建筑運維階段的BIM應用綜述

文｜上海建工四建集團有限公司 項興彬 余芳強 張銘

運維階段是建筑全生命周期中最長的階段，占據了建筑生命周期的80%，在運維的過程中，不僅會產生許多的數據信息，還涉及建筑空間、能耗、資產、設備等眾多方面，相對于設計和施工階段，管理更加復雜和多元。隨著BIM 技術在建筑設計和施工階段的成熟應用和研究，利用BIM技術去改善建筑的運維管理也非常重要。

BIM 是對建筑全生命期信息的數字化描述，涵蓋建筑設計、施工、運營維護的全方位信息，是建筑智慧運維的基石。目前，隨著BIM 技術在建筑全生命期的逐步應用，很多建筑已經開始應用BIM 技術來進行建筑物的運維管理，對促進建筑運維管理效益提升發揮了積極作用。因為BIM 本身具體的技術特點，可以整合設計方、施工方、建設方的各類資源，實現信息共享、協同工作，真正實現建筑全生命周期的統一管理。應用BIM 和信息化技術已經成為智慧建筑建設的發展趨勢。因此，研究建筑運維階段的 BIM 技術應用，對于把握BIM 技術的應用和推廣具有重要意義。

雖然關于BIM 運維階段的綜述在國內外都有相關文章，對BIM 運維管理也進行了較為完備的分析和總結，但缺少對具體應用標準、功能和應用方面的介紹。本文從具體應用角度對BIM 運維管理進行了相關綜述。

1.BIM 運維的數據標準

BIM 作為一種技術工具，承載著建筑全生命周期的數據，包括設計、施工、運維等階段各類信息，這些數據信息龐大、來源多元。在BIM 的應用過程中，不僅需要各種軟件協同配合、信息技術融合和數據共享，更需要數據標準來進行規范指導。

2016年12月2日住房和城鄉建設部發布了編號為 GB/T51212-2016 的《建筑信息模型應用統一標準》，該標準對模型結構和擴展、模型數據互用、模型數據交換以及模型應用進行了規范指導，同時《建筑信息模型應用統一標準》也是我國第一部BIM 應用的國家標準。2018年1月1日起實施編號為 GB/T51235-2017 的《建筑信息模型施工應用標準》，該標準對施工模擬、進度管理、預算管理、竣工驗收等提出了BIM 模型的管理要求，該標準也是第一部工程建設領域的BIM 應用標準。2018年5月1日起實施編號為GB/T51269-2017 的《建筑信息模型分類和編碼標準》，該標準對BIM 模型的信息分類結構，分類對象和分類方法進行了編碼規范，實現了建筑全生命周期信息的交互和共享。2019年6月1日起實施編號為GB/T51301-2018 的《建筑信息模型設計交付標準》，該標準對模型單元幾何表達、模型單元屬性提出了交付要求。以上國家標準規范為BIM 模型在建筑運維階段的信息集成和數據共享提供了規范的指導標準。

2019年10月17日，國內首部運維階段BIM 應用標準，由上海建工四建集團主編的 《醫院建筑運維信息模型應用標準》通過評委專家組審查，《醫院建筑運維信息模型應用標準》對醫院運維BIM 模型、運維信息集成提出了明確要求，對運維BIM 系統在空間管理、建筑設備管理、醫院專用設備管理、能耗監控、安防管理與維修服務管理等方面的應用提出了基本要求。

BIM 模型作為多源信息的載體，必須定義統一的數據標準，將模型與建筑運維管理系統整合，為運營管理提供決策支持。其中數據標準將扮演技術集成的核心部分，作為模型應用的依據和數據使用的指導。

2.BIM 運維的關鍵技術

通過大量文獻查閱分析研究發現，建筑運維階段的BIM 應用關鍵技術歸納為三個方面：1）面向運維管理的模型輕量化；2）基于BIM 運維的信息集成技術；3）基于BIM 運維的系統研發。

2.1 面向運維管理的模型輕量化

BIM 模型輕量化是在不改變模型文件結構屬性的基礎上，盡可能縮小BIM 模型的體量，降低模型瀏覽的使用難度，使其更加適宜WEB 端和移動端，同時能夠流暢的對模型進行三維展示，并進行各項功能操作，打開BIM 應用的大門。

張彬研究了基于BIM 技術建筑運維管理的數據構成，結合空間和設施對象，提出了構建運維管理平臺的關鍵要素，并結合運維要求，對BIM 模型進行了輕量化和優化。紀博雅團隊分析了IFCXML 格式對BIM 模型數據交換的影響，提出了輕量化BIM 模型的方法，解決了BIM 設施管理階段的數據交換和處理問題，并搭建了基于BIM 的設施管理框架。郭思怡和陳永鋒研究了網格模型簡化算法，利用 Revit API 外部功能擴展方式對運維BIM 模型進行了輕量化處理，降低了對硬件使用的要求，實現BIM 在全生命周期的快速應用。趙菲研究了Web 三維可視化的相關技術，通過對 Revit 模型數據格式、WebGL 技術以及API 開發的研究，實現了BIM 模型的輕量化，將C/S 架構向 B/S 架構轉變，提高了建筑三維可視化性。

BIM 模型的輕量化主要包括兩個關鍵環節：模型輕量化的幾何處理、模型的渲染處理及顯示，通過模型的輕量化，實現建筑三維可視化的便捷運用，是BIM 運維應用的前期保障。通過BIM 模型輕量化的處理，將加速BIM 技術在建筑運維管理階段落地和應用。

2.2 基于BIM 運維的信息集成

BIM 模型是一個集成建筑生命期設計、施工到運維不同階段的大數據平臺模型，為建筑運維管理提供了數據基礎。通過BIM 模型信息集成各獨立系統數據，達到不同系統間的數據共享和業務協同。

Shen 用OPC 作為接口標準，使用COM/DCOM 中間件技術來實現運維管理的集成，并在此技術基礎上，有效的集成各子系統，建立BIM 建筑運維管理的平臺，從而形成各子系統的運維集成管理。Schein采用XPRESS-G 開發了集成建筑信息自動化系統的信息模型，建筑自動化領域的應用軟件可以通過該信息模型在設計、運營及監測維護等階段實現標準化的信息交換與共享。

建筑建設階段的信息不僅要集成到BIM 模型數據庫中，運維階段的動態實時數據也要整合集成（如圖1），從而保持BIM 模型數據庫的實時更新。

圖1 BIM 運維動態信息集成

圖2 BIM 運維的主要功能

2.3 基于BIM 運維的系統研發

目前，我國BIM 在運維階段的應用案例相對缺乏，還導致目前國內BIM 運維軟件開發方面較低。

德國Nemetschek 公司推出的Allplan Allfa 軟件是基于BIM 的建筑設施設備運維管理的一套軟件，該軟件包括文檔管理、設施設備管理、空間管理以及防火預警管理等，滿足了一定的建筑運維管理要求，但該軟件市場占有率少，尚有較大的發展空間。上海賽揚建筑工程技術有限公司集多年來大型高檔項目的機電設計及BIM 設計的豐富經驗開發了SY-iFM 運維管理平臺，這是一個在實際項目中應用的智能化運維管理平臺。南京祿口國際機場二期利用BIM 技術，構建了基于BIM 技術的建筑運維服務平臺，包括了空間信息、設備設施運行維護等功能，實現數據信息模型化，對提升建筑智能化運維管理起到了關鍵作用。北京博銳尚格節能技術股份有限公司開發了基于BIM 技術的能源管理系統，該系統已應用于望京SOHO 項目，初步實現了BIM 技術的部分專項應用。南京天溯自動化控制系統有限公司開發了智慧運維生態平臺，利用BIM 技術提供后勤管理的功能。上海藍色星球科技股份有限公司開發了BIM-FM 運維系統，主要解決了資產與設施運維管理的需求。

圖3 主要功能應用比例

上海建工四建集團有限公司自主研發的基于BIM 的醫院智能運維管理系統，在上海東方醫院和新華醫院進行了實際應用，并取得了較好的效果。該系統連接了建筑生命期不同階段的數據資源，集成BA、能耗監測、電梯監控、視頻監控等先進信息技術，通過基于BIM 的醫院建筑動態信息和靜態信息的融合，實行了三維可視化、主動式機電設備運維、能耗監測與節能潛力分析的智慧運維管理目標。

通過建筑運維管理BIM 平臺的不斷實際應用和推廣，越來越多的BIM 運維平臺不斷完善，必將提高BIM 運維系統平臺的應用價值。

3.BIM 運維的主要功能

通過大量文獻查閱并進行歸納分析可以看出，目前建筑運維階段BIM 技術應用主要在空間運維管理、設備管理、能耗監控、應急管理、維修維保、安防聯動、資產管理、安全管理八個方面(如圖2所示) 。

在上述功能中，通過案例分析發現，設備管理是目前的BIM 運維階段的主要應用功能（如圖3所示），設備管理可以給建筑管理方帶來明顯的效益。建筑運維管理者可以從BIM 模型及相關的運維管理數據庫中直觀、快速、全面地獲取設施相關信息文檔，以及設備在運維中產生的相關數據信息等。用戶可對相關設備發起相應的保修指令，為故障設備的保養和維修等制定專門的方案。BIM 運維在保持優勢領域的持續優化下，將BIM 應用范圍擴展到新領域，是我們后續的研究方向。

4.BIM 運維新技術融合應用

以 BIM 技術為基礎，與各項新技術之間的融合，實現“BIM+”的拓展，需要整合應用 GIS、VR、物聯網、大數據、云計算、深度學習及人工智能等技術，實現建筑運維的智能化管理。本文通過查閱和研究大量案例，對使用BIM+技術的方案進行歸納整理，結果如表1。

隨著建筑運維階段中BIM 技術應用的不斷深入，一種信息技術的集成不足以支撐深入應用，只有充分集成融合多種信息技術，才能充分發揮BIM+技術對建筑運維的巨大潛力。因此，需要加大其他信息技術與BIM 技術的集成，如與RFID 的集成可實現資產設備的定位與追蹤管理，與 VR/AR/MR 技術的集成能提升智能化后的信息表現能力，與AI 技術的集成能提高數據分析的效率，為各方人員提供更為準確的決策建議，與GIS 技術的集成能提高大規模公共設施的管理能力，與物聯網技術的集成能提升建筑物的感知和控制性能等。

表1 BIM 運維新技術

5.總結

本文在充分文獻調研的基礎上，列舉了BIM 的各類技術標準，針對建筑運維階段BIM 現有的技術、主要的功能、系統以及BIM+應用情況進行了概括和總結。隨著BIM 技術被更為廣泛地應用在運維階段，不斷探索有效的應用模式，BIM 運維必將為更多的建筑管理者提供更好的管理手段和體驗。