BIM技術(shù)在高校資產(chǎn)運維管理中的應(yīng)用

李正坤1 張德海1 劉本寧

(1.沈陽建筑大學(xué) 管理學(xué)院，沈陽 110168； 2.中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

1 引言

高校是城市基礎(chǔ)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，也是教育和科研的核心場所。高校的資產(chǎn)數(shù)據(jù)存在多源、異構(gòu)、數(shù)據(jù)量大等特點，如何將高校資產(chǎn)數(shù)據(jù)有效地組織和高效地管理是目前高校的資產(chǎn)運維管理中亟待解決的難題之一[1-2]。目前高校資產(chǎn)管理中更多的是基于對校園資產(chǎn)的二維數(shù)據(jù)的管理，其數(shù)據(jù)存在著集成程度低、可視化效果差、智慧化應(yīng)用不足等問題[3]。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，BIM技術(shù)在多源數(shù)據(jù)集成融合、三維可視化等多個方面擁有著不可比擬的優(yōu)勢，同時也為高校資產(chǎn)的運維管理提供了一個新的切入點。

2 基于BIM的信息融合技術(shù)

BIM技術(shù)實現(xiàn)了項目在方案、設(shè)計以及施工階段的應(yīng)用，在運維階段的應(yīng)用研究還處于初步狀態(tài)，而數(shù)據(jù)信息管理是BIM技術(shù)應(yīng)用于運維階段首先要解決的最基本的，也是最核心的問題[4]。在校園資產(chǎn)管理中有與此相關(guān)的海量、多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)，如何實現(xiàn)三維BIM模型數(shù)據(jù)與相關(guān)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合集成是實現(xiàn)基于BIM高校資產(chǎn)管理的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 BIM數(shù)據(jù)整合

BIM竣工模型是經(jīng)由方案階段、設(shè)計階段、施工階段優(yōu)化融合而成。BIM方案模型進(jìn)行優(yōu)化成為設(shè)計模型，BIM設(shè)計模型經(jīng)過信息深化后形成施工模型。BIM施工模型經(jīng)過進(jìn)一步深化并添加一些基本元素屬性信息如采購信息等形成完整的竣工模型。BIM竣工模型去除冗余的規(guī)劃設(shè)計信息和建造施工信息進(jìn)而優(yōu)化形成運維模型[5]。因此，BIM模型數(shù)據(jù)的整合是BIM信息從生產(chǎn)到傳遞再到應(yīng)用的一個進(jìn)程，如下圖1所示。在這個進(jìn)程中BIM模型信息形成了一個持續(xù)更新優(yōu)化的閉合數(shù)據(jù)信息流。

2.2 BIM數(shù)據(jù)輕量化

高校資產(chǎn)運維管理平臺中數(shù)據(jù)源于BIM竣工模型，由于信息模型體量比較大，若直接導(dǎo)入可視化引擎中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)瀏覽困難等問題，故需要對BIM竣工模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，去除冗余數(shù)據(jù)信息，保留滿足資產(chǎn)運維管理的所需的信息，再根據(jù)需要以適當(dāng)?shù)脑敿?xì)程度錄入附加信息，如設(shè)備維修臺賬、供應(yīng)商信息等，從而形成了輕量化的運維BIM模型[6-8]。

圖1 BIM信息生產(chǎn)、傳遞以及應(yīng)用的進(jìn)程

圖2 輕量化BIM運維模型生成過程

由于Revit軟件應(yīng)用較多、功能完善，且能實現(xiàn)中心模型協(xié)同工作，故選取Revit模型進(jìn)行輕量化處理。BIM運維模型輕量化：首先基于Revit二次開發(fā)，對竣工模型的基礎(chǔ)模型、基礎(chǔ)屬性等進(jìn)行優(yōu)化和傳遞，形成基礎(chǔ)的運維BIM模型； 然后根據(jù)基礎(chǔ)運維BIM模型將模型進(jìn)一步優(yōu)化，創(chuàng)建視點以滿足設(shè)備定位等需求，并對其屬性數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重新組織優(yōu)化，同時對系統(tǒng)分類重新劃分和組織，形成基礎(chǔ)運維BIM模型即可基本滿足運維需求的輕量化BIM模型； 最后將基礎(chǔ)運維BIM模型與平臺進(jìn)行交互，創(chuàng)建滿足運維需求的BIM模型，為運維階段提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。輕量化BIM運維模型生成過程，如圖2所示。

2.3 BIM數(shù)據(jù)集成

統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)BIM信息和資產(chǎn)運維管理平臺數(shù)據(jù)集成交付的基礎(chǔ)。國際上主要的BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有IFC(Industry Foundation Classe，工業(yè)基礎(chǔ)類)、COBie(Construction Operations Building Information Exchange，施工運營建筑信息交換)、OmniClass(OCCS 或OmniClass construction classification system)標(biāo)準(zhǔn)等[9]。IFC為運營管理提供了基本的數(shù)據(jù)交換格式，平臺或系統(tǒng)間進(jìn)行信息交換只要符合IFC標(biāo)準(zhǔn)就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的集成共享。COBie是管理資產(chǎn)信息的國際標(biāo)準(zhǔn)，可將獲取的資產(chǎn)信息和數(shù)據(jù)資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化整合、存儲和共享[10]。OmniClass定義了信息分類原則，將信息進(jìn)行統(tǒng)一的分類編碼，實現(xiàn)不同平臺系統(tǒng)間信息傳遞與共享。只有在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)下，才能將不同來源、不同結(jié)構(gòu)以及不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、存儲和共享。

高校資產(chǎn)運維管理平臺中的資產(chǎn)運維模型以O(shè)mniClass分類編碼體系為信息分類標(biāo)準(zhǔn)，添加包含運維信息需要的COBie，然后將COBie 信息以具有正確結(jié)構(gòu)化屬性集的IFC 文件導(dǎo)出，最后將IFC 文件數(shù)據(jù)導(dǎo)入該平臺，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的集成和信息的共享傳遞。以此同時，將集成的數(shù)據(jù)存儲在SQL Server數(shù)據(jù)庫中，便于以后對數(shù)據(jù)信息的提取和應(yīng)用。COBie能在設(shè)施資產(chǎn)生命周期的不同階段有效傳遞資產(chǎn)信息，各項目階段的COBie數(shù)據(jù)需求，如表1所示[11]。

表1 各項目階段的COBie數(shù)據(jù)需求

COBie數(shù)據(jù)項目階段初步設(shè)計擴(kuò)初設(shè)計施工圖設(shè)計施工期間屬性√√部件√√√聯(lián)系√√√√文件√√設(shè)施√√√√樓層√√√√作業(yè)√資源√空間√√√√備件√系統(tǒng)√√√類型√√√區(qū)域√√√√

3 資產(chǎn)運維管理平臺架構(gòu)設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

圖3 平臺總體架構(gòu)圖

高校資產(chǎn)運維管理平臺方案的總體設(shè)計思路是：利用BIM來建立高校資產(chǎn)運維管理平臺，將校園中的系統(tǒng)、設(shè)施和人員進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)，形成一個完備的體系。具體而言，以高校運維BIM模型為基礎(chǔ)并結(jié)合運維管理的基礎(chǔ)理論，經(jīng)由運維軟件載體，實現(xiàn)資產(chǎn)信息的傳遞交互和集成共享，同時融合各個功能完善、系統(tǒng)獨立的子平臺，從而提高高校資產(chǎn)運營和維護(hù)的智能化水平，進(jìn)而實現(xiàn)高校資產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、功能集成和軟件界面交互。同時，高校資產(chǎn)運維管理平臺還考慮了不同使用者的功能需求以及保密需求，根據(jù)使用者的職能劃分不同的用戶角色，以用戶角色為基礎(chǔ)定制個性化信息服務(wù)，進(jìn)而實現(xiàn)安全服務(wù)。

3.2 平臺架構(gòu)

高校資產(chǎn)運維管理平臺架構(gòu)主要包括五個層次：基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、平臺層、應(yīng)用層、用戶層，如圖3所示[12]。

基礎(chǔ)層是高校資產(chǎn)運維管理平臺的基礎(chǔ)保證，包含BIM模型信息、CAD圖紙、數(shù)字多媒體信息文件、其他信息文件等一切高校資產(chǎn)運維建設(shè)中所需的原始信息，這些信息可以以多形式進(jìn)行呈現(xiàn)，如文檔、圖片、CAD圖紙和圖表以及影像等。

數(shù)據(jù)層是為平臺提供海量數(shù)據(jù)匯集存儲，將原始信息整合加工集成到相應(yīng)各類庫中，為校園的各種應(yīng)用提供基礎(chǔ)支持、為大數(shù)據(jù)的挖掘、分析提供數(shù)據(jù)支撐，提供高價值的數(shù)據(jù)服務(wù)以及實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的調(diào)度和響應(yīng)[13]。

平臺層是體現(xiàn)校園資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)管理的核心層。其充分運用其強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和存儲的能力將數(shù)據(jù)層各類信息分類集成匯總，為校園資產(chǎn)的各類應(yīng)用服務(wù)提供驅(qū)動和支撐。同時，可實現(xiàn)與BIM可視化平臺進(jìn)行信息雙向交互，提高信息傳遞過程中的精準(zhǔn)性。

應(yīng)用層是高校資產(chǎn)運維管理平臺的應(yīng)用與服務(wù)的具象體現(xiàn)，包括校園的空間管理、設(shè)施管理、隱蔽工程管理、安防管理等功能模塊[14]。同時，應(yīng)用層的功能模塊是一個開放的端口，可根據(jù)具體且實際的需求進(jìn)行二次擴(kuò)展，從而使功能更加完善，系統(tǒng)更加完整。

用戶層是用戶接入訪問的信息門戶，本平臺主要涉及用戶方有學(xué)生、教師、學(xué)校管理者、社會公眾。不同用戶通過不同的信息門戶訪問本平臺，其獲取的服務(wù)和資源也存在差異[15]。同時，用戶層支持用戶在不同瀏覽器或移動終端獲取服務(wù)和資源，為信息的即時獲取提供便利。

4 資產(chǎn)運維管理平臺的應(yīng)用

4.1 高?？臻g管理

傳統(tǒng)校園的空間管理因其占地面積大，建筑多，人員多等特點，導(dǎo)致空間分配不合理以及造成許多不必要的成本浪費等問題。高校資產(chǎn)運維管理平臺的空間管理模塊包括空間清冊與使用效率、人員盤點與分配、空間征費、空間戰(zhàn)略規(guī)劃四個方面。對于校園用戶，可滿足其在空間管理中的各種需求分析和功能管理。通過空間管理功能可對空間進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)、部門(院系)以及類別類型(專業(yè))等進(jìn)行定義和指派，由此生成不同空間功能占用情況分析圖，對空間的占用情況和空置率進(jìn)行分析，從而對空間進(jìn)行合理有效的管理，降低空間管理費用。

通過平臺中空間分析圖，如圖4所示，可以很直觀、精確地掌握任意選取的某建筑樓中某樓層的院系空間分布情況，以及在該區(qū)域內(nèi)，不同類別類型(專業(yè))占用空間的堆積圖。同時，空間管理模塊中的空間可視化是對建筑設(shè)施的真實、具象的表達(dá)，能很直觀地提供最佳空間優(yōu)化方案，確?？臻g利用最大化。

圖4 校園部門空間分析圖

4.2 高校設(shè)施管理

高校資產(chǎn)運維平臺的設(shè)施管理模塊主要提供了一個用于開發(fā)和維護(hù)精準(zhǔn)的設(shè)施設(shè)備清單的工具，從而有效地管理設(shè)施設(shè)備。可視化設(shè)備結(jié)合RFID(Radio Frequency Identification，無線射頻識別)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備的定位、跟蹤和管理。在設(shè)備使用過程中不可避免會產(chǎn)生損壞、折舊或丟失等問題，該功能模塊可提供設(shè)施設(shè)備信息報表，方便對設(shè)施設(shè)備信息收錄和管理以及折舊管理。設(shè)施管理可以高效掌握設(shè)施設(shè)備的采購、使用、維修以及報廢的全過程，增加設(shè)施設(shè)備使用周期，降低校園的管理和維護(hù)成本。

設(shè)施管理模塊中一項重要的功能就是設(shè)施設(shè)備信息查詢?；谄淇梢暬牟僮鹘缑?，實現(xiàn)將設(shè)計圖紙和BIM運維模型中的信息數(shù)據(jù)與高校資產(chǎn)管理平臺中設(shè)施資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)鏈接，更加直觀、精準(zhǔn)地查詢到設(shè)施設(shè)備的信息。在建立BIM運維模型時，根據(jù)運維信息需求添加設(shè)備信息，如設(shè)備名稱、設(shè)備規(guī)格、生產(chǎn)廠商、購置時間等基本信息。與運維平臺整合后，也可根據(jù)實際情況進(jìn)行信息的添加和刪減，為校園資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行日常運營維護(hù)提供了更便捷、更高效的方式。例如，在查詢設(shè)施設(shè)備信息時，平臺可定位到設(shè)施設(shè)備所在的三維空間位置并進(jìn)行高亮顯示，點擊該設(shè)施設(shè)備進(jìn)行查看其詳細(xì)信息，如圖5所示。

圖5 設(shè)施信息二三維一體化聯(lián)動

4.3 隱蔽工程管理

隱蔽工程是校園資產(chǎn)建設(shè)的關(guān)鍵，是發(fā)揮校園功能，確保校園日常運作的基礎(chǔ)，特別是水暖電管線布置與狀況關(guān)系到整個校園的水暖電供應(yīng)，因此保障水暖電管線的正常運作是當(dāng)前校園資產(chǎn)管理的核心。在水暖電管線管理子系統(tǒng)中，通過BIM可視化技術(shù)，在平臺中可直觀瀏覽校園水暖電管線系統(tǒng)狀況，為運維人員的跟蹤和管理提供參考，從而高效地實現(xiàn)校園水暖電管線預(yù)防性的健康檢測、安全評估以及應(yīng)急處置，使隱蔽工程的管理工作變得直觀、便捷。

在水暖電管線管理過程中，平臺的定期維護(hù)功能可以自動設(shè)置派工單，以便關(guān)鍵水暖電管線可以得到定期檢修維護(hù)，為隱蔽工程正常運行提供良好基礎(chǔ)保障，如圖6所示。同時，在復(fù)雜的水電管線系統(tǒng)中，通過RFID技術(shù)和智能監(jiān)控設(shè)備實時監(jiān)控設(shè)備的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，如水管壓力值，電線的電壓值，方便運維人員及時發(fā)現(xiàn)問題，并進(jìn)行維護(hù)工作。

圖6 地下水電暖管理

4.4 高校安防管理

校園是人員活動較為密集的場所，故校園安防對于整個校園資產(chǎn)精細(xì)化管理顯得極為關(guān)鍵。本平臺中安防管理即系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)攝像探頭、電子巡更和非法入侵管理、人員定位等系統(tǒng)實時聯(lián)動，通過BIM界面，可實現(xiàn)及時定位、調(diào)取相應(yīng)部位監(jiān)視探頭以及紅外線活動物體監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常，進(jìn)行自動報警，從而實現(xiàn)智能化安防管理。

由于不可抗力因素如火災(zāi)等而導(dǎo)致的突發(fā)事態(tài)，高校資產(chǎn)運維管理平臺可利用BIM模擬性和可視化等優(yōu)勢，根據(jù)突發(fā)事件的地點、時間等綜合因素快速生成直觀地人員疏散、車輛疏散等模擬路線，減少校園資產(chǎn)和人員損失。例如，學(xué)校某位置發(fā)生火災(zāi)，安防系統(tǒng)自動生成逃生路線，同時與消防部門的報警系統(tǒng)自動關(guān)聯(lián)，消防部門會接收到報警信號以及監(jiān)控視頻，并根據(jù)對現(xiàn)場情況預(yù)判，快速生成解決方案，如圖7所示。

圖7 安防系統(tǒng)

5 結(jié)語

本論文針對高校資產(chǎn)中存在的管理和維護(hù)等問題，引入BIM技術(shù)在高校資產(chǎn)運維管理中進(jìn)行實踐和應(yīng)用。通過構(gòu)建的資產(chǎn)運維管理平臺，實現(xiàn)了多源校園資產(chǎn)運維數(shù)據(jù)的集成、優(yōu)化和共享，降低了數(shù)據(jù)在傳遞過程中缺漏的可能性，提升了各方在信息共享過程中的準(zhǔn)確度與完整度。同時該平臺兼顧信息預(yù)報的前瞻性和自動診斷的實時性，為高校資產(chǎn)提供最優(yōu)的運維解決方案，從而實現(xiàn)高效的資產(chǎn)運維管理。但在高校資產(chǎn)運維階段仍面臨諸多挑戰(zhàn)，由于硬件或系統(tǒng)軟件等原因，在處理運維模型數(shù)據(jù)信息時，存在一定數(shù)據(jù)延遲等現(xiàn)象。將BIM應(yīng)用到高校資產(chǎn)運維管理中，仍需要進(jìn)一步對運維模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)和利用，從而使真正意義上的指導(dǎo)校園運維管理成為現(xiàn)實。