基于BIM的智慧建筑運(yùn)維實(shí)現(xiàn)方式及價(jià)值研究

張世宇，林必毅，余麗麗

（深圳市賽為智能股份有限公司 智慧城市研究院）

1 引言

近年來，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部先后發(fā)布了一系列相關(guān)政策，以推廣應(yīng)用BIM技術(shù)。2017年2月底，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2017〕19號(hào)）指出，加快推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)全過程的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理，為項(xiàng)目方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù)，促進(jìn)建筑業(yè)提質(zhì)增效。

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展普及，一大批項(xiàng)目在設(shè)計(jì)和建造過程中采用了BIM技術(shù)。BIM在設(shè)計(jì)和施工階段的應(yīng)用日趨成熟，但在運(yùn)維方面的應(yīng)用較少，總體處于探索階段[1，2]。相對(duì)于設(shè)計(jì)和施工階段的周期，項(xiàng)目運(yùn)維階段往往需要幾十年甚至上百年，且運(yùn)維階段需要處理的數(shù)據(jù)量巨大且凌亂，從規(guī)劃勘察階段的地質(zhì)勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)各專業(yè)的出圖、施工各工種的組織計(jì)劃以及運(yùn)維各部門的保修等，如果沒有運(yùn)維管理平臺(tái)協(xié)調(diào)處理這些數(shù)據(jù)，會(huì)導(dǎo)致某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的丟失，不能及時(shí)、方便、有效地檢索到需要的信息，更難以基于這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析決策。因此，作為建筑全生命期中最長(zhǎng)的過程，BIM理應(yīng)在運(yùn)維階段發(fā)揮更加重要的作用。

2 現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)方式

2.1 現(xiàn)狀

BIM運(yùn)維即使BIM技術(shù)與運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)建筑的空間和設(shè)備資產(chǎn)等進(jìn)行科學(xué)管理，預(yù)防可能發(fā)生的災(zāi)害，降低運(yùn)營維護(hù)成本。相關(guān)CNKI文獻(xiàn)如圖1所示，截止2018年7月，國內(nèi)關(guān)于運(yùn)維的研究呈逐年上漲趨勢(shì)，研究成果主要集中在2015年～2018年。國內(nèi)BIM運(yùn)維功能主要應(yīng)用在整合模型資源、人員設(shè)施、建筑空間和安全管理等方面。國外相關(guān)應(yīng)用主要集中在設(shè)備管理和能耗監(jiān)控方面[3]。從項(xiàng)目類型看，運(yùn)維項(xiàng)目首先在投資大、復(fù)雜程度和重要性高的項(xiàng)目中開展應(yīng)用，目前已經(jīng)由建筑工程領(lǐng)域拓展到市政道路、橋梁、綜合管廊、水廠和水利水電等基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，積累了豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。但總體而言，對(duì)于項(xiàng)目后期的BIM應(yīng)用，真正成功落地的應(yīng)用案例比較罕見，目前，無論是設(shè)計(jì)單位，還是施工單位都難以完全實(shí)現(xiàn)將模型移交給運(yùn)維部門進(jìn)行常規(guī)管理[4]。

圖1 國內(nèi)BIM運(yùn)維文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)

2.2 實(shí)現(xiàn)方式

目前，BIM運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)方式主要有以下三種：

1）基于常規(guī)運(yùn)維軟件開發(fā)支持BIM功能

根據(jù)何關(guān)培[5]相關(guān)研究，目前國外各類應(yīng)用CAFM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施管理系統(tǒng)）軟件約200種，其中，Archibus和Maximo在國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用份額和知名度較大，但用戶數(shù)量不多。國內(nèi)建筑運(yùn)維管理應(yīng)用中，一類以O(shè)A或ERP為主要功能，另一類以BMS（建筑設(shè)備管理系統(tǒng)）或IIS（智能化集成系統(tǒng)）為核心功能，這兩類為國內(nèi)運(yùn)維管理軟件市場(chǎng)的主體軟件，廠商和產(chǎn)品數(shù)量多，但市場(chǎng)分散，集中度不高。當(dāng)前，此類軟件一般不支持BIM模型三維展示和數(shù)據(jù)分析功能，BIM運(yùn)維采用此類方式較少，但未來隨著標(biāo)準(zhǔn)和軟件接口的完善，此類軟件具有巨大的市場(chǎng)潛力。

2）基于BIM軟件二次開發(fā)

BIM運(yùn)維應(yīng)用中常見的是基于BIM軟件進(jìn)行二次開發(fā)，涉及Autodesk Design Review、Navisworks和 Revit等軟件。總體看來，二次開發(fā)的系統(tǒng)可以利用已成熟的界面和圖形平臺(tái)，開發(fā)周期和成本較低，可滿足基本需求。但軟件架構(gòu)在商業(yè)軟件之上，因此，無法控制其數(shù)據(jù)核心的存儲(chǔ)與管理，在性能和功能擴(kuò)展上均會(huì)受限，長(zhǎng)期成本較高。

3）自主開發(fā)

相對(duì)于二次開發(fā)，自主研發(fā)的運(yùn)維平臺(tái)更加靈活，可根據(jù)需要選擇開發(fā)功能，并可從底層進(jìn)行拓展和優(yōu)化，選擇搭建項(xiàng)目級(jí)或企業(yè)級(jí)平臺(tái)。同時(shí)，自主開發(fā)運(yùn)維平臺(tái)可以擺脫BIM運(yùn)維對(duì)國外商業(yè)軟件的依賴，有利于維護(hù)我國的基礎(chǔ)信息安全。但由于受到研發(fā)能力的制約，距離功能完整的系統(tǒng)仍有一定的差距，但在某特定領(lǐng)域或特定功能進(jìn)行了有益嘗試，取得了一系列成果。王歡等[6]在BIM運(yùn)維理論和基于Web的應(yīng)用框架研究基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于BIM的橋梁運(yùn)維管理系統(tǒng)，為橋梁運(yùn)維提供了可視化和過程信息。中建三局一公司聯(lián)合清華大學(xué)通過整合基于BIM的機(jī)電設(shè)備智能管理系統(tǒng)，搭建了一個(gè)通用的建筑管道工廠化信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了建筑機(jī)電安裝工程施工及運(yùn)維階段的信息共享和利用[7]。

3 BIM運(yùn)維平臺(tái)功能概述

BIM運(yùn)維管理平臺(tái)功能主要包括以下八個(gè)方面[8～11]：物業(yè)管理、設(shè)施管理、安全管理、空間管理、資產(chǎn)管理、能源管理、隱蔽工程管理以及應(yīng)急管理。

3.1 物業(yè)管理

BIM平臺(tái)可以整合運(yùn)維管理信息資源，實(shí)現(xiàn)物業(yè)信息化管理，可結(jié)合BIM相關(guān)技術(shù)，在三維瀏覽基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)空間定位、移動(dòng)端檢修報(bào)修、維護(hù)保養(yǎng)和日常巡檢等功能。

3.2 設(shè)施管理

BIM模型中錄入的設(shè)備設(shè)施相關(guān)信息，包括從勘察設(shè)計(jì)、實(shí)施建造和運(yùn)營維護(hù)全過程產(chǎn)生的信息。平臺(tái)提供其查詢、定位和三維顯示功能，對(duì)于空間比較復(fù)雜的部位，如密集管線、機(jī)房?jī)?nèi)空間關(guān)系等可以直觀表達(dá)。在安裝相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，在平臺(tái)上可以進(jìn)行定位查詢、故障分析、事故自動(dòng)處理以及統(tǒng)計(jì)分析等操作。

3.3 安全管理

BIM運(yùn)維平臺(tái)可以與現(xiàn)有的安防系統(tǒng)進(jìn)行集成，以三維可視化模型為基礎(chǔ)，集成人員定位、視頻安防監(jiān)控、入侵報(bào)警和出入口控制等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，結(jié)合BIM模型自動(dòng)定位到異常空間位置，自動(dòng)調(diào)取視頻安防監(jiān)控，達(dá)到智能化安防管理的目的。

3.4 空間管理

BIM運(yùn)維平臺(tái)支持對(duì)空間進(jìn)行在線劃分與管理，精準(zhǔn)化管理每個(gè)房間，計(jì)算每個(gè)房間的數(shù)據(jù)（面積、租戶/部門、人員、能耗、成本），同時(shí)可以精細(xì)化管理每個(gè)員工的卡座，靈活統(tǒng)計(jì)每個(gè)部門的使用空間及成本，最終為管理員提供最佳的空間優(yōu)化方案。

3.5 資產(chǎn)管理

BIM平臺(tái)的資產(chǎn)管理是利用BIM模型的相關(guān)信息，運(yùn)用信息化技術(shù)增強(qiáng)資產(chǎn)監(jiān)管力度，降低資產(chǎn)的閑置浪費(fèi)，減少和避免資產(chǎn)流失，使業(yè)主在資產(chǎn)管理上更加規(guī)范，進(jìn)而從整體上提高業(yè)主資產(chǎn)管理水平。

3.6 能源管理

BIM運(yùn)維平臺(tái)可基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過傳感器等收集能耗和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)建筑能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)分析，形成能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，定制節(jié)能降耗方案，并對(duì)異常能源使用情況進(jìn)行警告或標(biāo)識(shí)。

3.7 隱蔽工程管理

建筑竣工交付后，隨著年限的增加，常常存在圖紙缺失和圖紙不準(zhǔn)確的問題，因此，隱蔽工程的信息（如管線和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼筋、混凝土保護(hù)層等）難以二次獲取，給日后安全工作的開展埋下隱患。

基于BIM的運(yùn)維管理平臺(tái)可以保證建筑信息的完備性，竣工模型的信息可直接導(dǎo)入運(yùn)維平臺(tái)，保證信息不丟失，方便查詢、三維展示和分析等工作，對(duì)復(fù)雜管線等內(nèi)容的三維表達(dá)更直觀高效。

BIM運(yùn)維平臺(tái)可為改造和二次裝修等工程提供可靠的信息支持和直觀準(zhǔn)確的空間分布關(guān)系展示，有利于提高效率和保障施工安全。

3.8 應(yīng)急管理

公共建筑、大型和高層建筑等作為人流聚集區(qū)域，突發(fā)事件的響應(yīng)能力非常重要。BIM運(yùn)維管理平臺(tái)可利用BIM模擬性優(yōu)勢(shì)，利用相關(guān)模擬軟件，進(jìn)行人員疏散、車輛疏散和火災(zāi)煙氣擴(kuò)散等模擬，可對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)防、警報(bào)和處理，為科學(xué)決策提供依據(jù)。

4 BIM運(yùn)維價(jià)值

與常規(guī)運(yùn)維方式相比，基于BIM的運(yùn)維管理有如下優(yōu)勢(shì)：

1）三維可視化展示

BIM技術(shù)具有三維可視化的特點(diǎn)，是對(duì)建筑及構(gòu)件的直觀表達(dá)。所見即所得的方式提高了理解和溝通的效率，降低了二維圖紙閱讀的專業(yè)性要求，對(duì)于復(fù)雜的空間關(guān)系，如復(fù)雜管線、體型復(fù)雜建筑等來說優(yōu)勢(shì)明顯，如圖2所示。

圖2 多專業(yè)構(gòu)件空間關(guān)系展示

2）完備的全過程信息整合平臺(tái)

建筑從勘察設(shè)計(jì)、實(shí)施建造、運(yùn)營維護(hù)到最后拆除的過程中，產(chǎn)生了海量的信息。若采用傳統(tǒng)的二維圖紙和表單的存儲(chǔ)方式，信息之間相互孤立，信息化程度很低，無法滿足當(dāng)前信息化運(yùn)維管理的需求。

傳統(tǒng)運(yùn)維管理中，資料缺失和查詢不便的情況時(shí)有發(fā)生，而資料中也普遍存在信息多處表達(dá)不一致的情況（圖紙與圖紙之間、圖紙與表單之間等），BIM技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這一問題。BIM信息具有完備性、一致性和可協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)，可將建筑全過程信息進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一處改變處處更新，保證信息的一致性。通過建立基于構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫（某設(shè)備的所有參數(shù)，如型號(hào)、廠家、日期和維護(hù)信息等，都儲(chǔ)存在設(shè)備名下），存儲(chǔ)和查詢大量的建筑信息，直觀方便，并與人們習(xí)慣相符合，如圖3所示。

圖3 某機(jī)房設(shè)備參數(shù)

3）模擬優(yōu)化功能集成

BIM運(yùn)維平臺(tái)可以利用BIM模擬優(yōu)化功能進(jìn)行專業(yè)的模擬分析，如建筑性能分析（聲、光、熱輻射和通風(fēng)等）、應(yīng)急疏散模擬、管線分析（空間分析、爆管分析和開挖分析等）以及火災(zāi)煙氣模擬等，如圖4和圖5所示。

BIM模擬分析的優(yōu)勢(shì)在于BIM模型承載了建筑的基本信息，當(dāng)前很多建筑性能分析軟件支持BIM模型格式（如IFC等），可實(shí)現(xiàn)一模多用，降低了專業(yè)分析軟件的門檻，減少了建模的時(shí)間和復(fù)雜程度，更容易將諸多功能集成到運(yùn)維平臺(tái)上來，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和分析，滿足運(yùn)維管理的需求。

圖4 某商場(chǎng)人員疏散模擬

圖5 某小區(qū)風(fēng)環(huán)境模擬

5 結(jié)語

本文結(jié)合現(xiàn)狀及行業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平，提出了BIM運(yùn)維管理平臺(tái)搭建常見的三種方式并總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，三種方式為：①基于常規(guī)運(yùn)維軟件開發(fā)支持BIM功能；②基于BIM軟件二次開發(fā)；③自主開發(fā)。

對(duì)當(dāng)前BIM運(yùn)維平臺(tái)的功能進(jìn)行了總結(jié)概括，通過歸納分析，指出運(yùn)維平臺(tái)采取BIM方式有以下三種優(yōu)勢(shì)：①三維可視化展示；②完備的全過程信息整合平臺(tái)；③模擬優(yōu)化功能集成。

上述研究工作對(duì)于搭建基于BIM的建筑運(yùn)維管理平臺(tái)具有一定的借鑒意義，BIM運(yùn)維平臺(tái)的搭建對(duì)于智能建筑、智慧城市的建立均具有重要意義。