基于BIM的大型公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)施探究

汪再軍 李露凡

(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032)

基于BIM的大型公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)施探究

汪再軍 李露凡

(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032)

隨著國內(nèi)外建筑行業(yè)及BIM技術(shù)的快速發(fā)展，對信息化技術(shù)的要求也越來越高，本文根據(jù)大型公共建筑運(yùn)維管理的特點(diǎn)，結(jié)合BIM優(yōu)勢，對基于BIM技術(shù)的大型公共建筑的運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)探究，在對大型公建運(yùn)維管理需求分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了運(yùn)維管理系統(tǒng)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)信息流及系統(tǒng)開發(fā)建議，最后，提出了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在具體項(xiàng)目中實(shí)施的實(shí)施方案和技術(shù)路線，并對在實(shí)施過程中可能遇到的問題進(jìn)行了闡述。

BIM； 大型公共建筑； 運(yùn)維管理系統(tǒng)

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.02

1 引言

隨著信息化技術(shù)及BIM技術(shù)的快速發(fā)展，大型公共建筑逐漸根據(jù)用戶的需求將建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理進(jìn)行最優(yōu)化組合，為用戶提供一個(gè)高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境，主要包括商業(yè)辦公樓、商業(yè)綜合樓、文化、媒體、學(xué)校、體育場館、醫(yī)院等，通過對建筑物智能化功能的配備，實(shí)現(xiàn)高效、安全、節(jié)能、舒適、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。與此同時(shí)，為了保證大型公共建筑空間的充分利用及人們在公共建筑內(nèi)的人身安全，建立基于BIM技術(shù)的運(yùn)營管理系統(tǒng)是一件毋容置疑的工作，使其運(yùn)營管理實(shí)現(xiàn)信息化，提高綜合管理效益及效率。

2 系統(tǒng)功能需求分析

根據(jù)大型公共建筑的運(yùn)維業(yè)務(wù)管理特點(diǎn)，其基于BIM技術(shù)的運(yùn)維管理系統(tǒng)需滿足以下功能要求：

(1)分專業(yè)的管理需要

大型公建的設(shè)備設(shè)施是分專業(yè)劃分，并由多個(gè)部門負(fù)責(zé)運(yùn)維管理的，大型公建BIM運(yùn)維管理也需要按專業(yè)或部分進(jìn)行授權(quán)管理，各專業(yè)部門只能使用模型中的授權(quán)專業(yè)部分內(nèi)容，進(jìn)行運(yùn)維管理。

(2)大型公建設(shè)備設(shè)施三維展示

利用BIM模型進(jìn)行大型公建所有設(shè)備設(shè)施的三維展示，并利用場景漫游功能，移動(dòng)式動(dòng)態(tài)展示大型公建內(nèi)外的三維景象。

(3)設(shè)備設(shè)施的查詢、定位和顯示

系統(tǒng)應(yīng)提供多種條件(名稱、專業(yè)、分類、位置等)提供綜合信息查詢功能，并對查詢結(jié)果進(jìn)行三維顯示和定位。

(4)設(shè)備屬性、資料等的關(guān)聯(lián)顯示和調(diào)用功能

BIM模型中的設(shè)備、構(gòu)件必須與其屬性信息、相關(guān)技術(shù)資料信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過查詢、點(diǎn)擊等方式獲取模型中設(shè)備、設(shè)施、部件、構(gòu)件等的相關(guān)所有信息(包括屬性、相關(guān)技術(shù)資料等)，并提供顯示功能。

(5)報(bào)警顯示功能

對于有狀態(tài)監(jiān)測的設(shè)備，當(dāng)設(shè)備檢測數(shù)據(jù)超出范圍或異常是，應(yīng)立即報(bào)警，并在模型中用明顯標(biāo)識(shí)進(jìn)行報(bào)警顯示，并提供詳細(xì)的報(bào)警信息。

(6)設(shè)備巡檢管理功能

按照設(shè)備設(shè)施巡檢要求，制定完整的巡檢計(jì)劃，并落實(shí)到人，按照空間管理的要求，制定合理的巡檢路徑，采集或錄入巡檢數(shù)據(jù)，進(jìn)行巡檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

(7)設(shè)備維修管理功能

按照設(shè)備設(shè)施維修計(jì)劃，定期對設(shè)備的易損部件進(jìn)行維修和更換，對于故障報(bào)修的設(shè)備，快速定位，提供維修設(shè)備相關(guān)的技術(shù)資料和維修記錄，提供到達(dá)維修位置的最佳路徑。在維修后采集或錄入維修信息，記錄維修結(jié)果，對更換設(shè)備或部件、構(gòu)件的，自動(dòng)在模型中進(jìn)行記錄和更新，并進(jìn)行設(shè)備設(shè)施維修統(tǒng)計(jì)和分析。

(8)管網(wǎng)維修管理

在系統(tǒng)中完整地建立給排水、通風(fēng)、空調(diào)等專業(yè)的管道網(wǎng)絡(luò)BIM模型，尤其是地下或隱蔽工程部分的管網(wǎng)，包括管網(wǎng)的布局、精確的走向和控制開關(guān)的準(zhǔn)確位置，建立各種管網(wǎng)控制開關(guān)的相互順序和控制邏輯關(guān)系。在管網(wǎng)維修和故障處置中，提供快速定位，維修最佳路徑，和各種開關(guān)控制邏輯判斷功能，幫助維修人員進(jìn)行管網(wǎng)維修和故障處置。

(9)大型公建能源管控需求

按照大型公建不同功能區(qū)域和供暖、空調(diào)、通風(fēng)、照明等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分區(qū)域、分專業(yè)進(jìn)行能源管理，制定大型公建能源管控計(jì)劃，采集大型公建各區(qū)域的溫濕度、照明等信息和大型公建能源消耗信息，設(shè)置溫濕度報(bào)警顯示功能，對大型公建能源消耗進(jìn)行統(tǒng)一管控，并對大型公建能源消耗進(jìn)行分析。

(10)突發(fā)事件應(yīng)急管理需求

隨著社會(huì)和人們對人身安全認(rèn)識(shí)的逐漸提高及近年來大型公建火災(zāi)及其他災(zāi)難的頻繁發(fā)生，在運(yùn)維系統(tǒng)上增加突發(fā)事件監(jiān)控和處理功能是必不可少的。

(11)大型公建空間管理

大型公建空間管理主要包括空間規(guī)劃、空間分配和租賃管理三大部分，并在系統(tǒng)上實(shí)時(shí)更新相關(guān)數(shù)據(jù)，以提高大型公建的資源分配和規(guī)劃管理效益和效率。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

通過對國內(nèi)外主流應(yīng)用系統(tǒng)的分析，目前尚沒有可以完全滿足大型公建運(yùn)維管理的功能需求，鑒于系統(tǒng)涉及專業(yè)較多，包括OA系統(tǒng)(辦公自動(dòng)化)、能源監(jiān)控系統(tǒng)、空間管理系統(tǒng)等，一次開發(fā)的難度較大，因此，系統(tǒng)開發(fā)時(shí)應(yīng)遵循方便性、高性能、準(zhǔn)確性、安全性、標(biāo)準(zhǔn)下、先進(jìn)性、穩(wěn)定性和可拓展性等原則，其中可拓展性原則是非常重要的，其主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

(1)系統(tǒng)平臺(tái)的擴(kuò)展性：可移植性、跨平臺(tái)性，充分考慮今后系統(tǒng)升級擴(kuò)展的需要；

(2)技術(shù)構(gòu)架的擴(kuò)展性：選用的技術(shù)構(gòu)架必須具有開放性和平臺(tái)性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊化、構(gòu)件化，并且能在統(tǒng)一的平臺(tái)上集成；

(3)需求變化的擴(kuò)展性：充分考慮應(yīng)用系統(tǒng)需求多變的特性，易于進(jìn)行功能擴(kuò)充，并為其它業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件提供靈活的接口，在用戶需求和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境變化時(shí)，最大限度地降低由此引發(fā)的系統(tǒng)維護(hù)。

4 基于BIM技術(shù)的大型建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)擁有三層架構(gòu)，底層為數(shù)據(jù)層，包含了BIM模型數(shù)據(jù)、設(shè)施設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)，以及設(shè)施設(shè)備在運(yùn)維過程中所產(chǎn)生的運(yùn)維數(shù)據(jù)； 中間層為系統(tǒng)的功能層，是系統(tǒng)的功能模塊，通過三維瀏覽查看BIM模型，點(diǎn)擊模型構(gòu)件可實(shí)現(xiàn)對設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)的查看； 最頂層是管理門戶，對系統(tǒng)所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)及系統(tǒng)功能

運(yùn)維管理系統(tǒng)將在內(nèi)部局域網(wǎng)上獨(dú)立運(yùn)行。通過企業(yè)級服務(wù)器與信息資源交互，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換與共享:

(1)BIM建模工作站是通過4臺(tái)建模PC客戶端建立BIM模型;

(2)協(xié)同工作站是實(shí)現(xiàn)對建模PC客戶端BIM模型的整合，通過全局較直觀的3D模型描述，審核模型，提出修改方案;

(3)企業(yè)級服務(wù)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的共享與訪問。服務(wù)器系統(tǒng)中安裝運(yùn)維系統(tǒng)，并且作為建筑所有信息的儲(chǔ)存設(shè)備。服務(wù)器是實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作和用戶訪問系統(tǒng)的雙向交互共享平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)施運(yùn)維管理的核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);

(4)用戶端則通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器中的運(yùn)維系統(tǒng)，進(jìn)行所需要的操作，而服務(wù)器則根據(jù)用戶的權(quán)限限制訪問操作，用戶端之間用局域網(wǎng)相連。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

因此，基于BIM技術(shù)的大型公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器、一臺(tái)協(xié)同工作站、建模PC機(jī)及至少一個(gè)用戶設(shè)備端，用戶端通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器中的運(yùn)維系統(tǒng)，進(jìn)行所需要的操作，而服務(wù)器則根據(jù)用戶的權(quán)限限制訪問操作，此系統(tǒng)主要包括以下功能模塊：

(1)BIM模型管理，用于用戶對BIM模型導(dǎo)入、BIM模型檢查、二維三維轉(zhuǎn)換、BIM模型三維展示、模型編輯和模型查看的管理；

(2)空間管理，用于用戶對房間基本信息、空間信息查詢、創(chuàng)建分析報(bào)表和租賃的管理；

(3)資產(chǎn)管理，用于用戶對資產(chǎn)信息定義、資產(chǎn)查詢和展示、資產(chǎn)盤點(diǎn)的管理；

(4)設(shè)備維護(hù)管理，用于用戶對設(shè)備維護(hù)基本信息設(shè)置、設(shè)備查詢、設(shè)備維護(hù)和設(shè)備維修的管理；

(5)能耗管理，用于用戶對能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測、分類分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、支路設(shè)備能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警和能耗數(shù)據(jù)綜合分析管理；

(6)既有建筑設(shè)施維護(hù)管理，用于用戶對構(gòu)件信息定義、構(gòu)件查詢和維護(hù)管理的管理;

(7)安全疏散管理，用于用戶對建筑物人流監(jiān)測、人流疏散路線模擬和APP的管理。

4.3 系統(tǒng)信息流(圖3)

圖3 系統(tǒng)信息流向圖

4.4 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

考慮到平臺(tái)系統(tǒng)以后的維護(hù)工作量、系統(tǒng)的移植性和擴(kuò)展性以及系統(tǒng)的跨平臺(tái)特性，建議采用微軟.NET開發(fā)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)。通過瀏覽器的瘦客戶端特性來減少系統(tǒng)的維護(hù)難度。

NET作為微軟推出的最重要的應(yīng)用平臺(tái)，提供開發(fā)人員創(chuàng)建企業(yè)級Web應(yīng)用程序所需的服務(wù)。它提供了一個(gè)新的編程模型和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以提高應(yīng)用程序的安全性、縮放性和穩(wěn)定性。ASP.NET是一個(gè)編譯的、基于.NET的環(huán)境； 我們可以用任何.NET兼容的語言創(chuàng)作應(yīng)用程序，為維護(hù)人員理解代碼和選擇自己熟悉的代碼風(fēng)格帶來了方便。另外，整個(gè)Microsoft.NET Framework可用于任何ASP.NET應(yīng)用程序。開發(fā)人員可以很容易地從這些技術(shù)受益，這些技術(shù)包括管理的公共語言運(yùn)行庫環(huán)境、類型安全、繼承等。

5 基于BIM技術(shù)的大型建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)在項(xiàng)目中的實(shí)施

BIM技術(shù)在項(xiàng)目運(yùn)維階段的應(yīng)用主要通過運(yùn)維管理系統(tǒng)對設(shè)計(jì)階段和施工階段的BIM模型和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重組和處理后實(shí)現(xiàn)的。而當(dāng)前BIM模型應(yīng)用存在一個(gè)普遍現(xiàn)象：首先，在沒有考慮運(yùn)維需求的情況下，設(shè)計(jì)單位或施工單位或咨詢第三方建立一個(gè)BIM模型，然后移交給業(yè)主來用于運(yùn)維，而提交的BIM模型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足運(yùn)維管理的需求，造成大量人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)。因此，運(yùn)維管理系統(tǒng)的功能除了應(yīng)滿足上述系統(tǒng)用戶需求外，還應(yīng)具備處理BIM模型的功能，其運(yùn)維管理系統(tǒng)在具體項(xiàng)目中的實(shí)施方案及實(shí)施技術(shù)路線圖如下：

5.1 實(shí)施方案

結(jié)合大型建筑運(yùn)維管理目標(biāo)需求，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段和施工階段就應(yīng)將后期運(yùn)維需求考慮進(jìn)去，以充分發(fā)揮基于BIM技術(shù)的大型建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)的優(yōu)勢，其具體實(shí)施方案為：

首先，運(yùn)維單位在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就開始介入，并組織對項(xiàng)目運(yùn)維管理需求進(jìn)行調(diào)研；

然后，對調(diào)研結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類，并由BIM及系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)人員總結(jié)歸納出兩個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容：一，BIM模型中所需體現(xiàn)的相應(yīng)運(yùn)維管理信息，同時(shí)，在建模深度中進(jìn)行補(bǔ)充說明； 二，設(shè)計(jì)的運(yùn)維管理系統(tǒng)中需實(shí)現(xiàn)的運(yùn)維管理功能，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的核心依據(jù)；

接著，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，一方面要求BIM模型構(gòu)建單位嚴(yán)格按照項(xiàng)目運(yùn)維管理需求進(jìn)行建模，一方面要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)單位嚴(yán)格按照項(xiàng)目運(yùn)維管理功能需求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)； 同時(shí)對相關(guān)系統(tǒng)用戶進(jìn)行系統(tǒng)操作使用培訓(xùn)；

最后，運(yùn)維管理系統(tǒng)的投入使用，系統(tǒng)操作人員通過系統(tǒng)相應(yīng)功能模塊對提交的BIM模型進(jìn)行處理，以處理后的BIM模型為依托實(shí)現(xiàn)對大型公共建筑的綜合信息、空間租賃、維護(hù)維修、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與控制、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、能耗評估以及災(zāi)害模擬與應(yīng)急決策等方面的管理，提高運(yùn)維階段的工作效率和信息化管理水平。

5.2 實(shí)施技術(shù)路線圖

根據(jù)上述的實(shí)施方案，其實(shí)施技術(shù)路線見圖4。

圖4 技術(shù)路線圖

5.3 系統(tǒng)實(shí)施過程中可能遇到的問題

由于系統(tǒng)開發(fā)者與系統(tǒng)使用者是不同的主體，在系統(tǒng)實(shí)施過程中，難免會(huì)存在一些技術(shù)上的問題，主要?dú)w納如下：

(1)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)都是以模型為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)對導(dǎo)入模型的構(gòu)建有自己特有的建模深度及構(gòu)件命名規(guī)則，一般建筑的竣工模型是無法在此系統(tǒng)中使用的，需進(jìn)一步處理完善后才可使用，這就增加了許多處理模型的工作量。

(2)在系統(tǒng)開發(fā)過程中為了達(dá)到某種功能，可能就會(huì)犧牲系統(tǒng)的某種優(yōu)勢，如為了能夠快速瀏覽模型，導(dǎo)入系統(tǒng)前必須要對模型進(jìn)行輕量化處理，

這就導(dǎo)致原模型中某些材質(zhì)信息及其他一些信息的丟失，使模型與實(shí)際建筑物存在一定的偏差。

(3)系統(tǒng)開發(fā)過程中可能為了滿足各種功能要求，相應(yīng)的軟硬件配置要求會(huì)相應(yīng)的提高，使用者在原有軟硬件環(huán)境操作中，可能會(huì)達(dá)不到提高工作效率的目標(biāo)。

6 結(jié)論

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對基于BIM技術(shù)的大型公共建筑的運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)探究，在對大型公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)功能需求分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了運(yùn)維管理系統(tǒng)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)信息流及系統(tǒng)開發(fā)建議，最后提出了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在項(xiàng)目中的實(shí)施方案及實(shí)施技術(shù)路線圖，并對在實(shí)施過程中可能遇到的問題進(jìn)行了闡述，希望對以后大型公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)域有所幫助。

[1]王廷魁， 趙一潔，張睿奕，李陽.基于BIM與RFID的建筑設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)研究[J].建筑經(jīng)濟(jì)， 2013， 11： 113-116.

[2]徐勇戈， 張珍.基于BIM的商業(yè)運(yùn)營管理應(yīng)用價(jià)值研究[J].商業(yè)時(shí)代， 2013， 18： 87-88.

[3]BS 25999-2，Business continuity management-Part 2：Specification for business continuity management system[S].UK’s national standards organization， 2007.

The Research of the Design and Implementation of Operation Management System of Large Public Buildings based on BIM

Wang Zaijun， Li Lufan

(ShanghaiConstructionEngineeringConsultingCo.，Ltd.，Shanghai200032,China)

With the rapid development of construction industry and BIM technology here and abroad, the requirement for information technology is much more higher． This paper combines with the characteristics of large public building operations management and the advantages of BIM，carries out a detailed inquiry of the operations management for large public buildings based on BIM technology，designs the general structure，network topology structure，function，flow and development suggestions of the operations management system based on the analysis of the demand of the large public operations management． Finally，this paper puts forward the specific project implementation plan and technical route of the designed system， and explains the possible problems in practice．

BIM； Large Public Buildings； Operations Management System

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃課題“房屋建筑工程信息模型運(yùn)營管理應(yīng)用技術(shù)研究和示范”(編號(hào)：15DZ1203404)；“面向低碳智慧園區(qū)的工程項(xiàng)目全生命周期管理關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào)：15DZ1204603)；上?？莆瘧?yīng)用技術(shù)開發(fā)專項(xiàng)“基于BIM技術(shù)的既有基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(編號(hào)：2014-116)。

汪再軍(1980-)，男 ，上海建科工程咨詢有限公司副總監(jiān)。主要研究方向：建筑信息化技術(shù)、建筑信息模型(BIM)、智慧城市。

TU17

A

1674-7461(2016)05-0010-05