BIM應用于設施管理之路：物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的影響

(天津大學管理與經(jīng)濟學部，天津 300072)

1 引言

由《土木建筑工程信息技術》期刊主辦的第五屆“BIM技術在設計、施工及房地產(chǎn)企業(yè)協(xié)同工作中的應用”國際技術交流會于2018年10月30-31日在北京成功召開。本次會議分為主會場及業(yè)主數(shù)字化應用、智慧城市、智慧建造、業(yè)主及政府監(jiān)管、BIM創(chuàng)新五大分會場進行專題演講與探討。在為期兩天的會議中，來自國內(nèi)外近六十位專家學者以及企業(yè)代表在會上發(fā)表了精彩的主題演講，吸引到了來自業(yè)主、設計、施工、運營維護、房地產(chǎn)開發(fā)、軟件廠商、BIM服務商、高校師生等不同單位的500余人參與了此次盛會。

筆者有幸受邀作為主持人參與了主會場的國際專家沙龍。本屆沙龍論壇的主題為“BIM技術在設施管理、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能中的應用”，參與沙龍討論的國際專家包括美國EcoDomus公司的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Igor Starkvo先生，美國伊利諾伊州大學建筑學院副教授、美國建筑師協(xié)會會員、《BIM與整合設計-建筑實踐策略》作者Randy Deutsch博士，美國斯坦福綜合設施工程中心項目總監(jiān)、兼職副教授Calvin Kam(甘嘉恒)博士，加拿大里賈納大學軟件系統(tǒng)工程學院教授Mohamed El-Darieby博士，韓國慶熙大學教授、韓國buildingSMART主席Inhan Kim(金仁漢)博士，香港科技大學副教授Jack C.P. Cheng(鄭展鵬)博士。

筆者將當天沙龍討論的話題整理成文，希望對我國BIM從業(yè)人員，特別是關注基于BIM的設施管理、BIM與物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的整合應用等話題的專業(yè)人士有所啟發(fā)。本文采用中英文對照的形式，盡可能保持當天國際專家觀點的原汁原味，供行業(yè)同仁借鑒。

2 設施管理的BIM

BIM技術在中國已經(jīng)發(fā)展了十年以上，現(xiàn)在大型項目基本上都會應用到BIM技術來提升項目的交付水平。越來越多的業(yè)主單位已經(jīng)不滿足于在設計和施工階段應用BIM技術，開始思考如何能夠更充分地利用好在設計和施工階段建立的BIM模型，服務于建筑的運營維護階段。各位專家首先就BIM技術服務于設施管理的潛力，應用現(xiàn)狀是怎么樣的，以及未來會有什么樣的發(fā)展，發(fā)表了各自的看法。

Igor先生在設施管理領域經(jīng)營多年，他從全球視角出發(fā)，認為中國的BIM應用發(fā)展歷程與很多其他國家并沒有太大的不同：BIM首先被應用到設計和施工中，隨之人們發(fā)現(xiàn)其在運營維護階段的應用具有巨大的潛力。目前中國國內(nèi)在BIM運營維護方面已經(jīng)有了很好的起步，EcoDomus已經(jīng)有和國內(nèi)部分工程進行了初步合作，取得了比較好的效果。而且，中國一向在科技應用方面發(fā)展迅速，相信未來會有很大的發(fā)展空間。

Randy教授更看重計劃在應用BIM技術進行設施管理的作用。他認為作為業(yè)主方，要實現(xiàn)BIM在運營維護方面的應用，應在項目之初的整體規(guī)劃階段，就要制定出BIM+FM的計劃。業(yè)主方要明確：在后期的運營維護中，BIM要應用于哪些方面的管理，會需要用到哪些數(shù)據(jù)；只有這樣，設計方和施工方才能夠在各個環(huán)節(jié)中加以配合，提供這些數(shù)據(jù)。在美國，真正優(yōu)秀的BIM運維管理案例，都是從項目早期就已經(jīng)開始規(guī)劃的。

Calvin教授從效益的角度分析，認為BIM在建筑中的應用，最重要的應該是運營維護階段，這樣才是真正意義上實現(xiàn)了全生命周期的應用。國際上也有很多研究表明，BIM在運維階段的應用所獲得的回報，其實遠遠超過設計和施工階段。Calvin和他的團隊在芬蘭、美國、新加坡、香港等地都曾參與了BIM + FM的實際項目案例，但目前仍少有項目真正投入大量精力讓團隊中每個人都應用BIM。這方面他認為在座的各方，特別是業(yè)主方，要共同努力。

Mohamed教授的研究領域主要集中在基礎設施和智能交通領域，他認為人文未來城市的基礎設施(交通、電力等)和樓宇之間的互動將更好地提高我們的生活質(zhì)量，在此方面仍需要我們開展大量的工作。以后，隨著各種技術的發(fā)展以及人們觀念的提升，我們會更多地關注建筑和基礎設施是如何服務于我們，如何對其進行運營，而非僅僅關注建造問題。

金教授則更多地關注運維階段數(shù)據(jù)的積累和應用。很多人覺得我們最終的目標是在建筑的全生命周期中應用同一個模型貫穿設計、施工到運維階段，但他認為這個目標在現(xiàn)階段依然難以實現(xiàn)。那么在現(xiàn)階段，我們應該更關注項目運維階段需要的數(shù)據(jù)，將其添加到BIM模型中，從設計和施工模型中刪除不必要的數(shù)據(jù)，而非在設計、施工階段一味地累加數(shù)據(jù)。另外，在竣工交付階段，基于BIM的自動監(jiān)測技術可以被整合到設施管理中，將有助于提升設施管理水平。

鄭教授從他們團隊在香港的一些BIM+FM項目案例，指出兩點問題。第一，BIM應用于建筑的設施管理運營，很多時候阻力不來自于技術，而來自人的思想：部分從業(yè)者不能夠接受新技術，只愿意憑借自身經(jīng)驗處理問題。要說服這部分人，我們要從BIM能夠帶來的最根本性的改革和轉變?nèi)胧郑缁贐IM的成本預算、工程規(guī)劃等，來推動BIM在建筑運營維護行業(yè)中的發(fā)展。第二，不同的相關方對于建筑設施可能存在不同的需求，往往一個模型的信息不能夠同時滿足所有要求。這就需要對不同需求進行深入的了解，在模型中添加不同的信息服務于各方。在這一點上，目前還有很大的改進空間。

3 物聯(lián)網(wǎng)和BIM

說到基于BIM的設施管理，就必須要說到物聯(lián)網(wǎng)。只有把相關設施設備都連接入網(wǎng)，才能更好地管理。隨著通信基礎設施的不斷發(fā)展，5G技術在一兩年內(nèi)就會落地應用。BIM技術和IoT的結合，為我們帶來更多的想象空間。

鄭教授提醒大家，不要認為IoT來了就什么都要連接入網(wǎng)。隨著技術發(fā)展，IoT的實施成本在不斷降低。但我們依然需要清醒認識到，項目中需要什么設備，在哪些方面應用IoT技術會真正有效。鄭教授說過去在建造橋梁時，會設置很多傳感器，但到了實際橋梁運行過程中，卻發(fā)現(xiàn)有很多傳感器其實并沒有原來想象的那么有用。這個問題其實是我們在項目之初沒有真正認識到需求。另外，通訊技術的提高，要求我們在資料傳輸過程中，需要更加注重安全性問題。典型的例子是現(xiàn)在的很多監(jiān)控錄像，雖然投入使用時間并不長，但其安全性已經(jīng)不能滿足技術發(fā)展要求，能夠被輕易盜走，這其實對公眾安全具有潛在危險。

金教授已經(jīng)在工作中應用和研究IoT技術有5年多的時間了。他曾在一個小島上建造了一個集裝箱房屋，其中安裝了很多的IoT設施，可以遠程控制房屋的用水、用電、采光等。他認為，將來IoT將從多方面改善我們的生活，首先是能耗的節(jié)省，另外我們可以用它進行機器人控制，服務于人類。

Mohamed教授相信IoT技術收集到的大量數(shù)據(jù)能有效支持決策。絕大多數(shù)決策者(75%～80%)會相信，他們可以依靠更完善的數(shù)據(jù)，做出更明智的決定。隨著IoT技術的發(fā)展，我們會收集到更多的數(shù)據(jù)，但同時我們可能忽略了海量數(shù)據(jù)的含義。據(jù)研究預測，隨著IoT和其他技術的發(fā)展，在2022年，每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將能夠達到萬億級，這對于整個信息行業(yè)是一項巨大的挑戰(zhàn)。在面對海量的數(shù)據(jù)時，如何管理、提取和理解這些數(shù)據(jù)，這可能是我們將面臨的最大難題。

Calvin教授也認為數(shù)據(jù)不是越多越好，而是要用最合適的數(shù)據(jù)協(xié)助做出最合適的決定。另外，如果大家覺得目前的BIM合規(guī)性和模型交付審查比較困難，那么在考慮IoT的情況下，問題會更加困難。目前IoT的數(shù)據(jù)格式并沒有統(tǒng)一標準，國際上知名的IoT產(chǎn)品公司都只是建立了內(nèi)部統(tǒng)一標準，互相之間不能兼容。僅以硅谷為例，蘋果、谷歌、亞馬遜，每個公司都有自己的智慧產(chǎn)業(yè)鏈。或許，中國能夠從統(tǒng)一標準上盡早入手，做出有益于行業(yè)發(fā)展的工作。另外，他也非常贊同金教授提到的安全問題。在美國就有過智能樓宇系統(tǒng)導致住戶的個人信息和社交賬號泄露的案例。目前中國的網(wǎng)絡支付平臺在世界上獨一無二，這對安全性也提出了極高的要求，或許互聯(lián)網(wǎng)金融領域在數(shù)據(jù)安全方面的做法有值得建筑行業(yè)學習和借鑒的地方。

Randy教授對于BIM+IoT有兩方面的看法，一方面是消極的，另一方面是積極的。悲觀的看法是，在美國，絕大多數(shù)的建筑事務所、工程事務所，公司規(guī)模只是不足8個人的小公司。在這樣的市場里，打造BIM + IoT技術應用，使其成為主流產(chǎn)業(yè)，困難頗多。只有通過大項目、大公司，才能夠擴大BIM + IoT技術結合的影響力。但從樂觀的角度看，一方面我們可以整合相似類型的微小項目，將其產(chǎn)品化，制造出可以重復利用的標準和樣板。也許小項目中用到的傳感器類型不多，而且比較簡單，我們可以運用“參數(shù)展示面板”的概念，讓用戶的筆記本或手機中能夠清晰顯示出所有的數(shù)據(jù)，這將會增強用戶的使用體驗。

4 人工智能和BIM

提到智慧城市、智慧建造，就不得不提到人工智能(AI)技術，這項技術也必將給建筑行業(yè)帶來革命性的影響。5G技術下的物聯(lián)網(wǎng)每時每刻都會給我們提供數(shù)以億計的數(shù)據(jù)，只有依靠人工智能技術才能更有效地處理這些海量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，進而更智慧地利用數(shù)據(jù)。

在筆者看來目前AI技術包含了兩個方面的核心技術研究，其一是自然語言處理，其二是計算機視覺。在自然語言處理上，我們實驗室做了有關知識圖譜和知識本體的一些應用。首先，我們已經(jīng)完成了有關綠建評價的知識本體研究，形成了Revit插件形式的研究成果，可將綠建評價的自然語言通過知識本體結構化，整理成為領域知識，從而實現(xiàn)設計過程中的實時綠建評價。我們目前正在研究的，是利用知識圖譜理解工程合同，基于我們之前的合同管理工作基礎，可發(fā)現(xiàn)合同中潛在的風險。另外在計算機視覺上，我們也在與IBM等公司合作，從圖像中理解并追蹤發(fā)生的事件，發(fā)現(xiàn)潛在問題。例如，如何通過計算機識別出施工人員正在走近作業(yè)中的施工機械，之后如何警示該人員不要再靠近危險區(qū)域。

金教授對BIM+AI技術持謹慎樂觀的態(tài)度。他認為通過物聯(lián)網(wǎng)手段將不同的設施連接到一起，這已經(jīng)是巨大的數(shù)據(jù)量了，而未來通過機器人來對這些設施進行操控，我們難以保證數(shù)據(jù)和設施的安全性。一旦任何地方產(chǎn)生了錯誤，以我們現(xiàn)有的水平，也很難查出錯誤根源。建筑的日常管理與我們每個人的生活息息相關，而大量的建筑信息管理也可以上升到國家層面的安全高度。我們在發(fā)展建筑智能化物聯(lián)網(wǎng)技術的過程中，必須一步一個腳印，堅實發(fā)展。

Randy教授也承認AI的發(fā)展存在危險性。有些人可能會認為AI是未來10～20年才能夠實現(xiàn)的技術，但也有很多研究表明AI技術已經(jīng)存在了。甚至于有些公司目前已經(jīng)宣稱他們擁有智能化的AI產(chǎn)品，當然在沒有試用之前，我們誰都不能下決斷說該產(chǎn)品是否是真正的AI技術。目前美國有一些公司已經(jīng)開始有30%的簡單設計工作，采用計算機取代人工完成了，有人對此感到恐慌，但也有人認為人們可以更加專注于具有創(chuàng)造力的工作。但是我們?nèi)绾未_認，人的創(chuàng)造是創(chuàng)造，計算機的創(chuàng)造不是創(chuàng)造呢？

Mohamed教授在IT行業(yè)中的工作經(jīng)驗超過25年了，通過工作實踐，他發(fā)現(xiàn)非常重要的一點是系統(tǒng)的集成化。目前，我們已經(jīng)通過不同的建筑、基礎設施管理系統(tǒng)來協(xié)助工程師的工作，很多軟件系統(tǒng)功能十分完善。但目前的重點是如何將不同的系統(tǒng)整合，促使不同專業(yè)的子系統(tǒng)之間自動化、智能化的合作，從而有效地避免安全性等問題的發(fā)生，更方便地為人所用，這將是AI未來的一個發(fā)展方向。AI的研究將能夠幫助我們把系統(tǒng)提升到更高層次的集成化。

鄭教授認為AI并非新概念，其實在幾十年前就有人提出。我們今天之所以覺得AI可怕，在于它學習方法的改變：從過去的對資料和規(guī)則的學習，進化到進行自我學習。我們還在忌憚圍棋領域的AlphaGo，而下一代的AlphaGo Zero卻已經(jīng)打敗了前輩。而對于人類也一樣：建筑行業(yè)原本很講究多年的實踐經(jīng)驗，但如今通過新的技術手段，我們獲取知識的方式轉出現(xiàn)了“數(shù)據(jù)—信息—知識”的三級層次。如何從數(shù)據(jù)中提取對我們有用的內(nèi)容，形成建筑資料信息，再進而形成我們自己的專業(yè)知識，這是我們需要面對的課題。

Igor先生和大家分享了部分目前已經(jīng)實現(xiàn)的AI智能應用。其一是合規(guī)性檢查，以往規(guī)范只是純文本的內(nèi)容，需要人為進行理解，在進行大量的實際評估工作。通過AI手段可將文本的內(nèi)容結構化，支持電腦程序通過植入算法進行檢查。其二是對建筑材料、建筑構件進行質(zhì)量檢查，因為在一個項目中，如果僅采用人工對成千上萬的工件進行質(zhì)量檢查將會是非常繁復的工作，而如今該工作能夠通過無人機攝像和計算機程序自動完成，大大節(jié)約了人工。

Calvin教授通過他在斯坦福大學、硅谷的經(jīng)歷，認為AI技術的研究(不局限于建筑領域)近年來真正做到了百花齊放。在不久的將來，他相信目前還在研發(fā)的、試點中的項目，能夠更加完善、更好地應用在建筑領域。

5 結語

本次沙龍討論從很多業(yè)主關心的設施管理角度入手，進而擴展到支持更好的設施管理的前沿技術，也就是物聯(lián)網(wǎng)和人工智能。隨著BIM技術應用的深入，繼設計和施工之后，設施管理成為工程項目業(yè)主的下一個關注熱點。國際專家也都認可BIM技術應用的最大回報應該是在項目運維階段的效益，雖然目前很多國家還都處在起步階段，但必然會成為建筑行業(yè)技術應用的下一個熱點。物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術是BIM for FM的關鍵支撐，但目前仍然存在很多需要研究和改進的問題，比如合理適度地使用前沿技術，技術發(fā)展帶來的安全性問題，以及以后智慧基礎設施、智慧樓宇、甚至無人駕駛汽車之間系統(tǒng)的整合問題。

【作者簡介】

伊格爾·斯塔科夫

EcoDomus公司創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官計算機領域科學家、企業(yè)家，擁有超過25年的從業(yè)經(jīng)驗，在過去的15年間一直致力于應用計算機技術優(yōu)化項目交付成果、提升項目管理環(huán)境。

斯塔科夫先生在工程建設、IT和設施管理領域經(jīng)驗豐富，對BIM、精益建造方法、能源管理等方面的問題有深刻理解，因此它能夠提出視角獨特的信息化解決方案。他在對基于信息技術的COBie標準流程分析方面有著深刻而獨到的見解，并創(chuàng)建了一套可視化分析軟件的解決方案。斯塔科夫先生也參與了COBie標準3.0版本的編寫和制定工作。他曾幫助全球多個知名機構、企業(yè)制定了BIM戰(zhàn)略，包括美國政府服務管理局、美國退伍軍人事務部、加拿大Alberta州政府、美國州港務署、美國Massachusetts國家衛(wèi)生署、美國國家衛(wèi)生研究院、Google、新加坡建管局等。斯塔科夫先生通過在"生命周期信息集成"領域的研究，于2011和2013年被FIATECH機構(www.fiatech.org)授予行業(yè)至高的CETI獎項；另外通過在"基于BIM的建筑全生命周期管理"領域的研究，獲得了I2SL(國際可持續(xù)發(fā)展協(xié)會)授予的超越獎。

蘭迪·多伊奇

美國伊利諾伊州大學建筑學院副教授、美國建筑師協(xié)會(AIA)會員、美國能源與環(huán)境設計先鋒(LEED)認證建筑師，也是《BIM與整合設計-建筑實踐策略》作者。同時，蘭迪也是國際建筑設計領域知名的演講家、行業(yè)領袖和知識權威，具有30多年的行業(yè)經(jīng)驗，曾作為設計師負責設計了100余項大型、復雜的可持續(xù)建筑項目。他還擔任了哈佛設計研究院(Harvard GSD)的執(zhí)行教育項目負責人。

蘭迪·多伊奇曾先后就職于多家學術機構，包括伊利諾伊大學芝加哥分校、美國西北大學、哈佛設計研究院、伊利諾伊大學香檳分校等。此外，蘭迪在伊利諾斯州溫內(nèi)特卡市經(jīng)營兩家公司，分別擔任Deutsch Insights Inc.(咨詢)的公司合伙人，以及DEUTSCHWRX Inc.(設計)的總裁/公司法人。蘭迪·多伊奇在其研究領域撰寫了多部著作，包括：《BIM與整合設計-建筑實踐策略》(2011)、《數(shù)據(jù)驅動的設計與施工：建筑數(shù)據(jù)采集、分析與應用的25種策略》(2015)、《融合：設計的二次設計》(2017)以及《超級用戶：建筑師的技術變革指南》(2019)。

甘嘉恒

美國斯坦福大學綜合設施工程中心(CIFE)項目總監(jiān)及兼職教授。甘家恒博士及其專業(yè)科研團隊一直從事于建筑創(chuàng)新指標、建筑工業(yè)化指標、管理評分體系、建筑信息建模(BIM)、虛擬設計和建造(VDC)、以及建筑可持續(xù)性發(fā)展等領域的研究工作。2013年以來，甘嘉恒博士應邀在全國各地發(fā)表了多場演講，分享他在BIM、VDC、智慧城市發(fā)展等領域的研究心得。

2011年，新加坡政府建設管理局邀請甘嘉恒博士作為國際專家，為該國建筑生產(chǎn)率和BIM路線圖建言獻策。2012年，中國BIM聯(lián)盟邀請甘博士作為唯一的國際榮譽理事和執(zhí)行理事，同時甘博士還參與了BIM的國家標準制定工作，確保該標準能夠與國際接軌。2015年，甘博士出任上海市BIM推廣中心的專家顧問。

甘嘉恒博士曾應邀出席了2014和2015亞太經(jīng)濟合作組織(APEC)，以及東盟BIM研討會，協(xié)助20多個國家和經(jīng)濟體開展BIM起步工作；并受到APEC和美國商務部聘用，編寫了APEC的官方BIM啟動指南(2013)，并為達到綠色建筑目標編寫了APEC績效指標和BIM指南(2015)。2017年，甘博士參加了美國商務部和國務院率領的美國代表團，出席了在越南舉辦的APEC經(jīng)合組織高級官員及相關會議之APEC智能城市研討會。

穆罕默德·埃爾-達里比

加拿大里賈納大學(University of Regina)軟件系統(tǒng)工程系副教授、研究生導師。埃爾-達里比博士受到加拿大NSERC和PTRC資助，在無線和有線系統(tǒng)網(wǎng)格領域做出深入研究；其他的研究領域還包括：面向服務的云計算、無線網(wǎng)絡和傳感器網(wǎng)絡、智能運輸系統(tǒng)、社交軟件和社交網(wǎng)絡、大規(guī)模網(wǎng)絡工程等。他目前教授計算機工程課程，并服務于里賈納IT社團。埃爾-達里比副教授出生于埃及，在加拿大卡爾頓大學獲得博士學位，曾工作于加拿大北電網(wǎng)絡公司、法國阿爾卡特公司和卡爾頓大學。

金仁漢

韓國慶熙大學教授，韓國BuildingSMART主席。金教授建筑學領域有超過25年的從業(yè)經(jīng)驗，研究領域涉及BIM、CAD和其他建筑學領域的IT應用。他是韓國BuildingSMART董事會成員，參與建立了韓國BuildingSMART分會(1998年)、韓國建筑IT融合研究所，也擔任計算設計和工程學會副會長。2015年起，金教授擔任BuildingSMART監(jiān)管委會聯(lián)合主席。

金教授的主要資歷包括：(一)建筑：住宅建筑設計經(jīng)驗；(二)BIM & IT：負責組織、編制了韓國的國家BIM指南、韓國采購服務(PPS)BIM指南等多項國家級BIM標準；(三)國內(nèi)外科研項目：擁有50多項政府發(fā)起的BIM & IT領域科研項目的研究和管理經(jīng)驗，在國內(nèi)外專業(yè)期刊發(fā)表400余篇期刊論文。

鄭展鵬

香港科技大學土木與環(huán)境工程學系副教授、RFID中心主任、極-智慧城市中心副主任。鄭博士于香港科技大學取得學士和碩士學位，隨后于美國斯坦福大學取得博士學位；研究領域涉及BIM、3D GIS、物聯(lián)網(wǎng)、計算機可視化、機器學習與大數(shù)據(jù)、信息化施工與管理、綠色建筑、可持續(xù)建筑和智慧城市等。鄭博士目前擔任美國土木工程師學會(ASCE)全球卓越計算中心主席、歐特克行業(yè)顧問委員會(AIAB)主席、香港建造業(yè)議會BIM標準工作小組主席、全球BIM卓越中心理事、美國土木工程師學會香港分會理事、Visualization in Engineering期刊編輯、及Automation in Construction期刊編輯委員會成員。他是香港BIM學會(HKIBIM)的專業(yè)會員和注冊碳審計專員(CAP)。他曾獲得香港建造業(yè)議會2014年度Young BIMer獎項，在不同國際會議上獲得論文獎項。2012年，鄭博士獲得香港科技大學工學院優(yōu)秀教師榮譽。