基于BIM模型的公共建筑运维数据应用研究

2023-03-03李明柱吕彩霞张钰宁

智能建筑与智慧城市 2023年2期

李明柱，吕彩霞，张钰宁

（吉林建筑大学）

1 引言

公共建筑运维是保障生活品质高低的重要环节，运维阶段作为建设阶段的延伸，在建筑基础设施的全寿命周期中将持续时间最长。公共建筑运维数据由建筑全生命周期与参与方两个维度逐渐形成，各参与方产生的数据格式各异、结构复杂，导致数据无法交互共享，形成信息孤岛，在建立一体化管理的运维平台时，缺乏统一的标准和集成的数据载体已成为运维管理的突出问题。在基础设施领域，BIM模型被广泛应用，是全寿命周期管理的重要载体。

从2012年起，住房和城乡建设部先后颁布模型设计交付、应用统一、数据存储等标准政策，张润沂等在建筑工程设计、施工阶段的信息集成和应用方面进行了深入研究。自2017年起，BIM技术逐渐应用到运维阶段，刘三明等通过研究BIM技术在建筑运维期是否可以运行，给BIM在建筑运维领域的应用与推广开拓了新道路[2]。但由于公共建筑存在体量庞大、专业种类繁复、分工细化等管理难度大的特点，这方面还处于起步阶段。

面对建筑信息化的需求，在运维阶段以BIM技术为基础进行设施管理，将其模型作为信息载体延续其数据交付后的管理方案，梳理公共建筑运维所需数据，明确数据信息标准，总结公共建筑运维阶段数据呈现的形式。将BIM作为基层支撑载体，利用信息标准解决数据共享问题，推动公共建筑大数据运维，为综合建设运维管理平台提供参考。

2 模型交付与管理

BIM技术贯穿于建筑工程建设中，将形成近数万个模型。建筑工程信息模型，可保证数据信息的共享与传递，将其从建设阶段向运维阶段交付，需保障模型的可用性与数据信息的完整性。需将图纸、模型、其他非结构式的工程竣工资料移交到运维阶段，运维管理人员验收合格开始使用后，系统将不间断运行，继而添加新产生的信息。因此，交付的模型信息与其他资料信息必须准确有序地投入到运维阶段。为确保交付模型更加准确地对接运维管理，提高公共建筑的服务及工作效率，将从模型的交付原则、精细度要求、构件命名规则几个方面进行明确。

2.1 模型交付原则

公共建筑体量大、涉及专业种类繁复、参与方众多、数据不能兼容、文件非常大、传递和应用十分困难，产生大量冗杂、冗余数据，因此，模型交付需以项目级、功能级、构件级、零件级为模型单元。在模型的格式上，不同阶段不同参与方可能使用不同的软件，但在建筑BIM的发展中，以Revit为主的建模软件得到统一，交付的模型支持.rte、.rvt、.rfa、.rft等格式。Ifc格式作为数据传递与交换的标准，保证BIM模型在不同软件之间的顺利转换。

2.2 模型精细度

BIM模型在设计——施工——竣工3个阶段会不断得到深化，其信息量会逐渐丰富与完善，在运维阶段的有效利用将最大化呈现其全寿命周期跟踪的意义。在我国，关于竣工交付的BIM模型标准还没有统一的规定，通常参考美国建筑师学会的标准[3]，使用模型深度等级(Level of Detail，LOD)来定义BIM模型中建筑元素的精度。根据运维阶段需求，LOD500的模型等级最高，符合此阶段应用管理。运维阶段模型的交付内容通常包括：与竣工的实体建筑物保持一致，设施技术参数、产品使用说明书、实施操作手册、厂家信息、检测记录、保养及维修手册、安装成本、售后信息等。对运维阶段模型的精细度要求包括：满足维护维修的设备最小粒度要求，符合设备设施等几何信息的可视化、动态化要求，满足非几何信息的全面性等。

2.3 模型命名规则

公共建筑中构件设备种类多、使用地点分散、价值高、资产维修频繁、更新快，为了使模型数据能够不丢失不重复，在建筑工程项目中需对建筑全生命周期的数据进行分类和唯一编码，而信息分类标准Revit系统族将默认使用Omniclass，为规划、设计、施工、运营各阶段不同参与方数据传递奠定了基础，使数据得到高效管理和储存。Omniclass不仅是线性分类表，也是线性分类与面性分类相结合的方法，有15个分类表，每张分类表内部采用线分法[4]，分为7个层级，分别代表不同类型的建筑信息。

3 数据标准信息研究

BIM技术的应用是信息区别于传统技术的关键，BIM将构件、设备设施的功能特性、物理特性承载于模型中，便于业主和设施管理人员直接检索相关数据。BIM数据库从建设项目的规划和设计阶段开始建立，随着项目的推进，将不断改进数据和信息。在现有建筑竣工数据的基础上，通过分析运维阶段的功能需求，尝试提出运维阶段的数据信息。

3.1 公共建筑功能需求分析

1）空间管理

为了实现空间场所的最大利用率，满足公共建筑空间管理的需求，更快捷地响应各组织对空间分配的请求，以便高效处理相关日常事务，合理降低运营成本，需对各类型的房进行调配管理，如空间分配、出租情况、人流密集场所的管理[5]。

2）设备维护管理

设备维护管理对建筑能否正常运转起着决定性作用，为了降低对公共建筑正常运转的影响，需预判设施设备的维修状态，做出相应的科学策略和方案，保证维护的准确性与时效性。

3）应急安全管理

公共建人流密集，如果发生安全事故，会造成财产人员损失，因此，对事故前应急模拟、事故发生时的预警提示以及事故发生后的恢复处理要做到不容置疑，从而减少人员伤亡，降低财产损失。

4）能源管理

为了确保建筑的正常运转，产生的能耗不仅造成资源的浪费而且成本将非常庞大，尤其对一些复杂的大型公共建筑，更是损失巨大。为了降低能耗，减少运营成本，需倡导双碳目标战略，发展绿色之路，实现能源的高效管理。

5）资产管理

对资产的借用归还、转移新增、修改删除、损耗折旧、盈亏状况等数据实时记录归档，以便管理人员进行管理、分析、做出相应策略，提高投资回报率[4]。

3.2 公共建筑运维阶段数据信息

建筑全生命周期的跟踪包含规划、设计、施工和运维4个阶段。在前期建设阶段会统一管理，收集设计施工图、基本参数、参数标准、构件属性、BIM模型、采购信息等信息。工程竣工时，前期信息将依据交付精细度标准交予运维阶段。运维管理人员将竣工交付的信息上传至系统，并添加运维阶段产生的信息。运维阶段所需数据信息如图1所示。

图1 运维阶段数据信息

4 数据与模型集成应用

上述内容定义并规范了模型及数据格式，可解决当前公共建筑运维管理的部分基本问题，接下来，我们将构建数据和模型集成管理应用。与其他阶段相比，运行维护阶段的设施设备数据是实时的，随着建筑物的运行不断更新和动态变化。以建模工具的方式进行属性集成将不能完全满足本阶段的数据存储和显示。在BIM模型集成的基础上，将GIS与物联网结合的管理体系结构，通过各种成熟的检测设备可获得大量数据，并在BIM模型中任意查看，比传统通过专业人员现场勘察查看更加方便、清晰，不仅满足了数据的集成，还可以更快地记载数据。

4.1 模型管理

作为数据存储的运维管理平台，模型以文件形式存储。将Revit图纸导入系统中，把BIM模型导入，可通过三维可视化图进行设备设施的管理，再利用物联网的各个端口、识别感知设备，将运维动态数据采集传输到BIM数据库中，为运维管理决策提供依据。

4.2 运维可视化应用

运维可视化管理以BIM模型为载体，融合物联网、GIS等建筑信息技术，采用多端口的架构模式，系统通过统一整理电子化文件、传感器数据及其他系统接口等方法收集数据，构建设备档案信息，使人、设施和建筑之间可以互联互通，实现信息化管理，全方位大幅度地提高公共建筑虚拟信息化与实体环境的有机融合。运维可视化管理可以有效定位天花板、设备间、地板等隐蔽设施处及分布复杂管线遮掩的设备位置，使维修人员能够以最短的时间抵达现场，提高维修效率；可对不同时间、不同区域人的实际需求进行供能预测，分配相应的温度、照明、气流等，减少浪费，高效节能；通过对各个系统的运行状态随时监控，可通过模型中预警显示危险位置，并快速准确地对危险处及时做出预防措施及应对方案，降低风险率，减少成本浪费。