基于BIM的建筑設施運維管理平臺研究

隗靜宇, 黃慧穎, 蔣海剛

(1. 上海第二工業(yè)大學 工學部， 上海 201209; 2. 上海計算機軟件技術開發(fā)中心， 上海 201112; 3. 上海產業(yè)技術研究院， 上海 201206; 4. 上海市安裝工程集團有限公司， 上海 200080)

0 引言

傳統(tǒng)設備運維信息的各類資料管理分散，組織混亂，而信息為制定決策提供極為重要的支持性條件，隨著信息技術的發(fā)展，信息逐漸以計算機為載體，增強了組織交換信息的能力。如果沒有建筑設施運維管理平臺管理這些數據，關鍵數據將會難于挖掘甚至影響決策。

本文利用BIM技術建立建筑設施運維管理平臺，通過相應的參數模型整合相應項目的相關數據信息，在項目的前期策劃、設計、施工、運維的全生命周期內進行數據的傳遞和共享，使得企業(yè)可以及時高效應對各種問題，大大提高設施管理服務的質量和效率，為企業(yè)帶來隱性利潤。

1 相關研究

1.1 設施管理

國際設施管理協(xié)會(International Facility Management Association,IFMA)認為，設施管理(Facility Management,FM)以保持業(yè)務空間高品質的生活和提高投資效益為目的，以最新的技術對人類有效的生活環(huán)境進行規(guī)劃、整備和維護管理的工作。設施管理通過整合人員、空間、過程和技術，確保環(huán)境設施高效運營管理，目的在于提高投資效益和設備利用率[1]。

作為新興技術，建筑信息模型(Building InformationModeling，BIM)正在為整個建筑行業(yè)帶來新一輪革新，BIM提供建筑整個生命周期管理和溝通，實現(xiàn)了各個利益相關方的協(xié)同工作。

1.2 BIM的概念

BIM(Building Information Modeling)即可在建筑設施的全生命周期中共享其物理特征、功能特性、管理要素的一種技術[2]。BIM技術通過參數模型整合相應項目數據，在全生命周期中進行數據共享和傳遞，減少成本、提高效率。

1.3 國內外BIM研究現(xiàn)狀

BIM概念在2002年由美國公司Autodesk首先提出，自BIM提出以來，影響著建筑業(yè)朝著信息化方向改革發(fā)展，隨后逐漸擴展到英國、日本、澳大利亞等發(fā)達國家[3]。在國外，BIM技術已經被用于全生命周期，并已帶來顯著經濟效益，著名案例之一是BIM應用于美國維薩爾大學霍夫學院，該項目是近年來BIM應用于校園建筑運維階段應用較為成功的案例，成功表達了建筑業(yè)BIM信息化的思想，該項目運用BIM省去了原手工數據的錄入和保存，縮短人工數據采集時間，空間信息管理能力得到提升。

我國自2002年以來也逐步開始接觸BIM等相關知識，中國建筑業(yè)逐步進入利用BIM對建筑模型進行開發(fā)、使用和維護的新階段。2015年國家住建部在《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》[4]中提出，信息化是建筑產業(yè)現(xiàn)代化的主要特征之一，BIM應用作為建筑業(yè)信息化的重要組成部分，必將極大地促進建筑領域生產方式的變革。到2020年末，以國有資金投資為主的大中型建筑和申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)在前期設計、施工、運營維護階段，集成應用BIM的項目比率達到90%。

從2002年至今，BIM的行業(yè)市場需求迅速增加，通過資料顯示，截止2018年我國BIM市場規(guī)模為46.31億元[5]。通過相關資料查閱收集，總結出中國BIM的發(fā)展趨勢圖，如圖1所示。

圖1 中國BIM技術的發(fā)展趨勢圖

通過圖1不難發(fā)現(xiàn)，在概念導入階段，BIM技術發(fā)展迅速，新概念新技術的引入激起建筑業(yè)強烈的反映，新舊概念的碰撞讓BIM技術發(fā)展迅速，這一階段BIM的應用主要在模型創(chuàng)建階段。在初步研究階段進入了BIM技術學習的理性期，期間的主要工作在于以應用為主的平臺建設階段。在技術發(fā)展階段，公司主要以盈利價值為取向，實現(xiàn)BIM運維階段的成熟應用。

目前中國BIM的發(fā)展尚停留在初步研究階段，國內還未形成相對成熟的、成體系的建筑設施運維管理平臺。

1.4 BIM在建筑全生命周期中的應用

在前期規(guī)劃階段，可以基于現(xiàn)狀條件進行模型開發(fā)，對項目開發(fā)進行費用的估算，對建筑外部環(huán)境進行分析，以便更好地設計建筑設施模型。

在設計階段對建筑的通信網絡系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、冷熱源系統(tǒng)、消防安防系統(tǒng)等進行3D建模分析及評估。

在施工階段運用BIM技術提前分析系統(tǒng)模型，避免施工誤差，提高效率。

在運維階段進行空間管理、設備管理、運行維護。

1.5 基于BIM技術的設施管理

運用BIM技術對建筑設施進行管理，包括設施運行監(jiān)控、設施維護、設施資產管理、對建筑環(huán)境分析、建筑空間管理、應急管理共六大模塊，具體內容如圖2基于BIM的設施管理運維結構圖如圖2所示。

圖2 基于BIM的設施管理結構圖

2 基于SWOT分析法分析企業(yè)基于BIM技術的設施運維管理平臺

查閱以往參考文獻可發(fā)現(xiàn)，目前利用“SWOT分析法”分析基于BIM的建筑設施運維管理平臺的相關研究較少。本模塊內容是基于建筑設施運維管理平臺運維應用的SWOT分析，結合SWOT分析法分析建筑設施運維管理平臺的優(yōu)勢(strengths)、劣勢(weaknesses)、機會(Opportunities)、威脅(threats)[6-9]，從而更全面的了解公司的運營狀況，制定更完善的運營策略，對企業(yè)未來發(fā)展樹立更清晰的目標，優(yōu)化公司戰(zhàn)略，以此獲得更高的、可持續(xù)的企業(yè)利潤。

2.1 優(yōu)勢

在前期策劃階段，利用建筑設施運維管理平臺整合建筑設計需求，完善整體規(guī)劃方案。

在建筑設計階段，使用建筑設施運維管理平臺提前進行空間設施管理模擬，提高空間利用率。

在建筑施工階段，應用建筑設施運維管理平臺可以利用平臺模型的可視化的功能，提前做好復雜施工節(jié)點的設計，減少工程變更。

在建筑運維階段，應用建筑設施運維管理平臺可以實時對項目成本進行控制，節(jié)約成本，提高生產率，增加企業(yè)收益。

2.2 劣勢

目前建筑業(yè)仍不普遍使用BIM技術開發(fā)建筑設施運維管理平臺的原因在于：

基于平臺本身來說，前期投入較大，需投入較大的財力、人力、物力：前期需投入較大的資金進行平臺的開發(fā)，缺乏專業(yè)的人才需對技術人員進行前期的培訓，需要購買相應開發(fā)設備和開發(fā)軟件。

基于企業(yè)本身來說，現(xiàn)有的體制下，企業(yè)要單獨開展一個平臺運維部門。對于相對成熟的企業(yè)來說，部門級別進行大整改難度較大。

基于平臺應用的發(fā)展來說，目前大部分公司BIM平臺應用仍僅僅用在前端可視化的方面，并沒有充分利用此平臺，平臺利用率不高。基于BIM平臺本身而言仍有待開發(fā)和擴展。

2.3 機會

國家出臺相關政策，鼓勵BIM技術的應用發(fā)展。

社會環(huán)境近5年BIM技術成建筑業(yè)炙手可熱的新技術，發(fā)展前景形勢大好。

企業(yè)本身基于BIM平臺，可以實現(xiàn)不同部門之間數據共享，增加部門之間緊密性，提高生產效率，獲得更高實際效益。

2.4 威脅

新型運維模式必然會對傳統(tǒng)運維模式產生沖突，以往的DBB(Design-Bid-Build)模式，各方之間數據相互割裂，易造成數據丟失，新型運維模式則是各部門協(xié)同工作，共同協(xié)調。

目前建筑設施運維管理平臺僅僅是發(fā)展初期，技術發(fā)展不成熟，缺乏集成化的應用。

平臺維護人員經驗不足，老員工工作經驗豐富但平臺開發(fā)能力不足。

綜合其優(yōu)勢、劣勢、機會和威脅，具體如圖3所示。

圖3 SWOT分析圖

綜合圖3，對外從外部環(huán)境角度來看，國家政策支持，外部環(huán)境市場活躍。對內從企業(yè)自身來看，建筑設施運維管理平臺可以完善整體規(guī)劃，提高空間利用率，減少工程變更，提高項目收益，但目前建筑設施運維管理平臺處于發(fā)展初級階段，各項花費較大且各項技術發(fā)展仍不成熟。基于此，在企業(yè)戰(zhàn)略層面：建設建筑設施運維管理平臺明顯利大于弊，仍應繼續(xù)大力發(fā)展建筑設施運維管理平臺，目前的弊端只是暫時性的，隨著技術成熟，弊端會逐漸消失，優(yōu)勢會越來越明顯。操作層面：應繼續(xù)對應用平臺進行開發(fā)，逐步完善其功能，使之更適應公司應用，以此獲得實際效益。

3 利用BIM技術建立建筑設施運維管理平臺

近年來隨著BIM技術的發(fā)展，BIM模型已經應用在各個工作領域，BIM數據應用于設施管理的過程實際上是BIM數據的組織再利用過程，以原有建筑數據為基礎，經過數據的提取、篩選、優(yōu)化，依靠BIM軟件平臺，以構件圖像化的方式將BIM數據集合起來，進而提高設施管理的效率和成本。

本文以真實項目中的某地下機房為例，在現(xiàn)有的設施管理軟件的基礎上進行開發(fā)——基于BIM的建筑設施運維管理平臺，體現(xiàn)了BIM模型的應用，也探究了BIM應用的創(chuàng)新點。

3.1 系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)整體架構主要分為平臺服務器端和平臺瀏覽器端兩部分[10]，系統(tǒng)主要實現(xiàn)了二三維模型的建立與顯示、設備數據的存儲與傳輸、二三維圖紙的聯(lián)動、模擬漫游功能的實現(xiàn)、設備設施的維保。數據存儲在系統(tǒng)數據庫中，通過JDBC數據的傳輸實現(xiàn)服務器端和客戶端的數據共享顯示，系統(tǒng)設計如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)結構圖

3.2 BIM建筑設施運維平臺建立

3.2.1 BIM模型建模

本項目使用開源軟件進行建筑模型的建立，并在開源軟件上對模型進行開發(fā)和維護。首先是模型的創(chuàng)建，將源文件(冷凍機房170612N.rvt )導入到開源軟件中發(fā)起文件轉換，自動生成數據包，一部分存儲到云端服務器，另一部分存儲到本地數據庫中。

此期間設計開發(fā)人員可能會對多個樓層發(fā)起多個子文件的模型轉換，隨后在開源軟件內進行集合即可。網頁進行JavaScript組件集成，實現(xiàn)圖紙模型的在線瀏覽。Revit模型進行模型重構，將Revit模型轉化為更適合設施管理的基礎BIM模型，如圖5所示。

圖5 Revit模型轉化為BIM模型

具體BIM模型建立流程圖如圖6所示。

圖6 BIM模型建立流程圖

BIM模型建模完成后具體顯示界面如圖7所示。

圖7 BIM模型建立完成顯示

3.2.2 實現(xiàn)模型和設備的虛實映射

通過模型和設備的虛實映射，可以在平臺界面上點擊任意的想要查詢的設備，直接進入BIM模型機房的指定區(qū)域，

實現(xiàn)BIM模型的虛實定位[11-13]。例如：要迅速查驗冷凍機房A區(qū)，可以點擊左側主界面的按鈕，實現(xiàn)迅速進入冷凍機房A區(qū)域。

實現(xiàn)關鍵：找到A設備的準確ID，縮放到相應位置。具體實現(xiàn)方式：

function zoomToselectedComponentsA()

{

Viewer3D.clearSelectedComponents();

Viewer3D.addSelectedComponentsByID([“1095451”]);

Viewer3D.zoomToSelectedComponents();

Viewer3D.render();

}

整個應用平臺的面板上包含了重要的設備區(qū)域，選擇想要選擇的區(qū)域即可找到該區(qū)域的準確位置，如圖8所示。

圖8 模型和設備的虛實映射

3.2.3 設備的日常定點巡檢漫游

設施運維管理平臺首先要實現(xiàn)日常設備巡檢漫游功能。以往進行人工巡檢時，巡查員進行設備的巡查要耗費大量的時間，平均1小時左右。每到一個設備巡查點，巡查員要進行設備數據的錄入，目前大公司使用掃描二位碼進行數據的錄入，甚至目前為止有些小型公司仍靠手動記錄下數據，再返回工作點進行數據的錄入，極易造成數漏記、錯記的現(xiàn)象。依靠設施運維管理平臺，可以實現(xiàn)模擬巡檢。巡查員不必出辦公室即可對設備進行巡檢，自動完成設備數據的錄入，操作流程即：開始，巡查員點擊巡檢按鈕，等待巡檢完畢，結束。

實現(xiàn)關鍵：首先要獲取定點設備的唯一識別號即ID，其次要獲得定點設備坐標(x,y,z)，即可實現(xiàn)定點到哪個設備，取得當前設備數據，接著去下一個巡查點獲取數據，一直到巡查結束。

整個流程中，巡查員不需要到現(xiàn)場進行巡查，即可在平臺內獲取到數據。

3.2.4 設施設備的日常維護

傳統(tǒng)數據存儲處理和設備之間是相互割裂的，數據有其數據集，查詢時不能直觀的映射到相應的設備，只能通過設備的ID查詢設備臺賬從而獲取到數據。該功能的實現(xiàn)將數據同設備模型緊密結合起來，能夠直接將模型和數據實現(xiàn)映射[14-16]。日常設備巡檢數據都存儲在設施管理平臺上，一旦設備出現(xiàn)故障，維修人員可查詢設備的歷史數據，以便更快速找到問題點并解決。設備維修人員也可定期查看設備數據以便實時查詢有無異常。

實現(xiàn)關鍵：在MySQL數據庫中構建相應設備信息表單，該建筑設施運維管理平臺的設備信息表相應字段信息和相應設備信息表詳見附錄表1、表2所示。

表1 設備信息表的相應字段

表2 設備信息表

在設備信息表單構建完成后，完成設施運維管理平臺同設備臺賬的映射，點擊界面上相應設備模型獲取EQ_BIM，查詢數據庫表單的相應對象，獲取設備臺賬信息，并展示到左側的面板中。相應設備維保信息如圖9所示。

3.3 應用情況

該建筑設施運維管理平臺將BIM應用到建筑設施運維階段。該項目前期進行BIM模型輕量化處理，進行空間結構劃分、建立相應系統(tǒng)拓撲關系、構建相應設施管理對象、對設施管理對象進行相應屬性優(yōu)化等使其滿足開發(fā)階段要求；中期平臺功能開發(fā)階段，實現(xiàn)模型和設備的虛實映射，設備日常定點巡檢漫游和設備臺賬的日常維護等基本功能；后期運維階段，對設備臺賬信息進行相應的數據維護，實現(xiàn)對數據進行相應的增、刪、改、查等操作。

圖9 設備維保信息

該建筑設施運維管理平臺應用于企業(yè)，為企業(yè)提供了相關服務的可視化平臺，加快了企業(yè)信息化管理進程。

4 總 結

本文首先介紹了基于BIM的設施管理相關研究，其次利用SWOT分析法分析企業(yè)建筑設施運維管理平臺的發(fā)展趨勢，最后利用BIM技術建立相關建筑設施運維管理平臺，對行業(yè)進一步應用BIM技術有一定的借鑒作用。