計算機信息編碼應用于建筑物病害管理的理論研究

王澤文 范文逸 章亮 馬昕玥

引言

隨著我國市場經濟的深入和全球經濟一體化的推進，建筑業作為傳統的產業面臨著嚴峻的挑戰，建筑市場競爭也越來越激烈。投資方對于項目的管理從決策階段到使用階段貫穿始終，而絕大多數企業往往將工作重心放在設計實施階段，對于后期運營和維護階段的投入較少，這一階段的信息化發展尤為緩慢。

建筑項目運營維護階段（簡稱運維階段）是指建筑項目全壽命期中從項目竣工驗收交付使用開始，到建筑物最終報廢的時間段。這一階段，建筑物面臨著外部環境和內部材料等因素的影響，產生諸多病害信息。本課題針對各類病害信息進行編碼，提高建筑物的使用壽命。并且挖掘大量的歷史數據，降低建筑物運營和維護的成本。

建筑信息化的國內外現狀

現階段公共建筑的運營維護的信息化水平比較低，普遍存在著建筑全生命周期信息的利用率不高、運營維護管理效率比較低，以及大量重復性工作浪費寶貴的時間、人力和財力等弊端[1]。國外的情況不太一樣，有的國家的建筑是備案制的，所以不需要審批。有的國家也是審批制的，也普遍實現信息化，只不過信息化的具體程度不一樣[2]。本課題側重于探討和研究建筑運維階段病害檢測數據信息編碼的應用。

BIM技術

目前國內BIM在運維階段中的應用案例并不多，只有少量的建筑項目進行了BIM運維管理的嘗試。經典案例有由上?；壑ㄐ畔⒓夹g有限公司研發的Smart FM運營管理系統，該系統已經于上海中心被應用，它開創了國內基于建筑信息模型（BIM）的運營管理系統的先河，基本實現了空間管理、設備管理和系統管理，并致力于實現應急管理和能耗管理[3]。

同國內類似，BIM技術在國外建筑的運營和維護階段運用得并不多，而且大多側重于設備管理和能耗監控。如Volk R等在綜述中介紹了對既有建筑進行設備管理的方法和在拆除階段時的數據采集技術，這只涉及了BIM在運維階段中的一部分應用。

建筑業信息化

在標準規范方面，建立建筑業信息化標準體系，制定建筑業信息化基礎數據標準和企業信息化通用技術規范，解決建筑業信息化的基礎性問題[4]。國內的智能物業管理系統起步較晚，自2004年張建平等人才開始著手涉及這一領域，主要參考了IFC標準、BIM技術。

美國建筑壽命期管理信息化源于建設項目信息化管理。20世紀80年代，美國軍方啟動了連續獲取和壽命期支持（Continuous Acquisition and Lifecycle Support，CALS）項目。其針對項目的全壽命期（包括軍需品的建議、報價、設計、制造、提交、支付等階段）中的各階段實施無紙化。通過項目實施，減小了文檔的體積和重量，方便文檔的傳遞、修改和查詢，并實現項目信息的及時共享。據報道，美國軍方實施CALS項目后，平均成本降低了30%。

關于建筑物信息編碼的理論研究

信息化概述

信息化是指培養、發展以計算機為主的智能化工具的新生產力，并使之造福于社會的歷史過程。智能化工具又稱信息化的生產工具，它一般必須具備信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息再生、信息利用的功能。與智能化工具相適應的生產力，稱為信息化生產力。

信息化是以現代通信、網絡、數據庫技術為基礎，將所研究對象各要素匯總至數據庫，供特定人群生活、工作、學習、輔助決策等和人類息息相關的各種行為相結合的一種技術，使用該技術后，可以極大地提高各種行為的效率，為推動人類社會進步提供極大的技術支持。

信息編碼的方法

在當今，各國在國際標準化組織所擬定的分類體系框架（ISO12006-2）下，自主編制了各自的建筑信息體系。我國為了盡快形成一套針對我國建筑工程全過程的信息分類和編碼體系，中國建筑設計研究院等50家單位參與編制了《建筑信息模型分類和編碼標準》。《標準》中，編碼結構由表代碼與分類對象編碼組成，兩者之間用“-”連接;分類對象編碼由大類代碼、中類代碼、小類代碼和細類代碼組成，相鄰層級代碼之間用英文字符“.”隔開;表代碼和分類對象各層級代碼均采用兩位數字表示;采用此種編碼規則具有可擴延性、兼容性和實用性，方便后期應用時根據不同需要進行擴展引用，與現有其他標準相協調，滿足總要求和總目標的前提下，滿足系統內相關單位的需求。

建筑業信息化

建筑行業信息化是指運用信息技術，特別是計算機技術、網絡技術、通信技術、控制技術、系統集成技術和信息安全技術等，改造和提升建筑業技術手段和生產組織方式，提高建筑企業經營管理水平和核心競爭能力，提高建筑業主管部門的管理、決策和服務水平。

建筑行業信息化大致可以分為三個階段：

（1）1950-1990年：信息化1.0時代

建筑設計從傳統的手工繪圖轉變為省時省力、更加精確的計算機制圖，CAD技術也在此領域得到廣泛的應用，CAD系統也日趨成熟。二維和三維圖形處理技術、模擬仿真及科學計算可視化等技術大大推動了建筑行業信息化的第一次革命。

（2）1990-2000年：信息化2.0時代

20世紀90年代，互聯網技術為代表的科學技術蓬勃發展，被快速引入建筑行業。建筑工程項目各參與方通過互聯網實現了數據的共享及多項目之間資源的互換，信息和技術也在此大背景下得到了更加便捷的共享，促進了行業的興旺發展。

（3）21世紀以來：信息化3.0時代

21世紀，BIM技術得到應用及推廣，引起了建筑業市場的強烈關注，BIM的標準體系也得到建立。在互聯網的幫助下，迅速實現了建筑業產業鏈條上下游之間的數據和信息共享，快速促進了建筑業信息化市場的進一步重構。

既有住宅建筑物的病害信息分類

病害信息概述

建筑物的病害是建筑工程質量事故與質量缺陷的統稱。本篇論文，主要針對建筑物在使用過程中產生的各類病害，這些病害通常是由于外部環境、內部質量或人為等因素造成的。

建筑物在使用過程中，產生的病害通常分為以下七大類：損傷、裂縫、腐蝕、凍害、滲漏、老化和倒塌。在我們的研究過程中發現，不同地區地理環境、住戶的生活習慣、建筑物的材料等因素對于病害的影響也是不同的。

從中國大環境來分析，南方地區屬于亞熱帶或熱帶季風氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和干燥，建筑物病害類型多以腐蝕、滲漏以及開裂為主。而北方多屬溫帶季風氣候，夏季高溫，冬季寒冷干燥，建筑物多以凍害、開裂和老化為主。

因此，針對不同地區的病害，防治策略的重點也是有區別的。

病害產生原因

（1）外部環境

建筑物在建成后，不同的外部環境對于建筑物造成的傷害是不盡相同的。例如在潮濕的環境下，墻體表面易產生表皮脫落，木質材料則容易產生霉變、腐爛等病害損傷。對于建筑物最主要的兩個影響因素是溫度和濕度。

（2）內部質量

內部質量取決于住宅建筑物各個構件的使用材料質量、建筑物施工到位與否、設計的合理性等多個因素，它們的不合格都會誘發住宅建筑物在使用過程中產生各種各樣的病害。

（3）人為因素

人為因素主要有以下兩個方面，一是使用前施工人員的施工問題，二是住戶在使用過程中使用不當，對于建筑物隨意改造。

病害信息的分類

病害信息的分類角度有多個，這里我們按照病害信息的性質對其分類，簡單列舉以下七大類：

（1）損傷：指材料制造工藝過程或使用過程中因荷載、濕度、環境等作用，使材料的微細結構發生變化，導致材料宏觀力學性能或裝飾及使用功能的劣化。

（2）裂縫：指固體材料中的某種不連續現象，其形態主要表現為“開裂”。

（3）腐蝕：指腐蝕介質對材料的物理化學的破壞作用（如圖1所示）。

（4）凍害：指在飽和水或潮濕狀態下，因溫度正負變化，使材料內部孔隙中的水結冰膨脹或滲透膨脹，融解松弛，從此反復循環產生疲勞應力，所造成的破壞。

（5）滲漏：指防水工程的漏水、滲水和潮濕。包括：地下工程滲漏水，屋面滲漏水，衛生間滲漏水，墻面滲漏水。

（6）老化：指有機高分子材料或制品逐漸喪失彈性，出現裂紋、變硬、變脆或變軟、發黏、變色等現象（如圖2所示）。

（7）倒塌：指建筑物整體或局部坍塌。包括：垂直結構破壞倒塌，水平結構破壞倒塌，懸臂結構破壞倒塌，磚拱結構破壞倒塌，地基原因造成倒塌，建筑物原因造成倒塌，建筑物加層倒塌，維護不當倒塌。

關于建筑物病害信息編碼的研究

建筑業既有的信息編碼及標準

（1）IFC標準

IFC標準的描述方法為面向對象法，一共自上而下分為領域層、共享層、核心層、資源層，每個層級包含不同的模塊，不同的模塊描述相關的工程信息，下層不能引用上層的信息資源。IFC標準由BSI制定并維護，該組織的官方網站上會公布支持IFC標準且已通過組織認證的BIM軟件。IFC標準具有公開性、可擴展性等特點，目前IFC標準主要應用于建筑領域，但是如今也有諸多科研團隊把IFC標準擴展到橋梁工程、鐵路工程等領域。

（2）IFD標準

為了確保不同人員在信息共享中獲得自己所需的信息，IFD標準對建筑領域內的信息進行了系統的分類整理，然后賦予了每一個概念一個類似于身份證號碼的全球唯一的標識碼 GUID（Global Unique Identifier，全球唯一標識），唯一標識碼代表其對應的信息[5]，代碼更有利于計算機識別，這樣同一個單元信息在不同的系統中識別出的結果是統一的。

（3）IDM標準

IDM標準是為了保證信息交互的完整性與協調性[6]，以防出現某個軟件提供的信息不是另一個軟件需要的信息這種情況，主要作用為以下兩點：

① 對建筑工程全生命周期的實施過程進行明確描述，標準化其工作流程;

② 明確了不同階段不同工作提交和需要的信息，使工作具有針對性，同時確保接收信息的完整性和準確性。

住宅建筑物病害信息編碼

（1）編碼方法

目前構件分類編碼可以采用工程計價清單編碼，但病害等信息編碼有待研究。

借鑒清單編碼，再建立一套病害編碼，兩套編碼是平行關系，具體記錄是：清單碼+病害碼+日期碼+空間碼……

（2）編碼體系

如表1、表2所示，按照類似方式將七類病害類型，繼續編碼，在此不一一列舉。

項目運維階段病害信息編碼的運用

通過使用病害信息編碼，極大地提高工作效率，并且為后期運營和維護建筑提供了合理的定價依據，解決問題的基本步驟如下：

（1）檢驗并總結住宅建筑物的所有病害

（2）查詢建筑病害編碼

（3）根據病害信息編碼計價規范合理報價

（4）優化建筑物病害維修報價

（5）安排維修人員對住宅建筑物進行維修

（6）維修過程中結算

（7）維修后決算

在后期的維護工作中，最重要的一點在于根據計價規范合理控制運維報價。針對一棟建筑物，實時觀測建筑物的病害情況，計算維修周期，對維修方案不斷進行優化和調整，減少投資方對于建筑物維護成本上的投入。

結語

本文著重針對建筑物后期使用階段的運營和維護，研究建筑物可能會產生的病害類型，提出了既有建筑物的病害編碼方面的運用。彌補建筑業在維護階段信息化發展的不足，提高了對建筑業信息化的認識。同時，也能為建筑業維護階段帶來一些借鑒和參考意義。

參考文獻：

[1]江文.BIM技術在公共建筑運營維護階段的應用研究[D].大連理工大學，2016.

[2]孫秋蘭.基于BIM的建筑設備維修決策系統研究[D].重慶大學，2014.

[3]程懷軍.信息技術在建筑項目管理上的應用[D].吉林大學，2015.

[4]張建平，郭杰，王盛衛，等.基于IFC標準和建筑設備集成的智能物業管理系統[J].清華大學學報（自然科學版）.2008（06）：940-942，946.

[5]邱奎寧，張漢義，王靜，等.IFC技術標準系列文章之一：IFC標準及實例介紹[J].土木建筑工程信息技術，2010，2（01）：68-72.

[6]何關培.實現BIM價值的三大支柱-IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技術，2011，3（01）：108-116.

指導教師：胡世翔