BIM应用于设施管理之路：物联网和人工智能的影响

(天津大学管理与经济学部，天津 300072)

1 引言

由《土木建筑工程信息技术》期刊主办的第五届“BIM技术在设计、施工及房地产企业协同工作中的应用”国际技术交流会于2018年10月30-31日在北京成功召开。本次会议分为主会场及业主数字化应用、智慧城市、智慧建造、业主及政府监管、BIM创新五大分会场进行专题演讲与探讨。在为期两天的会议中，来自国内外近六十位专家学者以及企业代表在会上发表了精彩的主题演讲，吸引到了来自业主、设计、施工、运营维护、房地产开发、软件厂商、BIM服务商、高校师生等不同单位的500余人参与了此次盛会。

笔者有幸受邀作为主持人参与了主会场的国际专家沙龙。本届沙龙论坛的主题为“BIM技术在设施管理、物联网、人工智能中的应用”，参与沙龙讨论的国际专家包括美国EcoDomus公司的创始人兼首席执行官Igor Starkvo先生，美国伊利诺伊州大学建筑学院副教授、美国建筑师协会会员、《BIM与整合设计-建筑实践策略》作者Randy Deutsch博士，美国斯坦福综合设施工程中心项目总监、兼职副教授Calvin Kam(甘嘉恒)博士，加拿大里贾纳大学软件系统工程学院教授Mohamed El-Darieby博士，韩国庆熙大学教授、韩国buildingSMART主席Inhan Kim(金仁汉)博士，香港科技大学副教授Jack C.P. Cheng(郑展鹏)博士。

笔者将当天沙龙讨论的话题整理成文，希望对我国BIM从业人员，特别是关注基于BIM的设施管理、BIM与物联网和人工智能的整合应用等话题的专业人士有所启发。本文采用中英文对照的形式，尽可能保持当天国际专家观点的原汁原味，供行业同仁借鉴。

2 设施管理的BIM

BIM技术在中国已经发展了十年以上，现在大型项目基本上都会应用到BIM技术来提升项目的交付水平。越来越多的业主单位已经不满足于在设计和施工阶段应用BIM技术，开始思考如何能够更充分地利用好在设计和施工阶段建立的BIM模型，服务于建筑的运营维护阶段。各位专家首先就BIM技术服务于设施管理的潜力，应用现状是怎么样的，以及未来会有什么样的发展，发表了各自的看法。

Igor先生在设施管理领域经营多年，他从全球视角出发，认为中国的BIM应用发展历程与很多其他国家并没有太大的不同：BIM首先被应用到设计和施工中，随之人们发现其在运营维护阶段的应用具有巨大的潜力。目前中国国内在BIM运营维护方面已经有了很好的起步，EcoDomus已经有和国内部分工程进行了初步合作，取得了比较好的效果。而且，中国一向在科技应用方面发展迅速，相信未来会有很大的发展空间。

Randy教授更看重计划在应用BIM技术进行设施管理的作用。他认为作为业主方，要实现BIM在运营维护方面的应用，应在项目之初的整体规划阶段，就要制定出BIM+FM的计划。业主方要明确：在后期的运营维护中，BIM要应用于哪些方面的管理，会需要用到哪些数据；只有这样，设计方和施工方才能够在各个环节中加以配合，提供这些数据。在美国，真正优秀的BIM运维管理案例，都是从项目早期就已经开始规划的。

Calvin教授从效益的角度分析，认为BIM在建筑中的应用，最重要的应该是运营维护阶段，这样才是真正意义上实现了全生命周期的应用。国际上也有很多研究表明，BIM在运维阶段的应用所获得的回报，其实远远超过设计和施工阶段。Calvin和他的团队在芬兰、美国、新加坡、香港等地都曾参与了BIM + FM的实际项目案例，但目前仍少有项目真正投入大量精力让团队中每个人都应用BIM。这方面他认为在座的各方，特别是业主方，要共同努力。

Mohamed教授的研究领域主要集中在基础设施和智能交通领域，他认为人文未来城市的基础设施(交通、电力等)和楼宇之间的互动将更好地提高我们的生活质量，在此方面仍需要我们开展大量的工作。以后，随着各种技术的发展以及人们观念的提升，我们会更多地关注建筑和基础设施是如何服务于我们，如何对其进行运营，而非仅仅关注建造问题。

金教授则更多地关注运维阶段数据的积累和应用。很多人觉得我们最终的目标是在建筑的全生命周期中应用同一个模型贯穿设计、施工到运维阶段，但他认为这个目标在现阶段依然难以实现。那么在现阶段，我们应该更关注项目运维阶段需要的数据，将其添加到BIM模型中，从设计和施工模型中删除不必要的数据，而非在设计、施工阶段一味地累加数据。另外，在竣工交付阶段，基于BIM的自动监测技术可以被整合到设施管理中，将有助于提升设施管理水平。

郑教授从他们团队在香港的一些BIM+FM项目案例，指出两点问题。第一，BIM应用于建筑的设施管理运营，很多时候阻力不来自于技术，而来自人的思想：部分从业者不能够接受新技术，只愿意凭借自身经验处理问题。要说服这部分人，我们要从BIM能够带来的最根本性的改革和转变入手，例如基于BIM的成本预算、工程规划等，来推动BIM在建筑运营维护行业中的发展。第二，不同的相关方对于建筑设施可能存在不同的需求，往往一个模型的信息不能够同时满足所有要求。这就需要对不同需求进行深入的了解，在模型中添加不同的信息服务于各方。在这一点上，目前还有很大的改进空间。

3 物联网和BIM

说到基于BIM的设施管理，就必须要说到物联网。只有把相关设施设备都连接入网，才能更好地管理。随着通信基础设施的不断发展，5G技术在一两年内就会落地应用。BIM技术和IoT的结合，为我们带来更多的想象空间。

郑教授提醒大家，不要认为IoT来了就什么都要连接入网。随着技术发展，IoT的实施成本在不断降低。但我们依然需要清醒认识到，项目中需要什么设备，在哪些方面应用IoT技术会真正有效。郑教授说过去在建造桥梁时，会设置很多传感器，但到了实际桥梁运行过程中，却发现有很多传感器其实并没有原来想象的那么有用。这个问题其实是我们在项目之初没有真正认识到需求。另外，通讯技术的提高，要求我们在资料传输过程中，需要更加注重安全性问题。典型的例子是现在的很多监控录像，虽然投入使用时间并不长，但其安全性已经不能满足技术发展要求，能够被轻易盗走，这其实对公众安全具有潜在危险。

金教授已经在工作中应用和研究IoT技术有5年多的时间了。他曾在一个小岛上建造了一个集装箱房屋，其中安装了很多的IoT设施，可以远程控制房屋的用水、用电、采光等。他认为，将来IoT将从多方面改善我们的生活，首先是能耗的节省，另外我们可以用它进行机器人控制，服务于人类。

Mohamed教授相信IoT技术收集到的大量数据能有效支持决策。绝大多数决策者(75%～80%)会相信，他们可以依靠更完善的数据，做出更明智的决定。随着IoT技术的发展，我们会收集到更多的数据，但同时我们可能忽略了海量数据的含义。据研究预测，随着IoT和其他技术的发展，在2022年，每天产生的数据将能够达到万亿级，这对于整个信息行业是一项巨大的挑战。在面对海量的数据时，如何管理、提取和理解这些数据，这可能是我们将面临的最大难题。

Calvin教授也认为数据不是越多越好，而是要用最合适的数据协助做出最合适的决定。另外，如果大家觉得目前的BIM合规性和模型交付审查比较困难，那么在考虑IoT的情况下，问题会更加困难。目前IoT的数据格式并没有统一标准，国际上知名的IoT产品公司都只是建立了内部统一标准，互相之间不能兼容。仅以硅谷为例，苹果、谷歌、亚马逊，每个公司都有自己的智慧产业链。或许，中国能够从统一标准上尽早入手，做出有益于行业发展的工作。另外，他也非常赞同金教授提到的安全问题。在美国就有过智能楼宇系统导致住户的个人信息和社交账号泄露的案例。目前中国的网络支付平台在世界上独一无二，这对安全性也提出了极高的要求，或许互联网金融领域在数据安全方面的做法有值得建筑行业学习和借鉴的地方。

Randy教授对于BIM+IoT有两方面的看法，一方面是消极的，另一方面是积极的。悲观的看法是，在美国，绝大多数的建筑事务所、工程事务所，公司规模只是不足8个人的小公司。在这样的市场里，打造BIM + IoT技术应用，使其成为主流产业，困难颇多。只有通过大项目、大公司，才能够扩大BIM + IoT技术结合的影响力。但从乐观的角度看，一方面我们可以整合相似类型的微小项目，将其产品化，制造出可以重复利用的标准和样板。也许小项目中用到的传感器类型不多，而且比较简单，我们可以运用“参数展示面板”的概念，让用户的笔记本或手机中能够清晰显示出所有的数据，这将会增强用户的使用体验。

4 人工智能和BIM

提到智慧城市、智慧建造，就不得不提到人工智能(AI)技术，这项技术也必将给建筑行业带来革命性的影响。5G技术下的物联网每时每刻都会给我们提供数以亿计的数据，只有依靠人工智能技术才能更有效地处理这些海量数据，发现数据背后的规律，进而更智慧地利用数据。

在笔者看来目前AI技术包含了两个方面的核心技术研究，其一是自然语言处理，其二是计算机视觉。在自然语言处理上，我们实验室做了有关知识图谱和知识本体的一些应用。首先，我们已经完成了有关绿建评价的知识本体研究，形成了Revit插件形式的研究成果，可将绿建评价的自然语言通过知识本体结构化，整理成为领域知识，从而实现设计过程中的实时绿建评价。我们目前正在研究的，是利用知识图谱理解工程合同，基于我们之前的合同管理工作基础，可发现合同中潜在的风险。另外在计算机视觉上，我们也在与IBM等公司合作，从图像中理解并追踪发生的事件，发现潜在问题。例如，如何通过计算机识别出施工人员正在走近作业中的施工机械，之后如何警示该人员不要再靠近危险区域。

金教授对BIM+AI技术持谨慎乐观的态度。他认为通过物联网手段将不同的设施连接到一起，这已经是巨大的数据量了，而未来通过机器人来对这些设施进行操控，我们难以保证数据和设施的安全性。一旦任何地方产生了错误，以我们现有的水平，也很难查出错误根源。建筑的日常管理与我们每个人的生活息息相关，而大量的建筑信息管理也可以上升到国家层面的安全高度。我们在发展建筑智能化物联网技术的过程中，必须一步一个脚印，坚实发展。

Randy教授也承认AI的发展存在危险性。有些人可能会认为AI是未来10～20年才能够实现的技术，但也有很多研究表明AI技术已经存在了。甚至于有些公司目前已经宣称他们拥有智能化的AI产品，当然在没有试用之前，我们谁都不能下决断说该产品是否是真正的AI技术。目前美国有一些公司已经开始有30%的简单设计工作，采用计算机取代人工完成了，有人对此感到恐慌，但也有人认为人们可以更加专注于具有创造力的工作。但是我们如何确认，人的创造是创造，计算机的创造不是创造呢？

Mohamed教授在IT行业中的工作经验超过25年了，通过工作实践，他发现非常重要的一点是系统的集成化。目前，我们已经通过不同的建筑、基础设施管理系统来协助工程师的工作，很多软件系统功能十分完善。但目前的重点是如何将不同的系统整合，促使不同专业的子系统之间自动化、智能化的合作，从而有效地避免安全性等问题的发生，更方便地为人所用，这将是AI未来的一个发展方向。AI的研究将能够帮助我们把系统提升到更高层次的集成化。

郑教授认为AI并非新概念，其实在几十年前就有人提出。我们今天之所以觉得AI可怕，在于它学习方法的改变：从过去的对资料和规则的学习，进化到进行自我学习。我们还在忌惮围棋领域的AlphaGo，而下一代的AlphaGo Zero却已经打败了前辈。而对于人类也一样：建筑行业原本很讲究多年的实践经验，但如今通过新的技术手段，我们获取知识的方式转出现了“数据—信息—知识”的三级层次。如何从数据中提取对我们有用的内容，形成建筑资料信息，再进而形成我们自己的专业知识，这是我们需要面对的课题。

Igor先生和大家分享了部分目前已经实现的AI智能应用。其一是合规性检查，以往规范只是纯文本的内容，需要人为进行理解，在进行大量的实际评估工作。通过AI手段可将文本的内容结构化，支持电脑程序通过植入算法进行检查。其二是对建筑材料、建筑构件进行质量检查，因为在一个项目中，如果仅采用人工对成千上万的工件进行质量检查将会是非常繁复的工作，而如今该工作能够通过无人机摄像和计算机程序自动完成，大大节约了人工。

Calvin教授通过他在斯坦福大学、硅谷的经历，认为AI技术的研究(不局限于建筑领域)近年来真正做到了百花齐放。在不久的将来，他相信目前还在研发的、试点中的项目，能够更加完善、更好地应用在建筑领域。

5 结语

本次沙龙讨论从很多业主关心的设施管理角度入手，进而扩展到支持更好的设施管理的前沿技术，也就是物联网和人工智能。随着BIM技术应用的深入，继设计和施工之后，设施管理成为工程项目业主的下一个关注热点。国际专家也都认可BIM技术应用的最大回报应该是在项目运维阶段的效益，虽然目前很多国家还都处在起步阶段，但必然会成为建筑行业技术应用的下一个热点。物联网和人工智能技术是BIM for FM的关键支撑，但目前仍然存在很多需要研究和改进的问题，比如合理适度地使用前沿技术，技术发展带来的安全性问题，以及以后智慧基础设施、智慧楼宇、甚至无人驾驶汽车之间系统的整合问题。

【作者简介】

伊格尔·斯塔科夫

EcoDomus公司创始人、首席执行官计算机领域科学家、企业家，拥有超过25年的从业经验，在过去的15年间一直致力于应用计算机技术优化项目交付成果、提升项目管理环境。

斯塔科夫先生在工程建设、IT和设施管理领域经验丰富，对BIM、精益建造方法、能源管理等方面的问题有深刻理解，因此它能够提出视角独特的信息化解决方案。他在对基于信息技术的COBie标准流程分析方面有着深刻而独到的见解，并创建了一套可视化分析软件的解决方案。斯塔科夫先生也参与了COBie标准3.0版本的编写和制定工作。他曾帮助全球多个知名机构、企业制定了BIM战略，包括美国政府服务管理局、美国退伍军人事务部、加拿大Alberta州政府、美国州港务署、美国Massachusetts国家卫生署、美国国家卫生研究院、Google、新加坡建管局等。斯塔科夫先生通过在"生命周期信息集成"领域的研究，于2011和2013年被FIATECH机构(www.fiatech.org)授予行业至高的CETI奖项；另外通过在"基于BIM的建筑全生命周期管理"领域的研究，获得了I2SL(国际可持续发展协会)授予的超越奖。

兰迪·多伊奇

美国伊利诺伊州大学建筑学院副教授、美国建筑师协会(AIA)会员、美国能源与环境设计先锋(LEED)认证建筑师，也是《BIM与整合设计-建筑实践策略》作者。同时，兰迪也是国际建筑设计领域知名的演讲家、行业领袖和知识权威，具有30多年的行业经验，曾作为设计师负责设计了100余项大型、复杂的可持续建筑项目。他还担任了哈佛设计研究院(Harvard GSD)的执行教育项目负责人。

兰迪·多伊奇曾先后就职于多家学术机构，包括伊利诺伊大学芝加哥分校、美国西北大学、哈佛设计研究院、伊利诺伊大学香槟分校等。此外，兰迪在伊利诺斯州温内特卡市经营两家公司，分别担任Deutsch Insights Inc.(咨询)的公司合伙人，以及DEUTSCHWRX Inc.(设计)的总裁/公司法人。兰迪·多伊奇在其研究领域撰写了多部著作，包括：《BIM与整合设计-建筑实践策略》(2011)、《数据驱动的设计与施工：建筑数据采集、分析与应用的25种策略》(2015)、《融合：设计的二次设计》(2017)以及《超级用户：建筑师的技术变革指南》(2019)。

甘嘉恒

美国斯坦福大学综合设施工程中心(CIFE)项目总监及兼职教授。甘家恒博士及其专业科研团队一直从事于建筑创新指标、建筑工业化指标、管理评分体系、建筑信息建模(BIM)、虚拟设计和建造(VDC)、以及建筑可持续性发展等领域的研究工作。2013年以来，甘嘉恒博士应邀在全国各地发表了多场演讲，分享他在BIM、VDC、智慧城市发展等领域的研究心得。

2011年，新加坡政府建设管理局邀请甘嘉恒博士作为国际专家，为该国建筑生产率和BIM路线图建言献策。2012年，中国BIM联盟邀请甘博士作为唯一的国际荣誉理事和执行理事，同时甘博士还参与了BIM的国家标准制定工作，确保该标准能够与国际接轨。2015年，甘博士出任上海市BIM推广中心的专家顾问。

甘嘉恒博士曾应邀出席了2014和2015亚太经济合作组织(APEC)，以及东盟BIM研讨会，协助20多个国家和经济体开展BIM起步工作；并受到APEC和美国商务部聘用，编写了APEC的官方BIM启动指南(2013)，并为达到绿色建筑目标编写了APEC绩效指标和BIM指南(2015)。2017年，甘博士参加了美国商务部和国务院率领的美国代表团，出席了在越南举办的APEC经合组织高级官员及相关会议之APEC智能城市研讨会。

穆罕默德·埃尔-达里比

加拿大里贾纳大学(University of Regina)软件系统工程系副教授、研究生导师。埃尔-达里比博士受到加拿大NSERC和PTRC资助，在无线和有线系统网格领域做出深入研究；其他的研究领域还包括：面向服务的云计算、无线网络和传感器网络、智能运输系统、社交软件和社交网络、大规模网络工程等。他目前教授计算机工程课程，并服务于里贾纳IT社团。埃尔-达里比副教授出生于埃及，在加拿大卡尔顿大学获得博士学位，曾工作于加拿大北电网络公司、法国阿尔卡特公司和卡尔顿大学。

金仁汉

韩国庆熙大学教授，韩国BuildingSMART主席。金教授建筑学领域有超过25年的从业经验，研究领域涉及BIM、CAD和其他建筑学领域的IT应用。他是韩国BuildingSMART董事会成员，参与建立了韩国BuildingSMART分会(1998年)、韩国建筑IT融合研究所，也担任计算设计和工程学会副会长。2015年起，金教授担任BuildingSMART监管委会联合主席。

金教授的主要资历包括：(一)建筑：住宅建筑设计经验；(二)BIM & IT：负责组织、编制了韩国的国家BIM指南、韩国采购服务(PPS)BIM指南等多项国家级BIM标准；(三)国内外科研项目：拥有50多项政府发起的BIM & IT领域科研项目的研究和管理经验，在国内外专业期刊发表400余篇期刊论文。

郑展鹏

香港科技大学土木与环境工程学系副教授、RFID中心主任、极-智慧城市中心副主任。郑博士于香港科技大学取得学士和硕士学位，随后于美国斯坦福大学取得博士学位；研究领域涉及BIM、3D GIS、物联网、计算机可视化、机器学习与大数据、信息化施工与管理、绿色建筑、可持续建筑和智慧城市等。郑博士目前担任美国土木工程师学会(ASCE)全球卓越计算中心主席、欧特克行业顾问委员会(AIAB)主席、香港建造业议会BIM标准工作小组主席、全球BIM卓越中心理事、美国土木工程师学会香港分会理事、Visualization in Engineering期刊编辑、及Automation in Construction期刊编辑委员会成员。他是香港BIM学会(HKIBIM)的专业会员和注册碳审计专员(CAP)。他曾获得香港建造业议会2014年度Young BIMer奖项，在不同国际会议上获得论文奖项。2012年，郑博士获得香港科技大学工学院优秀教师荣誉。