建筑運維管理系統(tǒng)中BIM技術(shù)應用綜述

王夢超

華東都市建筑設(shè)計研究總院

1 引言

近年來，我國建筑業(yè)的表現(xiàn)并不樂觀，其中房屋建筑市場也是穩(wěn)健下行。據(jù)國家統(tǒng)計局提供的數(shù)據(jù)顯示，2019 年上半年建筑業(yè)產(chǎn)值10.2萬億元，較去年同期下降3.2%；建筑業(yè)增加值2.75萬億元，較去年同期下降2.4%。傳統(tǒng)的粗放發(fā)展模式越發(fā)難以為繼，建筑行業(yè)正在加速步入精細化管理的新階段。積極推廣BIM 技術(shù)，加快信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，加快管理升級精細化，即是國家政策、法律法規(guī)的要求，也是整個建筑行業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級、提效降費的必然趨勢。

傳統(tǒng)的建筑運維管理系統(tǒng)，往往以紙質(zhì)文件、文本、圖紙為流轉(zhuǎn)媒介，不僅耗時耗力，而且出錯頻率高。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的新興建筑運維管理系統(tǒng)，在建筑全生命周期內(nèi)，實現(xiàn)工作過程的協(xié)同管理，設(shè)備、設(shè)施的可視化跟蹤，以及系統(tǒng)運行的優(yōu)化模擬。隨著BIM技術(shù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)結(jié)合應用的日益成熟，將會對建筑運維行業(yè)激發(fā)更大的潛能，實現(xiàn)更大的社會與經(jīng)濟價值。

就BIM 模型本身而言，從施工設(shè)計單位移交給開發(fā)商或者運維企業(yè)，其本身的數(shù)據(jù)信息是不足以滿足后續(xù)運營維護的具體訴求。考慮到建筑的復雜性、多元性和管理目標的多樣性，基于BIM 技術(shù)的建筑設(shè)備運維管理系統(tǒng)往往需要一定程度，卻各異的二次開發(fā)或自主研究。因此，本文橫向?qū)Ρ攘私陙響迷诓煌ㄖI(yè)態(tài)的BIM運營維護管理系統(tǒng)，主要從功能設(shè)計、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、框架結(jié)構(gòu)和開發(fā)應用等方面進行了研究對比，推動BIM技術(shù)在建筑運維管理方面的標準化應用。

2 綜述運維管理系統(tǒng)的功能設(shè)計

大部分運維管理項目在應用目標還不明確時，首先要考慮是宏觀管理還是精細化管理[1-6]，是需要在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合GIS技術(shù)，對房間、區(qū)域、系統(tǒng)等實現(xiàn)宏觀管理；還是需要通過BIM 技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施、系統(tǒng)運行、應急方案等精細化管理。再根據(jù)建筑業(yè)態(tài)、業(yè)務(wù)模式、應用場景等，對運維管理系統(tǒng)進行功能模塊的具體設(shè)計[7-8]。比如在大型商業(yè)建筑的運營管理中，劃分了六大核心功能：設(shè)備、維護、空間、財務(wù)、應急和用戶管理，并通過二維碼、微信技術(shù)的開發(fā)應用，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)、信息的及時更新與共享[8]。在華潤深圳灣國際中心項目中，以BIM為載體將設(shè)施設(shè)備信息，安防管系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)等集成一體，實現(xiàn)了人、設(shè)備、建筑三者之間的互聯(lián)互通[3]。

對于醫(yī)療衛(wèi)生建筑的運營維護，除了要考慮水、暖、電等常規(guī)設(shè)備，還要考慮醫(yī)用專項系統(tǒng)（手術(shù)部、實驗室、病理部等）所涉及的設(shè)施設(shè)備[1]。也就是說對醫(yī)療設(shè)備，醫(yī)用氣體、氣動物流等特殊設(shè)備的BIM模型搭建、運行模式和能耗情況的信息補充，直接關(guān)系到了醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)和后勤運維的好壞。因此，基于BIM 技術(shù)的醫(yī)院運維管理系統(tǒng)主要劃分為四方面的管理內(nèi)容，即基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)、成本和人員信息管理[7]。

此外，對高校的資產(chǎn)運維管理需要側(cè)重考慮對隱蔽工程的管理，比如水暖電管線布置與使用狀況等[9]。對于綠色建筑，需要從綠色技術(shù)的特點出發(fā)，側(cè)重對光伏發(fā)電、中水系統(tǒng)、排風熱回收等機電設(shè)備的模型構(gòu)建[10]。對于博物館，還可以通過BIM技術(shù)的可視化、模擬化特性為游客規(guī)劃參觀路線、避開擁擠人群，提高游覽舒適度[11]。對于體育場館建筑，可以利用BIM技術(shù)定制開發(fā)，包括場館租借、活動售票和場景控制等功能，以及為預防踩踏等突發(fā)事件，聯(lián)動控制機電設(shè)備，結(jié)合三維地圖演示人員疏散路徑等[12]。

3 綜述BIM運維模型的構(gòu)建

3.1 BIM運維模型的數(shù)據(jù)整合

在建筑項目的全生命周期內(nèi)，BIM 模型從產(chǎn)生、傳遞到應用，需要持續(xù)不斷地增補、更新來自各參與方的相關(guān)數(shù)據(jù)。對這些繁雜的信息源如何集成管理、應用共享是BIM 模型更新優(yōu)化的關(guān)鍵[13]。因此，應用于運維階段的BIM 模型，來源于竣工模型，卻又不僅僅局限于此。從施工階段繼承而來的BIM 竣工模型首先需要對數(shù)據(jù)與信息“瘦身”，去除冗余的設(shè)計與施工信息，再根據(jù)功能需求，錄入適當詳細程度的信息，比如項目參數(shù)、共享參數(shù)、設(shè)備設(shè)施構(gòu)件的安裝位置、尺寸型號、購買廠家、性能參數(shù)等靜態(tài)信息（靜態(tài)信息是相對于日常保養(yǎng)、維修，運營成本等動態(tài)信息而言的）[14]。比如江蘇某醫(yī)院BIM竣工模型，還增補了醫(yī)療專項系統(tǒng)的信息[7]。

3.2 BIM運維模型的數(shù)據(jù)標準

IFC 標準是貫穿建筑項目全生命周期的數(shù)據(jù)共享標準[15]。目前市面上常見的BIM 模型建立軟件，如Autodesk Revit、Bentley AECOsim、TEKLA 都支持IFC 格式的匯入、匯出；GRAPHSOFT ArchiCAD就直接以IFC作為數(shù)據(jù)單元格式，所有檔案都以IFC 方式進行儲存[7]。比如，李正坤等運用OmniClass（OCCS）與COBie 標準，對高校資產(chǎn)信息進行分類和添加，再以IFC 格式導入平臺實現(xiàn)運維管理。

3.3 BIM運維模型的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

根據(jù)文件格式或數(shù)據(jù)標準的不同，BIM 運維模型的可分為結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化兩種[13，16]。IFC模型數(shù)據(jù)就是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型的代表，它通過解析可存儲于SQL Sever 數(shù)據(jù)庫中，是BIM 數(shù)據(jù)的核心內(nèi)容[13]。而設(shè)備設(shè)施的安裝位置、尺寸型號、性能參數(shù)等信息就是非結(jié)構(gòu)化的BIM 數(shù)據(jù)，需要通過信息存儲倉庫進行存儲，比如ODBC 數(shù)據(jù)庫。然后，結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化BIM 數(shù)據(jù)一起導入到SQL Sever 數(shù)據(jù)庫中或MySQL 數(shù)據(jù)庫[8]，作為建立建筑運維管理平臺的初始數(shù)據(jù)，如圖1所示。BIM運維模型的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，也可借助歐特克的Revit DB link 插件[17-18]，并可雙向?qū)耄翨IM模型。

圖1 BIM運維模型的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建。

3.4 BIM運維模型的輕量化處理

在運維階段為了降低管理系統(tǒng)對電腦配置的要求，避免瀏覽困難、卡頓等問題，需要對BIM 運維模型進行輕量化處理[19]。比如田金瑾通過BIMFACE 引擎對某大型購物中心的BIM 模型進行輕量化處理。而都恬汝則是運用WebGL 技術(shù)，實現(xiàn)BIM模型在瀏覽器端或移動端的快速查看和分享的解決方案。

4 綜述運維管理系統(tǒng)的框架設(shè)計與平臺開發(fā)

4.1 運維管理系統(tǒng)的框架設(shè)計

基于BIM的建筑運維管理平臺，其框架設(shè)計要具有多層次、分布式的結(jié)構(gòu)特點[21]。比如陳沖為南京某辦公樓搭建的運維平臺是由模型信息層、數(shù)據(jù)庫層、系統(tǒng)應用層及用戶界面層四層組成。李正坤提出的高校資產(chǎn)運維管理平臺，還包括了平臺層。系統(tǒng)所采用的平臺架構(gòu)多為B/S（瀏覽器-服務(wù)器）（見圖2）和C/S（客戶端-服務(wù)器）兩種[3，15，20]。早期的企業(yè)管理軟件系統(tǒng)多以C/S架構(gòu)為首選，但隨著互聯(lián)網(wǎng)興起和信息化管理的深入，已經(jīng)成了B/S主導的市場，尤其是對集團級的大型企業(yè)管理軟件。

圖2 B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

4.2 運維管理系統(tǒng)的平臺開發(fā)

目前根據(jù)文獻與既有案例，有的建筑運維管理平臺是直接通過商業(yè)BIM軟件搭建起來的，比如Archibus和Allplan Allfa[15]。比如在某高校食堂運維管理系統(tǒng)中，先用Revit軟件構(gòu)建BIM模型，再作為數(shù)據(jù)源導入到Archibus 運維管理系統(tǒng)中，結(jié)合Pathfinder 人流疏散模擬軟件，將食堂的空間、設(shè)備、能耗、檔案等信息數(shù)據(jù)整合在一起，來提高管理效率[22]。

然而，在商用BIM軟件的基礎(chǔ)上構(gòu)建的運維管理平臺，在實際項目使用中往往出現(xiàn)需求不能滿足的情況，比如與Revit模型結(jié)合不高，應用場景受限，主體功能有待完善等問題[15]。所以，結(jié)合Revit 模型，通過Navisworks， Design Review，BIM-FIM 等軟件，在短時間內(nèi)，對BIM 運維模型進行一定程度的二次開發(fā)，有其必然存在的現(xiàn)實意義。比如，深圳嘉里中心II期是依靠MEPBIM 來實現(xiàn)機電設(shè)備安裝與運營的信息共享[2]。南京某辦公樓項目通過Navisworks軟件平臺，自動生成適用于運維管理的BIM模型[21]。

5 結(jié)束語

運用BIM 技術(shù)實現(xiàn)建筑運維管理系統(tǒng)，總體來說還處于發(fā)展中階段，并且由于初始投入相對較高，比如軟件和硬件投入、專業(yè)人才招募、員工培訓等，對企業(yè)來說，在收益率和回報期存在不確定性的情況下，是一個不小的障礙和挑戰(zhàn)。雖然國家鼓勵BIM技術(shù)的應用推廣，但是依然缺乏完善的法律法規(guī)，一旦發(fā)生糾紛，往往導致追責困難。所以，運用BIM技術(shù)來實現(xiàn)建筑運維系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理，還有待進一步的發(fā)掘與完善，無論是從技術(shù)，從政策扶持，還是從人才培養(yǎng)方面。