Application of BIM Technology in Intelligent Buildings

王玉卿 / 穆華倩

(中國建筑設計院有限公司，北京 100089)

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Application of BIM Technology in Intelligent Buildings

BIM技術在智慧建筑中的應用*

王玉卿 / 穆華倩

(中國建筑設計院有限公司，北京 100089)

By the discussion of the intelligent city, intelligent buildings, BIM technology and BIM technology application, the key role of BIM technology in achieving intelligent buildings is analyzed, and a wide range of application of BIM technology in intelligent buildings is explored.

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1 智慧城市

城市的發展一直遵循“聚落→傳統城市→現代城市→數字城市→智慧城市→未來城市”的軌跡。在城市設施和功能不斷完善提高的情況下，城市不可逆轉地向著它的高級階段(智慧化方向)發展。建筑是城市組成中的最核心元素，城市智慧化也在要求建筑智慧化。

城市的智慧化主要體現在：高速、融合、互聯的信息基礎設施；準確、可靠、精細、可視的傳感中樞和網絡系統；科學、綠色、生態、便捷的城市體系；個性化、定制化的服務；安全、高效的信息互通；城市事件的快速、高效決策及處置能力；以人為本的可持續發展和創新理念。

2 智慧建筑

2.1 智慧建筑

建筑智慧化是指根據用戶的需求，將建筑物的結構、系統、服務和管理進行最優化組合，從而為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環境。

智慧建筑可以被有效管控，在能源、管理、服務等方面實現建筑物的優化管理。通過建筑內部各個系統的協同運作，有機地組成智慧城市的一部分，包括將關鍵事件信息發給城市指揮中心，并接受城市指揮中心的指示；將計算機技術、通信技術、控制技術、生物識別技術、多媒體技術和現代建筑藝術有機結合，通過對建筑內設備、環境和使用者信息的采集、監測、管理和控制，實現建筑環境的組合優化，從而為使用者提供滿足建筑物設計功能需求和現代信息技術應用需求等功能。

2.2 智慧建筑技術基礎

建筑、控制、電腦、通訊和信息等現代技術的快速發展，使得智慧建筑的實現成為可能。為適應不同用戶的需求，根據系統工程原理，智慧建筑整體解決方案融合了計算機、通信、信息、自動控制和多媒體圖像顯示等現代信息技術以及其他現代高新技術，并與建筑技術進行了有機結合，設計出一整套包括智能化集成系統(IIS)、信息設施系統(ITSI)、信息化應用系統(ITAS)、建筑設備管理系統(BMS)、公共安全系統(PSS)和電子化機房工程(EEEP)等子系統在內的建筑智能化系統。

2.3 智慧建筑解決方案

IBM? (Intelligent Building Management)，即智慧建筑管理提供綜合的解決方案，包括空間管理、設施管理、能源管理、運營服務等。

空間管理：掌握建筑中空間使用情況，優化建筑空間利用，提高建筑空間使用效率。

設施管理： 掌握建筑各種類型設備運行情況并實施有效管理，提升設施使用率，延長使用壽命。

能源管理：充分利用能源監控和管理達到節能目的，在建筑生命周期內減少能耗及浪費，提高設施效能。

運營服務：為客戶提供便捷服務的同時降低客戶使用成本，提高客戶生產和經營效率，以期達到更高的客戶滿意度。

3 BIM技術是實現智慧建筑的關鍵技術基礎

3.1 BIM設計的特點——誘人的理論

BIM建筑全信息化是實現智慧建筑的有效手段，在可視化、協調、模擬、優化、出圖、管理等方面均提供了技術支持。

可視化：三維直觀化，使設計人員對項目判斷更為高效、明確，決策更準確。

協調：工程參與各個方面及各個系統進行多維協同管理，避免錯誤發生，提高效率和工程質量。

模擬：在數字虛擬世界中虛擬建造，最大限度減少實際工程建設的遺憾。

優化：BIM技術使得設計優化、施工優化、運維優化成為常態。

出圖：基于BIM全信息成果將最大限度保障工程實施準確、高效。

管理：基于BIM技術信息能夠使項目設計、施工、運營維護管理效率提高。

3.2 政府對于BIM技術應用的要求

對于BIM的推廣及應用，住建部《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》提出：2020年底以前，以國資投資為主的中、大型建筑以及申報綠色建筑的公共建筑、綠色生態示范小區，要求90%以上的項目應用BIM技術。

設計要求：設計模型要滿足各參與方使用要求的數據信息。設計時要進行分析與優化，以實現各專業之間數據信息的無損傳遞、共享和設計管理，提高設計質量和效率。

施工要求：施工企業BIM竣工模型應涵蓋全專業信息，包含三維幾何信息、技術參數和指標等設計信息、安裝及成本信息等。

運維管理要求：在BIM運營維護模型基礎上，集成GIS和物聯網技術，搭建BIM運營維護管理平臺，支持建筑基礎設施和市政管網的信息化管理，實現建筑物業、設施的可視化管理，為工程安全監測提供信息支持，方便結合BIM運營維護模型和樓宇設備自動控制系統。通過BIM運營維護管理平臺實現建筑運行的實時監測、分析和控制，再結合各類災害分析、虛擬現實等技術，進而能夠實現各種可預見災害模擬分析和應急處置。

3.3 BIM技術應用現實

如今，大量設計項目出現的管線碰撞問題已經嚴重影響行業的設計質量。業主要求盡可能減少錯、漏、碰、缺等質量通病以及因設計變更和設計差錯而造成的成本浪費等。而BIM技術的應用恰好可以減少施工圖中的錯誤、返工次數及施工成本等，促進與其他項目參與方的協作，增強成本控制和可預測性。對于設計企業和施工企業而言，現階段BIM機電應用最多的就是管線綜合。

然而，BIM實際應用仍與理論差距很大，主要是因為現階段還沒有一套相對完善的BIM設計軟件及相對科學的BIM設計管理體系，導致缺乏行之有效的BIM設計標準、交付標準和基礎構件數據標準。對于剛剛跨入BIM設計的同行來說，設計轉型難度太大，而一套完善的BIM設計軟件，且包含科學的BIM協同設計管理平臺，將大幅提高BIM設計的效率和質量。如果沒有以上這些基礎開發，BIM應用的核心價值永遠只能是一幅美麗圖畫，其技術應用及推廣將舉步維艱。

3.4 BIM技術應用——幾何參數

BIM設計區別于傳統的示意性設計，設計提交的成果包含模型和由模型導出的圖紙兩種文件，這種提交形式使設計幾何信息可能出現的錯誤一覽無余，所有設備和管線都有精確定位。

BIM設計要求做到設備精確定位，所有設備設置位置合理，各個系統設備之間的距離相對合理。每一個系統管線必須在模型中精確定位，所有機電管線不僅要保證無碰撞，還要預留各個系統管線之間的合理安裝距離及檢修間距(即無軟碰撞)。

圖1 BIM物業管理各種信息關聯示意圖

3.5 BIM技術應用——屬性參數

建筑項目全信息屬性參數是BIM設計計算、模擬、分析等的基本需求，是提高設計質量和設計效率的關鍵，其設計屬性參數主要包括：全專業需求的專業間關聯信息；構件、設備、管線主要技術指標和參數；構件、設備、管線有關的系統關聯關系參數；系統計算、分析需要的參數；施工需求參數；項目運維需要的基本設計參數。

由于這些構件、設備及管線信息量太大，不可能由設計人員一個個錄入，而通過專業的設計軟件、不同類型建筑的樣板文件、 BIM設計數據庫管理等手段，這些工作可以批量半自動完成錄入。健全的參數標準化、各個專業系統分析和計算等操作的算法，機電設備及管線構件的設計和產品參數等一系列數據庫、構件庫建設等，都是BIM專業設計軟件的重要組成部分。

3.6 BIM設計標準

現階段我國缺乏必要的、可以落實的BIM電氣設計深度標準和要求，實際應用參差不齊。國家標準《建筑工程設計信息模型交付標準》送審稿還需要量化，北京市地方標準DB11T 1069-2014《民用建筑信息模型設計標準》也還沒有量化。而大量基礎數據的國家標準(包括《BIM建筑電氣標準設計》圖集、《BIM建筑電氣設計深度及示例》標準設計圖集)的編纂工作都正在緊鑼密鼓進行當中。

4 BIM在智慧建筑運維管理中的應用

4.1 通過集成數據優勢，支撐運營、提升效益

智慧運維管理：在建筑全生命周期，內部及周邊在周而復始產生著大量數據，智慧運維能夠匯總形成各種信息，包括數據的感知、采集、傳輸、集成、分析，以及驅動控制、聯動指揮、支持決策、優化運營等。BIM物業管理各種信息關聯示意圖如圖1所示。該智慧運維管理系統作為控制中樞，將提供安全、高效、便捷、節能、環保、人性化的服務。

智慧建筑運維需要解決的問題有：實時面對人員、資產、事件的服務保障、整合建筑功能提供社區運營服務、各種運管系統的技術集成、安全可靠的環境保障、便捷人性化的功能保障、綠色環保節能的運營保障、高效的日常及應急保障等。

4.2 基于BIM的建筑運維管理平臺

智慧運維需要全面的信息，而建筑全信息BIM 模型是實現建筑全面的關鍵基礎。

如圖2 所示，為基于BIM的建筑運維管理平臺的統一整合示意圖。其中，BIM維護人員、外部人員、物業運維、物業領導、物業行政/后勤、其他單位用戶可以通過數據接口和統一設備編碼體系對設施設備部件、設施設備監控、日常運營管理、財務等系統進行統一登錄管理。

圖2 基于BIM的建筑運維管理平臺-統一整合示意圖

4.3 基于BIM的智慧建筑運維管理平臺的應用

基于BIM的建筑運維管理平臺的應用場景示意圖如圖3所示，其主要應用包括:

圖3 基于BIM的建筑運維管理平臺-應用場景示意圖

1)實現三維GIS與BIM間無縫連接和屬性信息無損綜合集成，解決智慧建筑與智慧城市大數據的無縫連接問題。

2)支持建筑工程的可視化、精細化、網絡化、集成化管理應用，滿足建筑全生命周期應用。

3)支持各種信息鏈接的格式轉換。

4)支持云架構管理，方便實現“互聯網+”應用。

5)支持主流的iPad、Android智能手機等移動端設備。

6)提供接入IBMS、物聯網、智慧優化控制等系統的集成和接口。

7)二三維、三維聯動，電子圖紙和多重輕量化三維模型平滑轉換的瀏覽方式，以便進行快速瀏覽。

8)海量數據信息的高度集成，跨平臺的管理終端。

4.4 基于BIM的智慧建筑運維管理應用

1)建筑全信息：BIM設計模型、施工模型、竣工模型可以進行數據整合

BIM模型的數據整合包括BIM信息的生成、傳遞及應用，其場景示意圖如圖4所示。其中，設計模型經過傳遞和修改深化成為施工模型。施工模型進行深化設計，添加采購信息、建造信息后成為竣工模型。竣工模型去除建造信息和施工信息后成為運維模型，可以獲得運維動態數據。與此同時，模型靜態數據與樓宇動態數據閉環，不斷優化并拓展出新的服務業務。

圖4 BIM信息生成、傳遞、應用場景示意圖

設計、施工階段的BIM模型可以傳遞到運維平臺。設備的運行狀態和維護信息，設備的異常報警查看和定位，都可以在運維平臺中進行查詢。

2)交互界面革命：云端-普通PC訪問，移動端訪問

對運維人員來說，交互方式由之前抽象的圖紙、圖表轉變為可視化模型，使得人與3D模型直接交互，查閱內容輕松直觀。通過可視三維模型，所有數據和信息可以從模型里直接調用；支持雙向查詢、搜索，可快速、直觀地定位構件、設備參數、位置及外觀等；能夠實現設施運行的動態信息查詢和異常情況快速定位，比如：有管道出現爆裂等事故時，一方面通過系統中顯示的管道和閥門系統關系，可準確無誤找到控制閥并對其關閉；另一方面能同時快速查找維修方法并告知維修人員。

對每個客戶來說，整合的各種信息技術及智能技術可以縮短建筑物與人之間的距離，加強人與人之間的溝通及對各類需求應用的融合，實現客戶服務的智慧應用，即每個客戶可以感知與其有關的大廈服務信息(空間環境)、實時與其對應的服務部門透明溝通(服務保障)、實現各類預約服務(觀光、購物、辦公、入住、餐飲的全面聯動)等。

3)查控一體化，實時分析:從查詢向查控一體化轉變，變成人和3D模型的交互、人和后臺專家系統的交互

通過對建筑性能、可靠性、舒適度、建筑能耗、經濟技術等方面的分析，實現設備運行和排放的實時監測、分析和控制。圖5為能源管理可視化數據對比分析圖表。

圖5 能源管理可視化數據對比分析

4)應急管理的虛擬現實應用

通過專業軟件對BIM運營維護模型進行處理，可以實現各類災害分析仿真及災害情況下人員的疏散等虛擬現實技術應用，做到各種可預見災害模擬，并提供應急處置預案。警報響起的時候，不僅安防監控的屏幕可以調用相應視頻監控，還可以把仿真模擬出的最優疏散路線推送到疏散對象的移動端。

5)虛擬空間管理

基于全信息建筑模型，為每個客戶提供其使用空間的全信息模型，為其使用拓展創造條件；使用VR或者MR技術為每個客戶提供的虛擬樣板間，實現虛擬空間管理等等。

6)其他各種類型的BIM技術運維應用。

5 結束語

可以預見，全信息BIM+互聯網+管理平臺+智能機器將在不久的將來促成未來智慧建筑和智慧城市的蓬勃發展。通過智能運維系統管理這個載體, 我們的建筑成果和服務將無限延伸。

王玉卿

1988年畢業于重慶建筑工程學院工業電氣自動化專業，注冊電氣工程師，教授級高級工程師，現就職于中國建筑設計院有限公司，副總工程師，擔任中國建筑設計院有限公司BIM中心副主任職務。

本文得到中國建筑設計研究院(集團)課題-“BIM設計中企業級設計制圖標準研究”資助

Wang Yuqing / Mu Huaqian

通過對智慧城市、智慧建筑、BIM技術和BIM應用等內容的討論，分析探討BIM技術在實現智慧建筑中的關鍵作用及其在智慧建筑中的多方面應用。

智慧城市 智慧建筑 BIM 智慧運維管理平臺

[1] 住房城鄉建設部 《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》建質函[2015]159號.