BIM技術(shù)在公共建筑運(yùn)維中的應(yīng)用

岑桂龍

建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，BIM）技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用大都集中在建筑的設(shè)計(jì)及施工階段，對建筑的運(yùn)營維護(hù)則很少見。但隨著建筑理念的轉(zhuǎn)變，我國建筑行業(yè)開始由“重建設(shè)輕管理”逐漸向“建筑與管理并重”的發(fā)展思路轉(zhuǎn)型，在此背景下，建筑運(yùn)維成本較高、周期較長的缺點(diǎn)直接暴露出來。在公共建筑運(yùn)維中引入BIM 技術(shù)能夠充分利用建筑信息模型具有的信息集成共享、協(xié)同管理等功能有效解決此類問題，從而實(shí)現(xiàn)對公共建筑運(yùn)維的高效管理。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 最初由美國喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman 博士提出，是一種利用開放性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在建筑項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)對建筑的物理特性及功能進(jìn)行數(shù)字化表現(xiàn)的技術(shù)。其目標(biāo)是為建筑項(xiàng)目決策提供數(shù)據(jù)方面的支撐，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目價(jià)值的目的。而國內(nèi)依據(jù)建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將BIM 定義為一種完整且協(xié)調(diào)的建筑信息數(shù)據(jù)組織，這些數(shù)據(jù)信息依照開放式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來描述建筑設(shè)施所具有的各種功能特點(diǎn)以及建筑生命周期內(nèi)的信息。

建筑工程中采用BIM 技術(shù)完成了建筑工程設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的2 D 建筑模型向3 D建筑模型的轉(zhuǎn)變，并且隨著科技的發(fā)展，未來建筑模型還會(huì)向著進(jìn)度信息以及成本信息模型方向發(fā)展。建筑模型之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這種進(jìn)化，主要得益于BIM 技術(shù)具有一個(gè)全壽命周期的數(shù)據(jù)庫，它可以利用參數(shù)化建模以及交互性操作來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化。

2 BIM 技術(shù)在公共建筑運(yùn)維中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 運(yùn)維管理可視化

將BIM 技術(shù)應(yīng)用于公共建筑的運(yùn)營管理中可以為其提供可視化的操作管理平臺(tái)，使得管理人員能夠更加直觀、清晰地掌握公共建筑各個(gè)構(gòu)件的具體情況，提升數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)度，同時(shí)降低了公共建筑運(yùn)維管理的難度。首先，BIM 技術(shù)能夠在很大程度上將運(yùn)維過程中所遇到的較為復(fù)雜的問題簡單化，不僅大大提升了處理問題的效率，同時(shí)也降低了對運(yùn)維人員的能力要求。其次，BIM 技術(shù)還能夠?qū)I(yè)人員才能看懂和理解的復(fù)雜圖紙變得通俗易懂，從而為非建筑相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行運(yùn)維管理提供了便利，有利于提升運(yùn)維管理的效率。最后，采用BIM技術(shù)還能夠生成可視化培訓(xùn)體系，使得培訓(xùn)人員更加直觀地了解設(shè)備的原理和作用。通過展示設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和模擬不同狀態(tài)下的效果，能夠大大提升人員培訓(xùn)的效果，從而提升運(yùn)維人員的綜合水平。

2.2 數(shù)據(jù)集成管理與共享

以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的建筑信息模型能夠使用從建筑設(shè)計(jì)、建筑施工到建筑運(yùn)維的全生命周期中的數(shù)據(jù)信息，為公共建筑的運(yùn)維管理提供數(shù)字化信息，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)用和共享。

首先，BIM 技術(shù)能夠整合分類公共建筑全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，提供對應(yīng)的數(shù)字化管理功能，更加快捷地添加、修改以及完善數(shù)據(jù)信息，從而有助于運(yùn)維的可持續(xù)化管理[1]。其次，BIM 技術(shù)能夠以數(shù)字化的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并將所有的數(shù)據(jù)信息集成于同一個(gè)載體，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)部門之間的順暢交流，避免出現(xiàn)信息孤島、信息不對稱等問題，提升運(yùn)維管理的效率。最后，由于BIM 技術(shù)集成了公共建筑全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，具有快速查詢數(shù)據(jù)的功能，因而大大提升了建筑中相關(guān)圖紙、資料的查找效率。

2.3 應(yīng)急管理決策

隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，各種高層建筑在城市中越來越多，這對公共建筑運(yùn)維管理中的應(yīng)急管理提出了更高的要求。相較于傳統(tǒng)的災(zāi)害應(yīng)急管理，在公共建筑的應(yīng)急管理模擬與決策方面采用BIM技術(shù)具有突出的優(yōu)勢。例如，在公共建筑內(nèi)發(fā)生水管爆裂事件時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的解決方式，需要先通過人工定位來確定管路閥門的所在位置，這會(huì)浪費(fèi)掉寶貴的救援時(shí)間；采用BIM 技術(shù)則能夠在建筑模型上快速、精準(zhǔn)地定位出水管爆裂的管線及其閥門所在位置，能夠協(xié)助相關(guān)人員在第一時(shí)間采取行動(dòng)避免災(zāi)害的進(jìn)一步擴(kuò)大。

此外，BIM 技術(shù)除了能夠?yàn)楣步ㄖ?yīng)急管理決策提供數(shù)據(jù)方面的支撐外，還能夠模擬公共建筑發(fā)生的災(zāi)害事故，同時(shí)評估災(zāi)害可能造成的損失，有利于制訂應(yīng)急預(yù)案。

3 基于BIM 技術(shù)的公共建筑運(yùn)維管理體系

3.1 整體框架

對公共建筑的運(yùn)營維護(hù)是建筑全生命周期內(nèi)十分重要的一部分，同時(shí)也是耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力最多的一個(gè)階段。公共建筑運(yùn)維管理設(shè)計(jì)，首先應(yīng)整理和繼承建筑設(shè)計(jì)以及施工時(shí)期的數(shù)據(jù)信息，并收集公共建筑運(yùn)維期間所生成的各種運(yùn)維信息。對于這些信息量較大、時(shí)間跨度長以及信息格式多樣信息的處理，無疑大大增加了公共建筑運(yùn)維管理的難度，而BIM 技術(shù)在公共建筑運(yùn)維管理中的應(yīng)用則能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)的整理和分析、集成和共享，從而高效處理數(shù)據(jù)問題[2]。

目前，已經(jīng)將BIM 技術(shù)應(yīng)用于公共建筑運(yùn)維管理中的相關(guān)系統(tǒng)，并在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果。例如，基于BIM技術(shù)的建筑物能源管理系統(tǒng)等，但由于受限于應(yīng)用面的問題，并未充分發(fā)揮出BIM 技術(shù)的全部優(yōu)勢，還造成了一定程度上的資源浪費(fèi)。本文結(jié)合BIM 技術(shù)的特點(diǎn)，在充分考慮公共建筑運(yùn)維管理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于BIM 技術(shù)的公共建筑運(yùn)維管理體系。

3.2 基礎(chǔ)層

基礎(chǔ)層作為整個(gè)運(yùn)維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，主要由射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、 傳感器、監(jiān)控設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備等部分組成，同時(shí)也含有處理數(shù)據(jù)的設(shè)備和以太網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)備為子系統(tǒng)之間以及系統(tǒng)和設(shè)備之間的互聯(lián)提供了保障[3]。

為便于傳輸信息數(shù)據(jù)，還需要具備功能強(qiáng)大的機(jī)房作為支撐，以確保公共建筑在設(shè)計(jì)、施工以及后期運(yùn)營維護(hù)階段所生成的各種數(shù)據(jù)都能夠存儲(chǔ)至運(yùn)維管理系統(tǒng)中為后期的運(yùn)維管理提供方便?；A(chǔ)層應(yīng)用到的技術(shù)主要有電子氣路控制（Electric Pneumatic Control，EPC）、RFID、傳感器技術(shù)以及數(shù)據(jù)信息采集與處理技術(shù)等。

公共建筑運(yùn)維過程中需要不斷更新數(shù)據(jù)信息，這需要設(shè)計(jì)基礎(chǔ)層的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)具備動(dòng)態(tài)化的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照公共建筑的具體功能需求原則來選擇設(shè)備、視頻監(jiān)控、溫濕度以及氣體濃度等監(jiān)測的參數(shù)，并在每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)處安裝對應(yīng)的傳感器，以實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、建筑物內(nèi)外環(huán)境以及人員動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。此外，系統(tǒng)還會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層上傳至數(shù)據(jù)處理中心，以便篩選和計(jì)算有效的數(shù)據(jù)信息。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層

該系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)層是一個(gè)建立在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上的高速傳輸通道，能夠?qū)⒒A(chǔ)層所存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)信息通過串口轉(zhuǎn)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）模塊匯入交換器中，并利用有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息傳輸至平臺(tái)層進(jìn)行分析[4]。網(wǎng)絡(luò)層主要通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信以及局域網(wǎng)絡(luò)等將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)設(shè)備連接在一起，形成一個(gè)能夠雙向互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)體系，以便共享系統(tǒng)中的各種軟硬件數(shù)據(jù)資料。

3.4 平臺(tái)層

平臺(tái)層是運(yùn)維管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理中心，能夠挖掘、計(jì)算和分析數(shù)據(jù)信息，并在篩選和共享后最終將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在運(yùn)維數(shù)據(jù)庫中，以便運(yùn)維管理人員能隨時(shí)查詢和使用。此外，平臺(tái)層還能夠在公共建筑運(yùn)維出現(xiàn)故障的情況下協(xié)助運(yùn)維管理人員發(fā)現(xiàn)問題，查詢和分析設(shè)備過往的維修記錄以及運(yùn)行信息，從而快速尋找針對故障的具體解決方案。待故障維修結(jié)束后，平臺(tái)層還可以更新維修數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，為日后的運(yùn)營維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.5 應(yīng)用層

該系統(tǒng)中的應(yīng)用層主要是滿足公共建筑運(yùn)維管理人員的一個(gè)層級，直接面向公共建筑的運(yùn)維管理人員。應(yīng)用層主要有信息錄入和信息讀取兩種模式，為了能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的錄入和讀取功能，在應(yīng)用層中采用了瀏覽器/服務(wù)器（Brower/Server，B/S）的運(yùn)行模式[5]。這是一種在客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）模式基礎(chǔ)上的優(yōu)化模式，能夠?qū)崿F(xiàn)在網(wǎng)頁的界面中操作運(yùn)維管理系統(tǒng)。

使用B/S 模式運(yùn)行應(yīng)用層，還能夠減輕客戶端的計(jì)算機(jī)負(fù)荷，降低運(yùn)維系統(tǒng)的工作量，保證數(shù)據(jù)信息的安全。此外，通過設(shè)定運(yùn)維管理人員權(quán)限層級還可以使級別不同的人員訪問不同的應(yīng)用層，并能夠在不同的地點(diǎn)使用不同的接入方式來訪問和操作應(yīng)用層。

4 基于BIM 技術(shù)的公共建筑運(yùn)維管理應(yīng)用案例

本文以遼寧省沈陽市金秋醫(yī)院為例，在全面分析該醫(yī)院建筑運(yùn)維管理需求的基礎(chǔ)上，采用BIM 技術(shù)構(gòu)建建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對醫(yī)院信息數(shù)據(jù)傳遞、醫(yī)療設(shè)施運(yùn)維、診療與科研的一體化管理，從而將該醫(yī)院打造為集管理、技術(shù)、服務(wù)與環(huán)境于一體的綜合性醫(yī)療平臺(tái)[6]。

金秋醫(yī)院的運(yùn)維管理系統(tǒng)采用BIM技術(shù)集成信息設(shè)備、安全防范以及醫(yī)療信息等，能構(gòu)建起一個(gè)綜合化的運(yùn)維管理系統(tǒng)，幫助醫(yī)院整合和協(xié)調(diào)各種資源，確保醫(yī)院高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.1 建立BIM 模型

本文采用Revit 軟件建立金秋醫(yī)院的模型，并在此基礎(chǔ)上整合建筑、結(jié)構(gòu)、空調(diào)消防等設(shè)施，從而最終形成醫(yī)院的整體模型。

4.2 設(shè)備編碼

結(jié)合醫(yī)院建筑的具體空間位置信息對建筑模型內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行編碼，以實(shí)現(xiàn)在BIM 模型中對設(shè)備進(jìn)行快速搜索和定位。通常來講，每一個(gè)設(shè)備都會(huì)對應(yīng)一個(gè)唯一的編碼信息，以建立設(shè)備和信息之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院設(shè)備與BIM模型間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，最終完成各個(gè)設(shè)備的快速定位[7]。

金秋醫(yī)院的門診樓2 層叫號機(jī)編碼方式如表1 所示。由表1 可以看出，采用統(tǒng)一的設(shè)備編碼來構(gòu)建具有層次的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對醫(yī)院設(shè)備的實(shí)時(shí)追蹤。

表1 金秋醫(yī)院門診樓2 層叫號機(jī)編碼表

4.3 運(yùn)維管理系統(tǒng)框架

4.3.1 平臺(tái)層

第一，信息設(shè)施。有線電視、衛(wèi)星電視、室內(nèi)移動(dòng)通信覆蓋、電梯五方對講、多媒體會(huì)議、多媒體信息發(fā)布、背景音樂以及緊急廣播。第二，安全防范。視頻監(jiān)控、防盜報(bào)警、門禁系統(tǒng)、電子巡更、停車場管理、內(nèi)部無線對講以及人臉識別等。第三，醫(yī)療信息化。排隊(duì)叫號、病床呼叫、手術(shù)示教、遠(yuǎn)程教學(xué)與會(huì)診、重癥加強(qiáng)護(hù)理病房（Intensive Care Unit，ICU）探視、RFID 嬰兒防盜、醫(yī)療廢物管理以及無線輸液等。第四，建筑設(shè)備。計(jì)量與能耗監(jiān)測、樓宇設(shè)備控制、設(shè)備定位一級智能照明等。

4.3.2 應(yīng)用層

應(yīng)用層包括醫(yī)療信息監(jiān)控、后勤運(yùn)維管理、運(yùn)營能耗管理及應(yīng)急指揮。醫(yī)療信息監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控醫(yī)院所有醫(yī)療設(shè)備及系統(tǒng)數(shù)據(jù)；后勤運(yùn)維管理指的是對醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員以及患者在物資供應(yīng)、醫(yī)療垃圾分類處理等方面的綜合管理；運(yùn)營能耗管理可以實(shí)現(xiàn)對醫(yī)院能源消耗的智能化和自動(dòng)化管理，大大降低能源開支；在醫(yī)院出現(xiàn)重大危險(xiǎn)事故，如火災(zāi)、醫(yī)療事故等情況下，可以利用應(yīng)急指揮系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)、有效的管理。

4.3.3 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸工作，包括布置醫(yī)院內(nèi)各種數(shù)據(jù)線、搭建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及構(gòu)建內(nèi)部電話與外部電話的網(wǎng)絡(luò)。

4.3.4 基礎(chǔ)層

基礎(chǔ)層是整個(gè)系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的前提和保障，主要包括建設(shè)計(jì)算機(jī)機(jī)房、安裝計(jì)算機(jī)設(shè)備及管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等內(nèi)容。

5 結(jié)語

基于BIM 技術(shù)的公共建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)，在為人員提供一個(gè)健康、舒適工作環(huán)境的同時(shí)，還能夠提升公共建筑運(yùn)營維護(hù)的效率。目前，BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要集中在公共建筑的設(shè)計(jì)和施工階段，隨著BIM 技術(shù)在公共建筑全生命周期內(nèi)的廣泛應(yīng)用，運(yùn)維管理方面的應(yīng)用也必將成為BIM 技術(shù)發(fā)展的重要方向。