探究基于BIM的辦公建筑智能化運(yùn)維管理設(shè)計(jì)

摘要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，智能化水平不斷提高，傳統(tǒng)建筑逐漸暴露出信息化水平較低、信息傳遞能力較差、運(yùn)維部門(mén)溝通不暢、個(gè)性化設(shè)計(jì)不足等缺陷，本文從空間分配、節(jié)能環(huán)保、火災(zāi)應(yīng)急處置等幾個(gè)方面，借助BIM技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過(guò)信息與數(shù)據(jù)流的結(jié)合，降低管理難度，提升管理效率。

關(guān)鍵詞：辦公建筑;智能化運(yùn)維;設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU885??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）07-0000-00

0 引言

BIM（Buliding Information Modeling）是建筑業(yè)當(dāng)中新興的一種技術(shù)，它通過(guò)設(shè)計(jì)、施工、和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)建筑信息的互聯(lián)互通，它能夠?qū)⒔ㄖこ添?xiàng)目當(dāng)中所有的信息資源綜合到一個(gè)智能化的數(shù)據(jù)模型當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑項(xiàng)目的智能化管理，為運(yùn)維設(shè)計(jì)提供真實(shí)可靠的信息資源。

1 BIM的背景及研究現(xiàn)狀

1.1 針對(duì)運(yùn)維方面空間分配的研究

在空間管理運(yùn)營(yíng)維護(hù)的過(guò)程當(dāng)中，管理人員可以使用BIM技術(shù)得到可視化的三維立體建筑模型，能夠清晰觀察到房屋內(nèi)設(shè)施擺放情況，克服了傳統(tǒng)房屋圖紙抽象雜亂的情況出現(xiàn)。

有些學(xué)者研究在物業(yè)方面BIM的應(yīng)用模式，通過(guò)在每一個(gè)車(chē)位安裝探測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位狀況，并將探測(cè)數(shù)據(jù)與BIM系統(tǒng)聯(lián)通，向用戶與管理者及時(shí)展現(xiàn)車(chē)位使用情況，避免擁堵與資源浪費(fèi)。

現(xiàn)有的有關(guān)BIM運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段對(duì)于空間分配管理的內(nèi)容不多，已進(jìn)行的研究也多停留在物業(yè)空間應(yīng)用和建筑物內(nèi)空間導(dǎo)航模式的探索，較少涉及到基于建筑信息化管理體系進(jìn)行的建筑內(nèi)部空間分配探索。并且傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)建筑空間利用率理論也僅僅考慮對(duì)獨(dú)立房間的占用需求，對(duì)房間面積、環(huán)境資源等整體著眼較少。因此，將建筑信息化管理與空間利用理論相結(jié)合的研究具有很好的發(fā)展前景。

1.2 有關(guān)節(jié)能環(huán)保綠色低碳的研究

BIM技術(shù)在建筑運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段能夠最大限度地節(jié)約資源，包括水能、電能等，有序利用自然資源，保護(hù)生態(tài)，為人類(lèi)可持續(xù)健康發(fā)展作出貢獻(xiàn)。在資源利用等方面，有些學(xué)者認(rèn)為可以利用BIM技術(shù)與基于案例分析的方式相結(jié)合，建立能源消耗管理平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員能夠利用之前的案例推算出建筑耗能的合理數(shù)值，降低能耗，減少浪費(fèi)。

另一些學(xué)者認(rèn)為，傳統(tǒng)的資源分析法無(wú)法根據(jù)住戶的實(shí)際需求和使用情況進(jìn)行分析，通過(guò)BIM技術(shù)可以通過(guò)分析能耗推算出使用者的行為流程，并計(jì)算出使用者的行為模式和當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件等參數(shù)，為運(yùn)維者提供了有效的管理依據(jù)。

1.3 針對(duì)火災(zāi)等應(yīng)急管理方面的研究

建筑運(yùn)維管理人員能夠通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)整座建筑進(jìn)行3D可視化模型分析，能夠快速定位建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等緊急事件的位置，并根據(jù)實(shí)施情況反饋給公共管理機(jī)構(gòu)，還能夠通過(guò)實(shí)時(shí)模擬創(chuàng)建臨時(shí)火災(zāi)場(chǎng)景，合理規(guī)劃人群逃生路線，在應(yīng)急事件管理當(dāng)中具有很大作用。

一些研究將BIM技術(shù)同無(wú)線識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，對(duì)建筑進(jìn)行無(wú)損無(wú)接觸式掃描，運(yùn)維人員可以通過(guò)提前設(shè)置的掃描參數(shù)對(duì)建筑內(nèi)部發(fā)生損毀、破壞、火災(zāi)等突發(fā)事件作出定位并進(jìn)行處理，同時(shí)，在BIM可視化模型當(dāng)中能夠自由拆解建筑物，避免了對(duì)受傷建筑物的挖掘，提升了工作效率。

2 辦公建筑智能化運(yùn)維設(shè)計(jì)在BIM體系下的應(yīng)用

2.1 適應(yīng)居民的智能化空間運(yùn)維設(shè)計(jì)

利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)查看已被占用空間、未被占用空間以及住戶需求并對(duì)空間進(jìn)行智能分配。提高空間利用率，為住戶提供舒適的居住生活環(huán)境。

2.1.1 居民用戶需求調(diào)查

在辦公建筑當(dāng)中，用戶經(jīng)常分為常規(guī)辦公需求和非常規(guī)辦公需求。例如，日常時(shí)間用戶應(yīng)在辦公室進(jìn)行辦公，但偶爾也需要使用會(huì)議室、教室等空間資源進(jìn)行講座、會(huì)議等活動(dòng)。辦公室也可分為單人使用辦公室與多人使用辦公室兩種。而根據(jù)用戶的身份也可以進(jìn)行劃分，如重點(diǎn)用戶和常規(guī)用戶。這兩種用戶均可以擁有常規(guī)辦公需求和非常規(guī)辦公需求。

根據(jù)用戶的身份以及需求的劃分，可以確定用戶的空間分配方式。空間分配方式包括個(gè)性化分配與基本需求分配。根據(jù)系統(tǒng)智能化為每個(gè)用戶匹配最適合的房間類(lèi)型。

2.1.2 優(yōu)化空間布局及智能分配與管理

基于建筑信息化管理體系與建筑空間利用率預(yù)測(cè)理論，運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理人員需要實(shí)時(shí)通過(guò)BIM3D可視化模型當(dāng)中的建筑物參數(shù)，例如建筑物樓層、房屋面積、房間內(nèi)部設(shè)施、房間數(shù)量等進(jìn)行綜合分析。建立建筑物空間分配平臺(tái)，設(shè)置空間分配智能算法，借助串聯(lián)的住戶需求信息和歷史數(shù)據(jù)，綜合考慮當(dāng)前的需求空間面積、環(huán)境條件、樓層角度、設(shè)備多少、已占房間數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行篩選。在篩選過(guò)程當(dāng)中，建筑信息化管理體系模型將結(jié)合提出需求用戶的鄰居信息分析剩余的建筑空間。

要想根據(jù)用戶提出的信息進(jìn)行篩選優(yōu)化，還應(yīng)當(dāng)滿足在設(shè)計(jì)之初設(shè)置的使用面積上限。假如在設(shè)計(jì)之初將用戶能夠選擇的房屋面積上限定為60平方米，則在基于BIM系統(tǒng)的智能房間分配平臺(tái)當(dāng)中，當(dāng)用戶提出70平方米或更高的房間需求時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)提示超過(guò)預(yù)設(shè)范圍，無(wú)法分配。智能系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)未被占據(jù)并滿足需求的房間當(dāng)中抽取幾個(gè)不同房間提供給用戶，用戶傳回反饋信息之后，系統(tǒng)根據(jù)用戶的反饋信息進(jìn)行學(xué)習(xí)和挖掘，智能推薦算法給用戶推薦更為適合的房間，直至用戶進(jìn)入。用戶也可以進(jìn)行自主選擇并查看各個(gè)推薦房間的優(yōu)缺點(diǎn)。如果當(dāng)前的空房間數(shù)量不足，系統(tǒng)即將剩余所有房間列出供用戶進(jìn)行選擇并記錄結(jié)果。

實(shí)現(xiàn)智能房間分配需要構(gòu)建用戶相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中需要包括用戶選擇房間的歷史信息、用戶的使用需求與習(xí)慣和所有的房間檔案。系統(tǒng)需要采集用戶的使用習(xí)慣，記錄其每次的選擇并存儲(chǔ)在服務(wù)器上。通過(guò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶畫(huà)像描繪，找出用戶對(duì)房間的偏好。采用建筑空間利用理論（SUA）對(duì)BIM智能推薦平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化和學(xué)習(xí)，在平臺(tái)上增加用戶所關(guān)心的面積、環(huán)境等房間參數(shù)，滿足用戶的個(gè)性化需求。

2.2 針對(duì)辦公建筑的綠色管理研究

在建筑物建成之后，對(duì)建筑內(nèi)能源消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析是一項(xiàng)既重要又復(fù)雜的任務(wù)，需要運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理人員對(duì)建筑不同階段、不同用戶當(dāng)中收集，利用傳統(tǒng)方式對(duì)能耗數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集，不但速度慢、時(shí)間長(zhǎng)、效率低下，還給運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員帶來(lái)極大的壓力。而通過(guò)BIM技術(shù)，運(yùn)維人員能夠全面掌握建筑物整個(gè)生命周期當(dāng)中的各類(lèi)重要文件和信息，包括施工圖紙、驗(yàn)收信息、竣工信息等，在建筑物的可持續(xù)性使用過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮了不可替代的重要作用。

現(xiàn)階段根據(jù)BIM技術(shù)對(duì)建筑物的環(huán)保管理主要包括資源消耗、碳排放、通風(fēng)光照條件、水循環(huán)、人體舒適程度等幾個(gè)方面。

2.2.1 根據(jù)氣候指標(biāo)對(duì)人體舒適度進(jìn)行智能計(jì)算

人體自然舒適程度主要影響因素有環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、代謝率、輻射溫以及服裝熱阻等方面，這些方面還可以細(xì)化分為環(huán)境因素和自身因素。對(duì)于辦公建筑而言，本文主要探討溫濕度、空氣流速、人體與制冷設(shè)備距離、代謝率和熱阻這幾個(gè)方面。

溫濕度和空氣流速這幾個(gè)指標(biāo)都能夠通過(guò)外置傳感器進(jìn)行收集，將這些信息整合至BIM模型當(dāng)中。普遍而言，人體代謝率和服裝熱阻值根據(jù)季節(jié)時(shí)間的變化是較為穩(wěn)定的，人體與制冷設(shè)備之間的距離則也可以通過(guò)BIM模型設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)置的信息進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，最終可以推算出每個(gè)用戶的人體舒適度。

2.2.2 根據(jù)BIM及無(wú)線傳感技術(shù)設(shè)計(jì)智能環(huán)保管理框架

根據(jù)BIM技術(shù)進(jìn)行智能環(huán)保管理同樣需要運(yùn)維人員整合目標(biāo)建筑物室內(nèi)室外的環(huán)境信息和設(shè)施設(shè)備，構(gòu)建完善的數(shù)據(jù)信息庫(kù)，根據(jù)BIM實(shí)時(shí)模型推算建筑物的實(shí)時(shí)能耗并進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)模擬程序，分析能源消耗并提出解決措施。利用BIM技術(shù)進(jìn)行的碳排放檢測(cè)需要對(duì)建筑外部和內(nèi)部環(huán)境相結(jié)合，對(duì)建筑各個(gè)位置與工作過(guò)程當(dāng)中的碳排放量進(jìn)行智能計(jì)算，并針對(duì)計(jì)算結(jié)果給出相應(yīng)的處理方案。對(duì)于光照與通風(fēng)分析，需要借助外置無(wú)線傳感器對(duì)建筑內(nèi)外光照、溫度、熱輻射和空氣流速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)不同氣候不同環(huán)境下的光照條件與風(fēng)速進(jìn)行模擬，達(dá)到適宜人居住的環(huán)境。針對(duì)基于BIM技術(shù)進(jìn)行的水循環(huán)管理需要綜合考慮建筑物內(nèi)外的用水情況和水資源供應(yīng)情況，設(shè)置雨水收集點(diǎn)用于植物灌溉等循環(huán)使用，綜合各季節(jié)月份的用水情況，進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化水資源使用方案，防止水資源分配不合理的情況發(fā)生等。

2.2.3 利用BIM技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)建筑節(jié)能減排的優(yōu)化改進(jìn)

通過(guò)BIM技術(shù)的3D可視化模型進(jìn)行建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以降低設(shè)計(jì)難度，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，降低設(shè)計(jì)成本，避免由于設(shè)計(jì)人員的失誤造成返工情況發(fā)生。利用BIM技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物各個(gè)功能模塊的整體性評(píng)價(jià)，避免傳統(tǒng)節(jié)能減排評(píng)價(jià)模式的片面性和單一性。

利用BIM技術(shù)還能將設(shè)計(jì)與施工有機(jī)結(jié)合，打通雙方人員的溝通渠道，優(yōu)化改造施工完畢后的設(shè)施性能，并能夠?qū)笃谶\(yùn)維工作進(jìn)行指導(dǎo)和參考，避免了斷層情況的發(fā)生。

2.3 基于BIM以及云計(jì)算等對(duì)火災(zāi)應(yīng)急處置研究

由于辦公建筑一般樓層較高，因此一旦發(fā)生火災(zāi)等緊急情況，只能依賴對(duì)災(zāi)情發(fā)現(xiàn)的實(shí)時(shí)性和救援力量趕到的及時(shí)性。目前，越來(lái)越多的人發(fā)現(xiàn)了BIM技術(shù)在預(yù)防火災(zāi)和救援火災(zāi)等情況當(dāng)中的重要作用，利用BIM技術(shù)能夠整合建筑物內(nèi)所有無(wú)線傳感器的感知信息，并對(duì)建筑整體進(jìn)行立體監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生緊急情況可以及時(shí)進(jìn)行預(yù)警。

2.3.1 提供火災(zāi)案例與應(yīng)急預(yù)案供參考

依據(jù)BIM技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)案例分析，首先應(yīng)當(dāng)建立火災(zāi)案例數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)維人員應(yīng)當(dāng)將火災(zāi)案例的各種信息導(dǎo)入BIM模型當(dāng)中，案例信息應(yīng)當(dāng)包括：災(zāi)情嚴(yán)重程度、受災(zāi)人數(shù)、采取的防護(hù)手段及建筑逃生路線等，還可以通過(guò)BIM模型進(jìn)行火災(zāi)救援模擬演練，模擬根據(jù)建筑內(nèi)發(fā)生火情火勢(shì)大小、建筑內(nèi)人數(shù)、火災(zāi)發(fā)生時(shí)間等進(jìn)行人流逃生路線的正確規(guī)劃，模擬應(yīng)當(dāng)詳盡真實(shí)，模擬結(jié)果也應(yīng)錄入BIM模型當(dāng)中，以供提出準(zhǔn)確可靠的應(yīng)急預(yù)案。

基于BIM技術(shù)的火災(zāi)案例分析，必須滿足幾個(gè)條件，如建筑物人數(shù)、火勢(shì)大小、災(zāi)情等級(jí)等。運(yùn)維人員可將系統(tǒng)設(shè)定為超過(guò)某個(gè)火勢(shì)或建筑內(nèi)人員達(dá)到某個(gè)數(shù)量級(jí)才會(huì)提出救援疏散預(yù)案，防止錯(cuò)誤預(yù)警帶來(lái)的不必要損失。

在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，傳感系統(tǒng)能夠根據(jù)建筑物內(nèi)的二氧化碳排放量和各類(lèi)建筑構(gòu)件的表面溫度進(jìn)行分析，并對(duì)火勢(shì)進(jìn)行判斷，給救援人員提供準(zhǔn)確參考依據(jù)。對(duì)人員的逃生路線分析，BIM技術(shù)可以智能計(jì)算出當(dāng)前位置距安全出口的最短路徑，并可用過(guò)手機(jī)端傳達(dá)到每個(gè)用戶的導(dǎo)航當(dāng)中，所有傳感器與BIM模型直接聯(lián)系，能夠準(zhǔn)確規(guī)劃逃生路線，降低火災(zāi)損失，減少人員傷亡。

2.3.2 根據(jù)大數(shù)據(jù)信息設(shè)計(jì)應(yīng)急管理模型

基于BIM技術(shù)建立應(yīng)急管理模型，能夠確保對(duì)火災(zāi)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，建筑運(yùn)維人員需要對(duì)室內(nèi)多個(gè)無(wú)線傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括溫度濕度傳感器、二氧化碳傳感器、建筑物表面溫度傳感器等，并結(jié)合視頻監(jiān)測(cè)，將數(shù)據(jù)信息打包整合至BIM模型當(dāng)中，依據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，BIM模型可以對(duì)建筑物內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)位置進(jìn)行定位并準(zhǔn)確計(jì)算火情大小。智能判斷是否需要啟動(dòng)建筑物災(zāi)情報(bào)警系統(tǒng)并疏散人群，系統(tǒng)需要根據(jù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員預(yù)先錄入模型的各類(lèi)火情信息進(jìn)行分析判斷并學(xué)習(xí)，判斷出與此次火情最為相似的情況，并提出預(yù)先準(zhǔn)備好的應(yīng)急預(yù)案。運(yùn)維人員和救援人員能夠通過(guò)該模型，提高救援效率，降低救援損失。

3 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)不僅能夠?qū)k公建筑內(nèi)部的空間導(dǎo)航、能耗監(jiān)測(cè)、火情應(yīng)急處置具有重要地位，還能夠在用戶空間分配、智能綠色管理、建立火災(zāi)案例數(shù)據(jù)庫(kù)以及應(yīng)急預(yù)警預(yù)案等方面發(fā)揮不可或缺的作用。為建筑智能化、信息化的不斷發(fā)展提供了思路。

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收稿日期：2021-06-20

作者簡(jiǎn)介：李童（1984—），男，天津人，本科，講師，研究方向：建筑智能設(shè)計(jì)管理。

Explore the BIM-based Intelligent Operation and Maintenance Management Design of Office Buildings

LI Tong

（TianjinlandresourcesandHousingVocationalCollege，Tianjin? 300270）

Abstract：With the continuous development of modern society and the continuous improvement of intelligent level， traditional buildings have gradually exposed some defects， such as low information level， poor information transmission ability， poor communication between operation and maintenance departments， insufficient personalized design， etc， Through the combination of information and data flow， the management difficulty is reduced and the management efficiency is improved.

Key words： office building; Intelligent operation and maintenance; Design