面向建筑機電設備運維和能源管控的BIM智慧運營平臺研究

陳烈

（上海建坤信息技術有限責任公司）

1 引言

建筑信息化模型（BIM）技術是建筑設施物理和功能特征的數(shù)字化表達。它賦能建筑行業(yè)，帶來新一輪技術革命。BIM技術在建筑機電設備運維和能源管理中的應用主要集中于規(guī)劃、設計和建設階段。為了進一步實現(xiàn)建筑安全、高效、節(jié)能的目標，有必要將BIM技術引入建筑物運維階段，加強建筑環(huán)境、機電設備、能源消耗的關聯(lián)分析，實現(xiàn)AR設施設備智能管理，創(chuàng)建人機協(xié)同的新型建筑物運營模式，為實現(xiàn)現(xiàn)代物業(yè)管理奠定基礎。

2 BIM技術在建筑機電設備運維和能源管理的應用

BIM在建筑能源管理的應用主要集中在建筑設計階段，主流BIM軟件開發(fā)了一些與能源分析有關的模塊，如Autodesk Ecotect Analysis可用于建筑物能耗仿真、碳排放測算和日照分析；Bentley能源分析模塊提供了建筑能源消耗和碳排放的設計、建模、仿真和分析工具。另外，一些專業(yè)建筑能耗分析軟件也整合BIM模型，如國外的DOE-2、EnergyPlus和國內(nèi)的DEST等。在運維期建筑能源管理應用方面，國內(nèi)一些公司開發(fā)了一些基于BIM的軟件，如博銳尚格、騰訊公司等，為建筑節(jié)能管理提供有效工具。

國內(nèi)外在BIM在機電設備的設計、建設、運維階段都已開展了一些研究和典型應用[1,2]。機電設備是能源的產(chǎn)生、輸送和消耗的主要對象，其選型、安裝和管理都直接影響到能源運營的好壞，主要集中在三個方面。

1）成本預算管理

可以分析影響機電設備成本的主要因素以及投入產(chǎn)出比，輔助項目管理者分析決策；

2）施工輔助

用機電設備與系統(tǒng)的碰撞檢測來校核設計錯誤，大幅提高設計與施工效率；

3）機電設備電子檔案管理

主要涉及機電設備工程的電子化集成交付，實現(xiàn)了設計和施工階段的有效信息能傳遞到運維期。

3 物業(yè)管理的BIM應用需求分析

在運維期，物業(yè)公司是建筑物直接管理的主體，也是機電設備管理、能源管控的主體?；贐IM的全周期應用發(fā)揮了數(shù)據(jù)的價值，更能匹配資產(chǎn)管理的發(fā)展方向。與機電設備運維相關的物業(yè)管理KPI共有20個，如表1所示[3]。從表1可以看出物業(yè)管理關注于機電設備運維和能源管控的日常運行、安全管理、維修和保養(yǎng)及能源效率四個方面，KPI指標要求與設備的基礎靜態(tài)信息和實時運行信息相關聯(lián)，這為BIM的深層應用奠定基礎。

4 主要功能設計

平臺要匹配現(xiàn)有物業(yè)管理的管理體制和機制，根據(jù)第2節(jié)分析，可以將其設計為安全管理、能源管理和設備維護三大功能。

表1 與機電設備運維相關的KPI

1）基于BIM的機電設備智慧安全管理

機電設備安全運行是前提，形成目標導向和以BIM機電設備管理與能源管控平臺為支撐的管理方式。平臺對物業(yè)安全管理目標、模式、計劃、實施和績效全過程進行實現(xiàn)，可劃分為以下功能模塊：包括事故設備臺賬、BIM 模型管理、實時監(jiān)控、風險管理、巡檢管理、報警管理、特種設備管理、應急管理、安全操作規(guī)程管理等功能模塊。安全管理的流程應包括設備安全監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)識別、故障報警、應急處置、風險評判、問題匯總。

2）基于BIM的機電設備智慧能源管理

通過電力監(jiān)控及能耗監(jiān)測子系統(tǒng)實現(xiàn)精準監(jiān)測，獲得準確的電力質(zhì)量及能源消耗計量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)形成相應的統(tǒng)計及分析，為建筑節(jié)能提供基礎。通過節(jié)能管理子系統(tǒng)實現(xiàn)設備運行及管理節(jié)能，在精準監(jiān)測的基礎上融合更多的外部相關聯(lián)數(shù)據(jù)，從而形成跨系統(tǒng)的綜合分析，給出設備運行管理節(jié)能相關的統(tǒng)計及分析，為建筑節(jié)能提供優(yōu)化策略。通過計費管理服務子系統(tǒng)實現(xiàn)用戶行為節(jié)能，通過建筑使用者計費的能耗數(shù)據(jù)指引其自發(fā)的進行行為節(jié)能，為建筑節(jié)能提供更大的空間。可采取區(qū)域維度、系統(tǒng)維度和時間維度三種維度對建筑能耗數(shù)據(jù)進行采集、展示、分析和優(yōu)化。

3）基于BIM的機電設備智能維護

BIM智慧運營管理平臺支持多維度、多專業(yè)、多角度查看和瀏覽三維模型和實時機電運行數(shù)據(jù)?？刹榭锤鳂?gòu)件的運維BIM模型屬性信息，提供信息擴展及鏈接文檔功能；可直觀展示設備的系統(tǒng)關聯(lián)邏輯、空間關聯(lián)邏輯等；對于需要實時監(jiān)測的機電設備，可在三維模型上加載IBMS的實時數(shù)據(jù)，便于掌握機電設備的運行情況和性能狀態(tài)。

5 支撐功能開發(fā)

通過建設BIM智慧運營管理平臺，可在靜態(tài)BIM模型上加載智能化系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、業(yè)務系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智慧運營。一些支撐功能如下。

1）建筑能耗綜合展示

BIM的三維可視化可以幫助物業(yè)管理人員掌握能源建筑能源消耗與建筑空間的對應關系，增強設備維護、維修及安全問題處理的效率。平臺對建筑總體能耗信息、分區(qū)域能耗進行展示。平臺加載的BIM模型是輕量化模型，涵蓋建筑構(gòu)件、設備設施及智能化設備的基本幾何信息和功能信息。設備信息的集成基于統(tǒng)一編碼體系，打通BIM、智能化系統(tǒng)及業(yè)務系統(tǒng)。

2）建筑機電設備精細化管理

實現(xiàn)建筑中空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等主要機電設備的三維BIM模型展示。運營單位可全面掌握設備建設和運行情況，為設備使用、維護和保養(yǎng)提供支撐。平臺提供設備/構(gòu)件查詢功能，可根據(jù)系統(tǒng)、樓層、關鍵詞等查詢條件的設定快速定位至該構(gòu)件。另外，平臺給相應客戶提供開放接口，便于BIM信息的完善和優(yōu)化。

3）能源管理

基于BIM對建筑進行直觀可視化的能源管理，通過設備模型反映實時能耗信息及歷史監(jiān)測曲線，另外可監(jiān)控各區(qū)域能耗使用情況，為能耗管理提供便捷的管理界面。通過電力監(jiān)控及能耗監(jiān)測，結(jié)合BIM三維模型，可高效定位能耗數(shù)據(jù)異常系統(tǒng)及區(qū)域，快速排查和排除故障，優(yōu)化機電設備運行，實現(xiàn)降低能源消耗、降低能源成本的目標。

圖1 綜合展示（1）、設備管理（2）及能源管理（3）

6 結(jié)語

研究開發(fā)了面向建筑機電設備運維和能源管控中的BIM智慧運營平臺，該平臺具有以下優(yōu)點：①具有高度響應物業(yè)管理績效指標，為人機協(xié)同的機電運維和能源管控奠定基礎；②通過BIM技術打通了建筑物的建設期和運營期，使建設信息為運營所用；③將設備和構(gòu)件的靜態(tài)信息與物聯(lián)網(wǎng)實時信息聯(lián)系起來，形成空間關聯(lián)的設備和能源管理。本平臺為建設智慧物業(yè)管理提供有力支持。