基于BIM的智慧建筑运维实现方式及价值研究

2019-01-02张世宇林必毅余丽丽

智能建筑与智慧城市 2018年12期

张世宇，林必毅，余丽丽

（深圳市赛为智能股份有限公司智慧城市研究院）

1 引言

近年来，住房与城乡建设部先后发布了一系列相关政策，以推广应用BIM技术。2017年2月底，国务院办公厅印发《关于促进建筑业持续健康发展的意见》（国办发〔2017〕19号）指出，加快推进建筑信息模型（BIM）技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用，实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理，为项目方案优化和科学决策提供依据，促进建筑业提质增效。

随着BIM技术的发展普及，一大批项目在设计和建造过程中采用了BIM技术。BIM在设计和施工阶段的应用日趋成熟，但在运维方面的应用较少，总体处于探索阶段[1，2]。相对于设计和施工阶段的周期，项目运维阶段往往需要几十年甚至上百年，且运维阶段需要处理的数据量巨大且凌乱，从规划勘察阶段的地质勘察报告、设计各专业的出图、施工各工种的组织计划以及运维各部门的保修等，如果没有运维管理平台协调处理这些数据，会导致某些关键数据的丢失，不能及时、方便、有效地检索到需要的信息，更难以基于这些信息进行数据挖掘和分析决策。因此，作为建筑全生命期中最长的过程，BIM理应在运维阶段发挥更加重要的作用。

2 现状及实现方式

2.1 现状

BIM运维即使BIM技术与运营维护管理系统相结合，对建筑的空间和设备资产等进行科学管理，预防可能发生的灾害，降低运营维护成本。相关CNKI文献如图1所示，截止2018年7月，国内关于运维的研究呈逐年上涨趋势，研究成果主要集中在2015年～2018年。国内BIM运维功能主要应用在整合模型资源、人员设施、建筑空间和安全管理等方面。国外相关应用主要集中在设备管理和能耗监控方面[3]。从项目类型看，运维项目首先在投资大、复杂程度和重要性高的项目中开展应用，目前已经由建筑工程领域拓展到市政道路、桥梁、综合管廊、水厂和水利水电等基础建设领域，积累了丰富的项目经验。但总体而言，对于项目后期的BIM应用，真正成功落地的应用案例比较罕见，目前，无论是设计单位，还是施工单位都难以完全实现将模型移交给运维部门进行常规管理[4]。

图1 国内BIM运维文献统计

2.2 实现方式

目前，BIM运维的实现方式主要有以下三种：

1）基于常规运维软件开发支持BIM功能

根据何关培[5]相关研究，目前国外各类应用CAFM（计算机辅助设施管理系统）软件约200种，其中，Archibus和Maximo在国内实际应用份额和知名度较大，但用户数量不多。国内建筑运维管理应用中，一类以OA或ERP为主要功能，另一类以BMS（建筑设备管理系统）或IIS（智能化集成系统）为核心功能，这两类为国内运维管理软件市场的主体软件，厂商和产品数量多，但市场分散，集中度不高。当前，此类软件一般不支持BIM模型三维展示和数据分析功能，BIM运维采用此类方式较少，但未来随着标准和软件接口的完善，此类软件具有巨大的市场潜力。

2）基于BIM软件二次开发

BIM运维应用中常见的是基于BIM软件进行二次开发，涉及Autodesk Design Review、Navisworks和 Revit等软件。总体看来，二次开发的系统可以利用已成熟的界面和图形平台，开发周期和成本较低，可满足基本需求。但软件架构在商业软件之上，因此，无法控制其数据核心的存储与管理，在性能和功能扩展上均会受限，长期成本较高。

3）自主开发

相对于二次开发，自主研发的运维平台更加灵活，可根据需要选择开发功能，并可从底层进行拓展和优化，选择搭建项目级或企业级平台。同时，自主开发运维平台可以摆脱BIM运维对国外商业软件的依赖，有利于维护我国的基础信息安全。但由于受到研发能力的制约，距离功能完整的系统仍有一定的差距，但在某特定领域或特定功能进行了有益尝试，取得了一系列成果。王欢等[6]在BIM运维理论和基于Web的应用框架研究基础上，开发了基于BIM的桥梁运维管理系统，为桥梁运维提供了可视化和过程信息。中建三局一公司联合清华大学通过整合基于BIM的机电设备智能管理系统，搭建了一个通用的建筑管道工厂化信息管理平台，实现了建筑机电安装工程施工及运维阶段的信息共享和利用[7]。

3 BIM运维平台功能概述

BIM运维管理平台功能主要包括以下八个方面[8～11]：物业管理、设施管理、安全管理、空间管理、资产管理、能源管理、隐蔽工程管理以及应急管理。

3.1 物业管理

BIM平台可以整合运维管理信息资源，实现物业信息化管理，可结合BIM相关技术，在三维浏览基础上，实现空间定位、移动端检修报修、维护保养和日常巡检等功能。

3.2 设施管理

BIM模型中录入的设备设施相关信息，包括从勘察设计、实施建造和运营维护全过程产生的信息。平台提供其查询、定位和三维显示功能，对于空间比较复杂的部位，如密集管线、机房内空间关系等可以直观表达。在安装相关监控系统的基础上，当设备发生故障时，在平台上可以进行定位查询、故障分析、事故自动处理以及统计分析等操作。

3.3 安全管理

BIM运维平台可以与现有的安防系统进行集成，以三维可视化模型为基础，集成人员定位、视频安防监控、入侵报警和出入口控制等系统，实现各系统之间的实时联动，结合BIM模型自动定位到异常空间位置，自动调取视频安防监控，达到智能化安防管理的目的。

3.4 空间管理

BIM运维平台支持对空间进行在线划分与管理，精准化管理每个房间，计算每个房间的数据（面积、租户/部门、人员、能耗、成本），同时可以精细化管理每个员工的卡座，灵活统计每个部门的使用空间及成本，最终为管理员提供最佳的空间优化方案。

3.5 资产管理

BIM平台的资产管理是利用BIM模型的相关信息，运用信息化技术增强资产监管力度，降低资产的闲置浪费，减少和避免资产流失，使业主在资产管理上更加规范，进而从整体上提高业主资产管理水平。

3.6 能源管理

BIM运维平台可基于BIM和物联网技术，通过传感器等收集能耗和设备运行数据，对建筑能耗进行实时监控和统计分析，形成能耗统计报表，定制节能降耗方案，并对异常能源使用情况进行警告或标识。

3.7 隐蔽工程管理

建筑竣工交付后，随着年限的增加，常常存在图纸缺失和图纸不准确的问题，因此，隐蔽工程的信息（如管线和结构构件的钢筋、混凝土保护层等）难以二次获取，给日后安全工作的开展埋下隐患。

基于BIM的运维管理平台可以保证建筑信息的完备性，竣工模型的信息可直接导入运维平台，保证信息不丢失，方便查询、三维展示和分析等工作，对复杂管线等内容的三维表达更直观高效。

BIM运维平台可为改造和二次装修等工程提供可靠的信息支持和直观准确的空间分布关系展示，有利于提高效率和保障施工安全。

3.8 应急管理

公共建筑、大型和高层建筑等作为人流聚集区域，突发事件的响应能力非常重要。BIM运维管理平台可利用BIM模拟性优势，利用相关模拟软件，进行人员疏散、车辆疏散和火灾烟气扩散等模拟，可对突发事件进行预防、警报和处理，为科学决策提供依据。

4 BIM运维价值

与常规运维方式相比，基于BIM的运维管理有如下优势：

1）三维可视化展示

BIM技术具有三维可视化的特点，是对建筑及构件的直观表达。所见即所得的方式提高了理解和沟通的效率，降低了二维图纸阅读的专业性要求，对于复杂的空间关系，如复杂管线、体型复杂建筑等来说优势明显，如图2所示。

图2 多专业构件空间关系展示

2）完备的全过程信息整合平台

建筑从勘察设计、实施建造、运营维护到最后拆除的过程中，产生了海量的信息。若采用传统的二维图纸和表单的存储方式，信息之间相互孤立，信息化程度很低，无法满足当前信息化运维管理的需求。

传统运维管理中，资料缺失和查询不便的情况时有发生，而资料中也普遍存在信息多处表达不一致的情况（图纸与图纸之间、图纸与表单之间等），BIM技术的出现很好地解决了这一问题。BIM信息具有完备性、一致性和可协调性的特点，可将建筑全过程信息进行存储和分析，同时实现一处改变处处更新，保证信息的一致性。通过建立基于构件的数据库（某设备的所有参数，如型号、厂家、日期和维护信息等，都储存在设备名下），存储和查询大量的建筑信息，直观方便，并与人们习惯相符合，如图3所示。