑智能化系統(tǒng)。

2.3 智慧建筑解決方案

IBM? (Intelligent Building Management)，即智慧建筑管理提供綜合的解決方案，包括空間管理、設(shè)施管理、能源管理、運(yùn)營服務(wù)等。

空間管理：掌握建筑中空間使用情況，優(yōu)化建筑空間利用，提高建筑空間使用效率。

設(shè)施管理： 掌握建筑各種類型設(shè)備運(yùn)行情況并實施有效管理，提升設(shè)施使用率，延長使用壽命。

能源管理：充分利用能源監(jiān)控和管理達(dá)到節(jié)能目的，在建筑生命周期內(nèi)減少能耗及浪費(fèi)，提高設(shè)施效能。

運(yùn)營服務(wù)：為客戶提供便捷服務(wù)的同時降低客戶使用成本，提高客戶生產(chǎn)和經(jīng)營效率，以期達(dá)到更高的客戶滿意度。

3 BIM技術(shù)是實現(xiàn)智慧建筑的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)

3.1 BIM設(shè)計的特點——誘人的理論

BIM建筑全信息化是實現(xiàn)智慧建筑的有效手段，在可視化、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化、出圖、管理等方面均提供了技術(shù)支持。

可視化：三維直觀化，使設(shè)計人員對項目判斷更為高效、明確，決策更準(zhǔn)確。

協(xié)調(diào)：工程參與各個方面及各個系統(tǒng)進(jìn)行多維協(xié)同管理，避免錯誤發(fā)生，提高效率和工程質(zhì)量。

模擬：在數(shù)字虛擬世界中虛擬建造，最大限度減少實際工程建設(shè)的遺憾。

優(yōu)化：BIM技術(shù)使得設(shè)計優(yōu)化、施工優(yōu)化、運(yùn)維優(yōu)化成為常態(tài)。

出圖：基于BIM全信息成果將最大限度保障工程實施準(zhǔn)確、高效。

管理：基于BIM技術(shù)信息能夠使項目設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)管理效率提高。

3.2 政府對于BIM技術(shù)應(yīng)用的要求

對于BIM的推廣及應(yīng)用，住建部《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》提出：2020年底以前，以國資投資為主的中、大型建筑以及申報綠色建筑的公共建筑、綠色生態(tài)示范小區(qū)，要求90%以上的項目應(yīng)用BIM技術(shù)。

設(shè)計要求：設(shè)計模型要滿足各參與方使用要求的數(shù)據(jù)信息。設(shè)計時要進(jìn)行分析與優(yōu)化，以實現(xiàn)各專業(yè)之間數(shù)據(jù)信息的無損傳遞、共享和設(shè)計管理，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。

施工要求：施工企業(yè)BIM竣工模型應(yīng)涵蓋全專業(yè)信息，包含三維幾何信息、技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)等設(shè)計信息、安裝及成本信息等。

運(yùn)維管理要求：在BIM運(yùn)營維護(hù)模型基礎(chǔ)上，集成GIS和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建BIM運(yùn)營維護(hù)管理平臺，支持建筑基礎(chǔ)設(shè)施和市政管網(wǎng)的信息化管理，實現(xiàn)建筑物業(yè)、設(shè)施的可視化管理，為工程安全監(jiān)測提供信息支持，方便結(jié)合BIM運(yùn)營維護(hù)模型和樓宇設(shè)備自動控制系統(tǒng)。通過BIM運(yùn)營維護(hù)管理平臺實現(xiàn)建筑運(yùn)行的實時監(jiān)測、分析和控制，再結(jié)合各類災(zāi)害分析、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)各種可預(yù)見災(zāi)害模擬分析和應(yīng)急處置。

3.3 BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)實

如今，大量設(shè)計項目出現(xiàn)的管線碰撞問題已經(jīng)嚴(yán)重影響行業(yè)的設(shè)計質(zhì)量。業(yè)主要求盡可能減少錯、漏、碰、缺等質(zhì)量通病以及因設(shè)計變更和設(shè)計差錯而造成的成本浪費(fèi)等。而BIM技術(shù)的應(yīng)用恰好可以減少施工圖中的錯誤、返工次數(shù)及施工成本等，促進(jìn)與其他項目參與方的協(xié)作，增強(qiáng)成本控制和可預(yù)測性。對于設(shè)計企業(yè)和施工企業(yè)而言，現(xiàn)階段BIM機(jī)電應(yīng)用最多的就是管線綜合。

然而，BIM實際應(yīng)用仍與理論差距很大，主要是因為現(xiàn)階段還沒有一套相對完善的BIM設(shè)計軟件及相對科學(xué)的BIM設(shè)計管理體系，導(dǎo)致缺乏行之有效的BIM設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)構(gòu)件數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。對于剛剛跨入BIM設(shè)計的同行來說，設(shè)計轉(zhuǎn)型難度太大，而一套完善的BIM設(shè)計軟件，且包含科學(xué)的BIM協(xié)同設(shè)計管理平臺，將大幅提高BIM設(shè)計的效率和質(zhì)量。如果沒有以上這些基礎(chǔ)開發(fā)，BIM應(yīng)用的核心價值永遠(yuǎn)只能是一幅美麗圖畫，其技術(shù)應(yīng)用及推廣將舉步維艱。

3.4 BIM技術(shù)應(yīng)用——幾何參數(shù)

BIM設(shè)計區(qū)別于傳統(tǒng)的示意性設(shè)計，設(shè)計提交的成果包含模型和由模型導(dǎo)出的圖紙兩種文件，這種提交形式使設(shè)計幾何信息可能出現(xiàn)的錯誤一覽無余，所有設(shè)備和管線都有精確定位。

BIM設(shè)計要求做到設(shè)備精確定位，所有設(shè)備設(shè)置位置合理，各個系統(tǒng)設(shè)備之間的距離相對合理。每一個系統(tǒng)管線必須在模型中精確定位，所有機(jī)電管線不僅要保證無碰撞，還要預(yù)留各個系統(tǒng)管線之間的合理安裝距離及檢修間距(即無軟碰撞)。

圖1 BIM物業(yè)管理各種信息關(guān)聯(lián)示意圖

3.5 BIM技術(shù)應(yīng)用——屬性參數(shù)

建筑項目全信息屬性參數(shù)是BIM設(shè)計計算、模擬、分析等的基本需求，是提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率的關(guān)鍵，其設(shè)計屬性參數(shù)主要包括：全專業(yè)需求的專業(yè)間關(guān)聯(lián)信息；構(gòu)件、設(shè)備、管線主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)；構(gòu)件、設(shè)備、管線有關(guān)的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系參數(shù)；系統(tǒng)計算、分析需要的參數(shù)；施工需求參數(shù)；項目運(yùn)維需要的基本設(shè)計參數(shù)。

由于這些構(gòu)件、設(shè)備及管線信息量太大，不可能由設(shè)計人員一個個錄入，而通過專業(yè)的設(shè)計軟件、不同類型建筑的樣板文件、 BIM設(shè)計數(shù)據(jù)庫管理等手段，這些工作可以批量半自動完成錄入。健全的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、各個專業(yè)系統(tǒng)分析和計算等操作的算法，機(jī)電設(shè)備及管線構(gòu)件的設(shè)計和產(chǎn)品參數(shù)等一系列數(shù)據(jù)庫、構(gòu)件庫建設(shè)等，都是BIM專業(yè)設(shè)計軟件的重要組成部分。

3.6 BIM設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段我國缺乏必要的、可以落實的BIM電氣設(shè)計深度標(biāo)準(zhǔn)和要求，實際應(yīng)用參差不齊。國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程設(shè)計信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》送審稿還需要量化，北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11T 1069-2014《民用建筑信息模型設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》也還沒有量化。而大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的國家標(biāo)準(zhǔn)(包括《BIM建筑電氣標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計》圖集、《BIM建筑電氣設(shè)計深度及示例》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集)的編纂工作都正在緊鑼密鼓進(jìn)行當(dāng)中。

4 BIM在智慧建筑運(yùn)維管理中的應(yīng)用

4.1 通過集成數(shù)據(jù)優(yōu)勢，支撐運(yùn)營、提升效益

智慧運(yùn)維管理：在建筑全生命周期，內(nèi)部及周邊在周而復(fù)始產(chǎn)生著大量數(shù)據(jù)，智慧運(yùn)維能夠匯總形成各種信息，包括數(shù)據(jù)的感知、采集、傳輸、集成、分析，以及驅(qū)動控制、聯(lián)動指揮、支持決策、優(yōu)化運(yùn)營等。BIM物業(yè)管理各種信息關(guān)聯(lián)示意圖如圖1所示。該智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)作為控制中樞，將提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、人性化的服務(wù)。

智慧建筑運(yùn)維需要解決的問題有：實時面對人員、資產(chǎn)、事件的服務(wù)保障、整合建筑功能提供社區(qū)運(yùn)營服務(wù)、各種運(yùn)管系統(tǒng)的技術(shù)集成、安全可靠的環(huán)境保障、便捷人性化的功能保障、綠色環(huán)保節(jié)能的運(yùn)營保障、高效的日常及應(yīng)急保障等。

4.2 基于BIM的建筑運(yùn)維管理平臺

智慧運(yùn)維需要全面的信息，而建筑全信息BIM 模型是實現(xiàn)建筑全面的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

如圖2 所示，為基于BIM的建筑運(yùn)維管理平臺的統(tǒng)一整合示意圖。其中，BIM維護(hù)人員、外部人員、物業(yè)運(yùn)維、物業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、物業(yè)行政/后勤、其他單位用戶可以通過數(shù)據(jù)接口和統(tǒng)一設(shè)備編碼體系對設(shè)施設(shè)備部件、設(shè)施設(shè)備監(jiān)控、日常運(yùn)營管理、財務(wù)等系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一登錄管理。

圖2 基于BIM的建筑運(yùn)維管理平臺-統(tǒng)一整合示意圖

4.3 基于BIM的智慧建筑運(yùn)維管理平臺的應(yīng)用

基于BIM的建筑運(yùn)維管理平臺的應(yīng)用場景示意圖如圖3所示，其主要應(yīng)用包括:

圖3 基于BIM的建筑運(yùn)維管理平臺-應(yīng)用場景示意圖

1)實現(xiàn)三維GIS與BIM間無縫連接和屬性信息無損綜合集成，解決智慧建筑與智慧城市大數(shù)據(jù)的無縫連接問題。

2)支持建筑工程的可視化、精細(xì)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化管理應(yīng)用，滿足建筑全生命周期應(yīng)用。

3)支持各種信息鏈接的格式轉(zhuǎn)換。

4)支持云架構(gòu)管理，方便實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用。

5)支持主流的iPad、Android智能手機(jī)等移動端設(shè)備。

6)提供接入IBMS、物聯(lián)網(wǎng)、智慧優(yōu)化控制等系統(tǒng)的集成和接口。

7)二三維、三維聯(lián)動，電子圖紙和多重輕量化三維模型平滑轉(zhuǎn)換的瀏覽方式，以便進(jìn)行快速瀏覽。

8)海量數(shù)據(jù)信息的高度集成，跨平臺的管理終端。

4.4 基于BIM的智慧建筑運(yùn)維管理應(yīng)用

1)建筑全信息：BIM設(shè)計模型、施工模型、竣工模型可以進(jìn)行數(shù)據(jù)整合

BIM模型的數(shù)據(jù)整合包括BIM信息的生成、傳遞及應(yīng)用，其場景示意圖如圖4所示。其中，設(shè)計模型經(jīng)過傳遞和修改深化成為施工模型。施工模型進(jìn)行深化設(shè)計，添加采購信息、建造信息后成為竣工模型。竣工模型去除建造信息和施工信息后成為運(yùn)維模型，可以獲得運(yùn)維動態(tài)數(shù)據(jù)。與此同時，模型靜態(tài)數(shù)據(jù)與樓宇動態(tài)數(shù)據(jù)閉環(huán)，不斷優(yōu)化并拓展出新的服務(wù)業(yè)務(wù)。

圖4 BIM信息生成、傳遞、應(yīng)用場景示意圖

設(shè)計、施工階段的BIM模型可以傳遞到運(yùn)維平臺。設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和維護(hù)信息，設(shè)備的異常報警查看和定位，都可以在運(yùn)維平臺中進(jìn)行查詢。

2)交互界面革命：云端-普通PC訪問，移動端訪問

對運(yùn)維人員來說，交互方式由之前抽象的圖紙、圖表轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬Ｐ停沟萌伺c3D模型直接交互，查閱內(nèi)容輕松直觀。通過可視三維模型，所有數(shù)據(jù)和信息可以從模型里直接調(diào)用；支持雙向查詢、搜索，可快速、直觀地定位構(gòu)件、設(shè)備參數(shù)、位置及外觀等；能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)施運(yùn)行的動態(tài)信息查詢和異常情況快速定位，比如：有管道出現(xiàn)爆裂等事故時，一方面通過系統(tǒng)中顯示的管道和閥門系統(tǒng)關(guān)系，可準(zhǔn)確無誤找到控制閥并對其關(guān)閉；另一方面能同時快速查找維修方法并告知維修人員。

對每個客戶來說，整合的各種信息技術(shù)及智能技術(shù)可以縮短建筑物與人之間的距離，加強(qiáng)人與人之間的溝通及對各類需求應(yīng)用的融合，實現(xiàn)客戶服務(wù)的智慧應(yīng)用，即每個客戶可以感知與其有關(guān)的大廈服務(wù)信息(空間環(huán)境)、實時與其對應(yīng)的服務(wù)部門透明溝通(服務(wù)保障)、實現(xiàn)各類預(yù)約服務(wù)(觀光、購物、辦公、入住、餐飲的全面聯(lián)動)等。

3)查控一體化，實時分析:從查詢向查控一體化轉(zhuǎn)變，變成人和3D模型的交互、人和后臺專家系統(tǒng)的交互

通過對建筑性能、可靠性、舒適度、建筑能耗、經(jīng)濟(jì)技術(shù)等方面的分析，實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行和排放的實時監(jiān)測、分析和控制。圖5為能源管理可視化數(shù)據(jù)對比分析圖表。

圖5 能源管理可視化數(shù)據(jù)對比分析

4)應(yīng)急管理的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用

通過專業(yè)軟件對BIM運(yùn)營維護(hù)模型進(jìn)行處理，可以實現(xiàn)各類災(zāi)害分析仿真及災(zāi)害情況下人員的疏散等虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用，做到各種可預(yù)見災(zāi)害模擬，并提供應(yīng)急處置預(yù)案。警報響起的時候，不僅安防監(jiān)控的屏幕可以調(diào)用相應(yīng)視頻監(jiān)控，還可以把仿真模擬出的最優(yōu)疏散路線推送到疏散對象的移動端。

5)虛擬空間管理

基于全信息建筑模型，為每個客戶提供其使用空間的全信息模型，為其使用拓展創(chuàng)造條件；使用VR或者M(jìn)R技術(shù)為每個客戶提供的虛擬樣板間，實現(xiàn)虛擬空間管理等等。

6)其他各種類型的BIM技術(shù)運(yùn)維應(yīng)用。

5 結(jié)束語

可以預(yù)見，全信息BIM+互聯(lián)網(wǎng)+管理平臺+智能機(jī)器將在不久的將來促成未來智慧建筑和智慧城市的蓬勃發(fā)展。通過智能運(yùn)維系統(tǒng)管理這個載體, 我們的建筑成果和服務(wù)將無限延伸。

王玉卿

1988年畢業(yè)于重慶建筑工程學(xué)院工業(yè)電氣自動化專業(yè)，注冊電氣工程師，教授級高級工程師，現(xiàn)就職于中國建筑設(shè)計院有限公司，副總工程師，擔(dān)任中國建筑設(shè)計院有限公司BIM中心副主任職務(wù)。

本文得到中國建筑設(shè)計研究院(集團(tuán))課題-“BIM設(shè)計中企業(yè)級設(shè)計制圖標(biāo)準(zhǔn)研究”資助

Wang Yuqing / Mu Huaqian

通過對智慧城市、智慧建筑、BIM技術(shù)和BIM應(yīng)用等內(nèi)容的討論，分析探討B(tài)IM技術(shù)在實現(xiàn)智慧建筑中的關(guān)鍵作用及其在智慧建筑中的多方面應(yīng)用。

智慧城市 智慧建筑 BIM 智慧運(yùn)維管理平臺

[1] 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部 《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》建質(zhì)函[2015]159號.