建筑运维阶段的BIM应用综述

2020-05-23上海建工四建集团有限公司项兴彬余芳强张铭

中国建设信息化 2020年9期

文｜上海建工四建集团有限公司项兴彬余芳强张铭

运维阶段是建筑全生命周期中最长的阶段，占据了建筑生命周期的80%，在运维的过程中，不仅会产生许多的数据信息，还涉及建筑空间、能耗、资产、设备等众多方面，相对于设计和施工阶段，管理更加复杂和多元。随着BIM 技术在建筑设计和施工阶段的成熟应用和研究，利用BIM技术去改善建筑的运维管理也非常重要。

BIM 是对建筑全生命期信息的数字化描述，涵盖建筑设计、施工、运营维护的全方位信息，是建筑智慧运维的基石。目前，随着BIM 技术在建筑全生命期的逐步应用，很多建筑已经开始应用BIM 技术来进行建筑物的运维管理，对促进建筑运维管理效益提升发挥了积极作用。因为BIM 本身具体的技术特点，可以整合设计方、施工方、建设方的各类资源，实现信息共享、协同工作，真正实现建筑全生命周期的统一管理。应用BIM 和信息化技术已经成为智慧建筑建设的发展趋势。因此，研究建筑运维阶段的 BIM 技术应用，对于把握BIM 技术的应用和推广具有重要意义。

虽然关于BIM 运维阶段的综述在国内外都有相关文章，对BIM 运维管理也进行了较为完备的分析和总结，但缺少对具体应用标准、功能和应用方面的介绍。本文从具体应用角度对BIM 运维管理进行了相关综述。

1.BIM 运维的数据标准

BIM 作为一种技术工具，承载着建筑全生命周期的数据，包括设计、施工、运维等阶段各类信息，这些数据信息庞大、来源多元。在BIM 的应用过程中，不仅需要各种软件协同配合、信息技术融合和数据共享，更需要数据标准来进行规范指导。

2016年12月2日住房和城乡建设部发布了编号为 GB/T51212-2016 的《建筑信息模型应用统一标准》，该标准对模型结构和扩展、模型数据互用、模型数据交换以及模型应用进行了规范指导，同时《建筑信息模型应用统一标准》也是我国第一部BIM 应用的国家标准。2018年1月1日起实施编号为 GB/T51235-2017 的《建筑信息模型施工应用标准》，该标准对施工模拟、进度管理、预算管理、竣工验收等提出了BIM 模型的管理要求，该标准也是第一部工程建设领域的BIM 应用标准。2018年5月1日起实施编号为GB/T51269-2017 的《建筑信息模型分类和编码标准》，该标准对BIM 模型的信息分类结构，分类对象和分类方法进行了编码规范，实现了建筑全生命周期信息的交互和共享。2019年6月1日起实施编号为GB/T51301-2018 的《建筑信息模型设计交付标准》，该标准对模型单元几何表达、模型单元属性提出了交付要求。以上国家标准规范为BIM 模型在建筑运维阶段的信息集成和数据共享提供了规范的指导标准。

2019年10月17日，国内首部运维阶段BIM 应用标准，由上海建工四建集团主编的《医院建筑运维信息模型应用标准》通过评委专家组审查，《医院建筑运维信息模型应用标准》对医院运维BIM 模型、运维信息集成提出了明确要求，对运维BIM 系统在空间管理、建筑设备管理、医院专用设备管理、能耗监控、安防管理与维修服务管理等方面的应用提出了基本要求。

BIM 模型作为多源信息的载体，必须定义统一的数据标准，将模型与建筑运维管理系统整合，为运营管理提供决策支持。其中数据标准将扮演技术集成的核心部分，作为模型应用的依据和数据使用的指导。

2.BIM 运维的关键技术

通过大量文献查阅分析研究发现，建筑运维阶段的BIM 应用关键技术归纳为三个方面：1）面向运维管理的模型轻量化；2）基于BIM 运维的信息集成技术；3）基于BIM 运维的系统研发。

2.1 面向运维管理的模型轻量化

BIM 模型轻量化是在不改变模型文件结构属性的基础上，尽可能缩小BIM 模型的体量，降低模型浏览的使用难度，使其更加适宜WEB 端和移动端，同时能够流畅的对模型进行三维展示，并进行各项功能操作，打开BIM 应用的大门。

张彬研究了基于BIM 技术建筑运维管理的数据构成，结合空间和设施对象，提出了构建运维管理平台的关键要素，并结合运维要求，对BIM 模型进行了轻量化和优化。纪博雅团队分析了IFCXML 格式对BIM 模型数据交换的影响，提出了轻量化BIM 模型的方法，解决了BIM 设施管理阶段的数据交换和处理问题，并搭建了基于BIM 的设施管理框架。郭思怡和陈永锋研究了网格模型简化算法，利用 Revit API 外部功能扩展方式对运维BIM 模型进行了轻量化处理，降低了对硬件使用的要求，实现BIM 在全生命周期的快速应用。赵菲研究了Web 三维可视化的相关技术，通过对 Revit 模型数据格式、WebGL 技术以及API 开发的研究，实现了BIM 模型的轻量化，将C/S 架构向 B/S 架构转变，提高了建筑三维可视化性。

BIM 模型的轻量化主要包括两个关键环节：模型轻量化的几何处理、模型的渲染处理及显示，通过模型的轻量化，实现建筑三维可视化的便捷运用，是BIM 运维应用的前期保障。通过BIM 模型轻量化的处理，将加速BIM 技术在建筑运维管理阶段落地和应用。

2.2 基于BIM 运维的信息集成

BIM 模型是一个集成建筑生命期设计、施工到运维不同阶段的大数据平台模型，为建筑运维管理提供了数据基础。通过BIM 模型信息集成各独立系统数据，达到不同系统间的数据共享和业务协同。

Shen 用OPC 作为接口标准，使用COM/DCOM 中间件技术来实现运维管理的集成，并在此技术基础上，有效的集成各子系统，建立BIM 建筑运维管理的平台，从而形成各子系统的运维集成管理。Schein采用XPRESS-G 开发了集成建筑信息自动化系统的信息模型，建筑自动化领域的应用软件可以通过该信息模型在设计、运营及监测维护等阶段实现标准化的信息交换与共享。

建筑建设阶段的信息不仅要集成到BIM 模型数据库中，运维阶段的动态实时数据也要整合集成（如图1），从而保持BIM 模型数据库的实时更新。

图1 BIM 运维动态信息集成

图2 BIM 运维的主要功能

2.3 基于BIM 运维的系统研发

目前，我国BIM 在运维阶段的应用案例相对缺乏，还导致目前国内BIM 运维软件开发方面较低。

德国Nemetschek 公司推出的Allplan Allfa 软件是基于BIM 的建筑设施设备运维管理的一套软件，该软件包括文档管理、设施设备管理、空间管理以及防火预警管理等，满足了一定的建筑运维管理要求，但该软件市场占有率少，尚有较大的发展空间。上海赛扬建筑工程技术有限公司集多年来大型高档项目的机电设计及BIM 设计的丰富经验开发了SY-iFM 运维管理平台，这是一个在实际项目中应用的智能化运维管理平台。南京禄口国际机场二期利用BIM 技术，构建了基于BIM 技术的建筑运维服务平台，包括了空间信息、设备设施运行维护等功能，实现数据信息模型化，对提升建筑智能化运维管理起到了关键作用。北京博锐尚格节能技术股份有限公司开发了基于BIM 技术的能源管理系统，该系统已应用于望京SOHO 项目，初步实现了BIM 技术的部分专项应用。南京天溯自动化控制系统有限公司开发了智慧运维生态平台，利用BIM 技术提供后勤管理的功能。上海蓝色星球科技股份有限公司开发了BIM-FM 运维系统，主要解决了资产与设施运维管理的需求。

图3 主要功能应用比例

上海建工四建集团有限公司自主研发的基于BIM 的医院智能运维管理系统，在上海东方医院和新华医院进行了实际应用，并取得了较好的效果。该系统连接了建筑生命期不同阶段的数据资源，集成BA、能耗监测、电梯监控、视频监控等先进信息技术，通过基于BIM 的医院建筑动态信息和静态信息的融合，实行了三维可视化、主动式机电设备运维、能耗监测与节能潜力分析的智慧运维管理目标。

通过建筑运维管理BIM 平台的不断实际应用和推广，越来越多的BIM 运维平台不断完善，必将提高BIM 运维系统平台的应用价值。

3.BIM 运维的主要功能

通过大量文献查阅并进行归纳分析可以看出，目前建筑运维阶段BIM 技术应用主要在空间运维管理、设备管理、能耗监控、应急管理、维修维保、安防联动、资产管理、安全管理八个方面(如图2所示) 。

在上述功能中，通过案例分析发现，设备管理是目前的BIM 运维阶段的主要应用功能（如图3所示），设备管理可以给建筑管理方带来明显的效益。建筑运维管理者可以从BIM 模型及相关的运维管理数据库中直观、快速、全面地获取设施相关信息文档，以及设备在运维中产生的相关数据信息等。用户可对相关设备发起相应的保修指令，为故障设备的保养和维修等制定专门的方案。BIM 运维在保持优势领域的持续优化下，将BIM 应用范围扩展到新领域，是我们后续的研究方向。

4.BIM 运维新技术融合应用

以 BIM 技术为基础，与各项新技术之间的融合，实现“BIM+”的拓展，需要整合应用 GIS、VR、物联网、大数据、云计算、深度学习及人工智能等技术，实现建筑运维的智能化管理。本文通过查阅和研究大量案例，对使用BIM+技术的方案进行归纳整理，结果如表1。

随着建筑运维阶段中BIM 技术应用的不断深入，一种信息技术的集成不足以支撑深入应用，只有充分集成融合多种信息技术，才能充分发挥BIM+技术对建筑运维的巨大潜力。因此，需要加大其他信息技术与BIM 技术的集成，如与RFID 的集成可实现资产设备的定位与追踪管理，与 VR/AR/MR 技术的集成能提升智能化后的信息表现能力，与AI 技术的集成能提高数据分析的效率，为各方人员提供更为准确的决策建议，与GIS 技术的集成能提高大规模公共设施的管理能力，与物联网技术的集成能提升建筑物的感知和控制性能等。