計算機信息編碼應(yīng)用于建筑物病害管理的理論研究

王澤文 范文逸 章亮 馬昕玥

引言

隨著我國市場經(jīng)濟的深入和全球經(jīng)濟一體化的推進，建筑業(yè)作為傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，建筑市場競爭也越來越激烈。投資方對于項目的管理從決策階段到使用階段貫穿始終，而絕大多數(shù)企業(yè)往往將工作重心放在設(shè)計實施階段，對于后期運營和維護階段的投入較少，這一階段的信息化發(fā)展尤為緩慢。

建筑項目運營維護階段（簡稱運維階段）是指建筑項目全壽命期中從項目竣工驗收交付使用開始，到建筑物最終報廢的時間段。這一階段，建筑物面臨著外部環(huán)境和內(nèi)部材料等因素的影響，產(chǎn)生諸多病害信息。本課題針對各類病害信息進行編碼，提高建筑物的使用壽命。并且挖掘大量的歷史數(shù)據(jù)，降低建筑物運營和維護的成本。

建筑信息化的國內(nèi)外現(xiàn)狀

現(xiàn)階段公共建筑的運營維護的信息化水平比較低，普遍存在著建筑全生命周期信息的利用率不高、運營維護管理效率比較低，以及大量重復(fù)性工作浪費寶貴的時間、人力和財力等弊端[1]。國外的情況不太一樣，有的國家的建筑是備案制的，所以不需要審批。有的國家也是審批制的，也普遍實現(xiàn)信息化，只不過信息化的具體程度不一樣[2]。本課題側(cè)重于探討和研究建筑運維階段病害檢測數(shù)據(jù)信息編碼的應(yīng)用。

BIM技術(shù)

目前國內(nèi)BIM在運維階段中的應(yīng)用案例并不多，只有少量的建筑項目進行了BIM運維管理的嘗試。經(jīng)典案例有由上?；壑ㄐ畔⒓夹g(shù)有限公司研發(fā)的Smart FM運營管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)于上海中心被應(yīng)用，它開創(chuàng)了國內(nèi)基于建筑信息模型（BIM）的運營管理系統(tǒng)的先河，基本實現(xiàn)了空間管理、設(shè)備管理和系統(tǒng)管理，并致力于實現(xiàn)應(yīng)急管理和能耗管理[3]。

同國內(nèi)類似，BIM技術(shù)在國外建筑的運營和維護階段運用得并不多，而且大多側(cè)重于設(shè)備管理和能耗監(jiān)控。如Volk R等在綜述中介紹了對既有建筑進行設(shè)備管理的方法和在拆除階段時的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，這只涉及了BIM在運維階段中的一部分應(yīng)用。

建筑業(yè)信息化

在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，建立建筑業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)體系，制定建筑業(yè)信息化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)信息化通用技術(shù)規(guī)范，解決建筑業(yè)信息化的基礎(chǔ)性問題[4]。國內(nèi)的智能物業(yè)管理系統(tǒng)起步較晚，自2004年張建平等人才開始著手涉及這一領(lǐng)域，主要參考了IFC標(biāo)準(zhǔn)、BIM技術(shù)。

美國建筑壽命期管理信息化源于建設(shè)項目信息化管理。20世紀80年代，美國軍方啟動了連續(xù)獲取和壽命期支持（Continuous Acquisition and Lifecycle Support，CALS）項目。其針對項目的全壽命期（包括軍需品的建議、報價、設(shè)計、制造、提交、支付等階段）中的各階段實施無紙化。通過項目實施，減小了文檔的體積和重量，方便文檔的傳遞、修改和查詢，并實現(xiàn)項目信息的及時共享。據(jù)報道，美國軍方實施CALS項目后，平均成本降低了30%。

關(guān)于建筑物信息編碼的理論研究

信息化概述

信息化是指培養(yǎng)、發(fā)展以計算機為主的智能化工具的新生產(chǎn)力，并使之造福于社會的歷史過程。智能化工具又稱信息化的生產(chǎn)工具，它一般必須具備信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息再生、信息利用的功能。與智能化工具相適應(yīng)的生產(chǎn)力，稱為信息化生產(chǎn)力。

信息化是以現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，將所研究對象各要素匯總至數(shù)據(jù)庫，供特定人群生活、工作、學(xué)習(xí)、輔助決策等和人類息息相關(guān)的各種行為相結(jié)合的一種技術(shù)，使用該技術(shù)后，可以極大地提高各種行為的效率，為推動人類社會進步提供極大的技術(shù)支持。

信息編碼的方法

在當(dāng)今，各國在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所擬定的分類體系框架（ISO12006-2）下，自主編制了各自的建筑信息體系。我國為了盡快形成一套針對我國建筑工程全過程的信息分類和編碼體系，中國建筑設(shè)計研究院等50家單位參與編制了《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》?！稑?biāo)準(zhǔn)》中，編碼結(jié)構(gòu)由表代碼與分類對象編碼組成，兩者之間用“-”連接;分類對象編碼由大類代碼、中類代碼、小類代碼和細類代碼組成，相鄰層級代碼之間用英文字符“.”隔開;表代碼和分類對象各層級代碼均采用兩位數(shù)字表示;采用此種編碼規(guī)則具有可擴延性、兼容性和實用性，方便后期應(yīng)用時根據(jù)不同需要進行擴展引用，與現(xiàn)有其他標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)，滿足總要求和總目標(biāo)的前提下，滿足系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)單位的需求。

建筑業(yè)信息化

建筑行業(yè)信息化是指運用信息技術(shù)，特別是計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和信息安全技術(shù)等，改造和提升建筑業(yè)技術(shù)手段和生產(chǎn)組織方式，提高建筑企業(yè)經(jīng)營管理水平和核心競爭能力，提高建筑業(yè)主管部門的管理、決策和服務(wù)水平。

建筑行業(yè)信息化大致可以分為三個階段：

（1）1950-1990年：信息化1.0時代

建筑設(shè)計從傳統(tǒng)的手工繪圖轉(zhuǎn)變?yōu)槭r省力、更加精確的計算機制圖，CAD技術(shù)也在此領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，CAD系統(tǒng)也日趨成熟。二維和三維圖形處理技術(shù)、模擬仿真及科學(xué)計算可視化等技術(shù)大大推動了建筑行業(yè)信息化的第一次革命。

（2）1990-2000年：信息化2.0時代

20世紀90年代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，被快速引入建筑行業(yè)。建筑工程項目各參與方通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享及多項目之間資源的互換，信息和技術(shù)也在此大背景下得到了更加便捷的共享，促進了行業(yè)的興旺發(fā)展。

（3）21世紀以來：信息化3.0時代

21世紀，BIM技術(shù)得到應(yīng)用及推廣，引起了建筑業(yè)市場的強烈關(guān)注，BIM的標(biāo)準(zhǔn)體系也得到建立。在互聯(lián)網(wǎng)的幫助下，迅速實現(xiàn)了建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條上下游之間的數(shù)據(jù)和信息共享，快速促進了建筑業(yè)信息化市場的進一步重構(gòu)。

既有住宅建筑物的病害信息分類

病害信息概述

建筑物的病害是建筑工程質(zhì)量事故與質(zhì)量缺陷的統(tǒng)稱。本篇論文，主要針對建筑物在使用過程中產(chǎn)生的各類病害，這些病害通常是由于外部環(huán)境、內(nèi)部質(zhì)量或人為等因素造成的。

建筑物在使用過程中，產(chǎn)生的病害通常分為以下七大類：損傷、裂縫、腐蝕、凍害、滲漏、老化和倒塌。在我們的研究過程中發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)地理環(huán)境、住戶的生活習(xí)慣、建筑物的材料等因素對于病害的影響也是不同的。

從中國大環(huán)境來分析，南方地區(qū)屬于亞熱帶或熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和干燥，建筑物病害類型多以腐蝕、滲漏以及開裂為主。而北方多屬溫帶季風(fēng)氣候，夏季高溫，冬季寒冷干燥，建筑物多以凍害、開裂和老化為主。

因此，針對不同地區(qū)的病害，防治策略的重點也是有區(qū)別的。

病害產(chǎn)生原因

（1）外部環(huán)境

建筑物在建成后，不同的外部環(huán)境對于建筑物造成的傷害是不盡相同的。例如在潮濕的環(huán)境下，墻體表面易產(chǎn)生表皮脫落，木質(zhì)材料則容易產(chǎn)生霉變、腐爛等病害損傷。對于建筑物最主要的兩個影響因素是溫度和濕度。

（2）內(nèi)部質(zhì)量

內(nèi)部質(zhì)量取決于住宅建筑物各個構(gòu)件的使用材料質(zhì)量、建筑物施工到位與否、設(shè)計的合理性等多個因素，它們的不合格都會誘發(fā)住宅建筑物在使用過程中產(chǎn)生各種各樣的病害。

（3）人為因素

人為因素主要有以下兩個方面，一是使用前施工人員的施工問題，二是住戶在使用過程中使用不當(dāng)，對于建筑物隨意改造。

病害信息的分類

病害信息的分類角度有多個，這里我們按照病害信息的性質(zhì)對其分類，簡單列舉以下七大類：

（1）損傷：指材料制造工藝過程或使用過程中因荷載、濕度、環(huán)境等作用，使材料的微細結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致材料宏觀力學(xué)性能或裝飾及使用功能的劣化。

（2）裂縫：指固體材料中的某種不連續(xù)現(xiàn)象，其形態(tài)主要表現(xiàn)為“開裂”。

（3）腐蝕：指腐蝕介質(zhì)對材料的物理化學(xué)的破壞作用（如圖1所示）。

（4）凍害：指在飽和水或潮濕狀態(tài)下，因溫度正負變化，使材料內(nèi)部孔隙中的水結(jié)冰膨脹或滲透膨脹，融解松弛，從此反復(fù)循環(huán)產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，所造成的破壞。

（5）滲漏：指防水工程的漏水、滲水和潮濕。包括：地下工程滲漏水，屋面滲漏水，衛(wèi)生間滲漏水，墻面滲漏水。

（6）老化：指有機高分子材料或制品逐漸喪失彈性，出現(xiàn)裂紋、變硬、變脆或變軟、發(fā)黏、變色等現(xiàn)象（如圖2所示）。

（7）倒塌：指建筑物整體或局部坍塌。包括：垂直結(jié)構(gòu)破壞倒塌，水平結(jié)構(gòu)破壞倒塌，懸臂結(jié)構(gòu)破壞倒塌，磚拱結(jié)構(gòu)破壞倒塌，地基原因造成倒塌，建筑物原因造成倒塌，建筑物加層倒塌，維護不當(dāng)?shù)顾?/p>

關(guān)于建筑物病害信息編碼的研究

建筑業(yè)既有的信息編碼及標(biāo)準(zhǔn)

（1）IFC標(biāo)準(zhǔn)

IFC標(biāo)準(zhǔn)的描述方法為面向?qū)ο蠓ǎ还沧陨隙路譃轭I(lǐng)域?qū)?、共享層、核心層、資源層，每個層級包含不同的模塊，不同的模塊描述相關(guān)的工程信息，下層不能引用上層的信息資源。IFC標(biāo)準(zhǔn)由BSI制定并維護，該組織的官方網(wǎng)站上會公布支持IFC標(biāo)準(zhǔn)且已通過組織認證的BIM軟件。IFC標(biāo)準(zhǔn)具有公開性、可擴展性等特點，目前IFC標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，但是如今也有諸多科研團隊把IFC標(biāo)準(zhǔn)擴展到橋梁工程、鐵路工程等領(lǐng)域。

（2）IFD標(biāo)準(zhǔn)

為了確保不同人員在信息共享中獲得自己所需的信息，IFD標(biāo)準(zhǔn)對建筑領(lǐng)域內(nèi)的信息進行了系統(tǒng)的分類整理，然后賦予了每一個概念一個類似于身份證號碼的全球唯一的標(biāo)識碼 GUID（Global Unique Identifier，全球唯一標(biāo)識），唯一標(biāo)識碼代表其對應(yīng)的信息[5]，代碼更有利于計算機識別，這樣同一個單元信息在不同的系統(tǒng)中識別出的結(jié)果是統(tǒng)一的。

（3）IDM標(biāo)準(zhǔn)

IDM標(biāo)準(zhǔn)是為了保證信息交互的完整性與協(xié)調(diào)性[6]，以防出現(xiàn)某個軟件提供的信息不是另一個軟件需要的信息這種情況，主要作用為以下兩點：

① 對建筑工程全生命周期的實施過程進行明確描述，標(biāo)準(zhǔn)化其工作流程;

② 明確了不同階段不同工作提交和需要的信息，使工作具有針對性，同時確保接收信息的完整性和準(zhǔn)確性。

住宅建筑物病害信息編碼

（1）編碼方法

目前構(gòu)件分類編碼可以采用工程計價清單編碼，但病害等信息編碼有待研究。

借鑒清單編碼，再建立一套病害編碼，兩套編碼是平行關(guān)系，具體記錄是：清單碼+病害碼+日期碼+空間碼……

（2）編碼體系

如表1、表2所示，按照類似方式將七類病害類型，繼續(xù)編碼，在此不一一列舉。

項目運維階段病害信息編碼的運用

通過使用病害信息編碼，極大地提高工作效率，并且為后期運營和維護建筑提供了合理的定價依據(jù)，解決問題的基本步驟如下：

（1）檢驗并總結(jié)住宅建筑物的所有病害

（2）查詢建筑病害編碼

（3）根據(jù)病害信息編碼計價規(guī)范合理報價

（4）優(yōu)化建筑物病害維修報價

（5）安排維修人員對住宅建筑物進行維修

（6）維修過程中結(jié)算

（7）維修后決算

在后期的維護工作中，最重要的一點在于根據(jù)計價規(guī)范合理控制運維報價。針對一棟建筑物，實時觀測建筑物的病害情況，計算維修周期，對維修方案不斷進行優(yōu)化和調(diào)整，減少投資方對于建筑物維護成本上的投入。

結(jié)語

本文著重針對建筑物后期使用階段的運營和維護，研究建筑物可能會產(chǎn)生的病害類型，提出了既有建筑物的病害編碼方面的運用。彌補建筑業(yè)在維護階段信息化發(fā)展的不足，提高了對建筑業(yè)信息化的認識。同時，也能為建筑業(yè)維護階段帶來一些借鑒和參考意義。

參考文獻：

[1]江文.BIM技術(shù)在公共建筑運營維護階段的應(yīng)用研究[D].大連理工大學(xué)，2016.

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[3]程懷軍.信息技術(shù)在建筑項目管理上的應(yīng)用[D].吉林大學(xué)，2015.

[4]張建平，郭杰，王盛衛(wèi)，等.基于IFC標(biāo)準(zhǔn)和建筑設(shè)備集成的智能物業(yè)管理系統(tǒng)[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.2008（06）：940-942，946.

[5]邱奎寧，張漢義，王靜，等.IFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列文章之一：IFC標(biāo)準(zhǔn)及實例介紹[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2（01）：68-72.

[6]何關(guān)培.實現(xiàn)BIM價值的三大支柱-IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3（01）：108-116.

指導(dǎo)教師：胡世翔