基于BIM的數(shù)字協(xié)同平臺(tái)在樓宇智慧運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)用實(shí)踐研究

文/潘軍

一、應(yīng)用實(shí)踐的背景

位于上海市主城區(qū)的C中心，是一個(gè)集辦公、商業(yè)于一體的城市綜合體。其中，辦公塔樓面積約5萬(wàn)平方米，商場(chǎng)近4萬(wàn)平方米，車(chē)位600余個(gè)。該項(xiàng)目于2017年竣工并投入使用。項(xiàng)目在建造中未采用BIM技術(shù)，所有設(shè)計(jì)技術(shù)文件均基于CAD文件，施工管理在線下進(jìn)行。根據(jù)上海市城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型與節(jié)能環(huán)保要求，業(yè)主組織相關(guān)方基于竣工資料建立BIM模型，在現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備條件下對(duì)樓宇進(jìn)行有限數(shù)字化改造，將部分設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)與空間系統(tǒng)的信息接入基于BIM的數(shù)字協(xié)同平臺(tái)（BIM-DCP），實(shí)時(shí)掌握樓宇設(shè)備設(shè)施與空間狀態(tài)，以期初步實(shí)現(xiàn)樓宇運(yùn)營(yíng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)，如圖1所示。

圖1 C中心基于BIM的數(shù)字協(xié)同平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

二、數(shù)字協(xié)同平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)踐

（一）設(shè)備資產(chǎn)管理

設(shè)備資產(chǎn)管理是BIM系統(tǒng)的傳統(tǒng)核心應(yīng)用。將關(guān)鍵設(shè)備資產(chǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)信息輸入BIM，不僅可以在平臺(tái)上直觀查詢(xún)感興趣的設(shè)備資產(chǎn)信息，如幾何信息、供應(yīng)商信息等，還可以顯示實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)KPI值與實(shí)際運(yùn)行值的比較。當(dāng)特定設(shè)備資產(chǎn)產(chǎn)生維修保養(yǎng)需求時(shí)，由于BIM模型是現(xiàn)實(shí)實(shí)體建筑設(shè)備的數(shù)字孿生系統(tǒng)，維護(hù)工程師可首先利用BIM模型查詢(xún)相關(guān)資產(chǎn)的空間位置與相關(guān)信息，確定需要維保的內(nèi)容與備品備件，利用BIM-DCP與物業(yè)管理系統(tǒng)的接口生成維保工單，從而直接從庫(kù)房領(lǐng)取備品備件后前往設(shè)備資產(chǎn)所在的位置進(jìn)行維保作業(yè)。工單完成后，相關(guān)維保數(shù)據(jù)自動(dòng)從標(biāo)準(zhǔn)化物業(yè)管理系統(tǒng)的接口傳送至BIM-DCP并加以更新。這一作業(yè)模式顛覆了傳統(tǒng)的線下管理模式，優(yōu)化了作業(yè)路徑，保持了數(shù)據(jù)一致，提高了工作效率。此外，如在施工階段即交付具備設(shè)備設(shè)施信息的竣工模型，實(shí)現(xiàn)施工、運(yùn)維一體化的愿景，則工作效率還會(huì)顯著提高。

（二）空間租務(wù)管理

BIM的數(shù)字孿生特性賦予其強(qiáng)大的空間管理能力，將BIM的空間展示能力與樓宇的租賃管理相結(jié)合，可在BIMDCP上直觀地展現(xiàn)租戶(hù)與空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2所示。利用這一直觀的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還可附加消防、疏散、門(mén)禁、能耗等設(shè)施設(shè)備信息，溫度、空氣質(zhì)量、濕度等空間環(huán)境信息以及未來(lái)的人流量信息。同時(shí)，適度利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以為特定租戶(hù)畫(huà)像，提升租務(wù)與租戶(hù)服務(wù)的水平等級(jí)。此外，BIM-DCP強(qiáng)大的信息集成能力可為今后基于態(tài)勢(shì)感知的高層次租務(wù)管理提供強(qiáng)大的信息保障。

圖2 BIM-DCP展示的租戶(hù)信息

（三）人流與停車(chē)管理

C中心作為城市綜合體，人流與停車(chē)管理是日常運(yùn)營(yíng)的重點(diǎn)之一。BIM-DCP集成了原有辦公樓大堂道閘與商場(chǎng)主要客戶(hù)入口增設(shè)的人流探針傳感器，向運(yùn)營(yíng)者展示了樓宇內(nèi)實(shí)時(shí)的總?cè)肆鲾?shù)據(jù)。同時(shí)，平臺(tái)還集成了車(chē)庫(kù)入口的道閘數(shù)據(jù)，將車(chē)輛的進(jìn)出信息與停車(chē)位信息直觀地反映在平臺(tái)上。

然而，由于C中心人流傳感器與車(chē)輛傳感器數(shù)量方面的不足，無(wú)法將人流量和車(chē)位占用量準(zhǔn)確地與空間關(guān)系即商戶(hù)和具體車(chē)位相對(duì)應(yīng)，限制了資管能力與車(chē)庫(kù)精細(xì)化管理能力的提高，這也是未來(lái)平臺(tái)集成化能力提升的方向之一。

（四）能耗監(jiān)測(cè)與管理

能耗監(jiān)測(cè)與管理是C中心運(yùn)營(yíng)管理的核心重點(diǎn)。在實(shí)踐中，BIM-DCP首先利用為不同樓層、不同區(qū)域、不同租戶(hù)配置的智能電表所采集的數(shù)據(jù)，以最小顆粒度展現(xiàn)商業(yè)、辦公與公共區(qū)域的電能消耗，如圖3所示。這種分類(lèi)原則符合上海市公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，便于與上海市公共能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)對(duì)接。其次，將樓宇BA系統(tǒng)的信息集成到BIM-DCP中，即時(shí)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，反映系統(tǒng)的工況，例如即時(shí)計(jì)算冷凍機(jī)的COP值，為調(diào)整系統(tǒng)工況、減少能耗與碳排放提供直觀可視的數(shù)據(jù)支撐。最后，BIMDCP獲取利用云資源存儲(chǔ)的全項(xiàng)目歷史能耗數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的天氣、室內(nèi)環(huán)境和人流數(shù)據(jù)，如圖4所示，使其與空調(diào)、電梯、照明的能耗、重要設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與環(huán)境、人流量等輔助參數(shù)形成數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)尋找其中的規(guī)律，為今后的能源精細(xì)化管理提供有力的數(shù)據(jù)支撐，如圖4所示。此外，也可通過(guò)能耗的實(shí)時(shí)分析與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比以及能源配額的消耗情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)租戶(hù)能耗的異常情況，提升項(xiàng)目的租賃管理與安全管理水平。

圖3 樓宇能耗信息展示

圖4 樓宇駐留人數(shù)與能耗的關(guān)系

（五）安全管理

在項(xiàng)目實(shí)踐中，BIM-DCP納入了消防報(bào)警管理、安防報(bào)警管理、電梯運(yùn)行狀態(tài)管理和疏散模擬等模塊。建筑消防設(shè)備模型按照LOD500的精度建模，所有火災(zāi)探測(cè)自動(dòng)報(bào)警器、手動(dòng)報(bào)警器、水泵等設(shè)備狀態(tài)信息，均通過(guò)消防報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)以數(shù)據(jù)接口方式接入BIM-DCP，并關(guān)聯(lián)靜態(tài)模型中的構(gòu)件。任何一個(gè)報(bào)警器被觸發(fā)后，BIM-DCP將收到消防報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)，即在平臺(tái)顯示報(bào)警信息，并自動(dòng)定位到模型中的具體點(diǎn)位，在三位空間圖中顯示，同時(shí)調(diào)用附近關(guān)聯(lián)視頻攝像機(jī)的信號(hào)，在第一時(shí)間視頻確認(rèn)報(bào)警情況，由指揮中心確認(rèn)是先派員查看還是直接由消防員攜帶裝備前往。這能有效縮短火警確認(rèn)時(shí)間。安防報(bào)警管理的信息與動(dòng)作模式類(lèi)似消防報(bào)警管理。

通過(guò)電梯控制系統(tǒng)輸出電梯運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，BIM-DCP能在線獲得電梯所在的樓層信息，并在三維模型中模擬顯示電梯的位置如圖5所示。模型的電梯轎廂構(gòu)件與轎廂內(nèi)的攝像機(jī)關(guān)聯(lián)，可同時(shí)顯示該電梯轎廂內(nèi)的狀況。在發(fā)生應(yīng)急情況時(shí)，如應(yīng)急迫降電梯，可隨時(shí)直觀了解異常電梯的位置與實(shí)際發(fā)生的情況。

圖5 BIM-DCP展示電梯轎廂的實(shí)時(shí)位置

通過(guò)BIM模型，BIM-DCP可模擬在緊急情況下特定空間內(nèi)人員的疏散速度，計(jì)算商場(chǎng)內(nèi)不同滯留人數(shù)分別所需的疏散時(shí)間，如圖6所示。模擬表明，當(dāng)人員隨機(jī)分布，且所有疏散通道正常開(kāi)啟時(shí)，有2個(gè)部位存在人員積壓。通過(guò)模擬，樓宇管理方補(bǔ)充修改了相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，明確要求當(dāng)實(shí)際發(fā)生類(lèi)似意外時(shí)，應(yīng)增派安保人員到上述部位指揮疏散分流。這也是智慧運(yùn)營(yíng)在突發(fā)事件應(yīng)急處置中的有益嘗試。

圖6 應(yīng)急疏散模擬

三、問(wèn)題點(diǎn)和優(yōu)化點(diǎn)

通過(guò)實(shí)踐總結(jié)，該BIM-DCP仍然存在以下缺陷和改進(jìn)之處。

（一）平臺(tái)的集成接口問(wèn)題

目前，多數(shù)設(shè)備系統(tǒng)的供應(yīng)商具有獨(dú)立性，其信息系統(tǒng)基本封閉，并嚴(yán)格屏蔽外部控制信號(hào)，可以將這些系統(tǒng)的控制邏輯視為“黑箱”。因此，即使開(kāi)放控制信號(hào)接入，業(yè)主也對(duì)由設(shè)備系統(tǒng)外的指令控制持高度謹(jǐn)慎態(tài)度?，F(xiàn)有的BIM-DCP“只監(jiān)不控”，只對(duì)采集到的信息作分析判斷，后續(xù)動(dòng)作需要人工進(jìn)入設(shè)備自帶的控制系統(tǒng)中發(fā)出反饋控制信號(hào)，因而無(wú)法形成閉環(huán)的大自動(dòng)控制系統(tǒng)。新建綜合體項(xiàng)目，如需實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)營(yíng)，需要納入BIM-DCP的設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議須統(tǒng)一，并爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)不僅由DCP讀數(shù)據(jù)，還要由BIM-DCP輸出設(shè)備控制信號(hào)，從而形成“既監(jiān)又控”。這一目標(biāo)只有業(yè)主在建設(shè)階段提出招標(biāo)采購(gòu)要求才能實(shí)現(xiàn)。

（二）傳感器問(wèn)題

在建筑的設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，未考慮后續(xù)數(shù)字精準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)的需求，導(dǎo)致傳感器配置的類(lèi)型不全，布置數(shù)量不足，精度不高，且國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的傳感器技術(shù)相對(duì)落后，核心傳感器的研發(fā)、創(chuàng)新及應(yīng)用仍有提升空間。例如，商場(chǎng)與辦公區(qū)域的溫濕度傳感器和停車(chē)庫(kù)車(chē)輛傳感器數(shù)量少，空調(diào)的精準(zhǔn)調(diào)控與車(chē)輛的動(dòng)態(tài)管理缺少數(shù)據(jù)支撐，導(dǎo)致BIM-DCP功能受限。未來(lái)的既有建筑數(shù)字化運(yùn)營(yíng)改造和新建建筑數(shù)字化運(yùn)營(yíng)能力提升，應(yīng)根據(jù)節(jié)能環(huán)保和智慧運(yùn)營(yíng)的要求，對(duì)傳感器進(jìn)行優(yōu)化并在建設(shè)期加以完善。

（三）軟件系統(tǒng)銜接問(wèn)題

BIM-DCP應(yīng)與資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理方的信息系統(tǒng)銜接，其產(chǎn)生的動(dòng)作需求應(yīng)納入管理方工單系統(tǒng)并加以實(shí)現(xiàn)。應(yīng)建立通道，將運(yùn)營(yíng)方維保動(dòng)作記錄與資管方的用戶(hù)信息自動(dòng)匹配至BIM-DCP的主數(shù)據(jù)中。只有資管、物管與BIM-DCP的充分聯(lián)動(dòng)與數(shù)據(jù)交換，才能使樓宇智慧化運(yùn)營(yíng)的效能發(fā)揮到極致。有足夠的“神經(jīng)元”，樓宇才有更“智慧”的基礎(chǔ)條件。此外，利用高清攝像機(jī)與后臺(tái)圖像識(shí)別系統(tǒng)的算力，也可以進(jìn)一步提高對(duì)人的管控能力，增強(qiáng)樓宇的防疫、治安與反恐水平。

四、結(jié)論

對(duì)既有建筑主要設(shè)備設(shè)施進(jìn)行有限數(shù)字化改造，可以將建筑的運(yùn)營(yíng)信息集成到數(shù)字協(xié)同平臺(tái)中，起到智慧運(yùn)營(yíng)管理的作用。而基于BIM的DCP，因其數(shù)字孿生特性而具備強(qiáng)大的三維可視化能力和多系統(tǒng)信息集成能力，能較大程度地提高運(yùn)營(yíng)管理的效能。

展望未來(lái)的新建樓宇，業(yè)主如能從本次基于BIM的數(shù)字協(xié)同平臺(tái)應(yīng)用實(shí)踐中獲取經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合樓宇設(shè)計(jì)、建設(shè)進(jìn)行整體規(guī)劃并加以實(shí)施運(yùn)用，將進(jìn)一步提升樓宇的智慧化水平。