基于BIM技術與新型信息技術的建筑智能運維管理系統的構建研究

楊茜 李娟 范琳琳 方琪

【摘 要】?研究表明，建筑運維成本占建筑全壽命周期成本的80 %，有效控制建筑運維成本將成為建筑業實現盈利的關鍵環節。文章通過研究BIM與物聯網、大數據、云計算等技術的結合，構建基于BIM技術和新型信息技術的智能運維管理系統，有效提升建筑運維的應用價值，有助于建筑運維管理的快速發展。

【關鍵詞】BIM; 物聯網; 智能運維管理系統

隨著當代信息技術的快速發展和其在各個行業的滲透，以BIM技術為代表的信息技術與傳統建筑的融合逐漸走進中國建筑運維管理市場。而在一個項目的全生命周期中，項目的運維管理占據全生命周期的大部分。所以，實現智慧城市的關鍵是實現建筑的智能運維。鑒于此，本文將研究構建一個基于BIM技術和新型信息技術的建筑智能運維管理系統，實現不同類型運維信息的動態可視化管理。

1 BIM與物聯網、云計算、大數據等新型信息技術的融合

BIM與新型信息技術融合中，BIM技術是物聯網、大數據、云計算的基礎數據模型與核心內容。物聯網技術是通過傳感器收集所有類型施工作業的數據，并通過實時互聯網向本地運營中心和遠程用戶提供反饋。與云計算的聯合應用，是基于云計算強大的計算能力，將大型復雜工作轉移到云端，提高數據處理效率;基于云計算的大規模數據存儲能力，可以使BIM模型及相關業務數據云同步，方便用戶隨時隨地訪問共享。與大數據的結合，是利用大數據的數據收集、處理、與決策能力對建筑模型和建筑使用信息進行數據處理及分類。通過技術融合實現建筑項目全過程的可視化管理，構建“BIM+”智能運維管理平臺。

2 BIM與新型信息技術在建筑運維管理方面上應用

近幾年，在國內出現了一些基于BIM技術的信息管理平臺，通過BIM與大數據、云計算、物聯網的融合，以互聯網為載體，BIM為核心，新型信息技術為輔助工具，構建集可視化、模型化、輔助運行、智能維護等功能為一體的智能運維管理平臺[1]。基于BIM的運維管理平臺是一個高度集成化的管理平臺，對建筑各個分部子模塊的運行、維護進行集中管理和監視，將一個建筑的分部子模塊的數據收集起來，運用大數據和云計算分類處理這些信息，統一儲存到整體的數據庫里，實現數據共享，將分散的子模塊在統一的平臺上聯系起來。以下將介紹這類平臺的系統構建及具體應用。

2.1 智能運維管理系統的構建

2.1.1 智能運維管理系統的構架

基于BIM的運維管理平臺系統是一個高度集成的管理平臺。目前，運維管理系統的總體結構大致可分為三層：應用層、控制管理層和基礎設施層。應用層，該層是系統直接提供給客戶操作使用的部分，將控制管理層處理過的信息展現在3D模型上，形象直觀的呈現在用戶界面上，用戶可以進行實時監控管理。控制管理層，該層是整個系統的關鍵部分，是對由基礎設備層輸入的信息進行分類處理和分析，并將整理好的信息儲存到相應數據庫中，還可以在下層設備發生故障時進行決策，輔助用戶對建筑進行管理。基礎設備層，該層由智能運維管理系統的基礎設備（基礎控制系統，設備驅動系統，相關通訊、網絡系統，數據采集系統等）組成。組成，是整個系統收集數據的主要來源和處理數據的信息基礎（圖1）。

2.1.2 智能運維管理系統的開發

基于BIM技術的運維管理系統的研究和開發，通常涉及到BIM模型的處理、數據采集、平臺模塊的開發等。

BIM模型的處理主要是對施工環節結束后的BIM模型的數據處理與補充，將各種軟件平臺之間的直接數據不同格式轉化為運用在該系統的統一格式并對施工各環節信息和建筑設備信息進行補充。

數據采集是利用互聯網上的設備傳感器和執行器采集現場設施的運行參數，并編譯收入BIM運維數據庫。并在數據庫中調用相關數據與模型進行關聯，形成結構化的數據庫。

平臺功能模塊的設計開發主要是根據傳統軟件工程學理論中的基本架構理念和設計方法，進行系統用戶需求架構分析、系統硬件架構設計、服務器的接口架構設計以及各個系統功能模塊的綜合設計。整合已有的BIM數據庫、子模型視圖定義、子模型提取與集成等功能模塊，選擇合適的云計算平臺和分布式存儲系統，應用高級編程框架開發BIM數據集成與管理平臺的各個功能組件。組合各個服務組件，完成基于BIM的運維管理平臺的平臺開發（圖2）。

2.2 BIM技術和新信息技術的建筑智能運維管理系統的具體運用

基于BIM的智能運維管理系統能夠實時進行主要設備信息檢索、運行和控制等多項功能，將建筑設備位置、功能、使用狀態等信息在BIM模型中以3D的展示形式直觀呈現， 方便業主可以對建筑設備進行實時定位和維護管理。以下將從三個方面介紹該系統的具體應用。

2.2.1 在維護管理[2]的應用

使用智能運維管理系統，通過物聯網集成技術和三維可視化呈現技術，可以實現對于設備信息的有效查詢以及定位。在設備維修方面，當設備出現故障，該系統可通過物聯網感應技術即時定位到故障位置，呈現相關視頻信息并向維修人員及業主發送故障報修。檢修的過程中可以實時查看有關故障構件的相關圖紙、歷史維護信息、保修知識資料等，輔助設備故障的解決，完成后用戶可以記錄維修日志。在設備日常管理方面，檢修工作人員可以按照該系統提供的設備信息如生產日期、檢查周期、生產廠家等對設施機械進行日常的維護，并及時更新設備的維修狀態。在設備生命周期管理方面，系統能夠提示設備的保養維護時間，從而延長設備的壽命;對于壽命即將到期和需更換零部件的設備進行預警，防止事故的發生。運用該系統更為方便的是相關的管理人員不必前往現場就可以對調度和管理設備，只需要使用一臺移動互聯的設備即可輕松地完成對其遠程控制管理。

2.2.2 在安防管理的應用

在安保監控系統的管理中，將視頻識別及跟蹤系統的信息集成在該平臺中，就能夠實時在該平臺中采集、查看、監測這些信息;在消防管理中，通過BIM模型可以更加明確地得到消防裝置的具體定位、消防工程管線的布局等。基于BIM技術的數字管理系統可以進行多種應急情況的模擬預演，節省消防演練的人力時間投入[3]。在發生重大火災時，也能實時顯示火源特征和具體位置，準確向用戶提供火災警情及火災源的具體蔓延活動情況，便于用戶第一時間快速作出火災應急處理決策[4]。

2.2.3 在能耗管理的應用

BIM與云計算、大數據等相關技術相結合，從不同緯度剖析建筑能耗及費用，自動管控所有系統，提供管理分析平臺，通過仿真預估技術提供能源優化預案，結合遠程控制技術使建筑物能耗成本降低，且系統運行更適宜以達到最智能化的節能管理[4]。

3 現狀分析及未來發展趨勢

3.1 現狀分析

在這個信息技術飛速發展的時代，傳統物業運維管理已經無法滿足業主的需求[5]。不同于智能運維的實時監控來達到安全即時的管理，傳統運維是依靠運維人員完成日常運維工作，而設備設施的運維更是靠投訴推動，沒有周期性的維保計劃，屬于事后應對模式。手工填報記錄運維結果，效率低且易漏寫和寫錯，數據的真實性不可控;并且維保人員認知與技術水平不一，往往難以從表象中判斷故障，故障查出之后維修不及時，會留下潛在的安全隱患。如今，人們對安全管理和設備維護的要求也越來越高，傳統運維顯然已經不能滿足人們的需求，建筑的智能運維代替傳統運維是必然的結果[6]。

3.2 發展前景

近年來，BIM技術的發展越來越受重視，無論是政策配給，還是實際需求，BIM在建筑行業的“存在感”已不容忽視。雖然BIM運維應用還未普及，但隨著信息技術的高速發展，相信“BIM+”智能運維管理的時代將會很快到來，“BIM+”智能運維管理的普及能夠有效解決建筑運維管理過程中的各種問題，將給中國帶來巨大的經濟效益、社會效益[7]。

4 小結

綜上所述，基于BIM 技術與物聯網、大數據、云計算等新型信息技術構建建筑智能運維管理系統，實現建筑項目在運維階段數字化、物聯化、智能化、可視化的有效管控，提高項目的運行品質與效率，促進管理向標準化和精細化提升，以降低項目的運維成本，實現建筑資源利用最大化。

參考文獻

[1] 王凈.BIM技術在工程建設全過程管理中的應用[J].工程技術研究，2020，5（18）：158-159.

[2] 李倩.論BIM技術在智能建筑設計、施工與運維中的應用[J].中國住宅設施，2018（1）：43-44.

[3] 姜萌.物聯網+BIM在工程運維管理中的應用[J].建材與裝飾，2020（9）：149-150.

[4] 季凡杰，張東林，劉月君，等.BIM技術在工程運維管理成本中的應用研究[J].河北建筑工程學院學報，2020，38（2）：96-101.

[5] 周靜. “BIM+VR”技術在建筑設備運維管理中的應用研究[D].長春：長春工程學院，2020.

[6] 沈慧.基于BIM技術的智能建筑運維管理[J].中國建設信息化，2018（14）：62-63.

[7] 陳梓豪，白寶軍，陳昆鵬，等.華潤深圳灣國際商業中心項目BIM運維管理平臺應用[J].施工技術，2018，47（S4）：1073-1076.

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