BIM的智慧建筑运维管理系统设计

吉林建筑科技学院 高林帅 李 馨 马安平

随着我国建筑行业的蓬勃发展，国民生活水平的不断提高，对建筑项目后期运维管理需求及管理水平提出了更高的标准。通过了解国内BIM技术和智慧建筑的现状，总结关于目前常见的三种BIM运行维护的实现方式，提出运营维护系统设计方案。

智慧城市始于一栋建筑，智慧建筑是智慧城市的基石，未来的智慧城市无论城市的规模、技术的范围多大，都涵盖了智慧建筑或智慧园区。目前我国已建设成一部分具有明显特点的智慧化城市，但在维护管理和提高人民生活水平服务、加强改进社会管理机制、建立相应的制度维护保障网络安全等方面还需逐步完善。

1 BIM技术和智慧建筑的现状与分析

1.1 BIM技术

建筑信息模型（BIM）技术是基于建筑工程信息数据制作的建筑模型，可对建筑全生命周期内信息使用数字信息模拟方法进行三维数字化描述。BIM技术最核心的功能是信息整合功能，能够通过搭建三维信息模型，将庞大的数据信息资料放在一个独立的共享平台上，供建筑各使用者共享使用。

目前，BIM技术在我国从概念引入到深入应用发展了近20年，但BIM技术在建筑行业的应用主要集中在建筑的设计阶段和施工阶段，在建筑的运维阶段的应用比较少，因此要重视BIM技术在建筑运维管理中的应用研究，利用BIM技术对建筑运维数据信息进行整合与分析，提升建筑工程项目的运维效果，降低建筑运营成本。

1.2 智慧建筑

传统建筑的最终目的是为用户提供居住和使用的场所，而智慧建筑区别于传统建筑在于融入了相关智能化设计，将BIM信息模型与大量的智能化设备相结合，通过智能化手段，对整个建筑或建筑区域进行智能化、数字化管理，为使用者、居住者、管理者提供智能、安全、高效、舒适、方便的理想生活场所及服务，同时可以在最大限度上减少建筑实施阶段和运维阶段的工作量，提高生产率和运营服务水平。

目前，相比国外发达国家，我国智慧建筑的普及率很低，在既有建筑中智慧节能型建筑只占1%。我国智慧建筑发展还处于初步阶段，关于智慧建筑理论研究非常少，如何进行智慧化系统管理也处于探索阶段。

1.3 BIM技术在智慧建筑运维管理中的应用

智慧建筑的发展离不开新兴信息技术的运用，目前主要有BIM技术、物联网技术、人工智能技术以及三者的融合。BIM技术是现代建筑业发展最为主要的信息化技术，可以提供建筑前期的建设模拟分析平台及后期的运维管理工具给建筑项目各参与方和使用方，帮助各方人员在建筑工程项目的全生命周期内，通过BIM技术实施科学合理、有效的管理。BIM技术在建筑投入使用后运维的过程中，能够对建筑项目实时地进行动态的管理及控制，能够代替人工对建筑部分项目进行运维管理，有利于提升建筑后期的运维效益，促进智慧建筑可持续发展。

2 BIM运行维护的三种实现方式

2.1 利用基本维护软件开发可支持BIM技术的功能

据研究，目前国外应用CAFM（计算机辅助设施管理系统）软件约有200种，大部分在国内知名度很高，但是利用人数很少。国内智慧化建筑的运营维护管理应用包括两种类型，一种是以OA或ERP为主要功能，另一种是以BMS（建筑设备管理系统）或IIS（智能集成系统）为中心的功能。厂商和产品数量不在少数，但市场相对比较分散，集中度相对不高。相对当前而言，这类软件，通常不具备BIM模型三维展示效果也不具备数据分析功能，因而能被选用与BIM技术相结合的软件数量较少，但未来随着标准和软件接口的完善，这种类型软件还是具有着很大的市场潜力。

2.2 对已有的BIM运维系统进行再次开发

BIM运用中最常见的是基于与Autodesk、Navisworks、Revit等相关软件的二次开发，总的来说，这些二次开发的系统已经具备成熟的界面和图形平台，并且前期开发周期短和成本较低，可基本满足需求。但由于软件架构凌驾于商业软件之上，无法控制其核心的数据存储系统和管理功能，因此在其性能和功能扩展上均会受到一定程度的限制，长期以往成本普遍较高。

2.3 自主研发新型的运维系统

与二次开发相比，自主开发的建筑物维护平台更加灵活，可以根据需要选择必要的开发功能，并且可以从底层进行相对应的优化。特别重要的是，我国自主开发的BIM运营维护平台不会对国外商业软件产生依赖性，可以更好地维持我国基础信息的安全。虽然受到研发能力等因素的制约，距离搭建功能完整的运维系统依旧存在着一定的差距，但是我国在某些特定功能或领域取得了较多价值颇高的的成果。例如根据BIM的运营维护理论和基于Web的应用框架进行研究，自主研发基于BIM的桥梁运输管理系统，为桥梁的运行和维护提供可视化的成果展示。通过整合基于BIM的机电设备智能管理系统，自主构建建筑管道工厂化信息管理平台，从而实现建筑机电安装工程设计阶段、施工阶段以及运维阶段的信息共享、共用，实现了施工过程一体化、施工进度透明化，进一步加快了基于BIM运维智能化。

通过调查研究我们可以看出，三种方式都有着各自的特点，但第一种方式过于繁琐和陌生。本研究在运维系统的设计时，我们采用将第二种和第三种相结合的方式，建立一套相对完整的运维系统。

3 运维管理系统设计

通过前文的研究，在以下方面对运维系统进行设计：首先将智慧建筑建设的前两个阶段和运维阶段管理整合到同一个系统进中，在设计和施工阶段就进行工程数据收集和计算，以达到可以事先感知、事中控制、后期可追溯三个目标。

3.1 使用二次开发的方式设计

利用基础造型软件等对建筑物外形进行基础建模，通过模型基本判断整个建筑的外形及结构，较快计算出整个工程的运行费用、能耗量以及规划意外发生有效且安全的逃生路线及方式。

3.2 使用自主开发方式

在二次开发的基础上，对模型进行细节的补充，对建筑物内的每一个设备及空间进行合理的放置及分配，对建筑物内部的环境及人员需求有准确的预测和判断，对每一处的设备进行统一联网控制，利用物联网和大数据在最短的时间内准确的找到问题并且能及时解决问题。此远程运维系统相关的功能架构如图1所示。

图1 远程智慧运维系统功能架构图

数据采集平台负责接收来自现场仪器仪表的数据、通信数据和网络流量数据，并进行人为录入数据;采集平台每天生成的大量繁琐的数据，以及涉及仪表的基本信息、运维信息、服务返回信息等相关的基本数据。通过利用这些数据，现场管理人员可以客观的掌握整个现场相关仪表的运行情况及相关进度;车间管理人员可以及时了解仪表设备运行保养状态、质量稳定性等相关专业性信息。如若仪表出现故障，仪表设计方也可以根据这些已经获得的数据分析问题出处，快速找出解决办法，提高相关的工作效率。数据层负责对现场仪表的实。时运行、维修、保养等信息进行分类整合归档。逻辑层包含了运维系统的故障预测模块、运维记录模块、运维评估模块、运维决策模块等数据应用操作服务。应用层主要包含网络监控、仪表数据监控、应用监控等监控模块，系统设置、仪表管理、售后管理等管理模块。

结语：在建筑物全寿命周期内，建筑物的后期运维成本逐年增高，同时在建筑物使用的过程中随时可能出现各式各样的运营难题，这一直是建筑后期运维的瓶颈。通过智慧化建筑运维管理系统这个载体，建筑成果和运维服务将会被无限拓展。BIM+运维必将在未来促进智慧建筑建设和智慧化城市的发展，使我国建筑运维管理更加智能化。