BIM技術在智慧廠區(qū)管理中的應用

馮學瑞 金鵬飛 范云博 董浩 熊添祥

摘要：借助BIM技術、物聯(lián)網(wǎng)技術與信息管理技術構建的智慧廠區(qū)信息管理系統(tǒng)，通過各種傳感器進行廠區(qū)管理監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動整理、收集和分析，實時將可能出現(xiàn)的問題和建議的解決方法在BIM模型中進行直觀展示，方便問題追蹤和整改，為廠區(qū)資源的合理配置、高效穩(wěn)定發(fā)展提供服務。

Abstract： With the help of BIM technology， Internet of Things technology and information management technology， the intelligent plant information management system monitors the plant area through various sensors to realize automatic data collection， collection and analysis， and possible problems and suggested solutions in real time. Visual display in the BIM model facilitates problem tracking and rectification， and provides services for the rational allocation， efficient and stable development of the plant resources.

關鍵詞：智慧廠區(qū);BIM;BIM應用;信息管理

Key words： smart factory area;BIM;BIM application;information management

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）31-0060-03

1? 智慧廠區(qū)定義

智慧廠區(qū)這一概念可以算是如今現(xiàn)代的信息化發(fā)展的一個階段的代表。其概念可以解釋為拋棄了傳統(tǒng)的工廠運維模式，在其數(shù)字化發(fā)展的基礎上利用物聯(lián)網(wǎng)的技術再加上一些監(jiān)控的設備來進行管理，主要更改的并不是工廠的作業(yè)模式，而是工廠的整體管理模式都發(fā)生了變化。

其中主要起作用的設備是無線傳感器，這是實現(xiàn)智慧廠區(qū)的硬件介質(zhì)，是智慧感測功能的最基本的要素，將微型處理器集成到設備和構件中，實時對廠區(qū)內(nèi)部各種數(shù)據(jù)進行采集。

使用BIM技術做為廠區(qū)信息的承載軟體，將廠區(qū)的信息信息化和集成化，與傳感器收集的數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)調(diào)整，再結合與之相對應的人工智能技術對收集的數(shù)據(jù)進行自動分析和輔助決策者判斷。

讓廠區(qū)的管理實現(xiàn)數(shù)字化和智慧化轉(zhuǎn)型，讓傳統(tǒng)廠區(qū)晉升到智慧廠區(qū)。

智慧廠區(qū)應具有以下幾點特征：①具備相當程度的“智慧”，可以自主搜集外界以及自身的信息，并可以分析各種數(shù)據(jù)最后應用在己身;②人與機器之間的關系將會在各個階段都緊密聯(lián)系，彼此之間的數(shù)據(jù)信息都將相互協(xié)調(diào)起來，不再像是傳統(tǒng)的工業(yè)模式一般，各個環(huán)節(jié)相互獨立;③智慧廠區(qū)的智能化以及信息化管理系統(tǒng)平臺是整個廠區(qū)運維的核心架構，精細化原則將會貫穿整個行業(yè)[1]。

2? 智慧廠區(qū)的BIM應用基礎

隨著國內(nèi)的BIM技術應用發(fā)展日趨成熟，越來越多的人想要把BIM技術應用在更多的地方，而不只是施工期間。更想要把建筑的視頻監(jiān)控、能源消耗數(shù)據(jù)、設備運行情況、管理人員等信息加載在建筑物中，并投入之后的運維管理中，也就是通過BIM技術為廠區(qū)提供一個可視化的三維模型，將大數(shù)據(jù)、GIS、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術結合在一起使用，形成一個高效率的、便利的“BIM+”概念，通過BIM技術可以實現(xiàn)建筑物可視化、信息化的實際運用，國務院所頒布的《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確指出建筑信息化的刻不容緩，這也意味著BIM+時代的蓬勃發(fā)展。

從項目的一開始就將BIM切入進來，并且貫通整個智慧廠區(qū)的全生命周期，為智慧廠區(qū)提供便捷的現(xiàn)代化信息管理實現(xiàn)方式，讓智慧廠區(qū)的現(xiàn)代化信息管理更具有價值。

信息化管理是以信息化帶動一個工業(yè)或是一個企業(yè)發(fā)展的過程管理，其理念是將現(xiàn)代化的所有信息技術手段結合先進的管理手段，在企業(yè)或是工業(yè)的生產(chǎn)方式、經(jīng)營方式、管理方式、組織方式等方面重新布置資源的使用，以此來提高生產(chǎn)效率、增加競爭力。

現(xiàn)代化信息管理其實并不是簡簡單單的利用IT技術，而是融合創(chuàng)新，不能直接期望利用何種工具或是何種分析手段就能解決管理上存在的問題，而是應該通過信息化推動企業(yè)的管理模式上的創(chuàng)新，重新審視企業(yè)戰(zhàn)略的高度、企業(yè)的理念、組織結構等細節(jié)上。

3? 智慧廠區(qū)管理中的應用

建設智慧型廠區(qū)是未來各類經(jīng)濟廠區(qū)發(fā)展的方向，實現(xiàn)廠區(qū)的智慧建設及管理需要建設一個智能化的園區(qū)服務平臺，此平臺需要協(xié)調(diào)應用多種理論和技術，從而更全面、更有效、更快捷、更智慧的將園區(qū)建設及管理的各個層面有機結合起來，實現(xiàn)園區(qū)智慧化發(fā)展[2]。

3.1 信息集成

BIM的信息集成主要運行原理：讓各個專業(yè)的人員可以在自己負責的部分進行操作同時也能直觀地通過三維模型了解別人的作業(yè)內(nèi)容，迅速準確地與他人溝通，避免不必要的錯誤發(fā)生。

BIM整個核心都是圍繞著信息的集成、共享、傳遞三方面來敘述。在廠區(qū)運維階段的BIM信息管理的數(shù)據(jù)，都是來源于設計、施工時候的信息整合。作為建筑的信息模型，可以說是一個小型的數(shù)據(jù)庫，這樣的一個或者是多個的且包含了整個生命周期數(shù)字數(shù)據(jù)的模型，可作為建設過程多個參與方之間信息交互的平臺。

3.2 廠區(qū)、室內(nèi)導航

智慧廠區(qū)當中的各個部件信息可以通過BIM的三維模型查詢，同時結合無線傳感技術讓建筑設施里面的設備情況能夠?qū)嵤┑膫鬟f到桌面客戶端平臺或者是移動客戶端平臺，然后通過三維模型當中的漫游系統(tǒng)可以直接在廠區(qū)室內(nèi)進行導航。廠區(qū)或室內(nèi)定位的技術分為很多種，例如：基于藍牙、WIFI等，與BIM模型相對應埋設增加廠區(qū)或室內(nèi)導航精度。

3.3 廠區(qū)規(guī)劃

傳統(tǒng)工廠跨步到智慧工廠的這一場變革過程能成為未來工業(yè)發(fā)展的一個轉(zhuǎn)折點。隨著信息技術和智能化的發(fā)展，工廠的模式創(chuàng)新、組織結構、生產(chǎn)方式也面臨著改革的要求。要求工廠的規(guī)劃設計具備以下幾點：實行全過程智能化改裝、全面運用無線通信技術在信息交流方面、提高網(wǎng)絡通訊的能力、搭建高效率高配置的后臺技術處理分析平臺、穩(wěn)固智能工廠的安全性和可靠性、建設智能倉庫物理管理等[3]。

3.4 信息管理

智慧廠區(qū)本身從設計到施工到運營整個過程是由多個參與方直接或間接參與所建設的，所以其運維管理的需求的不一樣也導致了所有參與方對信息的需求也是有所不同。因此，廠區(qū)項目應該就設計、施工、運維三方面來討論信息流在各個階段的管理[4]。

3.4.1 設計階段

廠區(qū)在設計階段的信息主要是來自施工圖紙、建筑規(guī)范、施工標準、施工材料、構建、設計參數(shù)以及施工圖預算等，這些信息也代表了最初的模型雛形。

3.4.2 施工階段

施工階段是一個時間段較長的一個階段，而且在這個階段信息的產(chǎn)生不再單一，是復雜多變的，但是其大多數(shù)的信息都來自工程本身、相關的國家規(guī)定、資源管理、人工管理、質(zhì)量管理、安全管理、成本管理等。

3.4.3 運維階段

運維階段的信息主要有相關的法律法規(guī)、預警備案、消防圖;設備管理、設備布置、房間布置等信息;建筑的詳細參數(shù)、功能規(guī)劃、環(huán)境等信息;建筑材料、建筑外觀、建筑規(guī)模等信息;用戶檔案、物業(yè)管理等信息;規(guī)章制度、能耗管理、建筑設施使用等信息。通過BIM技術將各種信息分階段的整合到一起，并與現(xiàn)代化信息管理手段融合，讓信息技術手段與先進的管理手段結合，在企業(yè)或是工業(yè)的生產(chǎn)方式、經(jīng)營方式、管理方式、組織方式等方面重新布置資源的使用，以此來提高生產(chǎn)效率、增加競爭力。

3.5 FM管理

設備管理（Facility Management）顧名思義可以將其概括為“通過管理人員對場所、流程、科技三方面的整合，確保設施的正常運轉(zhuǎn)”。FM管理的目標是為了使設備壽命達到最佳的期限，所以其一般都將結合機器設備的技術手段、財務管理等其他職能統(tǒng)一考慮，以設備為研究對象，追求整體上的效率水平，一般是包括選擇設備、正確操作、維修、改造等工作。FM管理同BIM的核心理念一致，其價值的考慮也是要從一個全生命周期來敘述，即是從購入、使用、保修、報廢、折舊整個過程產(chǎn)生的成本之和，可以同BIM技術結合，在廠區(qū)投入使用之后同步運行。

3.6 虛擬教學

BIM虛擬仿真技術又叫做虛擬現(xiàn)實技術，該技術具有經(jīng)濟性、高效性、沉浸性等特點，且不會受到時間、空間的約束，將其利用在生產(chǎn)工藝、設備維護、建筑施工等的教學上面，可以在智慧廠區(qū)的生產(chǎn)與管理中提供給生產(chǎn)工人和管理人員人機交互、設備維護等操作的練習，尤其是在學習危險度高的作業(yè)時，利用該虛擬仿真技術能夠有效的保護人們的安全。除此之外，還能有助于生產(chǎn)人員直觀地尋找發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝上的不足和問題，并根據(jù)實際需要來進行優(yōu)化，以此來保證智慧廠區(qū)的建設項目的順利進行。

3.7 智慧交通

智慧交通是充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術，通過實時監(jiān)控的手段，對交通管理、交通運輸?shù)阮I域進行合理的規(guī)劃，其特點是具備著對交通系統(tǒng)感知、分析、推測、控制等能力，以此來保證交通系統(tǒng)的高效率運行。

在智慧廠區(qū)當中，通過智慧交通的系統(tǒng)體系為參照，建成高效率的運輸體系，能為廠區(qū)中的物資管理部門提供很好的管理手段，推動廠區(qū)內(nèi)部的交通運輸上的更安全、更高效、更經(jīng)濟、更環(huán)保的運作與發(fā)展，給予相關部門能夠及時提供信息支持和決策的技術手段。

3.8 應急指揮可視化管理

應急事件是指面對突發(fā)性事件如自然災害、工業(yè)事故、人為破壞等的應急管理、指揮方法。應急指揮可視化管理一般包括以下幾個步驟：

危險性分析：主要是針對廠區(qū)內(nèi)部易發(fā)生事故區(qū)域設防，如高溫廠房、重型機械工作所在區(qū)域、危險化工原料的存放區(qū)域等，需要通過系統(tǒng)的分析，還要考慮到人員的分布情況、房間的布置情況極其環(huán)境狀況，將危險區(qū)域標注出來，設立一定的等級來劃分不同的危險程度。

應急指揮：指智慧廠區(qū)能夠在對危險發(fā)生的區(qū)域通過無線傳感技術第一時間發(fā)出應急預警，基于對監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況給予不同的指揮安排，通過智慧系統(tǒng)平臺能直接向維修人員提供視頻、三維模型數(shù)據(jù)等信息，做到高效率、高準確、有秩序的指揮工作。

可視化管理：當突發(fā)性事件發(fā)生時，智慧廠區(qū)系統(tǒng)平臺可以在三維模型當中顯示哪一位置、哪一構件、發(fā)生哪一事件等信息，會提供給維修人員及管理人員直接可視化的數(shù)據(jù)，保證維修的順利進行，也可保證管理工作的正確指揮。

4? 智慧廠區(qū)趨勢

將BIM技術使用在智慧廠區(qū)的信息化管理中，可以降低廠區(qū)的運營維護成本主要表現(xiàn)為以下幾點：

①能降低由于設備維護不及時造成的設備損壞;

②能夠?qū)S區(qū)路線情況提前做出判斷降低時間成本;

③能夠提前了解廠區(qū)庫存情況，及時進行補充保證廠區(qū)能夠一直高效運轉(zhuǎn);

④能夠及時了解廠區(qū)能源使用情況，并及時做出調(diào)整防止由于能源問題對廠區(qū)生產(chǎn)的影響;

⑤能查看廠區(qū)建設情況，保證廠區(qū)建設質(zhì)量。

以上幾點并未完全列舉，鑒于BIM對于建筑行業(yè)的重要性，我國相關科研計劃當中已經(jīng)明確的指出對BIM相關研究的支持。在這么多年的應用和研究中，設計和施工中BIM技術應用方式已經(jīng)相對成熟，但是在運維階段，BIM技術應用還尚待發(fā)展，尤其是商業(yè)建筑運維、制造業(yè)智慧管理等方面發(fā)展空間還很大。

物聯(lián)網(wǎng)技術是智慧化建設的“神經(jīng)核心”，這種技術是讓智慧化管理系統(tǒng)得到真正應用的關鍵。結合BIM技術，構建可視化的信息管理系統(tǒng)，對建筑修建情況、設備狀態(tài)、人員狀態(tài)等信息能夠直接可視化的查看，方便隨時進行計劃調(diào)整、人員調(diào)整和設備維修計劃查看等，能大幅度的降低管理成本，提高管理的效率。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，基于BIM技術的運維管理也迎來了一個新的發(fā)展時期?；ヂ?lián)網(wǎng)時代是人與人之間的聯(lián)系，而物聯(lián)網(wǎng)時代則是人與物之間的聯(lián)系，所以很多人認為該技術是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次浪潮。

對于物聯(lián)網(wǎng)，許多國家如韓國、日本、美國都在投入巨額資金進行研究，同時我國也在關注這種技術的研究進展，工信部相關信息部門也都提出了支持這種信息技術發(fā)展的相關政策。相信通過BIM技術和物聯(lián)網(wǎng)技術的結合，將各類信息引入到建筑運維當中，會為建筑物的智能化管理和輔助決策帶來全新的思考方式。

參考文獻：

[1]凌敏，曾文峰.智慧園區(qū)總體構想和建設措施分析[J].無線互聯(lián)科技，2018，15（22）：169-170.

[2]牛亞琳，劉堯，張麗婷，楊涌文.BIM技術在智慧園區(qū)運維管理中的應用探討[J].上海節(jié)能，2018（06）：386-390.

[3]凌敏，曾文峰.智慧園區(qū)總體構想和建設措施分析[J].無線互聯(lián)科技，2018，15（22）：169-170.

[4]李明照，杜艷超.基于BIM的運維數(shù)據(jù)構建研究[J].智能建筑與智慧城市，2016（08）：68-70.