基于BIM技術與新型信息技術的建筑智能運維管理系統(tǒng)的構建研究

楊茜 李娟 范琳琳 方琪

【摘 要】?研究表明，建筑運維成本占建筑全壽命周期成本的80 %，有效控制建筑運維成本將成為建筑業(yè)實現(xiàn)盈利的關鍵環(huán)節(jié)。文章通過研究BIM與物聯(lián)網、大數(shù)據、云計算等技術的結合，構建基于BIM技術和新型信息技術的智能運維管理系統(tǒng)，有效提升建筑運維的應用價值，有助于建筑運維管理的快速發(fā)展。

【關鍵詞】BIM; 物聯(lián)網; 智能運維管理系統(tǒng)

隨著當代信息技術的快速發(fā)展和其在各個行業(yè)的滲透，以BIM技術為代表的信息技術與傳統(tǒng)建筑的融合逐漸走進中國建筑運維管理市場。而在一個項目的全生命周期中，項目的運維管理占據全生命周期的大部分。所以，實現(xiàn)智慧城市的關鍵是實現(xiàn)建筑的智能運維。鑒于此，本文將研究構建一個基于BIM技術和新型信息技術的建筑智能運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)不同類型運維信息的動態(tài)可視化管理。

1 BIM與物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據等新型信息技術的融合

BIM與新型信息技術融合中，BIM技術是物聯(lián)網、大數(shù)據、云計算的基礎數(shù)據模型與核心內容。物聯(lián)網技術是通過傳感器收集所有類型施工作業(yè)的數(shù)據，并通過實時互聯(lián)網向本地運營中心和遠程用戶提供反饋。與云計算的聯(lián)合應用，是基于云計算強大的計算能力，將大型復雜工作轉移到云端，提高數(shù)據處理效率;基于云計算的大規(guī)模數(shù)據存儲能力，可以使BIM模型及相關業(yè)務數(shù)據云同步，方便用戶隨時隨地訪問共享。與大數(shù)據的結合，是利用大數(shù)據的數(shù)據收集、處理、與決策能力對建筑模型和建筑使用信息進行數(shù)據處理及分類。通過技術融合實現(xiàn)建筑項目全過程的可視化管理，構建“BIM+”智能運維管理平臺。

2 BIM與新型信息技術在建筑運維管理方面上應用

近幾年，在國內出現(xiàn)了一些基于BIM技術的信息管理平臺，通過BIM與大數(shù)據、云計算、物聯(lián)網的融合，以互聯(lián)網為載體，BIM為核心，新型信息技術為輔助工具，構建集可視化、模型化、輔助運行、智能維護等功能為一體的智能運維管理平臺[1]。基于BIM的運維管理平臺是一個高度集成化的管理平臺，對建筑各個分部子模塊的運行、維護進行集中管理和監(jiān)視，將一個建筑的分部子模塊的數(shù)據收集起來，運用大數(shù)據和云計算分類處理這些信息，統(tǒng)一儲存到整體的數(shù)據庫里，實現(xiàn)數(shù)據共享，將分散的子模塊在統(tǒng)一的平臺上聯(lián)系起來。以下將介紹這類平臺的系統(tǒng)構建及具體應用。

2.1 智能運維管理系統(tǒng)的構建

2.1.1 智能運維管理系統(tǒng)的構架

基于BIM的運維管理平臺系統(tǒng)是一個高度集成的管理平臺。目前，運維管理系統(tǒng)的總體結構大致可分為三層：應用層、控制管理層和基礎設施層。應用層，該層是系統(tǒng)直接提供給客戶操作使用的部分，將控制管理層處理過的信息展現(xiàn)在3D模型上，形象直觀的呈現(xiàn)在用戶界面上，用戶可以進行實時監(jiān)控管理。控制管理層，該層是整個系統(tǒng)的關鍵部分，是對由基礎設備層輸入的信息進行分類處理和分析，并將整理好的信息儲存到相應數(shù)據庫中，還可以在下層設備發(fā)生故障時進行決策，輔助用戶對建筑進行管理。基礎設備層，該層由智能運維管理系統(tǒng)的基礎設備（基礎控制系統(tǒng)，設備驅動系統(tǒng)，相關通訊、網絡系統(tǒng)，數(shù)據采集系統(tǒng)等）組成。組成，是整個系統(tǒng)收集數(shù)據的主要來源和處理數(shù)據的信息基礎（圖1）。

2.1.2 智能運維管理系統(tǒng)的開發(fā)

基于BIM技術的運維管理系統(tǒng)的研究和開發(fā)，通常涉及到BIM模型的處理、數(shù)據采集、平臺模塊的開發(fā)等。

BIM模型的處理主要是對施工環(huán)節(jié)結束后的BIM模型的數(shù)據處理與補充，將各種軟件平臺之間的直接數(shù)據不同格式轉化為運用在該系統(tǒng)的統(tǒng)一格式并對施工各環(huán)節(jié)信息和建筑設備信息進行補充。

數(shù)據采集是利用互聯(lián)網上的設備傳感器和執(zhí)行器采集現(xiàn)場設施的運行參數(shù)，并編譯收入BIM運維數(shù)據庫。并在數(shù)據庫中調用相關數(shù)據與模型進行關聯(lián)，形成結構化的數(shù)據庫。

平臺功能模塊的設計開發(fā)主要是根據傳統(tǒng)軟件工程學理論中的基本架構理念和設計方法，進行系統(tǒng)用戶需求架構分析、系統(tǒng)硬件架構設計、服務器的接口架構設計以及各個系統(tǒng)功能模塊的綜合設計。整合已有的BIM數(shù)據庫、子模型視圖定義、子模型提取與集成等功能模塊，選擇合適的云計算平臺和分布式存儲系統(tǒng)，應用高級編程框架開發(fā)BIM數(shù)據集成與管理平臺的各個功能組件。組合各個服務組件，完成基于BIM的運維管理平臺的平臺開發(fā)（圖2）。

2.2 BIM技術和新信息技術的建筑智能運維管理系統(tǒng)的具體運用

基于BIM的智能運維管理系統(tǒng)能夠實時進行主要設備信息檢索、運行和控制等多項功能，將建筑設備位置、功能、使用狀態(tài)等信息在BIM模型中以3D的展示形式直觀呈現(xiàn)， 方便業(yè)主可以對建筑設備進行實時定位和維護管理。以下將從三個方面介紹該系統(tǒng)的具體應用。

2.2.1 在維護管理[2]的應用

使用智能運維管理系統(tǒng)，通過物聯(lián)網集成技術和三維可視化呈現(xiàn)技術，可以實現(xiàn)對于設備信息的有效查詢以及定位。在設備維修方面，當設備出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)可通過物聯(lián)網感應技術即時定位到故障位置，呈現(xiàn)相關視頻信息并向維修人員及業(yè)主發(fā)送故障報修。檢修的過程中可以實時查看有關故障構件的相關圖紙、歷史維護信息、保修知識資料等，輔助設備故障的解決，完成后用戶可以記錄維修日志。在設備日常管理方面，檢修工作人員可以按照該系統(tǒng)提供的設備信息如生產日期、檢查周期、生產廠家等對設施機械進行日常的維護，并及時更新設備的維修狀態(tài)。在設備生命周期管理方面，系統(tǒng)能夠提示設備的保養(yǎng)維護時間，從而延長設備的壽命;對于壽命即將到期和需更換零部件的設備進行預警，防止事故的發(fā)生。運用該系統(tǒng)更為方便的是相關的管理人員不必前往現(xiàn)場就可以對調度和管理設備，只需要使用一臺移動互聯(lián)的設備即可輕松地完成對其遠程控制管理。

2.2.2 在安防管理的應用

在安保監(jiān)控系統(tǒng)的管理中，將視頻識別及跟蹤系統(tǒng)的信息集成在該平臺中，就能夠實時在該平臺中采集、查看、監(jiān)測這些信息;在消防管理中，通過BIM模型可以更加明確地得到消防裝置的具體定位、消防工程管線的布局等。基于BIM技術的數(shù)字管理系統(tǒng)可以進行多種應急情況的模擬預演，節(jié)省消防演練的人力時間投入[3]。在發(fā)生重大火災時，也能實時顯示火源特征和具體位置，準確向用戶提供火災警情及火災源的具體蔓延活動情況，便于用戶第一時間快速作出火災應急處理決策[4]。

2.2.3 在能耗管理的應用

BIM與云計算、大數(shù)據等相關技術相結合，從不同緯度剖析建筑能耗及費用，自動管控所有系統(tǒng)，提供管理分析平臺，通過仿真預估技術提供能源優(yōu)化預案，結合遠程控制技術使建筑物能耗成本降低，且系統(tǒng)運行更適宜以達到最智能化的節(jié)能管理[4]。

3 現(xiàn)狀分析及未來發(fā)展趨勢

3.1 現(xiàn)狀分析

在這個信息技術飛速發(fā)展的時代，傳統(tǒng)物業(yè)運維管理已經無法滿足業(yè)主的需求[5]。不同于智能運維的實時監(jiān)控來達到安全即時的管理，傳統(tǒng)運維是依靠運維人員完成日常運維工作，而設備設施的運維更是靠投訴推動，沒有周期性的維保計劃，屬于事后應對模式。手工填報記錄運維結果，效率低且易漏寫和寫錯，數(shù)據的真實性不可控;并且維保人員認知與技術水平不一，往往難以從表象中判斷故障，故障查出之后維修不及時，會留下潛在的安全隱患。如今，人們對安全管理和設備維護的要求也越來越高，傳統(tǒng)運維顯然已經不能滿足人們的需求，建筑的智能運維代替?zhèn)鹘y(tǒng)運維是必然的結果[6]。

3.2 發(fā)展前景

近年來，BIM技術的發(fā)展越來越受重視，無論是政策配給，還是實際需求，BIM在建筑行業(yè)的“存在感”已不容忽視。雖然BIM運維應用還未普及，但隨著信息技術的高速發(fā)展，相信“BIM+”智能運維管理的時代將會很快到來，“BIM+”智能運維管理的普及能夠有效解決建筑運維管理過程中的各種問題，將給中國帶來巨大的經濟效益、社會效益[7]。

4 小結

綜上所述，基于BIM 技術與物聯(lián)網、大數(shù)據、云計算等新型信息技術構建建筑智能運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)建筑項目在運維階段數(shù)字化、物聯(lián)化、智能化、可視化的有效管控，提高項目的運行品質與效率，促進管理向標準化和精細化提升，以降低項目的運維成本，實現(xiàn)建筑資源利用最大化。

參考文獻

[1] 王凈.BIM技術在工程建設全過程管理中的應用[J].工程技術研究，2020，5（18）：158-159.

[2] 李倩.論BIM技術在智能建筑設計、施工與運維中的應用[J].中國住宅設施，2018（1）：43-44.

[3] 姜萌.物聯(lián)網+BIM在工程運維管理中的應用[J].建材與裝飾，2020（9）：149-150.

[4] 季凡杰，張東林，劉月君，等.BIM技術在工程運維管理成本中的應用研究[J].河北建筑工程學院學報，2020，38（2）：96-101.

[5] 周靜. “BIM+VR”技術在建筑設備運維管理中的應用研究[D].長春：長春工程學院，2020.

[6] 沈慧.基于BIM技術的智能建筑運維管理[J].中國建設信息化，2018（14）：62-63.

[7] 陳梓豪，白寶軍，陳昆鵬，等.華潤深圳灣國際商業(yè)中心項目BIM運維管理平臺應用[J].施工技術，2018，47（S4）：1073-1076.

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