BIM的智慧建筑運維管理系統設計

吉林建筑科技學院 高林帥 李 馨 馬安平

隨著我國建筑行業的蓬勃發展，國民生活水平的不斷提高，對建筑項目后期運維管理需求及管理水平提出了更高的標準。通過了解國內BIM技術和智慧建筑的現狀，總結關于目前常見的三種BIM運行維護的實現方式，提出運營維護系統設計方案。

智慧城市始于一棟建筑，智慧建筑是智慧城市的基石，未來的智慧城市無論城市的規模、技術的范圍多大，都涵蓋了智慧建筑或智慧園區。目前我國已建設成一部分具有明顯特點的智慧化城市，但在維護管理和提高人民生活水平服務、加強改進社會管理機制、建立相應的制度維護保障網絡安全等方面還需逐步完善。

1 BIM技術和智慧建筑的現狀與分析

1.1 BIM技術

建筑信息模型（BIM）技術是基于建筑工程信息數據制作的建筑模型，可對建筑全生命周期內信息使用數字信息模擬方法進行三維數字化描述。BIM技術最核心的功能是信息整合功能，能夠通過搭建三維信息模型，將龐大的數據信息資料放在一個獨立的共享平臺上，供建筑各使用者共享使用。

目前，BIM技術在我國從概念引入到深入應用發展了近20年，但BIM技術在建筑行業的應用主要集中在建筑的設計階段和施工階段，在建筑的運維階段的應用比較少，因此要重視BIM技術在建筑運維管理中的應用研究，利用BIM技術對建筑運維數據信息進行整合與分析，提升建筑工程項目的運維效果，降低建筑運營成本。

1.2 智慧建筑

傳統建筑的最終目的是為用戶提供居住和使用的場所，而智慧建筑區別于傳統建筑在于融入了相關智能化設計，將BIM信息模型與大量的智能化設備相結合，通過智能化手段，對整個建筑或建筑區域進行智能化、數字化管理，為使用者、居住者、管理者提供智能、安全、高效、舒適、方便的理想生活場所及服務，同時可以在最大限度上減少建筑實施階段和運維階段的工作量，提高生產率和運營服務水平。

目前，相比國外發達國家，我國智慧建筑的普及率很低，在既有建筑中智慧節能型建筑只占1%。我國智慧建筑發展還處于初步階段，關于智慧建筑理論研究非常少，如何進行智慧化系統管理也處于探索階段。

1.3 BIM技術在智慧建筑運維管理中的應用

智慧建筑的發展離不開新興信息技術的運用，目前主要有BIM技術、物聯網技術、人工智能技術以及三者的融合。BIM技術是現代建筑業發展最為主要的信息化技術，可以提供建筑前期的建設模擬分析平臺及后期的運維管理工具給建筑項目各參與方和使用方，幫助各方人員在建筑工程項目的全生命周期內，通過BIM技術實施科學合理、有效的管理。BIM技術在建筑投入使用后運維的過程中，能夠對建筑項目實時地進行動態的管理及控制，能夠代替人工對建筑部分項目進行運維管理，有利于提升建筑后期的運維效益，促進智慧建筑可持續發展。

2 BIM運行維護的三種實現方式

2.1 利用基本維護軟件開發可支持BIM技術的功能

據研究，目前國外應用CAFM（計算機輔助設施管理系統）軟件約有200種，大部分在國內知名度很高，但是利用人數很少。國內智慧化建筑的運營維護管理應用包括兩種類型，一種是以OA或ERP為主要功能，另一種是以BMS（建筑設備管理系統）或IIS（智能集成系統）為中心的功能。廠商和產品數量不在少數，但市場相對比較分散，集中度相對不高。相對當前而言，這類軟件，通常不具備BIM模型三維展示效果也不具備數據分析功能，因而能被選用與BIM技術相結合的軟件數量較少，但未來隨著標準和軟件接口的完善，這種類型軟件還是具有著很大的市場潛力。

2.2 對已有的BIM運維系統進行再次開發

BIM運用中最常見的是基于與Autodesk、Navisworks、Revit等相關軟件的二次開發，總的來說，這些二次開發的系統已經具備成熟的界面和圖形平臺，并且前期開發周期短和成本較低，可基本滿足需求。但由于軟件架構凌駕于商業軟件之上，無法控制其核心的數據存儲系統和管理功能，因此在其性能和功能擴展上均會受到一定程度的限制，長期以往成本普遍較高。

2.3 自主研發新型的運維系統

與二次開發相比，自主開發的建筑物維護平臺更加靈活，可以根據需要選擇必要的開發功能，并且可以從底層進行相對應的優化。特別重要的是，我國自主開發的BIM運營維護平臺不會對國外商業軟件產生依賴性，可以更好地維持我國基礎信息的安全。雖然受到研發能力等因素的制約，距離搭建功能完整的運維系統依舊存在著一定的差距，但是我國在某些特定功能或領域取得了較多價值頗高的的成果。例如根據BIM的運營維護理論和基于Web的應用框架進行研究，自主研發基于BIM的橋梁運輸管理系統，為橋梁的運行和維護提供可視化的成果展示。通過整合基于BIM的機電設備智能管理系統，自主構建建筑管道工廠化信息管理平臺，從而實現建筑機電安裝工程設計階段、施工階段以及運維階段的信息共享、共用，實現了施工過程一體化、施工進度透明化，進一步加快了基于BIM運維智能化。

通過調查研究我們可以看出，三種方式都有著各自的特點，但第一種方式過于繁瑣和陌生。本研究在運維系統的設計時，我們采用將第二種和第三種相結合的方式，建立一套相對完整的運維系統。

3 運維管理系統設計

通過前文的研究，在以下方面對運維系統進行設計：首先將智慧建筑建設的前兩個階段和運維階段管理整合到同一個系統進中，在設計和施工階段就進行工程數據收集和計算，以達到可以事先感知、事中控制、后期可追溯三個目標。

3.1 使用二次開發的方式設計

利用基礎造型軟件等對建筑物外形進行基礎建模，通過模型基本判斷整個建筑的外形及結構，較快計算出整個工程的運行費用、能耗量以及規劃意外發生有效且安全的逃生路線及方式。

3.2 使用自主開發方式

在二次開發的基礎上，對模型進行細節的補充，對建筑物內的每一個設備及空間進行合理的放置及分配，對建筑物內部的環境及人員需求有準確的預測和判斷，對每一處的設備進行統一聯網控制，利用物聯網和大數據在最短的時間內準確的找到問題并且能及時解決問題。此遠程運維系統相關的功能架構如圖1所示。

圖1 遠程智慧運維系統功能架構圖

數據采集平臺負責接收來自現場儀器儀表的數據、通信數據和網絡流量數據，并進行人為錄入數據;采集平臺每天生成的大量繁瑣的數據，以及涉及儀表的基本信息、運維信息、服務返回信息等相關的基本數據。通過利用這些數據，現場管理人員可以客觀的掌握整個現場相關儀表的運行情況及相關進度;車間管理人員可以及時了解儀表設備運行保養狀態、質量穩定性等相關專業性信息。如若儀表出現故障，儀表設計方也可以根據這些已經獲得的數據分析問題出處，快速找出解決辦法，提高相關的工作效率。數據層負責對現場儀表的實。時運行、維修、保養等信息進行分類整合歸檔。邏輯層包含了運維系統的故障預測模塊、運維記錄模塊、運維評估模塊、運維決策模塊等數據應用操作服務。應用層主要包含網絡監控、儀表數據監控、應用監控等監控模塊，系統設置、儀表管理、售后管理等管理模塊。

結語：在建筑物全壽命周期內，建筑物的后期運維成本逐年增高，同時在建筑物使用的過程中隨時可能出現各式各樣的運營難題，這一直是建筑后期運維的瓶頸。通過智慧化建筑運維管理系統這個載體，建筑成果和運維服務將會被無限拓展。BIM+運維必將在未來促進智慧建筑建設和智慧化城市的發展，使我國建筑運維管理更加智能化。