基于BIM的建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)研究

隗靜宇, 黃慧穎, 蔣海剛

(1. 上海第二工業(yè)大學(xué) 工學(xué)部， 上海 201209; 2. 上海計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)開發(fā)中心， 上海 201112; 3. 上海產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院， 上海 201206; 4. 上海市安裝工程集團(tuán)有限公司， 上海 200080)

0 引言

傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維信息的各類資料管理分散，組織混亂，而信息為制定決策提供極為重要的支持性條件，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息逐漸以計(jì)算機(jī)為載體，增強(qiáng)了組織交換信息的能力。如果沒有建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)管理這些數(shù)據(jù)，關(guān)鍵數(shù)據(jù)將會(huì)難于挖掘甚至影響決策。

本文利用BIM技術(shù)建立建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)，通過相應(yīng)的參數(shù)模型整合相應(yīng)項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在項(xiàng)目的前期策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的全生命周期內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和共享，使得企業(yè)可以及時(shí)高效應(yīng)對(duì)各種問題，大大提高設(shè)施管理服務(wù)的質(zhì)量和效率，為企業(yè)帶來隱性利潤(rùn)。

1 相關(guān)研究

1.1 設(shè)施管理

國際設(shè)施管理協(xié)會(huì)(International Facility Management Association,IFMA)認(rèn)為，設(shè)施管理(Facility Management,FM)以保持業(yè)務(wù)空間高品質(zhì)的生活和提高投資效益為目的，以最新的技術(shù)對(duì)人類有效的生活環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃、整備和維護(hù)管理的工作。設(shè)施管理通過整合人員、空間、過程和技術(shù)，確保環(huán)境設(shè)施高效運(yùn)營(yíng)管理，目的在于提高投資效益和設(shè)備利用率[1]。

作為新興技術(shù)，建筑信息模型(Building InformationModeling，BIM)正在為整個(gè)建筑行業(yè)帶來新一輪革新，BIM提供建筑整個(gè)生命周期管理和溝通，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)利益相關(guān)方的協(xié)同工作。

1.2 BIM的概念

BIM(Building Information Modeling)即可在建筑設(shè)施的全生命周期中共享其物理特征、功能特性、管理要素的一種技術(shù)[2]。BIM技術(shù)通過參數(shù)模型整合相應(yīng)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，在全生命周期中進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和傳遞，減少成本、提高效率。

1.3 國內(nèi)外BIM研究現(xiàn)狀

BIM概念在2002年由美國公司Autodesk首先提出，自BIM提出以來，影響著建筑業(yè)朝著信息化方向改革發(fā)展，隨后逐漸擴(kuò)展到英國、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家[3]。在國外，BIM技術(shù)已經(jīng)被用于全生命周期，并已帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益，著名案例之一是BIM應(yīng)用于美國維薩爾大學(xué)霍夫?qū)W院，該項(xiàng)目是近年來BIM應(yīng)用于校園建筑運(yùn)維階段應(yīng)用較為成功的案例，成功表達(dá)了建筑業(yè)BIM信息化的思想，該項(xiàng)目運(yùn)用BIM省去了原手工數(shù)據(jù)的錄入和保存，縮短人工數(shù)據(jù)采集時(shí)間，空間信息管理能力得到提升。

我國自2002年以來也逐步開始接觸BIM等相關(guān)知識(shí)，中國建筑業(yè)逐步進(jìn)入利用BIM對(duì)建筑模型進(jìn)行開發(fā)、使用和維護(hù)的新階段。2015年國家住建部在《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》[4]中提出，信息化是建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的主要特征之一，BIM應(yīng)用作為建筑業(yè)信息化的重要組成部分，必將極大地促進(jìn)建筑領(lǐng)域生產(chǎn)方式的變革。到2020年末，以國有資金投資為主的大中型建筑和申報(bào)綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)在前期設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，集成應(yīng)用BIM的項(xiàng)目比率達(dá)到90%。

從2002年至今，BIM的行業(yè)市場(chǎng)需求迅速增加，通過資料顯示，截止2018年我國BIM市場(chǎng)規(guī)模為46.31億元[5]。通過相關(guān)資料查閱收集，總結(jié)出中國BIM的發(fā)展趨勢(shì)圖，如圖1所示。

圖1 中國BIM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)圖

通過圖1不難發(fā)現(xiàn)，在概念導(dǎo)入階段，BIM技術(shù)發(fā)展迅速，新概念新技術(shù)的引入激起建筑業(yè)強(qiáng)烈的反映，新舊概念的碰撞讓BIM技術(shù)發(fā)展迅速，這一階段BIM的應(yīng)用主要在模型創(chuàng)建階段。在初步研究階段進(jìn)入了BIM技術(shù)學(xué)習(xí)的理性期，期間的主要工作在于以應(yīng)用為主的平臺(tái)建設(shè)階段。在技術(shù)發(fā)展階段，公司主要以盈利價(jià)值為取向，實(shí)現(xiàn)BIM運(yùn)維階段的成熟應(yīng)用。

目前中國BIM的發(fā)展尚停留在初步研究階段，國內(nèi)還未形成相對(duì)成熟的、成體系的建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)。

1.4 BIM在建筑全生命周期中的應(yīng)用

在前期規(guī)劃階段，可以基于現(xiàn)狀條件進(jìn)行模型開發(fā)，對(duì)項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)行費(fèi)用的估算，對(duì)建筑外部環(huán)境進(jìn)行分析，以便更好地設(shè)計(jì)建筑設(shè)施模型。

在設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、冷熱源系統(tǒng)、消防安防系統(tǒng)等進(jìn)行3D建模分析及評(píng)估。

在施工階段運(yùn)用BIM技術(shù)提前分析系統(tǒng)模型，避免施工誤差，提高效率。

在運(yùn)維階段進(jìn)行空間管理、設(shè)備管理、運(yùn)行維護(hù)。

1.5 基于BIM技術(shù)的設(shè)施管理

運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)建筑設(shè)施進(jìn)行管理，包括設(shè)施運(yùn)行監(jiān)控、設(shè)施維護(hù)、設(shè)施資產(chǎn)管理、對(duì)建筑環(huán)境分析、建筑空間管理、應(yīng)急管理共六大模塊，具體內(nèi)容如圖2基于BIM的設(shè)施管理運(yùn)維結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 基于BIM的設(shè)施管理結(jié)構(gòu)圖

2 基于SWOT分析法分析企業(yè)基于BIM技術(shù)的設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)

查閱以往參考文獻(xiàn)可發(fā)現(xiàn)，目前利用“SWOT分析法”分析基于BIM的建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)的相關(guān)研究較少。本模塊內(nèi)容是基于建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)運(yùn)維應(yīng)用的SWOT分析，結(jié)合SWOT分析法分析建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)(strengths)、劣勢(shì)(weaknesses)、機(jī)會(huì)(Opportunities)、威脅(threats)[6-9]，從而更全面的了解公司的運(yùn)營(yíng)狀況，制定更完善的運(yùn)營(yíng)策略，對(duì)企業(yè)未來發(fā)展樹立更清晰的目標(biāo)，優(yōu)化公司戰(zhàn)略，以此獲得更高的、可持續(xù)的企業(yè)利潤(rùn)。

2.1 優(yōu)勢(shì)

在前期策劃階段，利用建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)整合建筑設(shè)計(jì)需求，完善整體規(guī)劃方案。

在建筑設(shè)計(jì)階段，使用建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)提前進(jìn)行空間設(shè)施管理模擬，提高空間利用率。

在建筑施工階段，應(yīng)用建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)可以利用平臺(tái)模型的可視化的功能，提前做好復(fù)雜施工節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，減少工程變更。

在建筑運(yùn)維階段，應(yīng)用建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)可以實(shí)時(shí)對(duì)項(xiàng)目成本進(jìn)行控制，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)率，增加企業(yè)收益。

2.2 劣勢(shì)

目前建筑業(yè)仍不普遍使用BIM技術(shù)開發(fā)建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)的原因在于：

基于平臺(tái)本身來說，前期投入較大，需投入較大的財(cái)力、人力、物力：前期需投入較大的資金進(jìn)行平臺(tái)的開發(fā)，缺乏專業(yè)的人才需對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行前期的培訓(xùn)，需要購買相應(yīng)開發(fā)設(shè)備和開發(fā)軟件。

基于企業(yè)本身來說，現(xiàn)有的體制下，企業(yè)要單獨(dú)開展一個(gè)平臺(tái)運(yùn)維部門。對(duì)于相對(duì)成熟的企業(yè)來說，部門級(jí)別進(jìn)行大整改難度較大。

基于平臺(tái)應(yīng)用的發(fā)展來說，目前大部分公司BIM平臺(tái)應(yīng)用仍僅僅用在前端可視化的方面，并沒有充分利用此平臺(tái)，平臺(tái)利用率不高?；贐IM平臺(tái)本身而言仍有待開發(fā)和擴(kuò)展。

2.3 機(jī)會(huì)

國家出臺(tái)相關(guān)政策，鼓勵(lì)BIM技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。

社會(huì)環(huán)境近5年BIM技術(shù)成建筑業(yè)炙手可熱的新技術(shù)，發(fā)展前景形勢(shì)大好。

企業(yè)本身基于BIM平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)不同部門之間數(shù)據(jù)共享，增加部門之間緊密性，提高生產(chǎn)效率，獲得更高實(shí)際效益。

2.4 威脅

新型運(yùn)維模式必然會(huì)對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)維模式產(chǎn)生沖突，以往的DBB(Design-Bid-Build)模式，各方之間數(shù)據(jù)相互割裂，易造成數(shù)據(jù)丟失，新型運(yùn)維模式則是各部門協(xié)同工作，共同協(xié)調(diào)。

目前建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)僅僅是發(fā)展初期，技術(shù)發(fā)展不成熟，缺乏集成化的應(yīng)用。

平臺(tái)維護(hù)人員經(jīng)驗(yàn)不足，老員工工作經(jīng)驗(yàn)豐富但平臺(tái)開發(fā)能力不足。

綜合其優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、機(jī)會(huì)和威脅，具體如圖3所示。

圖3 SWOT分析圖

綜合圖3，對(duì)外從外部環(huán)境角度來看，國家政策支持，外部環(huán)境市場(chǎng)活躍。對(duì)內(nèi)從企業(yè)自身來看，建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)可以完善整體規(guī)劃，提高空間利用率，減少工程變更，提高項(xiàng)目收益，但目前建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)處于發(fā)展初級(jí)階段，各項(xiàng)花費(fèi)較大且各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展仍不成熟?；诖?，在企業(yè)戰(zhàn)略層面：建設(shè)建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)明顯利大于弊，仍應(yīng)繼續(xù)大力發(fā)展建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)，目前的弊端只是暫時(shí)性的，隨著技術(shù)成熟，弊端會(huì)逐漸消失，優(yōu)勢(shì)會(huì)越來越明顯。操作層面：應(yīng)繼續(xù)對(duì)應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，逐步完善其功能，使之更適應(yīng)公司應(yīng)用，以此獲得實(shí)際效益。

3 利用BIM技術(shù)建立建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)

近年來隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，BIM模型已經(jīng)應(yīng)用在各個(gè)工作領(lǐng)域，BIM數(shù)據(jù)應(yīng)用于設(shè)施管理的過程實(shí)際上是BIM數(shù)據(jù)的組織再利用過程，以原有建筑數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過數(shù)據(jù)的提取、篩選、優(yōu)化，依靠BIM軟件平臺(tái)，以構(gòu)件圖像化的方式將BIM數(shù)據(jù)集合起來，進(jìn)而提高設(shè)施管理的效率和成本。

本文以真實(shí)項(xiàng)目中的某地下機(jī)房為例，在現(xiàn)有的設(shè)施管理軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)——基于BIM的建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)，體現(xiàn)了BIM模型的應(yīng)用，也探究了BIM應(yīng)用的創(chuàng)新點(diǎn)。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)整體架構(gòu)主要分為平臺(tái)服務(wù)器端和平臺(tái)瀏覽器端兩部分[10]，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了二三維模型的建立與顯示、設(shè)備數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸、二三維圖紙的聯(lián)動(dòng)、模擬漫游功能的實(shí)現(xiàn)、設(shè)備設(shè)施的維保。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，通過JDBC數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和客戶端的數(shù)據(jù)共享顯示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 BIM建筑設(shè)施運(yùn)維平臺(tái)建立

3.2.1 BIM模型建模

本項(xiàng)目使用開源軟件進(jìn)行建筑模型的建立，并在開源軟件上對(duì)模型進(jìn)行開發(fā)和維護(hù)。首先是模型的創(chuàng)建，將源文件(冷凍機(jī)房170612N.rvt )導(dǎo)入到開源軟件中發(fā)起文件轉(zhuǎn)換，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)包，一部分存儲(chǔ)到云端服務(wù)器，另一部分存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫中。

此期間設(shè)計(jì)開發(fā)人員可能會(huì)對(duì)多個(gè)樓層發(fā)起多個(gè)子文件的模型轉(zhuǎn)換，隨后在開源軟件內(nèi)進(jìn)行集合即可。網(wǎng)頁進(jìn)行JavaScript組件集成，實(shí)現(xiàn)圖紙模型的在線瀏覽。Revit模型進(jìn)行模型重構(gòu)，將Revit模型轉(zhuǎn)化為更適合設(shè)施管理的基礎(chǔ)BIM模型，如圖5所示。

圖5 Revit模型轉(zhuǎn)化為BIM模型

具體BIM模型建立流程圖如圖6所示。

圖6 BIM模型建立流程圖

BIM模型建模完成后具體顯示界面如圖7所示。

圖7 BIM模型建立完成顯示

3.2.2 實(shí)現(xiàn)模型和設(shè)備的虛實(shí)映射

通過模型和設(shè)備的虛實(shí)映射，可以在平臺(tái)界面上點(diǎn)擊任意的想要查詢的設(shè)備，直接進(jìn)入BIM模型機(jī)房的指定區(qū)域，

實(shí)現(xiàn)BIM模型的虛實(shí)定位[11-13]。例如：要迅速查驗(yàn)冷凍機(jī)房A區(qū)，可以點(diǎn)擊左側(cè)主界面的按鈕，實(shí)現(xiàn)迅速進(jìn)入冷凍機(jī)房A區(qū)域。

實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵：找到A設(shè)備的準(zhǔn)確ID，縮放到相應(yīng)位置。具體實(shí)現(xiàn)方式：

function zoomToselectedComponentsA()

{

Viewer3D.clearSelectedComponents();

Viewer3D.addSelectedComponentsByID([“1095451”]);

Viewer3D.zoomToSelectedComponents();

Viewer3D.render();

}

整個(gè)應(yīng)用平臺(tái)的面板上包含了重要的設(shè)備區(qū)域，選擇想要選擇的區(qū)域即可找到該區(qū)域的準(zhǔn)確位置，如圖8所示。

圖8 模型和設(shè)備的虛實(shí)映射

3.2.3 設(shè)備的日常定點(diǎn)巡檢漫游

設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)首先要實(shí)現(xiàn)日常設(shè)備巡檢漫游功能。以往進(jìn)行人工巡檢時(shí)，巡查員進(jìn)行設(shè)備的巡查要耗費(fèi)大量的時(shí)間，平均1小時(shí)左右。每到一個(gè)設(shè)備巡查點(diǎn)，巡查員要進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)的錄入，目前大公司使用掃描二位碼進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入，甚至目前為止有些小型公司仍靠手動(dòng)記錄下數(shù)據(jù)，再返回工作點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入，極易造成數(shù)漏記、錯(cuò)記的現(xiàn)象。依靠設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)模擬巡檢。巡查員不必出辦公室即可對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢，自動(dòng)完成設(shè)備數(shù)據(jù)的錄入，操作流程即：開始，巡查員點(diǎn)擊巡檢按鈕，等待巡檢完畢，結(jié)束。

實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵：首先要獲取定點(diǎn)設(shè)備的唯一識(shí)別號(hào)即ID，其次要獲得定點(diǎn)設(shè)備坐標(biāo)(x,y,z)，即可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)到哪個(gè)設(shè)備，取得當(dāng)前設(shè)備數(shù)據(jù)，接著去下一個(gè)巡查點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)，一直到巡查結(jié)束。

整個(gè)流程中，巡查員不需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡查，即可在平臺(tái)內(nèi)獲取到數(shù)據(jù)。

3.2.4 設(shè)施設(shè)備的日常維護(hù)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理和設(shè)備之間是相互割裂的，數(shù)據(jù)有其數(shù)據(jù)集，查詢時(shí)不能直觀的映射到相應(yīng)的設(shè)備，只能通過設(shè)備的ID查詢?cè)O(shè)備臺(tái)賬從而獲取到數(shù)據(jù)。該功能的實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)同設(shè)備模型緊密結(jié)合起來，能夠直接將模型和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)映射[14-16]。日常設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在設(shè)施管理平臺(tái)上，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，維修人員可查詢?cè)O(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，以便更快速找到問題點(diǎn)并解決。設(shè)備維修人員也可定期查看設(shè)備數(shù)據(jù)以便實(shí)時(shí)查詢有無異常。

實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵：在MySQL數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建相應(yīng)設(shè)備信息表單，該建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)的設(shè)備信息表相應(yīng)字段信息和相應(yīng)設(shè)備信息表詳見附錄表1、表2所示。

表1 設(shè)備信息表的相應(yīng)字段

表2 設(shè)備信息表

在設(shè)備信息表單構(gòu)建完成后，完成設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)同設(shè)備臺(tái)賬的映射，點(diǎn)擊界面上相應(yīng)設(shè)備模型獲取EQ_BIM，查詢數(shù)據(jù)庫表單的相應(yīng)對(duì)象，獲取設(shè)備臺(tái)賬信息，并展示到左側(cè)的面板中。相應(yīng)設(shè)備維保信息如圖9所示。

3.3 應(yīng)用情況

該建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)將BIM應(yīng)用到建筑設(shè)施運(yùn)維階段。該項(xiàng)目前期進(jìn)行BIM模型輕量化處理，進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)劃分、建立相應(yīng)系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系、構(gòu)建相應(yīng)設(shè)施管理對(duì)象、對(duì)設(shè)施管理對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)屬性優(yōu)化等使其滿足開發(fā)階段要求；中期平臺(tái)功能開發(fā)階段，實(shí)現(xiàn)模型和設(shè)備的虛實(shí)映射，設(shè)備日常定點(diǎn)巡檢漫游和設(shè)備臺(tái)賬的日常維護(hù)等基本功能；后期運(yùn)維階段，對(duì)設(shè)備臺(tái)賬信息進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的增、刪、改、查等操作。

圖9 設(shè)備維保信息

該建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)應(yīng)用于企業(yè)，為企業(yè)提供了相關(guān)服務(wù)的可視化平臺(tái)，加快了企業(yè)信息化管理進(jìn)程。

4 總 結(jié)

本文首先介紹了基于BIM的設(shè)施管理相關(guān)研究，其次利用SWOT分析法分析企業(yè)建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，最后利用BIM技術(shù)建立相關(guān)建筑設(shè)施運(yùn)維管理平臺(tái)，對(duì)行業(yè)進(jìn)一步應(yīng)用BIM技術(shù)有一定的借鑒作用。