BIM技術語境下的智慧建筑的建造思考

吳 偉1 彭 杰1 王 承

(1. 上海中建東孚投資發展有限公司, 上海 200125； 2. 華東建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

1 引言

BIM技術的應用在建筑行業已經越來越被行業所認可[1]，已經逐漸拓展至整個產業的上下游，從而引起了更為廣泛的應用和拓展，尤其是弱電智能化的廠家和互聯網巨頭強勢的介入，導致了整個建筑行業信息化技術得到更加快速的發展。

BIM作為實體建筑虛擬可視化的體現，其真實地反映了現有的建設或建成后的相對靜態的過程，BIM技術和整個建筑的運行建立的互動可以說相對來說還沒辦法建立直接的聯系，比如說通過BIM模型可以實時查詢整個建筑的空間性狀、空間屬性。但僅通過BIM模型卻無法實現空間的動態管控，如空間中的二氧化碳濃度、空間的溫濕度等，而這些參數卻是關系到使用者的真實體驗，是使得建筑最終為人創造溫馨的工作生活環境的關鍵性因素[2]。所以，如果實現了根據這些參數能，去自動地運行和調整以適應人體的實際需求，這樣的一種暢想就產生了智慧建筑。

這些暢想并不是空穴來風，是基于近兩年的互聯網巨頭，尤其是華為、阿里等對于建筑這個垂直領域的大規模投入和深入應用，使得建筑行業本身和大數據、云計算、AI技術等結合變得日趨成熟。這些技術存在的關鍵性因素應基于對建筑內部大量數據的實時采集、分析、應用，而這么巨量數據的承載體無疑傳統的CAD等技術是無法承載的，而BIM技術的誕生填補了這塊空白。

從政策導向層面來說，“新型智慧城市(Smart City)是數字中國的重要內容，是智慧社會的發展基礎，是實施科教興國、人才強國、創新驅動發展、鄉村振興、區域協調發展、可持續發展、軍民融合發展等戰略的綜合載體加強新型智慧城市建設是事關國計民生的重大任務和長期工作”(摘自十九大報告)，同時對于眾多開發或者非開發企業來講，企業本身的信息化轉型也和建筑信息化的轉型有著千絲萬縷的聯系，這些千絲萬縷的聯系很多時候是以建筑為主體進行連接的。比如說實體企業其可能會以一個個的工廠一個個的站點作為其數據發散和接受的終端，所以越來越多的實體企業期望將這些終端聯系的建筑放置于企業的GIS地圖中[3]，并依據這些終端去構建企業本身業務的信息網，并最終依據這些信息來為企業的發展方向做出決策。

因此，可以說無論是從建筑本身的發展還是從整個未來社會發展趨勢或企業信息化，智慧建筑都將是未來的最重要發展方向。

2 智慧建筑解決方案描述

2.1 總體架構

當然，想清晰地描述智慧建筑的解決方案，必須很清晰地知道什么是智慧建筑。目前行業內對于智慧建筑的定義可謂五花八門，但無非都脫離不了這樣的描述：所謂智慧建筑指利用BIM和云計算、大數據、物聯網、人工智能等信息技術引領產業轉型升級的業務戰略，結合先進的精益建造理論方法，集成人員、流程、數據、技術和業務系統，實現建筑的全過程，全要素、全參與方的數字化、在線化、智能化，從而構建項目、企業和產業的平臺生態新體系[4-6]。如圖1所示。

圖1 建設智慧建筑頂層設計架構

2.2 智慧建筑感知層

2.2.1 信息采集

建筑傳感網要賦予建組靈敏、高效、泛在的感知能力，需要建立覆蓋建筑、園區甚至是整個城市的信息采集、信息交換和信息服務的感知系統，構筑感知網，建設數據采集與匯聚軟硬件體系，傳感網信息采集與交換平臺。并充分利用計算機、網絡、移動通訊、全球定位、地理信息等技術，管理整個建筑，乃至整個城市的所有部件和事件信息，促進其人流、物流、資金流、信息流、交通流的通暢與協調。如圖2所示。

圖2 信息采集示意

2.2.2 關鍵技術

信息采集目前通過傳感器、數碼相機等設備采集外部物理世界的數據，然后通過工業現場總線、藍牙、紅外等傳輸技術傳輸數據。感知層所需要的關鍵技術包括檢測技術、短距離無線通信技術等。

(1)專用感知：傳感器技術、射頻識別技術(RFID)[7-8]、微機電系統(MEMS)、全球定位系統GPS；

(2)視覺感知：視覺感知范圍內的人、車或其他物件等目標賦以“身份”標簽，并識別目標的實際“身份”；

(3)ETC感知與車聯網：利用先進的通訊、計算機、自動控制、傳感器技術，實現對交通的實時控制與指揮管理；

(4)手機感知：移動性的基礎上，為用戶提供了多樣化感知和適應技術。

2.3 智慧建筑/城市網絡層

2.3.1 網絡架構

智慧建筑是各類信息的交換、中轉和輻射的神經中樞，需要依托完善的通信網絡實現隨時隨地的傳遞信息。智慧城市網絡層包含互聯網，無線互聯網，電視網，短信網，物聯網等[9]。

目前智慧建筑網絡層的主要支撐技術包括：低速近距離無線通信技術、低功耗路由、自組織信息、無線接入M2M通信增強、IP承載技術以及認知無線電技術等。如圖3所示。

圖3 網絡架構示意

2.3.2 多網合一

同時利用“多網合一”技術，只使用一套TCP/IP網絡設備，通過統一的TCP/IP傳輸模式，將多個子系統如樓宇可視對講、門禁一卡通、家居報警、周界防盜、閉路監控、巡更、車輛管理、信息發布、物業管理、IPTV等集成在一個網絡里。如圖4所示。

2.3.3 物聯網

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段。通過射頻識別(RFID)(RFID+互聯網)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[10-11]。如圖5所示。

圖4 多網合一架構示意圖

圖5 物聯網架構示意圖

2.4 智慧建筑大數據層

2.4.1 IT數據集成中心

建立智慧城市的數據中心，提供具有宏觀性、多方面、多層次、多角度、直觀性的數據資料，實現數據的集中；建設目錄和共享交換體系，完成信息的采集和定位，實現系統信息資源共享交換體系基礎設施，并以此為基礎建立智能、直觀、易用的信息資源服務應用，支持業務系統應用和輔助決策。數據中心在智慧城市的建設中，起到一個智慧島的作用，它對信息進行儲存、計算，是一個運維中心。

2.4.2 互聯網數據中心

互聯網數據中心IDC可以為企業、媒體和各類網站提供大規模、高質量、安全可靠的專業化服務包括主機托管、場地出租、VPN、電子商務、網站設計及各項管理等業務。互聯網數據中心必須具備大規模的場地及機房設施，高速可靠的內外部網絡環境，系統化的監控支持手段等一系列條件的主機存放環境。互聯網數據中心不僅提供快速安全的網絡，還提供對服務器監管、流量監控等網絡管理方面的服務。

2.4.3 建筑信息模型(BIM)

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型技術，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[12]。隨著計算機信息技術的發展，信息化管理成為項目管理中的新浪潮，BIM的出現使項目管理正經歷著信息化革命。目前，BIM在美國、歐美、日本、新加坡等發達國家已被廣泛認同并采用，在建筑業中有極高的普及率。

2.4.4 BIM+GIS技術

城市建筑中各基礎設施與市政對象的地理信息、內部構造、設備等信息，BIM+GIS 涵蓋整個城市建筑的基礎設施信息，構成完整的城市建筑基礎數據庫是智慧建筑與城市應用的基礎載體。

2.5 智慧建筑/城市平臺

2.5.1 云計算

云計算是并行計算、分布式計算和網格計算的發展，是這些計算機科學概念的商業實現。政府云計算數據中心的建設是為了解決政府部門間信息共享，實現業務部門之間的數據交換、數據共享與數據備份，促進電子政務的發展。

2.5.2 專項平臺開發

在實現智慧建筑與城市的過程中，需要有專門的平臺進行管理。無論是市政、交通、醫療、旅游、環境的建設，都離不開針對性平臺，這樣才能將感知的信息，收集的數據進行更好的整合、處理及優化，實現智慧應用。

2.6 智慧建筑與城市應用層

智慧建筑與城市建設行業應用與建筑、城市發展水平、生活質量、區域競爭力緊密相關，并推動建筑與城市可持續發展，具體包括智慧政府、智能交通、智慧能源、智慧物流、智慧環保、智慧社區、智慧樓宇、智慧學校、智慧企業、智慧港口、智慧銀行、智慧醫院、智慧生活以及這些智慧行業之間跨行業應用等方面。

3 智慧建筑應用場景

3.1 智慧道路交通

智慧交通感知層主要是數據采集與收集系統以及車輛本體控制系統；網絡層主要包括信息傳輸的方式與通訊規約；支撐層主要實現海量信息并行處理和優化以及存儲資源動態配置和部署；應用層主要包括信息存貯與處理系統，綜合控制系統[13]。如圖6、圖7所示。

圖6 專項平臺舉例示意

圖7 智慧交通應用場景示意

3.2 智慧醫療

結合信息管理平臺，互聯網+與醫療管理，建立藥品渠道管理平臺和藥劑師監管平臺，規范藥品市場和醫療保健用品市場的秩序，保障藥品渠道，確保病人用藥的安全性,促進醫藥行業健康發展。

3.3 智慧地下空間

建筑/城市地下智慧管線綜合體,可以改善線路混亂等缺陷;智能地下立體停車場用以緩解車位少停車難等矛盾;地下水道則用以解決建筑/城市內澇排放等問題,智慧建設地下空間，引導地下空間科學有效發展。如圖8、圖9所示。

3.4 智慧社區

通過自助式多媒體終端布局大型小區和社區服務機構，為社區居民提供便捷服務的同時，進一步增加社區內信息網絡觸點，提升社區信息的通達能力，惠及更廣泛的人群。同時整合移動的相關業務與應用。如圖10所示。

圖8 智慧醫療應用場景示意

圖9 智慧地下空間場景示意

圖10 智慧社區場景示意

3.5 智慧旅游

智慧旅游通過互聯網/移動互聯網，借助便攜的終端上網設備，主動感知旅游資源、旅游經濟、旅游活動、旅游者等方面的信息。如圖11所示。

圖11 智慧旅游場景示意

(1)服務：游客方便快捷地獲取準確的旅游信息，引導游客產生新的旅游習慣，保障游客的旅游安全和品質。

(2)管理：獲取游客信息，形成游客數據積累和分析體系，全面了解游客的需求變化；結合旅游信息數據形成旅游預測預警機制，提高應急管理能力。

(3)營銷：挖掘旅游熱點和游客興趣點，引導旅游企業策劃對應的旅游產品，制定對應的營銷主題，從而推動旅游行業的產品創新和營銷創新。

4 結語

智慧城市和智慧建筑是未來建筑和城市發展的主要趨勢[15]。各項技術的成熟應用也使得各種各樣的智慧場景不斷出現在行業的事業中，隨著物聯網、云計算、AI技術的不斷發展，更多的場景也一定會不斷的挖掘出來，最終行業內提出的“讓建筑可閱讀，讓城市有溫度”將不再是一個口號，建筑將變得越來越貼心，而城市將變得越來越和諧。