BIM技術在公共建筑運維中的應用

岑桂龍

建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，BIM）技術在建筑工程中的應用大都集中在建筑的設計及施工階段，對建筑的運營維護則很少見。但隨著建筑理念的轉變，我國建筑行業開始由“重建設輕管理”逐漸向“建筑與管理并重”的發展思路轉型，在此背景下，建筑運維成本較高、周期較長的缺點直接暴露出來。在公共建筑運維中引入BIM 技術能夠充分利用建筑信息模型具有的信息集成共享、協同管理等功能有效解決此類問題，從而實現對公共建筑運維的高效管理。

1 BIM 技術概述

BIM 最初由美國喬治亞理工大學的Chuck Eastman 博士提出，是一種利用開放性的行業標準，在建筑項目全壽命周期內對建筑的物理特性及功能進行數字化表現的技術。其目標是為建筑項目決策提供數據方面的支撐，從而達到實現建筑項目價值的目的。而國內依據建筑行業標準將BIM 定義為一種完整且協調的建筑信息數據組織，這些數據信息依照開放式的工業標準來描述建筑設施所具有的各種功能特點以及建筑生命周期內的信息。

建筑工程中采用BIM 技術完成了建筑工程設計由傳統的2 D 建筑模型向3 D建筑模型的轉變，并且隨著科技的發展，未來建筑模型還會向著進度信息以及成本信息模型方向發展。建筑模型之所以能夠實現這種進化，主要得益于BIM 技術具有一個全壽命周期的數據庫，它可以利用參數化建模以及交互性操作來實現數據庫的優化。

2 BIM 技術在公共建筑運維中的應用價值

2.1 運維管理可視化

將BIM 技術應用于公共建筑的運營管理中可以為其提供可視化的操作管理平臺，使得管理人員能夠更加直觀、清晰地掌握公共建筑各個構件的具體情況，提升數據信息的精準度，同時降低了公共建筑運維管理的難度。首先，BIM 技術能夠在很大程度上將運維過程中所遇到的較為復雜的問題簡單化，不僅大大提升了處理問題的效率，同時也降低了對運維人員的能力要求。其次，BIM 技術還能夠將專業人員才能看懂和理解的復雜圖紙變得通俗易懂，從而為非建筑相關專業人員進行運維管理提供了便利，有利于提升運維管理的效率。最后，采用BIM技術還能夠生成可視化培訓體系，使得培訓人員更加直觀地了解設備的原理和作用。通過展示設備內部結構和模擬不同狀態下的效果，能夠大大提升人員培訓的效果，從而提升運維人員的綜合水平。

2.2 數據集成管理與共享

以BIM 技術為基礎構建的建筑信息模型能夠使用從建筑設計、建筑施工到建筑運維的全生命周期中的數據信息，為公共建筑的運維管理提供數字化信息，實現對數據的實時調用和共享。

首先，BIM 技術能夠整合分類公共建筑全生命周期內的數據信息，提供對應的數字化管理功能，更加快捷地添加、修改以及完善數據信息，從而有助于運維的可持續化管理[1]。其次，BIM 技術能夠以數字化的形式存儲數據，并將所有的數據信息集成于同一個載體，能夠實現各個部門之間的順暢交流，避免出現信息孤島、信息不對稱等問題，提升運維管理的效率。最后，由于BIM 技術集成了公共建筑全生命周期內的數據信息，具有快速查詢數據的功能，因而大大提升了建筑中相關圖紙、資料的查找效率。

2.3 應急管理決策

隨著我國城市化建設進程的不斷加快，各種高層建筑在城市中越來越多，這對公共建筑運維管理中的應急管理提出了更高的要求。相較于傳統的災害應急管理，在公共建筑的應急管理模擬與決策方面采用BIM技術具有突出的優勢。例如，在公共建筑內發生水管爆裂事件時，如果采用傳統的解決方式，需要先通過人工定位來確定管路閥門的所在位置，這會浪費掉寶貴的救援時間；采用BIM 技術則能夠在建筑模型上快速、精準地定位出水管爆裂的管線及其閥門所在位置，能夠協助相關人員在第一時間采取行動避免災害的進一步擴大。

此外，BIM 技術除了能夠為公共建筑應急管理決策提供數據方面的支撐外，還能夠模擬公共建筑發生的災害事故，同時評估災害可能造成的損失，有利于制訂應急預案。

3 基于BIM 技術的公共建筑運維管理體系

3.1 整體框架

對公共建筑的運營維護是建筑全生命周期內十分重要的一部分，同時也是耗費人力、物力、財力最多的一個階段。公共建筑運維管理設計，首先應整理和繼承建筑設計以及施工時期的數據信息，并收集公共建筑運維期間所生成的各種運維信息。對于這些信息量較大、時間跨度長以及信息格式多樣信息的處理，無疑大大增加了公共建筑運維管理的難度，而BIM 技術在公共建筑運維管理中的應用則能夠實現信息數據的整理和分析、集成和共享，從而高效處理數據問題[2]。

目前，已經將BIM 技術應用于公共建筑運維管理中的相關系統，并在實際應用中取得良好的效果。例如，基于BIM技術的建筑物能源管理系統等，但由于受限于應用面的問題，并未充分發揮出BIM 技術的全部優勢，還造成了一定程度上的資源浪費。本文結合BIM 技術的特點，在充分考慮公共建筑運維管理現狀的基礎上，設計了基于BIM 技術的公共建筑運維管理體系。

3.2 基礎層

基礎層作為整個運維管理系統的基礎部分，主要由射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、 傳感器、監控設備以及數據采集設備等部分組成，同時也含有處理數據的設備和以太網絡，這些設備為子系統之間以及系統和設備之間的互聯提供了保障[3]。

為便于傳輸信息數據，還需要具備功能強大的機房作為支撐，以確保公共建筑在設計、施工以及后期運營維護階段所生成的各種數據都能夠存儲至運維管理系統中為后期的運維管理提供方便。基礎層應用到的技術主要有電子氣路控制（Electric Pneumatic Control，EPC）、RFID、傳感器技術以及數據信息采集與處理技術等。

公共建筑運維過程中需要不斷更新數據信息，這需要設計基礎層的監測節點具備動態化的特點。設計時應按照公共建筑的具體功能需求原則來選擇設備、視頻監控、溫濕度以及氣體濃度等監測的參數，并在每個監控節點處安裝對應的傳感器，以實現對管網運行狀態、建筑物內外環境以及人員動態的實時監測。此外，系統還會將采集到的數據信息經網絡層上傳至數據處理中心，以便篩選和計算有效的數據信息。

3.3 網絡層

該系統中的網絡層是一個建立在計算機互聯網技術上的高速傳輸通道，能夠將基礎層所存儲的各種數據信息通過串口轉傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）模塊匯入交換器中，并利用有線網絡將數據信息傳輸至平臺層進行分析[4]。網絡層主要通過互聯網絡、移動通信以及局域網絡等將計算機網絡和系統設備連接在一起，形成一個能夠雙向互聯的網絡體系，以便共享系統中的各種軟硬件數據資料。

3.4 平臺層

平臺層是運維管理系統中的數據處理中心，能夠挖掘、計算和分析數據信息，并在篩選和共享后最終將數據存儲在運維數據庫中，以便運維管理人員能隨時查詢和使用。此外，平臺層還能夠在公共建筑運維出現故障的情況下協助運維管理人員發現問題，查詢和分析設備過往的維修記錄以及運行信息，從而快速尋找針對故障的具體解決方案。待故障維修結束后，平臺層還可以更新維修數據，確保數據的實時性，為日后的運營維護提供數據支撐。

3.5 應用層

該系統中的應用層主要是滿足公共建筑運維管理人員的一個層級，直接面向公共建筑的運維管理人員。應用層主要有信息錄入和信息讀取兩種模式，為了能夠同時實現信息數據的錄入和讀取功能，在應用層中采用了瀏覽器/服務器（Brower/Server，B/S）的運行模式[5]。這是一種在客戶端/服務器（Client/Server，C/S）模式基礎上的優化模式，能夠實現在網頁的界面中操作運維管理系統。

使用B/S 模式運行應用層，還能夠減輕客戶端的計算機負荷，降低運維系統的工作量，保證數據信息的安全。此外，通過設定運維管理人員權限層級還可以使級別不同的人員訪問不同的應用層，并能夠在不同的地點使用不同的接入方式來訪問和操作應用層。

4 基于BIM 技術的公共建筑運維管理應用案例

本文以遼寧省沈陽市金秋醫院為例，在全面分析該醫院建筑運維管理需求的基礎上，采用BIM 技術構建建筑運維管理系統，實現對醫院信息數據傳遞、醫療設施運維、診療與科研的一體化管理，從而將該醫院打造為集管理、技術、服務與環境于一體的綜合性醫療平臺[6]。

金秋醫院的運維管理系統采用BIM技術集成信息設備、安全防范以及醫療信息等，能構建起一個綜合化的運維管理系統，幫助醫院整合和協調各種資源，確保醫院高效運轉。

4.1 建立BIM 模型

本文采用Revit 軟件建立金秋醫院的模型，并在此基礎上整合建筑、結構、空調消防等設施，從而最終形成醫院的整體模型。

4.2 設備編碼

結合醫院建筑的具體空間位置信息對建筑模型內的設備進行編碼，以實現在BIM 模型中對設備進行快速搜索和定位。通常來講，每一個設備都會對應一個唯一的編碼信息，以建立設備和信息之間的映射關系，實現醫院設備與BIM模型間的聯動關系，最終完成各個設備的快速定位[7]。

金秋醫院的門診樓2 層叫號機編碼方式如表1 所示。由表1 可以看出，采用統一的設備編碼來構建具有層次的邏輯拓撲結構，可以實現對醫院設備的實時追蹤。

表1 金秋醫院門診樓2 層叫號機編碼表

4.3 運維管理系統框架

4.3.1 平臺層

第一，信息設施。有線電視、衛星電視、室內移動通信覆蓋、電梯五方對講、多媒體會議、多媒體信息發布、背景音樂以及緊急廣播。第二，安全防范。視頻監控、防盜報警、門禁系統、電子巡更、停車場管理、內部無線對講以及人臉識別等。第三，醫療信息化。排隊叫號、病床呼叫、手術示教、遠程教學與會診、重癥加強護理病房（Intensive Care Unit，ICU）探視、RFID 嬰兒防盜、醫療廢物管理以及無線輸液等。第四，建筑設備。計量與能耗監測、樓宇設備控制、設備定位一級智能照明等。

4.3.2 應用層

應用層包括醫療信息監控、后勤運維管理、運營能耗管理及應急指揮。醫療信息監控系統能夠實時監控醫院所有醫療設備及系統數據；后勤運維管理指的是對醫院醫護人員以及患者在物資供應、醫療垃圾分類處理等方面的綜合管理；運營能耗管理可以實現對醫院能源消耗的智能化和自動化管理，大大降低能源開支；在醫院出現重大危險事故，如火災、醫療事故等情況下，可以利用應急指揮系統進行及時、有效的管理。

4.3.3 網絡層

網絡層主要負責整個系統的數據信息傳輸工作，包括布置醫院內各種數據線、搭建計算機網絡系統以及構建內部電話與外部電話的網絡。

4.3.4 基礎層

基礎層是整個系統得以正常運行的前提和保障，主要包括建設計算機機房、安裝計算機設備及管理網絡設施等內容。

5 結語

基于BIM 技術的公共建筑運維管理系統，在為人員提供一個健康、舒適工作環境的同時，還能夠提升公共建筑運營維護的效率。目前，BIM 技術的應用主要集中在公共建筑的設計和施工階段，隨著BIM 技術在公共建筑全生命周期內的廣泛應用，運維管理方面的應用也必將成為BIM 技術發展的重要方向。