BIM在建筑能源績效可視化和管理中的應(yīng)用研究

劉凱

摘 要 本文評估了將建筑物信息模型（BIM）用作支持對建筑物性能進行可視化和管理的工具的潛力。目的是為建筑設(shè)計師和運營商確定實施BIM所面臨的障礙，以實現(xiàn)性能優(yōu)化。該方法開發(fā)了鏈接設(shè)計文檔和計量的建筑性能，以在實際示例中識別BIM和建筑性能連接的技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞 土木工程;管理;BIM

Abstract This article assesses the potential of using Building Information Modeling （BIM） as a tool to support the visualization and management of building performance. The purpose is to identify the obstacles faced by the implementation of BIM for architects and operators in order to achieve performance optimization. This method was developed to link design documents and measured building performance to identify the technical requirements for connecting BIM and building performance in practical examples.

Key words Civil engineering; Management; BIM

本文主要討論將BIM與使用中的建筑績效管理聯(lián)系起來的障礙。將BIM與監(jiān)視的性能數(shù)據(jù)鏈接起來的原型方法的開發(fā)是通過移交、占用和調(diào)試來進行的，以探索這些障礙并討論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和規(guī)范的潛在要求，以支持BIM作為性能管理工具。基于設(shè)計的BIM環(huán)境中的數(shù)據(jù)屬性，必須使得最終用戶可以結(jié)合非集成數(shù)據(jù)源訪問和使用它，并演示了一種將BIM與建筑性能數(shù)據(jù)鏈接的新穎方法。

BIM定義是管理和傳播在整個建筑設(shè)計開發(fā)和運營過程中生成的整體信息的系統(tǒng)過程。BIM在各種情況下都有幾種含義的定義 ，從根本上描述了圍繞CAD模型的元數(shù)據(jù)的交換，解釋和利用，在建設(shè)和運營過程中為各種涉眾提供了多種功能。

縮小預(yù)期的建筑性能與實際的建筑性能之間的差距是工作重點。Way和Bordass 已經(jīng)確定造成這種差距的原因，建議經(jīng)常進行能源審計和持續(xù)調(diào)試可以優(yōu)化運營效率[1]。Dong等人已經(jīng)探索了使用BIM作為實現(xiàn)這一目標的平臺[2]。同時建議需要更有效的數(shù)據(jù)管理來支持它。尚未將BIM用作績效管理工具，這可能是由于BIM在復(fù)雜且容易出錯的過程中應(yīng)用的眾多障礙的結(jié)果。盡管它的潛力已經(jīng)確定 建議進一步研究如何應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。

1BIM應(yīng)用廣泛實施的驅(qū)動因素和障礙

使用BIM來實現(xiàn)設(shè)計學科之間的有效協(xié)作是其被采用的主要驅(qū)動力，全球范圍內(nèi)的指令和策略旨在提高行業(yè)的生產(chǎn)率。Srinivasan等人探索了BIM在建筑性能管理中的應(yīng)用?。有效應(yīng)用面臨的最初障礙是：

（1）設(shè)計者和操作者之間在定義數(shù)據(jù)提供以支持運營管理方面的協(xié)調(diào)有限;

（2）建筑運營中的信息管理標準落后于建筑設(shè)計中的信息管理標準;

（3）重點放在信息提供者的資產(chǎn)維護問題上，而不是與這些資產(chǎn)的性能相關(guān)的優(yōu)化;

（4）缺乏以可復(fù)制形式展示BIM應(yīng)用程序的實際案例;和缺乏有關(guān)如何最好地利用BIM來支持正在進行的建筑性能優(yōu)化的詳細指導。

1.1 BIM和性能優(yōu)化

BIM在設(shè)計和運營過程中用于管理建筑物性能信息的應(yīng)用是其在施工后使用的潛在最終目標[4]。相關(guān)案例已被證明可以通過降低錯誤、縮短交貨時間以及減少設(shè)計和建造成本來使建筑物的最終用戶受益;但是在優(yōu)化建筑能效方面的實際應(yīng)用并不廣泛。

BIM將可擴展元數(shù)據(jù)歸因于建模對象的能力已被用作存儲和潛在管理資產(chǎn)信息的一種手段，描述了表示的建筑物系統(tǒng)和操作的組成。用于管理運營能源績效的BIM的大多數(shù)示例通?；谀M，進行監(jiān)視以預(yù)測使用中的績效并確定與預(yù)測的偏差[4]。

設(shè)計和運營之間的過渡是使用戶熟悉新系統(tǒng)及其使用，從而實現(xiàn)更高效的建筑物運營的關(guān)鍵時期。無效的切換會增加能量消耗和對乘員的不滿，在這種情況下，BIM可以用來改善現(xiàn)有流程。作為BIM采用過程的一部分，已經(jīng)實施了針對這些目標的政府強制性和自愿性計劃，但是在運營過程中，BIM的應(yīng)用還需要進一步的指導，以改善運營績效。

1.2 數(shù)據(jù)管理范例

BIM作為信息管理平臺的應(yīng)用依賴于其存儲和構(gòu)造信息的能力。對象建模和元數(shù)據(jù)屬性已被證明可以創(chuàng)建用于資產(chǎn)建設(shè)后管理的數(shù)據(jù)集。同樣的環(huán)境下建立聯(lián)盟多個學科設(shè)計也已經(jīng)被用于存儲維護信息，為系統(tǒng)操作文檔的存儲 ，并展示BIM作為環(huán)境，通過該元數(shù)據(jù)可以被訪問和交換。用作數(shù)據(jù)聚合工具及其廣泛采用，代表著從傳統(tǒng)的基于文檔的設(shè)計和操作向建筑數(shù)據(jù)的模型和數(shù)據(jù)庫樣式管理轉(zhuǎn)變的范式。

1.3 績效管理工作和標準

BIM環(huán)境之外用于存儲建筑信息的其他格式包括綠色建筑這是一種開放式架構(gòu)，用于存儲來自BIM的信息，以供能源建模工具進行解釋。這也可以被認為是建模和操作兩個領(lǐng)域之間的橋梁，其中包含了時間序列性能的范圍。但是，由于它的“平面文件”格式也無法解決運營建筑物管理過程中生成的數(shù)據(jù)量，因此也面臨局限性。

將BIM模型與監(jiān)視和記錄的建筑性能數(shù)據(jù)鏈接的潛在方法。在可能的情況下，要小心謹慎地限制對專有軟件的依賴，以建立此類方法的非平臺特定要求。適用于建筑設(shè)計師和運營商，用于確定BIM環(huán)境中及其周圍的性能描述信息的有效生成和處理，以及在所描述的建筑物的持續(xù)性能管理中利用此數(shù)據(jù)。

2將BIM與運營績效聯(lián)系起來

在廣泛實施BIM之前開發(fā)，描述建筑物，其組成系統(tǒng)和性能的可用信息保存在不同學科的不同聯(lián)合組織的設(shè)計模型和文檔中，代表了描述當前使用中建筑物的大多數(shù)數(shù)據(jù)。設(shè)計規(guī)范旨在進行廣泛的監(jiān)測和環(huán)境控制以減少能源使用，并結(jié)合空間，系統(tǒng)和設(shè)備性能的高分辨率測量。選擇該建筑物是由于其設(shè)計和操作數(shù)據(jù)的可訪問性，并且由于沒有詳細的BIM文檔，其作為已占用建筑物的狀態(tài)使其代表了許多此類信息也不可用的建筑物。

通過開發(fā)基于仿真的已建模型，創(chuàng)建可歸因于性能的可訪問BIM模型以及這些環(huán)境與受監(jiān)視性能之間的接口，以實踐為導向的研究被用于識別廣泛的BIM應(yīng)用在構(gòu)建性能監(jiān)控方面的障礙。一種簡單的將BIM鏈接到此數(shù)據(jù)的方法的開發(fā)使用了一次性原型設(shè)計，該原型是用于軟件開發(fā)的快速應(yīng)用方法的一部分。快速創(chuàng)建，管理和鏈接設(shè)計與運營績效數(shù)據(jù)的過程的簡單工作模型，以在不進行健壯性測試的情況下證明實用性、可行性，然后在上下文中討論此問題，并結(jié)合該數(shù)據(jù)集的生產(chǎn)者和用戶的反饋，對作為績效管理平臺的BIM實施進行全面回顧[5]。

2.1 設(shè)計性能信息

收集描述案例研究建筑物的信息的主要方法是通過文件審查，利用設(shè)計團隊開發(fā)的圖紙和輔助文件，為建筑物的組成和預(yù)期性能提供全面的背景信息。存在選擇性信息生存的偏見;鑒于需要創(chuàng)建模型并進一步調(diào)查建筑物，可能會忽略潛在的不完整，不準確和混亂的信息。隨著設(shè)計和操作過程中信息生成量的增加，隨著數(shù)字建模技術(shù)的廣泛使用，不可避免的結(jié)果，使用BIM生成的信息量需要有效的管理[6]。

預(yù)測的建筑性能數(shù)據(jù)主要是在開發(fā)設(shè)計之前生成的，為設(shè)計系統(tǒng)和操作方法設(shè)定標準。從文檔審查中收集的信息使用了最新的設(shè)計模擬，并進行了更新，以包括建筑物操作方法和使用方面的重大變化，以生成更準確的模型[7]。

3BIM技術(shù)挑戰(zhàn)

在BIM和受監(jiān)控的建筑性能之間建立聯(lián)系的過程中發(fā)現(xiàn)了技術(shù)挑戰(zhàn)。

3.1 信息可用性

在有效的建筑性能管理的詳細說明與該信息的可管理性之間取得平衡，需要考慮其目的和使用這些信息的人員的能力。如果建模的數(shù)據(jù)太少，則會減少其潛在用途的數(shù)量，并且可能需要在以后的工作中手動重新創(chuàng)建可用信息。如果提供給建筑物運營商的信息廣泛，則其使用范圍更大;但是，如果最終用戶能夠從中提取所需信息，則取決于該信息的格式和結(jié)構(gòu)。信息過載是BIM實施中不斷發(fā)展的問題，這導致了可用信息太少的悖論，但是在大量未索引的文件中卻無法檢索要使用的信息。

信息管理以進一步利用表示當前BIM的關(guān)鍵缺陷?？梢允褂矛F(xiàn)有模式來實現(xiàn)其分類。但是，標準僅規(guī)定了設(shè)計信息的開發(fā)，而將運營建筑數(shù)據(jù)納入BIM模型則受到限制。創(chuàng)建一種用于構(gòu)造與建筑物設(shè)計，移交和生命周期相關(guān)的所有信息的單一方法是一項艱巨的任務(wù)。取而代之的是，需要用于處理描述建筑物及其性能的信息的特定數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從而將不斷變化的大型監(jiān)視數(shù)據(jù)與更多靜態(tài)且定期更新的FM信息分開。在環(huán)境中管理每種數(shù)據(jù)類型是可行的，但是分離需要交換機制和無法使用標準化的訪問方式。

3.2 信息可訪問性

信息的可用性、可訪問性是其有效利用的內(nèi)在部分。由于許多原因，設(shè)計者將文檔以其創(chuàng)作的形式移交給FM ，其中可訪問性是主要限制因素。

對信息的非標準化提取和解釋代表了將BIM模型用于設(shè)計以外的目的所面臨的挑戰(zhàn)。建立可從中訪問數(shù)據(jù)的代理格式的需求表明，但在大多數(shù)建筑物移交和操作過程中提取該信息所花費的時間和精力是不可行的?？梢允褂弥苯釉L問此信息的商業(yè)工具，這些會產(chǎn)生購買和用戶培訓方面的成本，以及尚未集成到其目的的FM流程所需的時間。

3.3 執(zhí)行者的能力

負責建筑物運行的人員與非傳統(tǒng)格式進行交互并了解其信息的能力會影響該人改善建筑物性能的潛力。如果理解建筑物是其優(yōu)化的第一步，那么雇用具有技能的人員來解釋信息，并將其清楚地傳達給可以進行操作變更的人員是合乎邏輯的。

在不轉(zhuǎn)移生成信息的方法的情況下提供信息是BIM實施過程中正在密切審查的主題。提供該信息的設(shè)計師必須在不喪失其知識產(chǎn)權(quán)的情況下使其可訪問，就像該信息的用戶不得誤解設(shè)計意圖并錯誤地操作其建筑物一樣。

4結(jié)束語

必須更加仔細地考慮設(shè)計和運營過程中的數(shù)據(jù)管理，以支持將其有效地用于新穎目的，以及使用它來更好地進行建筑性能管理的能力。沒有標準的格式或結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)進行分類和結(jié)構(gòu)化以使其可用的時間太長且成本高昂，無法有效實施。在構(gòu)建操作期間，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的規(guī)范必須考慮到對這些數(shù)據(jù)的訪問，并提供對潛在大型數(shù)據(jù)集的有效處理。

作為交接對建筑物的占用者或操作者的描述開始包括模型，必須開發(fā)有效的切換和訪問機制，以支持對所傳達信息的管理。

在BIM作為標準工作流程的背景下，設(shè)計人員和操作人員的心態(tài)必須改變，并適應(yīng)新技術(shù)對其角色的影響。在設(shè)計過程中，F(xiàn)M和建筑物所有者必須為他們對信息交付的期望提供指導，而設(shè)計師必須具有滿足這些要求的技能。除了簡單地移交模型和文件之外，還必須定義對模型和文件進行維護的責任，否則，依賴系統(tǒng)和對建筑物運行方式的理解將無效。

參考文獻

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