探究基于BIM的办公建筑智能化运维管理设计

摘要：随着现代社会的不断发展，智能化水平不断提高，传统建筑逐渐暴露出信息化水平較低、信息传递能力较差、运维部门沟通不畅、个性化设计不足等缺陷，本文从空间分配、节能环保、火灾应急处置等几个方面，借助BIM技术与大数据技术，通过信息与数据流的结合，降低管理难度，提升管理效率。

关键词：办公建筑;智能化运维;设计

中图分类号：TU885    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00

0 引言

BIM（Buliding Information Modeling）是建筑业当中新兴的一种技术，它通过设计、施工、和运营维护的数据传递，实现建筑信息的互联互通，它能够将建筑工程项目当中所有的信息资源综合到一个智能化的数据模型当中，实现对建筑项目的智能化管理，为运维设计提供真实可靠的信息资源。

1 BIM的背景及研究现状

1.1 针对运维方面空间分配的研究

在空间管理运营维护的过程当中，管理人员可以使用BIM技术得到可视化的三维立体建筑模型，能够清晰观察到房屋内设施摆放情况，克服了传统房屋图纸抽象杂乱的情况出现。

有些学者研究在物业方面BIM的应用模式，通过在每一个车位安装探测装置，监测停车场的车位状况，并将探测数据与BIM系统联通，向用户与管理者及时展现车位使用情况，避免拥堵与资源浪费。

现有的有关BIM运营维护阶段对于空间分配管理的内容不多，已进行的研究也多停留在物业空间应用和建筑物内空间导航模式的探索，较少涉及到基于建筑信息化管理体系进行的建筑内部空间分配探索。并且传统的预测建筑空间利用率理论也仅仅考虑对独立房间的占用需求，对房间面积、环境资源等整体着眼较少。因此，将建筑信息化管理与空间利用理论相结合的研究具有很好的发展前景。

1.2 有关节能环保绿色低碳的研究

BIM技术在建筑运营维护阶段能够最大限度地节约资源，包括水能、电能等，有序利用自然资源，保护生态，为人类可持续健康发展作出贡献。在资源利用等方面，有些学者认为可以利用BIM技术与基于案例分析的方式相结合，建立能源消耗管理平台，运营维护人员能够利用之前的案例推算出建筑耗能的合理数值，降低能耗，减少浪费。

另一些学者认为，传统的资源分析法无法根据住户的实际需求和使用情况进行分析，通过BIM技术可以通过分析能耗推算出使用者的行为流程，并计算出使用者的行为模式和当地的自然条件等参数，为运维者提供了有效的管理依据。

1.3 针对火灾等应急管理方面的研究

建筑运维管理人员能够通过BIM技术对整座建筑进行3D可视化模型分析，能够快速定位建筑物内发生火灾等紧急事件的位置，并根据实施情况反馈给公共管理机构，还能够通过实时模拟创建临时火灾场景，合理规划人群逃生路线，在应急事件管理当中具有很大作用。

一些研究将BIM技术同无线识别技术相结合，对建筑进行无损无接触式扫描，运维人员可以通过提前设置的扫描参数对建筑内部发生损毁、破坏、火灾等突发事件作出定位并进行处理，同时，在BIM可视化模型当中能够自由拆解建筑物，避免了对受伤建筑物的挖掘，提升了工作效率。

2 办公建筑智能化运维设计在BIM体系下的应用

2.1 适应居民的智能化空间运维设计

利用BIM技术可以实现查看已被占用空间、未被占用空间以及住户需求并对空间进行智能分配。提高空间利用率，为住户提供舒适的居住生活环境。

2.1.1 居民用户需求调查

在办公建筑当中，用户经常分为常规办公需求和非常规办公需求。例如，日常时间用户应在办公室进行办公，但偶尔也需要使用会议室、教室等空间资源进行讲座、会议等活动。办公室也可分为单人使用办公室与多人使用办公室两种。而根据用户的身份也可以进行划分，如重点用户和常规用户。这两种用户均可以拥有常规办公需求和非常规办公需求。

根据用户的身份以及需求的划分，可以确定用户的空间分配方式。空间分配方式包括个性化分配与基本需求分配。根据系统智能化为每个用户匹配最适合的房间类型。

2.1.2 优化空间布局及智能分配与管理

基于建筑信息化管理体系与建筑空间利用率预测理论，运营维护管理人员需要实时通过BIM3D可视化模型当中的建筑物参数，例如建筑物楼层、房屋面积、房间内部设施、房间数量等进行综合分析。建立建筑物空间分配平台，设置空间分配智能算法，借助串联的住户需求信息和历史数据，综合考虑当前的需求空间面积、环境条件、楼层角度、设备多少、已占房间数据等信息进行筛选。在筛选过程当中，建筑信息化管理体系模型将结合提出需求用户的邻居信息分析剩余的建筑空间。

要想根据用户提出的信息进行筛选优化，还应当满足在设计之初设置的使用面积上限。假如在设计之初将用户能够选择的房屋面积上限定为60平方米，则在基于BIM系统的智能房间分配平台当中，当用户提出70平方米或更高的房间需求时，系统就会自动提示超过预设范围，无法分配。智能系统应当根据未被占据并满足需求的房间当中抽取几个不同房间提供给用户，用户传回反馈信息之后，系统根据用户的反馈信息进行学习和挖掘，智能推荐算法给用户推荐更为适合的房间，直至用户进入。用户也可以进行自主选择并查看各个推荐房间的优缺点。如果当前的空房间数量不足，系统即将剩余所有房间列出供用户进行选择并记录结果。

实现智能房间分配需要构建用户相关数据库，其中需要包括用户选择房间的历史信息、用户的使用需求与习惯和所有的房间档案。系统需要采集用户的使用习惯，记录其每次的选择并存储在服务器上。通过大数据进行用户画像描绘，找出用户对房间的偏好。采用建筑空间利用理论（SUA）对BIM智能推荐平台进行优化和学习，在平台上增加用户所关心的面积、环境等房间参数，满足用户的个性化需求。

2.2 针对办公建筑的绿色管理研究

在建筑物建成之后，对建筑内能源消耗进行实时监测并分析是一项既重要又复杂的任务，需要运营维护管理人员对建筑不同阶段、不同用户当中收集，利用传统方式对能耗数据和信息进行收集，不但速度慢、时间长、效率低下，还给运营维护人员带来极大的压力。而通过BIM技术，运维人员能够全面掌握建筑物整个生命周期当中的各类重要文件和信息，包括施工图纸、验收信息、竣工信息等，在建筑物的可持续性使用过程当中发挥了不可替代的重要作用。

现阶段根据BIM技术对建筑物的环保管理主要包括资源消耗、碳排放、通风光照条件、水循环、人体舒适程度等几个方面。

2.2.1 根據气候指标对人体舒适度进行智能计算

人体自然舒适程度主要影响因素有环境温度、湿度、风速、代谢率、辐射温以及服装热阻等方面，这些方面还可以细化分为环境因素和自身因素。对于办公建筑而言，本文主要探讨温湿度、空气流速、人体与制冷设备距离、代谢率和热阻这几个方面。

温湿度和空气流速这几个指标都能够通过外置传感器进行收集，将这些信息整合至BIM模型当中。普遍而言，人体代谢率和服装热阻值根据季节时间的变化是较为稳定的，人体与制冷设备之间的距离则也可以通过BIM模型设计时内置的信息进行准确计算，最终可以推算出每个用户的人体舒适度。

2.2.2 根据BIM及无线传感技术设计智能环保管理框架

根据BIM技术进行智能环保管理同样需要运维人员整合目标建筑物室内室外的环境信息和设施设备，构建完善的数据信息库，根据BIM实时模型推算建筑物的实时能耗并进行监测。通过模拟程序，分析能源消耗并提出解决措施。利用BIM技术进行的碳排放检测需要对建筑外部和内部环境相结合，对建筑各个位置与工作过程当中的碳排放量进行智能计算，并针对计算结果给出相应的处理方案。对于光照与通风分析，需要借助外置无线传感器对建筑内外光照、温度、热辐射和空气流速进行实时监控，对不同气候不同环境下的光照条件与风速进行模拟，达到适宜人居住的环境。针对基于BIM技术进行的水循环管理需要综合考虑建筑物内外的用水情况和水资源供应情况，设置雨水收集点用于植物灌溉等循环使用，综合各季节月份的用水情况，进行模拟分析，优化水资源使用方案，防止水资源分配不合理的情况发生等。

2.2.3 利用BIM技术还能够实现传统建筑节能减排的优化改进

通过BIM技术的3D可视化模型进行建筑优化设计，可以降低设计难度，优化设计流程，降低设计成本，避免由于设计人员的失误造成返工情况发生。利用BIM技术还能够实现建筑物各个功能模块的整体性评价，避免传统节能减排评价模式的片面性和单一性。

利用BIM技术还能将设计与施工有机结合，打通双方人员的沟通渠道，优化改造施工完毕后的设施性能，并能够对后期运维工作进行指导和参考，避免了断层情况的发生。

2.3 基于BIM以及云计算等对火灾应急处置研究

由于办公建筑一般楼层较高，因此一旦发生火灾等紧急情况，只能依赖对灾情发现的实时性和救援力量赶到的及时性。目前，越来越多的人发现了BIM技术在预防火灾和救援火灾等情况当中的重要作用，利用BIM技术能够整合建筑物内所有无线传感器的感知信息，并对建筑整体进行立体监测，一旦发生紧急情况可以及时进行预警。

2.3.1 提供火灾案例与应急预案供参考

依据BIM技术进行火灾案例分析，首先应当建立火灾案例数据库，运维人员应当将火灾案例的各种信息导入BIM模型当中，案例信息应当包括：灾情严重程度、受灾人数、采取的防护手段及建筑逃生路线等，还可以通过BIM模型进行火灾救援模拟演练，模拟根据建筑内发生火情火势大小、建筑内人数、火灾发生时间等进行人流逃生路线的正确规划，模拟应当详尽真实，模拟结果也应录入BIM模型当中，以供提出准确可靠的应急预案。

基于BIM技术的火灾案例分析，必须满足几个条件，如建筑物人数、火势大小、灾情等级等。运维人员可将系统设定为超过某个火势或建筑内人员达到某个数量级才会提出救援疏散预案，防止错误预警带来的不必要损失。

在火灾现场，传感系统能够根据建筑物内的二氧化碳排放量和各类建筑构件的表面温度进行分析，并对火势进行判断，给救援人员提供准确参考依据。对人员的逃生路线分析，BIM技术可以智能计算出当前位置距安全出口的最短路径，并可用过手机端传达到每个用户的导航当中，所有传感器与BIM模型直接联系，能够准确规划逃生路线，降低火灾损失，减少人员伤亡。

2.3.2 根据大数据信息设计应急管理模型

基于BIM技术建立应急管理模型，能够确保对火灾的及时发现和处理，建筑运维人员需要对室内多个无线传感器进行实时监测，包括温度湿度传感器、二氧化碳传感器、建筑物表面温度传感器等，并结合视频监测，将数据信息打包整合至BIM模型当中，依据实时数据，BIM模型可以对建筑物内发生的火灾位置进行定位并准确计算火情大小。智能判断是否需要启动建筑物灾情报警系统并疏散人群，系统需要根据运营维护人员预先录入模型的各类火情信息进行分析判断并学习，判断出与此次火情最为相似的情况，并提出预先准备好的应急预案。运维人员和救援人员能够通过该模型，提高救援效率，降低救援损失。

3 结语

BIM技术不仅能够对办公建筑内部的空间导航、能耗监测、火情应急处置具有重要地位，还能够在用户空间分配、智能绿色管理、建立火灾案例数据库以及应急预警预案等方面发挥不可或缺的作用。为建筑智能化、信息化的不断发展提供了思路。

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收稿日期：2021-06-20

作者简介：李童（1984—），男，天津人，本科，讲师，研究方向：建筑智能设计管理。

Explore the BIM-based Intelligent Operation and Maintenance Management Design of Office Buildings

LI Tong

（TianjinlandresourcesandHousingVocationalCollege，Tianjin  300270）

Abstract：With the continuous development of modern society and the continuous improvement of intelligent level， traditional buildings have gradually exposed some defects， such as low information level， poor information transmission ability， poor communication between operation and maintenance departments， insufficient personalized design， etc， Through the combination of information and data flow， the management difficulty is reduced and the management efficiency is improved.

Key words： office building; Intelligent operation and maintenance; Design