基于BIM的建筑设施运维管理平台研究

2019-09-25隗静宇黄慧颖蒋海刚

微型电脑应用 2019年9期

隗静宇, 黄慧颖, 蒋海刚

(1. 上海第二工业大学工学部，上海 201209; 2. 上海计算机软件技术开发中心，上海 201112; 3. 上海产业技术研究院，上海 201206; 4. 上海市安装工程集团有限公司，上海 200080)

0 引言

传统设备运维信息的各类资料管理分散，组织混乱，而信息为制定决策提供极为重要的支持性条件，随着信息技术的发展，信息逐渐以计算机为载体，增强了组织交换信息的能力。如果没有建筑设施运维管理平台管理这些数据，关键数据将会难于挖掘甚至影响决策。

本文利用BIM技术建立建筑设施运维管理平台，通过相应的参数模型整合相应项目的相关数据信息，在项目的前期策划、设计、施工、运维的全生命周期内进行数据的传递和共享，使得企业可以及时高效应对各种问题，大大提高设施管理服务的质量和效率，为企业带来隐性利润。

1 相关研究

1.1 设施管理

国际设施管理协会(International Facility Management Association,IFMA)认为，设施管理(Facility Management,FM)以保持业务空间高品质的生活和提高投资效益为目的，以最新的技术对人类有效的生活环境进行规划、整备和维护管理的工作。设施管理通过整合人员、空间、过程和技术，确保环境设施高效运营管理，目的在于提高投资效益和设备利用率[1]。

作为新兴技术，建筑信息模型(Building InformationModeling，BIM)正在为整个建筑行业带来新一轮革新，BIM提供建筑整个生命周期管理和沟通，实现了各个利益相关方的协同工作。

1.2 BIM的概念

BIM(Building Information Modeling)即可在建筑设施的全生命周期中共享其物理特征、功能特性、管理要素的一种技术[2]。BIM技术通过参数模型整合相应项目数据，在全生命周期中进行数据共享和传递，减少成本、提高效率。

1.3 国内外BIM研究现状

BIM概念在2002年由美国公司Autodesk首先提出，自BIM提出以来，影响着建筑业朝着信息化方向改革发展，随后逐渐扩展到英国、日本、澳大利亚等发达国家[3]。在国外，BIM技术已经被用于全生命周期，并已带来显著经济效益，著名案例之一是BIM应用于美国维萨尔大学霍夫学院，该项目是近年来BIM应用于校园建筑运维阶段应用较为成功的案例，成功表达了建筑业BIM信息化的思想，该项目运用BIM省去了原手工数据的录入和保存，缩短人工数据采集时间，空间信息管理能力得到提升。

我国自2002年以来也逐步开始接触BIM等相关知识，中国建筑业逐步进入利用BIM对建筑模型进行开发、使用和维护的新阶段。2015年国家住建部在《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》[4]中提出，信息化是建筑产业现代化的主要特征之一，BIM应用作为建筑业信息化的重要组成部分，必将极大地促进建筑领域生产方式的变革。到2020年末，以国有资金投资为主的大中型建筑和申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区在前期设计、施工、运营维护阶段，集成应用BIM的项目比率达到90%。

从2002年至今，BIM的行业市场需求迅速增加，通过资料显示，截止2018年我国BIM市场规模为46.31亿元[5]。通过相关资料查阅收集，总结出中国BIM的发展趋势图，如图1所示。

图1 中国BIM技术的发展趋势图

通过图1不难发现，在概念导入阶段，BIM技术发展迅速，新概念新技术的引入激起建筑业强烈的反映，新旧概念的碰撞让BIM技术发展迅速，这一阶段BIM的应用主要在模型创建阶段。在初步研究阶段进入了BIM技术学习的理性期，期间的主要工作在于以应用为主的平台建设阶段。在技术发展阶段，公司主要以盈利价值为取向，实现BIM运维阶段的成熟应用。

目前中国BIM的发展尚停留在初步研究阶段，国内还未形成相对成熟的、成体系的建筑设施运维管理平台。

1.4 BIM在建筑全生命周期中的应用

在前期规划阶段，可以基于现状条件进行模型开发，对项目开发进行费用的估算，对建筑外部环境进行分析，以便更好地设计建筑设施模型。

在设计阶段对建筑的通信网络系统、综合布线系统、供配电系统、照明系统、冷热源系统、消防安防系统等进行3D建模分析及评估。

在施工阶段运用BIM技术提前分析系统模型，避免施工误差，提高效率。

在运维阶段进行空间管理、设备管理、运行维护。

1.5 基于BIM技术的设施管理

运用BIM技术对建筑设施进行管理，包括设施运行监控、设施维护、设施资产管理、对建筑环境分析、建筑空间管理、应急管理共六大模块，具体内容如图2基于BIM的设施管理运维结构图如图2所示。

图2 基于BIM的设施管理结构图

2 基于SWOT分析法分析企业基于BIM技术的设施运维管理平台

查阅以往参考文献可发现，目前利用“SWOT分析法”分析基于BIM的建筑设施运维管理平台的相关研究较少。本模块内容是基于建筑设施运维管理平台运维应用的SWOT分析，结合SWOT分析法分析建筑设施运维管理平台的优势(strengths)、劣势(weaknesses)、机会(Opportunities)、威胁(threats)[6-9]，从而更全面的了解公司的运营状况，制定更完善的运营策略，对企业未来发展树立更清晰的目标，优化公司战略，以此获得更高的、可持续的企业利润。

2.1 优势

在前期策划阶段，利用建筑设施运维管理平台整合建筑设计需求，完善整体规划方案。

在建筑设计阶段，使用建筑设施运维管理平台提前进行空间设施管理模拟，提高空间利用率。

在建筑施工阶段，应用建筑设施运维管理平台可以利用平台模型的可视化的功能，提前做好复杂施工节点的设计，减少工程变更。

在建筑运维阶段，应用建筑设施运维管理平台可以实时对项目成本进行控制，节约成本，提高生产率，增加企业收益。

2.2 劣势

目前建筑业仍不普遍使用BIM技术开发建筑设施运维管理平台的原因在于：

基于平台本身来说，前期投入较大，需投入较大的财力、人力、物力：前期需投入较大的资金进行平台的开发，缺乏专业的人才需对技术人员进行前期的培训，需要购买相应开发设备和开发软件。

基于企业本身来说，现有的体制下，企业要单独开展一个平台运维部门。对于相对成熟的企业来说，部门级别进行大整改难度较大。

基于平台应用的发展来说，目前大部分公司BIM平台应用仍仅仅用在前端可视化的方面，并没有充分利用此平台，平台利用率不高。基于BIM平台本身而言仍有待开发和扩展。

2.3 机会

国家出台相关政策，鼓励BIM技术的应用发展。

社会环境近5年BIM技术成建筑业炙手可热的新技术，发展前景形势大好。

企业本身基于BIM平台，可以实现不同部门之间数据共享，增加部门之间紧密性，提高生产效率，获得更高实际效益。

2.4 威胁

新型运维模式必然会对传统运维模式产生冲突，以往的DBB(Design-Bid-Build)模式，各方之间数据相互割裂，易造成数据丢失，新型运维模式则是各部门协同工作，共同协调。

目前建筑设施运维管理平台仅仅是发展初期，技术发展不成熟，缺乏集成化的应用。

平台维护人员经验不足，老员工工作经验丰富但平台开发能力不足。

综合其优势、劣势、机会和威胁，具体如图3所示。

图3 SWOT分析图

综合图3，对外从外部环境角度来看，国家政策支持，外部环境市场活跃。对内从企业自身来看，建筑设施运维管理平台可以完善整体规划，提高空间利用率，减少工程变更，提高项目收益，但目前建筑设施运维管理平台处于发展初级阶段，各项花费较大且各项技术发展仍不成熟。基于此，在企业战略层面：建设建筑设施运维管理平台明显利大于弊，仍应继续大力发展建筑设施运维管理平台，目前的弊端只是暂时性的，随着技术成熟，弊端会逐渐消失，优势会越来越明显。操作层面：应继续对应用平台进行开发，逐步完善其功能，使之更适应公司应用，以此获得实际效益。

3 利用BIM技术建立建筑设施运维管理平台

近年来随着BIM技术的发展，BIM模型已经应用在各个工作领域，BIM数据应用于设施管理的过程实际上是BIM数据的组织再利用过程，以原有建筑数据为基础，经过数据的提取、筛选、优化，依靠BIM软件平台，以构件图像化的方式将BIM数据集合起来，进而提高设施管理的效率和成本。

本文以真实项目中的某地下机房为例，在现有的设施管理软件的基础上进行开发——基于BIM的建筑设施运维管理平台，体现了BIM模型的应用，也探究了BIM应用的创新点。

3.1 系统设计

本系统整体架构主要分为平台服务器端和平台浏览器端两部分[10]，系统主要实现了二三维模型的建立与显示、设备数据的存储与传输、二三维图纸的联动、模拟漫游功能的实现、设备设施的维保。数据存储在系统数据库中，通过JDBC数据的传输实现服务器端和客户端的数据共享显示，系统设计如图4所示。

图4 系统结构图

3.2 BIM建筑设施运维平台建立

3.2.1 BIM模型建模

本项目使用开源软件进行建筑模型的建立，并在开源软件上对模型进行开发和维护。首先是模型的创建，将源文件(冷冻机房170612N.rvt )导入到开源软件中发起文件转换，自动生成数据包，一部分存储到云端服务器，另一部分存储到本地数据库中。

此期间设计开发人员可能会对多个楼层发起多个子文件的模型转换，随后在开源软件内进行集合即可。网页进行JavaScript组件集成，实现图纸模型的在线浏览。Revit模型进行模型重构，将Revit模型转化为更适合设施管理的基础BIM模型，如图5所示。

图5 Revit模型转化为BIM模型

具体BIM模型建立流程图如图6所示。

图6 BIM模型建立流程图

BIM模型建模完成后具体显示界面如图7所示。

图7 BIM模型建立完成显示

3.2.2 实现模型和设备的虚实映射

通过模型和设备的虚实映射，可以在平台界面上点击任意的想要查询的设备，直接进入BIM模型机房的指定区域，

实现BIM模型的虚实定位[11-13]。例如：要迅速查验冷冻机房A区，可以点击左侧主界面的按钮，实现迅速进入冷冻机房A区域。

实现关键：找到A设备的准确ID，缩放到相应位置。具体实现方式：

function zoomToselectedComponentsA()

{

Viewer3D.clearSelectedComponents();

Viewer3D.addSelectedComponentsByID([“1095451”]);

Viewer3D.zoomToSelectedComponents();

Viewer3D.render();

}

整个应用平台的面板上包含了重要的设备区域，选择想要选择的区域即可找到该区域的准确位置，如图8所示。

图8 模型和设备的虚实映射

3.2.3 设备的日常定点巡检漫游

设施运维管理平台首先要实现日常设备巡检漫游功能。以往进行人工巡检时，巡查员进行设备的巡查要耗费大量的时间，平均1小时左右。每到一个设备巡查点，巡查员要进行设备数据的录入，目前大公司使用扫描二位码进行数据的录入，甚至目前为止有些小型公司仍靠手动记录下数据，再返回工作点进行数据的录入，极易造成数漏记、错记的现象。依靠设施运维管理平台，可以实现模拟巡检。巡查员不必出办公室即可对设备进行巡检，自动完成设备数据的录入，操作流程即：开始，巡查员点击巡检按钮，等待巡检完毕，结束。

实现关键：首先要获取定点设备的唯一识别号即ID，其次要获得定点设备坐标(x,y,z)，即可实现定点到哪个设备，取得当前设备数据，接着去下一个巡查点获取数据，一直到巡查结束。

整个流程中，巡查员不需要到现场进行巡查，即可在平台内获取到数据。

3.2.4 设施设备的日常维护

传统数据存储处理和设备之间是相互割裂的，数据有其数据集，查询时不能直观的映射到相应的设备，只能通过设备的ID查询设备台账从而获取到数据。该功能的实现将数据同设备模型紧密结合起来，能够直接将模型和数据实现映射[14-16]。日常设备巡检数据都存储在设施管理平台上，一旦设备出现故障，维修人员可查询设备的历史数据，以便更快速找到问题点并解决。设备维修人员也可定期查看设备数据以便实时查询有无异常。

实现关键：在MySQL数据库中构建相应设备信息表单，该建筑设施运维管理平台的设备信息表相应字段信息和相应设备信息表详见附录表1、表2所示。

表1 设备信息表的相应字段

表2 设备信息表

在设备信息表单构建完成后，完成设施运维管理平台同设备台账的映射，点击界面上相应设备模型获取EQ_BIM，查询数据库表单的相应对象，获取设备台账信息，并展示到左侧的面板中。相应设备维保信息如图9所示。

3.3 应用情况

该建筑设施运维管理平台将BIM应用到建筑设施运维阶段。该项目前期进行BIM模型轻量化处理，进行空间结构划分、建立相应系统拓扑关系、构建相应设施管理对象、对设施管理对象进行相应属性优化等使其满足开发阶段要求；中期平台功能开发阶段，实现模型和设备的虚实映射，设备日常定点巡检漫游和设备台账的日常维护等基本功能；后期运维阶段，对设备台账信息进行相应的数据维护，实现对数据进行相应的增、删、改、查等操作。