一種基于BIM的設施管理初步框架

包 勝，陳義龍，顧益斌，林洋杰

(浙江大學建筑工程學院，浙江 杭州 310058)

建筑信息模型(BIM)是通過信息技術在計算機中建立虛擬建筑模型，一個建筑信息模型就是提供單一完整、具有邏輯的數據庫。BIM貫穿于建筑全生命周期，在設施管理階段，管理者可運用模型進行可視化管理。美國建科院指出，工程建設行業浪費達57%;而當建筑使用達50年后，運維階段的投入成本與項目初始成本比例可達9∶1。在建筑發展裝配化、綠色化、精益化、智能化的大背景下，如何運用先進的BIM技術和設施管理方法提高效率減低能耗，將會成為我們面臨的課題。

1 我國基于BIM的設施管理研究現狀

我國設施管理和BIM研究起步較晚，基于BIM技術的設施管理相關研究非常有限?，F有的文獻資料主要分3個方面：設施管理在我國發展的綜述類文獻;建設項目全生命周期管理的理論研究;針對設施管理中機電、暖通等單一系統在商業地產、交通工程等單一類型項目中的案例研究。

王兆紅等［1］針對國內設施管理相對滯后現狀，回顧國外設施管理發展歷程，介紹設施管理的范圍、內容、主要問題，探討設施管理在國內未來的發展方向;丁智深等［2］介紹設施管理相關理論，將設施管理與我國傳統物業管理進行分析比較，找出二者在管理范圍和作用方面的差距，構建適合我國設施管理發展趨勢的理論體系框架;汪再軍［3］闡釋了運維管理的內容及意義，確定運維管理范疇，并對BIM技術在運維管理中的應用進行初步探索，提出BIM在運維管理中的關鍵技術;何清華等［4］提出建設項目全生命周期集成化管理(LCIM)的概念，并將決策階段開發管理(DM)、實施階段業主方項目管理(OPM)和運營階段物業管理(FM)進行整合，進一步提出以運營導向建設的全生命周期業主方(運營方)管理組織設計的理念;張建平等［5］開發了一種基于IFC標準的建筑設備集成智能物業管理系統，該系統綜合應用信息模型、中間件、Web Service等技術，實現建筑物業管理階段與設計、取得階段的信息交換共享;黃斐娜等［6］對工程項目傳統管理模式中存在的一些自身無法克服的弊病，在提出工程項目全生命周期管理概念的基礎上，對工程項目全生命周期管理的整體構想進行深入探討;王代兵等［7］從租售管理、設備管理、空間布局的運營管理和應急預案分析方面對商業地產項目在運維階段運用BIM技術進行了研究;陳光［8］從目標整合、任務銜接、功能優化、費用控制、組織創新和集成化管理系統出發構建軌道交通工程的全生命周期管理模式;尹奎等［9］利用二維碼技術高效查找、識別、信息讀取的特點對實現高效、精細的物業管理和設施維護進行研究;過俊等［10］提出基于BIM的建筑空間及設備運維管理系統，通過插件實現對模型的瀏覽和設備的運維;楊煊峰等［11］運用逃生模擬分析軟件，加載逃生路徑和參數得到疏散解決方案，為建筑設計提供針對性優化調整。

2 我國基于BIM的設施管理存在的問題

1)理論及實踐研究滯后 BIM與設施管理均是近30年才開始發展起來的概念。目前，BIM軟件已在國際上廣泛應用，而針對BIM技術在設施管理的應用，發達國家已具備比較多的探索實踐經驗。而國內除了極個別標志性工程將BIM技術運用到了全生命周期，針對設施管理階段的探索相對較少。

2)對設施管理全生命周期性特點認識不足由于國內項目運營模式多為工程分包式，導致設計、施工、運維等環節的企業更關注如何在設施購置和管理維修上節約資金投入，而沒有以建筑全生命周期的觀點提高設施管理效益。

3)信息化水平滯后 二維的CAD圖紙對于三維模型在直觀性上具有天然的弱勢。管理人員常需通過讀取多個二維圖形人工還原三維場景。紙質資料在設計、施工過程中傳遞給下一階段局導致數據遺漏和丟失;頻繁的圖紙修改及不可實時更新性造成勞動力浪費，同時也增加設施管理成本。

3 一種基于BIM的設施管理初步框架

3.1 人員組織

傳統設施管理人員組織模式中，設施管理部門向負責人事和行政事務的副總裁負責，接受顧問和服務商的服務，并下屬運維人員、規劃設計人員等員工［12］。管理部門使用較少的員工，實行一人多責，并涉及設施管理的全部職能。

在基于BIM的設施管理發展初級階段，由于公司內掌握BIM技術的人員較少，集中人力資源的BIM工作室形式將有助于BIM工作探索性地開展。BIM經理負責BIM工作室，與顧問和服務商聯系，其下屬的BIM工作室包含各專業的BIM技術人員，并通過BIM設施管理平臺協同工作。

當企業內掌握BIM技術的人員逐漸變多，各專業的BIM技術人員不再以BIM工作室的形式集中，而是分散到公司各個部門。BIM技術在資產管理、空間管理、租賃管理等領域的全面擴展，將會使BIM技術滲入公司的財務、人力資源等其他部門。當BIM發展到高級階段，便不再有專業BIM技術人員的概念。公司內部人人都懂得相當的BIM技術，各項管理、服務的工作、流程全部圍繞中心的BIM數據庫以及各應用中心展開。理想的基于BIM的設施管理人員組織架構，在我國尚未實現。

3.2 建模方法

常用的BIM建模平臺有Autodesk Revit、Bentley Architecture、GraphiSoft ArchiCAD等。通常 BIM模型分為概念模型、預算模型、施工模型和竣工模型，分別被用于規劃設計、施工和運維管理階段。由于我國的絕大多數建設項目還處于項目分包而非集成項目交付的模式，從施工階段接手BIM的竣工模型的方式可行性有限。本文通過面向設施管理的BIM模型的建模過程，總結出一種符合我國現階段國情的建模方法，如圖1所示。

圖1 面向設施管理的BIM模型創建方法

設施管理要素作為信息層至模型層的過濾器，是建模過程的核心。根據設施管理的具體應用范疇，總結設施管理要素。作為信息源存在的一組完整施工圖是各種設施管理要素的集合，可能包括或缺乏建模所需的要素。通過過濾得到的要素可以構建結構、建筑和管線模型，最后將模型整合為總體模型，并運用到具體的設施管理領域。由此從信息層到模型層的建模過程和從BIM模型到設施管理范疇的應用就成為一個完整的循環。

該方法能夠較好地建立面對設施管理的BIM模型，由于缺乏相關信息源，對于設施管理要素中的非建筑系統要素，即現階段不確定的要素表達能力不強。因為施工圖是相對可靠的信息源，在我國施工與運維相對脫節的現狀下，配合施工后對BIM模型適當的增加、刪減與更改，該法對于建立面向設施管理的BIM模型具有一定的普遍意義。

3.3 實施流程

運維管理是設施管理的重要組成部分，傳統的物業管理工作中很大一部分是運維管理的工作內容。設施維護管理的重點主要有工作排序及工作流程。工作排序包括維護決策確立，維護策略選擇及維護周期分析。在本節中，以傳統的報修工作流程為例闡述基于BIM的運維管理流程。

BIM360Field是一款基于PC網頁端與IPAD移動端的施工監理及現場指導軟件，它所具有的一些特點可為設施管理所用。運用該平臺的各項功能可完成報修流程的所有操作。將保修單上傳至Issues界面，管理者在項目的通信錄中尋找相關維修人員，通過Tasks進行任務包分配。維修人員進行實地考察，配合Equipment中設備的文字信息和Library中的照片、圖紙、模型信息進行維修，之后把維修反饋上傳至Issues界面。管理者通過Checklists確認驗收后，把相關附件上傳至當日的Daily Updates進行記錄更新。至此一次完整的報修流程就完成了。

除維護管理外，空間管理、公共安全管理、能耗管理等其他設施管理領域也可根據各自的具體工作流程制定基于BIM的管理流程圖。需要特別指出的是，在一些需要運用不同平臺軟件的管理過程中，可能產生信息數據不能互用的情況。這時，軟件接口的二次開發將不可避免。

IFC(Industry Foundation Classes)是一種被廣泛應用的BIM信息交換標準格式。IFC的數據模型不受供應商控制，為中性、公開的，由 building SMART開發，是一種用于幫助工程建設數據互用、基于模型、面向對象的格式。IFC定義建設項目生命周期所有階段的信息如何提供及儲存，包括門、窗在內的實體構件或部件，房間、樓層在內的空間，設計、施工、運維等階段中進行的各種流程，參與人員和組織以及各種對象之間存在的關系?；贗FC標準建立模型或設計的過程從分類中選擇對象的組裝過程。由于選用的格式是公開標準的，可供其他項目成員共享信息。目前，經IFC認證的軟件清單基本涵蓋了包括Revit在內的絕大多數常用的BIM軟件，這意味著當2個或更多專業軟件間的數據模型不能交換時，信息通過IFC交換將成為可能甚至是唯一的選擇。其他的一些現代建筑信息分類體系包括ISO/DIS12006-2，UNICLASS以及OCCS等。

在使用Revit模型中的信息進行二次開發時，C#作為一種面向對象的編程語言，具有很大的優勢。C#中 Class與Instance的概念與 Revit中 Family和Element的概念相對應。在新建一個圖元時賦予其一定數量的特征，在Revit中，類被稱作族，類的實例稱作族的圖元。

BIM信息的使用流程實際上是數據讀取與寫入過程。例如，在Revit軟件中選擇1層的全部窗戶，在C#語言中表現為數據讀取。首先創建一個名為collector的過濾器，將族的種類限定為窗。然后選擇圖元名稱為“Level1”的全部圖元。類似的，改變某個窗戶的高度實際是重新寫入信息。通過Parameter訪問窗戶高度的函數，運用set函數可迅速改變窗戶高度。

設施管理中模型的顯示、更新實際上也可看作是類似的數據讀取、寫入過程。結合使用Revit與C#語言將使BIM信息得到有效管理。

4 案例分析

某養老院設施的BIM信息來源為設計院的一套包含建筑、結構、水電、暖通在內的完整施工圖。《BIM技術概論》將設施管理運維階段的內容分為空間管理、資產管理、維護管理、公共安全管理以及能耗管理五項內容［13］。由于資產管理涉及固定資產的信息、折舊數據及報表管理等內容，而在該項目實施階段難以獲得有效信息，因此僅取空間管理、維護管理、公共安全管理以及能耗管理四項進行分析，各項內容所涉及的具體信息如表1所示。

結合該養老院的施工圖，可得到在建模階段有效利用的重要信息：①空間類型、面積、用途、位置;②各種設備的位置、基本信息;③各種管線系統的位置、基本信息。

配筋圖中的鋼筋信息對于施工過程是有效的，但會在建模過程中大大增加工作量。對于構建面向設施管理的BIM模型，僅保留柱截面位置、軸網及柱的尺寸信息。在模型的具體操作過程中，只需在Revit中關閉鏈接CAD的相應圖層。類似的，在梁、板的配筋圖中，僅保留梁、板的位置，軸網及尺寸信息、平面配筋圖。

在建筑模型中，除結構模型已完成的柱、梁、板以外，影響空間構成的主要要素有墻、屋面、門窗、天花板、樓梯、散水、臺階、出入口、道路等。家具、潔具、廚具等設備由于暫時缺乏具體的規格與位置，不在建模范圍內。一些非建筑要素，如場地、道路、出入口等因為對于公共安全管理非常重要，放在此處一并考慮，并在建模過程中予以展現。除此以外，坡屋頂的建模需要結合平面圖、立面圖、檐溝、女兒墻、泛水等詳圖。平面圖中底板標高作為建模的重要因素，需特別注意。

管線系統包括但不限于給排水系統、暖通系統、強電系統、弱電系統。給排水系統的設施信息要素主要包含給水管、熱水管、污水管、廢水管以及相應的立管、三通、四通等連接件，室內消火栓、水流指示器、噴頭、遙控信號閥、滅火器、排氣閥等一系列設備。電氣系統的設施信息主要包括各種燈具、配電箱、開關、報警器、插座等。橋架由于有與管線或其他系統碰撞的可能，也作為主要的設施信息。消防系統的相關設施信息還包括感應器、噴淋裝置、信號蝶閥和流量開關等。弱電系統設施包括呼叫機、攝像機、紅外一體機。由于缺乏相應的族庫，在本文中暫時不對弱電系統進行分析。暖通系統設備主要是風管，同時包括各式接頭、閥門、風機、百葉風口等。在該養老院項目中，2號樓并沒有地下室，因此也不做討論。

表1 運維階段的設施管理信息

在本文的建模過程中，主要采用Revit軟件，減少建模與應用過程中數據轉換的麻煩，提高了效率。

根據各種平面圖在Revit平臺上建立設施管理用的BIM模型時，要用好標高的概念。選定一個基準層，依次排布柱、梁、板、墻、樓板、天花板、屋面、門窗和水電、暖通等系統設備。然后根據標高向上復制，再根據各層平面圖進行調整。建模過程中要注意隨時關閉多余視圖、隱藏暫時不用的CAD圖紙和各類族，以降低計算機負擔，加快運行速度，提高建模效率。建模時要盡量追求規范，這樣即使不能一次完善模型，在修改、補充時也會事半功倍。最終所得的BIM模型如圖2所示。

圖2 某養老院2號樓BIM模型

5 結語

基于我國現階段理論研究滯后、工程模式落后、信息化水平不足等基本現狀，本文從人員組織、建模方法和實施流程3方面提出符合我國現狀的基于BIM的設施管理應用初步框架。在單一地區的單一小規模項目中，設施管理公司在不改變基本組織形式的前提下，通過增加BIM工作室的形式實現基于BIM的設施管理。設施管理者根據管理范疇定義設施管理要素，創建設施管理所需要的BIM模型。實施流程的創建以報修流程為例，闡述具體設施管理工作與BIM技術結合的方法。鑒于初步框架是以具體工程案例為基礎，并且不需要對傳統的框架進行大幅變更，因此具有一定的實用價值。

參考文獻：

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