基于设施管理的BIM模型数据移交与更新

文｜黄河科技学院 李莹 赵圆圆

1.引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，简称为BIM）其概念源自于Charles Eastman 在1999年 出 版Building Product Models 一书[1]。BIM能够提供建筑三维几何数据与建筑构件属性数据，BIM 作为一种数字化工具，可在建筑全生命周期内管理项目信息。近年来随着建筑行业朝着数字化、智能化方向发展，BIM技术在设计、施工阶段应用日益广泛，但却很少延伸到运维阶段。从建筑全生命周期来看，运维阶段的时间最长，运维阶段的费用占建筑全生命周期总成本的70%—80%[2]。BIM 在运维阶段的应用具有巨大的潜力，将BIM 与设施管理（Facility Management，简称为FM）整合可有效提高建筑运维阶段的工作效率，降低运维成本。本文聚焦于竣工阶段模型数据移交与运维阶段模型数据更新两个过程，针对过程中存在的障碍进行分析，围绕如何将模型中运维数据高效准确地上传至运维平台及如何将运维阶段模型数据根据建筑变更情况实时更新进行研究，使BIM技术能更好地应用于运维阶段。

2.模型数据移交

BIM模型建立过程中不同参与方使用的建模标准不统一影响着BIM模型信息的传递。模型深度等级从LOD100-LOD500 有五个等级，设计、施工到运维每个阶段对模型的建模深度要求不同。各个参与企业使用不同的建模软件，依据企业资讯标准建模，使用的命名规则不统一。这将会给后期建立互通的BIM模型造成障碍。在运维阶段设施管理涉及的系统较多如：计算机维护管理系统（CMMS）、能源管理系统（EMS）、楼宇自动化系统（BAS）等，这些系统使用的数据结构并不统一。模型数据结构不满足FM系统要求，BIM模型中的数据将无法顺利上传。此外BIM模型中几何数据与参数化属性数据的缺失会影响到运维数据收集的完整性。综上竣工模型数据移交阶段主要障碍在于：（1）不同建模团队建模标准、命名规则不同，模型无法互通；（2）模型的数据结构与FM 系统不匹配，无法顺利传递给运维平台；（3）运维数据收集不完整。针对这些障碍，下面将提出解决措施。

2.1 制定BIM 实施计划

为了收集到完整有效的运维数据，保障模型整合与模型移交工作顺利进行，需要制定一个BIM 实施计划。BIM 实施计划将根据项目的工程概况及业主要求，提供一个模型数据管理的总体规划。BIM 实施计划内容包括：工程概况、BIM 组织架构、BIM实施内容、工作进度计划、技术要求、BIM 应用管理流程、移交成果描述。BIM 实施计划明确规定项目各专业模型的建模范围、建模精度、模型属性信息、模型文件格式及命名规则，确保分包商建立的BIM模型能够整合到整体BIM模型中。建立BIM模型应用管理流程来管理不断深化设计的BIM模型资料，同时根据FM 团队提出的运维数据需求，按照工程实际情况添加建筑构件各类属性信息如：材质、尺寸、使用年限、供给商等，设置一些工程节点对BIM模型进行质量检查。在BIM 实施计划中对移交的资料内容、数据格式标准、模型审查方法、数据上传设施管理系统的流程进行规定，保证FM 团队能够在运维阶段获得完整准确的信息。

2.2 数据结构标准化

模型移交阶段，为了确保BIM模型及相关数据资料能够顺利上传到运维平台，需要明确所提供的数据内容、模型文件格式以及FM 软件能够使用的数据结构。要将数据导入到FM 软件系统中必须对数据进行标准化、结构化处理，来满足软件系统的要求。因此确定详细的数据标准十分重要，所选用的数据标准应能够适用于行业常见的建模软件与FM 软件。为了让不同的建模参与方之间实现信息互通与模型整合，且能够让模型中的运维数据在后期运维阶段使用，可选择行业内两种数据格式标准，分别为：建筑资讯交换标准格式IFC 与施工运营建筑信息交换标准COBie.

IFC 是由国际互通性操作联盟(Industry Alliance for Interoperability,IAI) 提出的一套建筑资讯交换标准格式，即“工业基础分类”(industry foundation classes,以下简称IFC)[1]。IFC 标准是一种中立的开放文件格式规范，可被应用于从设计、施工到运维的建筑全生命周期中每个阶段，每个项目阶段中都有支持IFC 标准的建筑工程软件，可通过相同模型交换格式，实现BIM模型的导入和导出。IFC 标准有效解决了不同建模软件之间BIM模型无法互通的问题，使模型数据能够顺利地传递。

COBie（Construction Operation Building information exchange）为施工运营建筑信息交换标准，该标准说明了如何从设计、施工、运维过程中获取信息。项目各参与方可参照COBie 标准在各阶段输入相关资讯供后续管理人员使用。COBie 为IFC 的模型视图定义（MVD），COBie 将运维管理数据交换需求映射至IFC 大纲中，形成基于IFC 标准的概念集，由此可以获取IFC 模型中与运维相关的信息。COBie 交换格式有三种：STEP、ifcXML、电子表格（Spreadsheet）[3]。大型项目一般使用STEP 或ifcXML 格式文件传递信息，小型项目通常用电子表格的形式交换COBie 数据。通过COBie 数据交换的文件格式可以将BIM模型中的运维数据上传至FM 系统中。COBie 标准使数据更加结构化与标准化，使BIM 与FM 进行有效对接，减少了从竣工到运维期间模型移交过程中的数据丢失，有效提高了数据传递效率。

2.3 实行规则化工程交付

工程竣工后BIM 团队将会把相关BIM 数据资料移交给FM 团队，为了让FM 团队能够获得所需的资讯，并将移交的资讯上传至运维平台，需要创建一个管理良好、充分协调的交付流程，实行规则化工程交付。规则化交付工作可分为两步：一是对模型的审查与优化，二是实现BIM 与运维平台的信息传递。

规则化工程交付首先需要对模型进行审查与优化。模型中运维数据的完整性与准确性影响着后续运维工作，因此在模型移交后需要对模型信息进行审查。竣工模型中包含许多与运维无关的数据，模型文件较大，需要对模型进行优化。模型审查与优化工作包括：（1）审查现有模型几何信息的完整性与一致性，确保建筑、结构、机电等专业的BIM模型都反映了工程实际竣工状况。（2）审查建筑设施属性信息的准确性与完整性，保证设施构件相关的属性集包含：模型构件唯一编码、空间位置、安装日期等运维相关资讯。（3）对模型进行轻量化处理，降低模型导入系统平台的容量负载，避免影响模型视觉化显示速度。

规则化工程交付第二步是实现BIM 与运维平台的信息传递，让数据从上游系统传递给下游系统。竣工交付阶段提交IFC 格式的竣工模型，利用COBie 规则提供的架构，收集运维相关数据[4]。设施管理者可通过格式转换工具如xBIM，将IFC 模型转换为COBie 电子表格文件，将COBie 表格中的数据直接传递给FM 软件系统；或者构建云端运维平台来整合BIM模型与能源管理系统、资产管理系统、楼宇自控系统等多个系统；以及通过中介软件（如EcoDomus）连接BIM与FM 应用软件等。模型数据管理与移交流程如图1所示。

图1 模型数据管理与移交流程

2.4 开发有效的样板文件

工程在移交后FM 团队会收到大量的资讯。虽然这些资讯可能对FM工作是相当有用的，但需要花费大量时间与人力去分类整理这些资讯。一些有经验的FM 团队可根据以往的经验，针对不同类别、不同功能的建筑（如：医院、学校、办公楼等），按照运维阶段不同的设施管理需求，建立不同的运维数据收集样板文件，提升工作效率。对于一些具有完备建模标准的建筑团队，也可以针对不同的建筑，开发企业的BIM 样板文件（如图2所示），使建模更加高效化，标准化。

图2 医院科室BIM 样板间

3.模型数据更新

在运维阶段除了考虑到模型上传需要进行的模型优化工作外，还应关注设施管理过程中建筑设施变动、设备更新时BIM模型的更新情况。在后期的建筑运营维护中BIM模型平台需要与多个FM 系统进行整合。此外BIM模型与数据库相连接，在运维期间收集到的运维数据被导入数据库中，BIM模型作为可视化工具需要与数据库中的信息进行同步更新[5]。如何使管理平台中的模型与相关运维数据进行同步更新，如何将运维阶段模型数据根据建筑变更情况实时更新是两个难题。

设施管理者对BIM技术的不熟悉，是BIM模型数据更新管理过程中遇到的另一个障碍。将BIM技术应用于设施管理，需要FM 人员了解如何使用模型以及模型的更新方法。目前设施管理行业缺乏既熟悉BIM技术，又精通设施管理的从业者。针对上述模型更新过程中出现的障碍，下面将提出解决方案。

3.1 模型构件唯一编码

竣工BIM模型在运维阶段由设施管理单位来维护，为了方便数据存取与更新，后续运维期间生成的设施维护、设施能耗等动态数据通常保存在模型以外的数据库中[6]。后续维护的建筑设施构件都需要设置唯一的编码作为标识，维持BIM模型与外部数据库之间的信息关联，实现数据同步更新。此外在施工过程中也需要唯一的编码。施工现场可以使用资产标签二维码作为唯一的编码，通过扫描编码查看设备状态、录入设备信息。在采购，交付，安装和测试设备的过程中对设备资讯进行实时更新。将收集到的资讯保存在数据库中，通过唯一的编码将模型中设备与数据库中资讯之间的进行链接。

3.2 模型数据同步更新流程

在运维阶段为保证BIM模型能够与实际维护的建筑保持一致，需建立模型数据同步更新流程。当建筑物内设施发生变动如二次装修时，首先由FM 决策人员判断是否需要修改现有BIM模型或针对改建、扩建项目开发新的BIM模型。如果BIM模型需更新，则需FM 人员提出模型变更申请，并在申请中注明修改内容。模型数据同步更新流程如图3所示。

图3 模型数据同步更新流程

模型数据同步更新过程中，需制定模型更新及数据变更的管理机制，对于任何BIM模型及文件的入库操作，都应进行仔细审核。操作人员在进行新版本模型上传工作时，需要提交申请，用详细文字描述模型修改内容。模型审查人员需要仔细检查模型的几何信息与非几何信息是否完整有效。模型管理平台应能够自动比较导入的模型与之前版本模型，找出改动位置，重新汇总设备清单报表。针对录入模型，管理平台将显示模型的目前状态如：待处理、使用中、已归档。建立历史数据备份档案，保存各个版本的模型数据并记录不同版本的变化，以便后续的比较分析，以及在遇到异常情况时能及时恢复模型数据。

3.3 模型拆分

建筑物中有时会同期进行多项维护工作，为了在其他维护管理活动不中断的情况下及时更新BIM模型，可将模型按照专业、系统、楼层进行拆分。通过Autodesk Revit 中拆分模型的API（应用程序编程）接口，将BIM模型依据设施管理者的需求自动拆解成不同用途的模型与COBie 资讯档案。有局部模型需要更新时，经由系统界面输入后更新局部模型与相关资料。在模型同时进行多项设备维护与空间管理工作时，通过模型拆分的方式进行模型局部更新，可有效减少数据资料丢失情况的发生。

3.4 FM 人员培训

为了更好地将BIM技术应用于建筑运维阶段，需要对FM 人员进行培训。培训不仅仅只是将BIM 数据资源移交给FM 团队，而更多的是观念上的转变[7]。FM 人员要了解BIM技术的理念，BIM技术应用于运维的好处，BIM 在整个建筑生命周期的价值，还要学会使用BIM技术辅助设施管理工作。

通过培训让FM 人员学习如何使用BIM技术，如何浏览BIM模型，如何找到所需的信息资讯如：空间位置信息、规格型号、设备预期寿命、维护要求。培训FM 人员在FM 软件平台的基本操作包括：搜索、查看、更新、审查、分析与报告。FM 人员可通过培训来熟悉模型数据更新的操作流程、模型构件编码的命名规则、系统分类等内容。此外，在运维阶段还需要进行BIM模型修改与更新工作，需要培训特定的FM 人员学习BIM模型修改的技能。在运营阶段，大多数FM部门不会聘请专职BIM 工程师进行BIM模型更新工作，因为只有在运营阶段初期需要进行大量的BIM模型审核、修正与优化操作，进入正常运营后BIM模型更改的工作量通常不是很大[8]。BIM模型的修改与更新工作需要培训FM 团队成员来完成，当然如果模型变更工程量较大的话也可选择外包给BIM 团队。

4.结论

本文从设施管理的角度出发，分析BIM模型数据移交与更新过程中现存障碍，提出相应的解决措施，探讨将BIM技术更好地应用于建筑运维的方法。针对模型数据移交过程中所遇到的模型无法互通、模型数据无法顺利上传运维平台、运维数据收集不完整等现存障碍，从BIM 实施计划、数据结构标准化、规则化工程交付、样板文件四个方面提出相应解决措施；对运维阶段出现的模型数据无法同步更新、设施管理者对BIM技术不熟悉等现存障碍，从模型构件唯一编码、模型数据同步更新流程、模型拆分、FM 人员培训这四个角度入手，提出解决方案。BIM技术在设施管理中的应用离不开运维数据的收集、管理与分析。提高不同建筑中运维数据的收集效率、模型审查效率，简化运维平台中的模型修改操作，还有待进一步探索。