BIM的智慧建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吉林建筑科技學(xué)院 高林帥 李 馨 馬安平

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，國(guó)民生活水平的不斷提高，對(duì)建筑項(xiàng)目后期運(yùn)維管理需求及管理水平提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)了解國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)和智慧建筑的現(xiàn)狀，總結(jié)關(guān)于目前常見(jiàn)的三種BIM運(yùn)行維護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式，提出運(yùn)營(yíng)維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

智慧城市始于一棟建筑，智慧建筑是智慧城市的基石，未來(lái)的智慧城市無(wú)論城市的規(guī)模、技術(shù)的范圍多大，都涵蓋了智慧建筑或智慧園區(qū)。目前我國(guó)已建設(shè)成一部分具有明顯特點(diǎn)的智慧化城市，但在維護(hù)管理和提高人民生活水平服務(wù)、加強(qiáng)改進(jìn)社會(huì)管理機(jī)制、建立相應(yīng)的制度維護(hù)保障網(wǎng)絡(luò)安全等方面還需逐步完善。

1 BIM技術(shù)和智慧建筑的現(xiàn)狀與分析

1.1 BIM技術(shù)

建筑信息模型（BIM）技術(shù)是基于建筑工程信息數(shù)據(jù)制作的建筑模型，可對(duì)建筑全生命周期內(nèi)信息使用數(shù)字信息模擬方法進(jìn)行三維數(shù)字化描述。BIM技術(shù)最核心的功能是信息整合功能，能夠通過(guò)搭建三維信息模型，將龐大的數(shù)據(jù)信息資料放在一個(gè)獨(dú)立的共享平臺(tái)上，供建筑各使用者共享使用。

目前，BIM技術(shù)在我國(guó)從概念引入到深入應(yīng)用發(fā)展了近20年，但BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用主要集中在建筑的設(shè)計(jì)階段和施工階段，在建筑的運(yùn)維階段的應(yīng)用比較少，因此要重視BIM技術(shù)在建筑運(yùn)維管理中的應(yīng)用研究，利用BIM技術(shù)對(duì)建筑運(yùn)維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合與分析，提升建筑工程項(xiàng)目的運(yùn)維效果，降低建筑運(yùn)營(yíng)成本。

1.2 智慧建筑

傳統(tǒng)建筑的最終目的是為用戶提供居住和使用的場(chǎng)所，而智慧建筑區(qū)別于傳統(tǒng)建筑在于融入了相關(guān)智能化設(shè)計(jì)，將BIM信息模型與大量的智能化設(shè)備相結(jié)合，通過(guò)智能化手段，對(duì)整個(gè)建筑或建筑區(qū)域進(jìn)行智能化、數(shù)字化管理，為使用者、居住者、管理者提供智能、安全、高效、舒適、方便的理想生活場(chǎng)所及服務(wù)，同時(shí)可以在最大限度上減少建筑實(shí)施階段和運(yùn)維階段的工作量，提高生產(chǎn)率和運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平。

目前，相比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)智慧建筑的普及率很低，在既有建筑中智慧節(jié)能型建筑只占1%。我國(guó)智慧建筑發(fā)展還處于初步階段，關(guān)于智慧建筑理論研究非常少，如何進(jìn)行智慧化系統(tǒng)管理也處于探索階段。

1.3 BIM技術(shù)在智慧建筑運(yùn)維管理中的應(yīng)用

智慧建筑的發(fā)展離不開(kāi)新興信息技術(shù)的運(yùn)用，目前主要有BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)以及三者的融合。BIM技術(shù)是現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展最為主要的信息化技術(shù)，可以提供建筑前期的建設(shè)模擬分析平臺(tái)及后期的運(yùn)維管理工具給建筑項(xiàng)目各參與方和使用方，幫助各方人員在建筑工程項(xiàng)目的全生命周期內(nèi)，通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)施科學(xué)合理、有效的管理。BIM技術(shù)在建筑投入使用后運(yùn)維的過(guò)程中，能夠?qū)ㄖ?xiàng)目實(shí)時(shí)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理及控制，能夠代替人工對(duì)建筑部分項(xiàng)目進(jìn)行運(yùn)維管理，有利于提升建筑后期的運(yùn)維效益，促進(jìn)智慧建筑可持續(xù)發(fā)展。

2 BIM運(yùn)行維護(hù)的三種實(shí)現(xiàn)方式

2.1 利用基本維護(hù)軟件開(kāi)發(fā)可支持BIM技術(shù)的功能

據(jù)研究，目前國(guó)外應(yīng)用CAFM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施管理系統(tǒng)）軟件約有200種，大部分在國(guó)內(nèi)知名度很高，但是利用人數(shù)很少。國(guó)內(nèi)智慧化建筑的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理應(yīng)用包括兩種類型，一種是以O(shè)A或ERP為主要功能，另一種是以BMS（建筑設(shè)備管理系統(tǒng)）或IIS（智能集成系統(tǒng)）為中心的功能。廠商和產(chǎn)品數(shù)量不在少數(shù)，但市場(chǎng)相對(duì)比較分散，集中度相對(duì)不高。相對(duì)當(dāng)前而言，這類軟件，通常不具備BIM模型三維展示效果也不具備數(shù)據(jù)分析功能，因而能被選用與BIM技術(shù)相結(jié)合的軟件數(shù)量較少，但未來(lái)隨著標(biāo)準(zhǔn)和軟件接口的完善，這種類型軟件還是具有著很大的市場(chǎng)潛力。

2.2 對(duì)已有的BIM運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行再次開(kāi)發(fā)

BIM運(yùn)用中最常見(jiàn)的是基于與Autodesk、Navisworks、Revit等相關(guān)軟件的二次開(kāi)發(fā)，總的來(lái)說(shuō)，這些二次開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)已經(jīng)具備成熟的界面和圖形平臺(tái)，并且前期開(kāi)發(fā)周期短和成本較低，可基本滿足需求。但由于軟件架構(gòu)凌駕于商業(yè)軟件之上，無(wú)法控制其核心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和管理功能，因此在其性能和功能擴(kuò)展上均會(huì)受到一定程度的限制，長(zhǎng)期以往成本普遍較高。

2.3 自主研發(fā)新型的運(yùn)維系統(tǒng)

與二次開(kāi)發(fā)相比，自主開(kāi)發(fā)的建筑物維護(hù)平臺(tái)更加靈活，可以根據(jù)需要選擇必要的開(kāi)發(fā)功能，并且可以從底層進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化。特別重要的是，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的BIM運(yùn)營(yíng)維護(hù)平臺(tái)不會(huì)對(duì)國(guó)外商業(yè)軟件產(chǎn)生依賴性，可以更好地維持我國(guó)基礎(chǔ)信息的安全。雖然受到研發(fā)能力等因素的制約，距離搭建功能完整的運(yùn)維系統(tǒng)依舊存在著一定的差距，但是我國(guó)在某些特定功能或領(lǐng)域取得了較多價(jià)值頗高的的成果。例如根據(jù)BIM的運(yùn)營(yíng)維護(hù)理論和基于Web的應(yīng)用框架進(jìn)行研究，自主研發(fā)基于BIM的橋梁運(yùn)輸管理系統(tǒng)，為橋梁的運(yùn)行和維護(hù)提供可視化的成果展示。通過(guò)整合基于BIM的機(jī)電設(shè)備智能管理系統(tǒng)，自主構(gòu)建建筑管道工廠化信息管理平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)電安裝工程設(shè)計(jì)階段、施工階段以及運(yùn)維階段的信息共享、共用，實(shí)現(xiàn)了施工過(guò)程一體化、施工進(jìn)度透明化，進(jìn)一步加快了基于BIM運(yùn)維智能化。

通過(guò)調(diào)查研究我們可以看出，三種方式都有著各自的特點(diǎn)，但第一種方式過(guò)于繁瑣和陌生。本研究在運(yùn)維系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用將第二種和第三種相結(jié)合的方式，建立一套相對(duì)完整的運(yùn)維系統(tǒng)。

3 運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)前文的研究，在以下方面對(duì)運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)：首先將智慧建筑建設(shè)的前兩個(gè)階段和運(yùn)維階段管理整合到同一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)中，在設(shè)計(jì)和施工階段就進(jìn)行工程數(shù)據(jù)收集和計(jì)算，以達(dá)到可以事先感知、事中控制、后期可追溯三個(gè)目標(biāo)。

3.1 使用二次開(kāi)發(fā)的方式設(shè)計(jì)

利用基礎(chǔ)造型軟件等對(duì)建筑物外形進(jìn)行基礎(chǔ)建模，通過(guò)模型基本判斷整個(gè)建筑的外形及結(jié)構(gòu)，較快計(jì)算出整個(gè)工程的運(yùn)行費(fèi)用、能耗量以及規(guī)劃意外發(fā)生有效且安全的逃生路線及方式。

3.2 使用自主開(kāi)發(fā)方式

在二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，對(duì)模型進(jìn)行細(xì)節(jié)的補(bǔ)充，對(duì)建筑物內(nèi)的每一個(gè)設(shè)備及空間進(jìn)行合理的放置及分配，對(duì)建筑物內(nèi)部的環(huán)境及人員需求有準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和判斷，對(duì)每一處的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)控制，利用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的找到問(wèn)題并且能及時(shí)解決問(wèn)題。此遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)相關(guān)的功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程智慧運(yùn)維系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)負(fù)責(zé)接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表的數(shù)據(jù)、通信數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行人為錄入數(shù)據(jù);采集平臺(tái)每天生成的大量繁瑣的數(shù)據(jù)，以及涉及儀表的基本信息、運(yùn)維信息、服務(wù)返回信息等相關(guān)的基本數(shù)據(jù)。通過(guò)利用這些數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員可以客觀的掌握整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)儀表的運(yùn)行情況及相關(guān)進(jìn)度;車間管理人員可以及時(shí)了解儀表設(shè)備運(yùn)行保養(yǎng)狀態(tài)、質(zhì)量穩(wěn)定性等相關(guān)專業(yè)性信息。如若儀表出現(xiàn)故障，儀表設(shè)計(jì)方也可以根據(jù)這些已經(jīng)獲得的數(shù)據(jù)分析問(wèn)題出處，快速找出解決辦法，提高相關(guān)的工作效率。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)。時(shí)運(yùn)行、維修、保養(yǎng)等信息進(jìn)行分類整合歸檔。邏輯層包含了運(yùn)維系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)模塊、運(yùn)維記錄模塊、運(yùn)維評(píng)估模塊、運(yùn)維決策模塊等數(shù)據(jù)應(yīng)用操作服務(wù)。應(yīng)用層主要包含網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、儀表數(shù)據(jù)監(jiān)控、應(yīng)用監(jiān)控等監(jiān)控模塊，系統(tǒng)設(shè)置、儀表管理、售后管理等管理模塊。

結(jié)語(yǔ)：在建筑物全壽命周期內(nèi)，建筑物的后期運(yùn)維成本逐年增高，同時(shí)在建筑物使用的過(guò)程中隨時(shí)可能出現(xiàn)各式各樣的運(yùn)營(yíng)難題，這一直是建筑后期運(yùn)維的瓶頸。通過(guò)智慧化建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)這個(gè)載體，建筑成果和運(yùn)維服務(wù)將會(huì)被無(wú)限拓展。BIM+運(yùn)維必將在未來(lái)促進(jìn)智慧建筑建設(shè)和智慧化城市的發(fā)展，使我國(guó)建筑運(yùn)維管理更加智能化。