基于BIM的智能建筑建設(shè)研究

郭娟

【摘要】? ? 本文分析了BIM技術(shù)的特點(diǎn)，從智能建筑的實(shí)現(xiàn)機(jī)理著手，闡述了BIM技術(shù)對(duì)智能建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理的重要作用及可行性，并結(jié)合Civil 3D、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，對(duì)BIM融入智慧城市建設(shè)提出了思路和對(duì)策，對(duì)建筑信息技術(shù)的拓展應(yīng)用、智能建筑的發(fā)展具有參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】? ? BIM? ? 智能建筑? ? 智慧城市

引言：

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等信息化技術(shù)的發(fā)展，智能化建筑、智慧化城市建設(shè)進(jìn)入全新階段，對(duì)建筑舒適、安全、能源等精細(xì)化管理的要求越來越高。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）作為新型建筑綜合管理的數(shù)據(jù)載體，結(jié)合設(shè)施設(shè)備管理，可為建筑精細(xì)化管理帶來新的應(yīng)用方向，同時(shí)也提供技術(shù)與理念的支撐[1]。BIM與其他技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用也將是輔助建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的信息媒介，在智能建筑的全壽命周期中都將發(fā)揮重要作用。

一、智能建筑的實(shí)現(xiàn)機(jī)理

智能建筑是指利用系統(tǒng)集成方法，將計(jì)算機(jī)、通信、信息技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)有效整合，通過對(duì)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、對(duì)信息資源的管理和對(duì)使用者的信息服務(wù)及其與建筑的優(yōu)化組合，所實(shí)現(xiàn)的可提供安全性、舒適性和便利高效性服務(wù)功能的建筑。

智能建筑包含樓宇自控系統(tǒng)（BAS）、安全防范系統(tǒng)（SAS）、消防系統(tǒng)（FAS）、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（CAS）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS）等感知系統(tǒng)層，由多種智能設(shè)備、智能系統(tǒng)、控制、執(zhí)行裝置及傳感設(shè)備組成。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)施、環(huán)境和體驗(yàn)者的實(shí)時(shí)感知與智能控制，催生了多種基于協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)組件和接口技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的集成方法，但是由于各智能子系統(tǒng)的功能各異（如智能消防系統(tǒng)、智能空調(diào)系統(tǒng)等）以及同一家設(shè)備廠家不能提供所有的系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)實(shí)原因，導(dǎo)致將所有的監(jiān)控單元納入一個(gè)系統(tǒng)框架內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。桑杭武研究了實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備數(shù)據(jù)共享和信息交換的集成方法，以協(xié)議為中心，通過LonWorks等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的集成，易受設(shè)備廠家出于專利或產(chǎn)品保護(hù)而故意將協(xié)議差異化，導(dǎo)致集成困難;以信息集成為核心，采用基于標(biāo)準(zhǔn)組件和接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成應(yīng)用較多，但難以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)集成;并提出將信息集成建立在Intranet的基礎(chǔ)上，將各個(gè)系統(tǒng)建立成集散系統(tǒng)，然后子系統(tǒng)之間互聯(lián)，通過Web服務(wù)器和瀏覽器在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上信息交換、綜合共享，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的人機(jī)界面和跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫訪問的新集成技術(shù)[2]。

系統(tǒng)集成技術(shù)為智能建筑的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)條件，在系統(tǒng)集成的技術(shù)前提下創(chuàng)建可視化運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，如某酒店運(yùn)維管理軟件包括可視化及信息集成查詢、實(shí)施運(yùn)維管理、空間管理、安全管理、能源管理、信息管理幾大模塊，分別對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和信息共享。

二、BIM融入智能建筑設(shè)計(jì)

BIM（建筑信息模型）以三維模型為基礎(chǔ)，將建筑構(gòu)件、設(shè)備等數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存至建筑物，利用數(shù)值模型描述建筑功能和物理特性的一項(xiàng)技術(shù)，是設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段共享的信息平臺(tái)，模型可以不斷更新或修改并上傳至信息中心。BIM模型還可與時(shí)間維度結(jié)合形成4D模型，與造價(jià)維度結(jié)合形成5D模型，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)全壽命周提供信息溝通與傳遞平臺(tái)。下面從三個(gè)方面闡述BIM融入智能建筑設(shè)計(jì)的必要性和可行性。

2.1設(shè)計(jì)方面

設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中對(duì)智能建筑認(rèn)識(shí)不足，未能與各專業(yè)有效協(xié)調(diào)溝通，智能化系統(tǒng)設(shè)施的基本要求考慮不全面，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)錯(cuò)誤，最終造成返工。BIM技術(shù)強(qiáng)調(diào)了各專業(yè)在統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模，可視化模型會(huì)強(qiáng)化設(shè)計(jì)師對(duì)建筑的理解，通過整合三維模型很容易發(fā)現(xiàn)專業(yè)不協(xié)調(diào)問題并及時(shí)修改，保證設(shè)計(jì)圖紙合理，各專業(yè)構(gòu)件、設(shè)備不沖突，減少設(shè)計(jì)圖紙的錯(cuò)誤。

在BIM模型基礎(chǔ)上，還可結(jié)合其他能耗模擬軟件對(duì)建筑進(jìn)行能耗分析，這符合社會(huì)對(duì)建筑節(jié)能的關(guān)注。Carvalho José Pedro等驗(yàn)證了一個(gè)可靠的基于BIM的簡(jiǎn)化建筑能耗分析框架，可改善建筑能源性能，并能在保證建筑可持續(xù)性的前提下開發(fā)新的熱能項(xiàng)目，總結(jié)了將可持續(xù)性評(píng)估納入BIM環(huán)境的知識(shí)，為全面整合提供了新的思路[3]。

2.2施工方面

施工單位的技術(shù)力量以及對(duì)智能設(shè)備產(chǎn)品的熟悉度，也一定程度影響智能建筑的形成。如施工技術(shù)人員接線錯(cuò)誤引起設(shè)備損壞時(shí)有發(fā)生，BIM模型將是施工技術(shù)交底的重要媒介，設(shè)計(jì)師或廠家技術(shù)人員在可視化三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)交底，施工人員也可以通過移動(dòng)APP通過BIM平臺(tái)隨時(shí)查閱建筑信息并提問，保證施工質(zhì)量符合要求。

以關(guān)聯(lián)了進(jìn)度計(jì)劃、成本數(shù)據(jù)的BIM 5D技術(shù)作為研究平臺(tái)，采用合理的施工技術(shù)和施工組織方法可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全等方面進(jìn)行科學(xué)的動(dòng)態(tài)控制，并建立預(yù)警模型，及時(shí)分析偏差原因并采取相應(yīng)措施。

2.3運(yùn)維方面

BIM技術(shù)為建筑能源提供分析的保障，設(shè)施設(shè)備管理為建筑能源給予后期運(yùn)維的支持。由于智能系統(tǒng)涉及專業(yè)較多以及設(shè)備廠商“獨(dú)特”的協(xié)議，大量建成的智能化系統(tǒng)出現(xiàn)了“信息孤島”現(xiàn)象，即各智能子系統(tǒng)自成系統(tǒng)，難以達(dá)成協(xié)議統(tǒng)一的集成平臺(tái)。BIM信息平臺(tái)若能與運(yùn)維平臺(tái)結(jié)合，為各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成創(chuàng)造了條件，將提高建筑智能化水平及建筑運(yùn)營(yíng)管理效率、降低運(yùn)維成本。另外，作為新型建筑綜合管理的數(shù)據(jù)載體，相關(guān)部門的多種應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，查找不夠直觀、數(shù)據(jù)分析困難，可根據(jù)運(yùn)維軟件接口條件對(duì)BIM模型進(jìn)行二次開發(fā)，為建筑信息模型與其他軟件的數(shù)據(jù)交互提供了條件，實(shí)現(xiàn)在BIM平臺(tái)上選擇構(gòu)件，則可打開相關(guān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖形。道吉草等將BIM模型導(dǎo)入火災(zāi)模擬軟件進(jìn)行了火災(zāi)模擬及疏散分析，并基于BIM典型軟件Autodesk Revit API進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了將模擬疏散結(jié)果信息以excel、圖形形式重載到BIM模型中，形成了完整的基于BIM的建筑火災(zāi)安全應(yīng)急分析路線，構(gòu)建了BIM環(huán)境下建筑火災(zāi)安全與人員疏散分析技術(shù)體系[4]。

因此，建立“系統(tǒng)集成+BIM可視化運(yùn)營(yíng)”平臺(tái)，遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及安全運(yùn)維體系，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，集成各智能化系統(tǒng)，應(yīng)用智能分析模型，實(shí)現(xiàn)智能建筑創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)管理模式是必要的，也是可行的[5]。

三、BIM+融入智慧城市建設(shè)

智能建筑時(shí)智慧城市的基本組成單元。智慧城市是使用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和空間地理信息、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息集成技術(shù)，促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新思路和新模式[6]。

3.1 BIM+促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)

政府相關(guān)行政部門匯集城市各項(xiàng)目的BIM模型→建立標(biāo)準(zhǔn)模型檔案→形成模型檔案編譯資料庫→植入建筑設(shè)計(jì)法規(guī)、規(guī)范、可運(yùn)算規(guī)則→依據(jù)規(guī)范對(duì)建筑進(jìn)行分析演算的流程對(duì)城市建筑進(jìn)行智慧化管理，如選取模型檔案庫中的建筑模型，檢測(cè)其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與法規(guī)、規(guī)范的要求是否一致，得出結(jié)果并將結(jié)果反饋至小區(qū)，做出合理的智慧管理的決策。如基于BIM結(jié)合Civil 3D、GIS技術(shù)來模擬由于城市化地表透水性能被改變后，城市在強(qiáng)降水或連續(xù)性降水情況下，判斷是否超過城市排水能力而產(chǎn)生城市內(nèi)澇現(xiàn)象;另外，還可利用BIM模型檔案庫形成的區(qū)域性城市模型，對(duì)由于城市建筑群密集變大，硬化地面比土壤、綠植吸熱快、熱容量小而形成的同一時(shí)間城區(qū)氣溫高于周圍郊區(qū)氣溫的熱島效應(yīng)。

3.2 BIM促進(jìn)城市智慧化管理

城市智慧化管理涉及合理性、安全性、穩(wěn)定性、可持續(xù)性等方面，本文主要以安全性功能中的城市消防智慧化為例來講述智能建筑服務(wù)功能融入智慧城市管理的對(duì)策。

近年來，國(guó)內(nèi)各城市相繼建立了城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在火災(zāi)防控工作中發(fā)揮了積極作用，取得了初步成效。但從全國(guó)范圍看，城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用發(fā)展還不平衡，存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、功能不完善、信息不規(guī)范等問題。

城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是結(jié)合當(dāng)代最先進(jìn)的火災(zāi)報(bào)警技術(shù)、信息通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和多媒體顯示技術(shù)、通過公用（單位）電話網(wǎng)絡(luò)、局域/廣域網(wǎng)絡(luò)、無線GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)等多種傳輸方式，實(shí)時(shí)采集監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的各類報(bào)警信號(hào)、故障信號(hào)、圖像信息，并及時(shí)可靠地將上述信息傳送到遠(yuǎn)程的報(bào)警檢測(cè)中心的設(shè)備。

該系統(tǒng)依托于公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控中心與社會(huì)單位聯(lián)網(wǎng)，對(duì)聯(lián)網(wǎng)用戶的火災(zāi)報(bào)警信息、建筑消防設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)信息、消防安全管理信息進(jìn)行接收、處理和管理，為城市消防通信指揮中心或其他接處警中心發(fā)送經(jīng)確認(rèn)的火災(zāi)報(bào)警信息，為公安消防部門提供查詢，并為聯(lián)網(wǎng)用戶提供信息服務(wù)。

建筑信息模型可作為城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控消防安全狀況系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平臺(tái)中的社會(huì)單元載體，更清晰的將傳輸數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)在模型中，為滅火救援行動(dòng)提供信息支持，進(jìn)一步提高滅火救援隊(duì)伍的快速反應(yīng)能力，降低城市火災(zāi)危害。

四、結(jié)束語

智能建筑技術(shù)發(fā)展迅速，但智能建筑的范疇不僅僅指通過建筑設(shè)備實(shí)現(xiàn)的智能化，還將體現(xiàn)在智能化的建筑材料、智能化的建筑結(jié)構(gòu)以及生態(tài)建筑等方面，實(shí)現(xiàn)更科學(xué)、更廣泛的智能建筑，國(guó)內(nèi)相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議等的制定、國(guó)內(nèi)科學(xué)先進(jìn)的智能產(chǎn)品的研發(fā)等都亟待進(jìn)一步完善。

BIM、GIS、FM、IOT、MIS、Device等軟件技術(shù)為實(shí)現(xiàn)智能建筑提供了信息模型及技術(shù)分析條件，在集成技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)日益成熟的當(dāng)下，智能建筑乃至智慧城市建設(shè)與管理將進(jìn)入全新階段。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]張敏杰.基于BIM的建筑設(shè)施設(shè)備與能源精細(xì)化管理系統(tǒng)研究[J]，綠色建筑，2020，12（05），78-79.

[2]桑杭武.智能建筑樓宇自控系統(tǒng)集成技術(shù)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2008.

[3]Carvalho José Pedro.BIM-Based Energy Analysis and Sustainability Assessment—Application to Portuguese Buildings[J].Buildings，Volume 11， Issue 6. 2021. PP 246-246.

[4]道吉草、史健勇.基于BIM的建筑火災(zāi)安全分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2017，36（03）.

[5]張昭振.基于BIM的智能建筑可視化運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)研究與應(yīng)用[J]，城市住宅，2020，27（07），39-43.

[6]姜利妍，張雷.試論物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市與智能建筑中的運(yùn)用[J]，城市建筑，2020，17（24），128-129.