基于設施管理的BIM模型數(shù)據(jù)移交與更新

文｜黃河科技學院 李瑩 趙圓圓

1.引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱為BIM）其概念源自于Charles Eastman 在1999年 出 版Building Product Models 一書[1]。BIM能夠提供建筑三維幾何數(shù)據(jù)與建筑構(gòu)件屬性數(shù)據(jù)，BIM 作為一種數(shù)字化工具，可在建筑全生命周期內(nèi)管理項目信息。近年來隨著建筑行業(yè)朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，BIM技術在設計、施工階段應用日益廣泛，但卻很少延伸到運維階段。從建筑全生命周期來看，運維階段的時間最長，運維階段的費用占建筑全生命周期總成本的70%—80%[2]。BIM 在運維階段的應用具有巨大的潛力，將BIM 與設施管理（Facility Management，簡稱為FM）整合可有效提高建筑運維階段的工作效率，降低運維成本。本文聚焦于竣工階段模型數(shù)據(jù)移交與運維階段模型數(shù)據(jù)更新兩個過程，針對過程中存在的障礙進行分析，圍繞如何將模型中運維數(shù)據(jù)高效準確地上傳至運維平臺及如何將運維階段模型數(shù)據(jù)根據(jù)建筑變更情況實時更新進行研究，使BIM技術能更好地應用于運維階段。

2.模型數(shù)據(jù)移交

BIM模型建立過程中不同參與方使用的建模標準不統(tǒng)一影響著BIM模型信息的傳遞。模型深度等級從LOD100-LOD500 有五個等級，設計、施工到運維每個階段對模型的建模深度要求不同。各個參與企業(yè)使用不同的建模軟件，依據(jù)企業(yè)資訊標準建模，使用的命名規(guī)則不統(tǒng)一。這將會給后期建立互通的BIM模型造成障礙。在運維階段設施管理涉及的系統(tǒng)較多如：計算機維護管理系統(tǒng)（CMMS）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）等，這些系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不統(tǒng)一。模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不滿足FM系統(tǒng)要求，BIM模型中的數(shù)據(jù)將無法順利上傳。此外BIM模型中幾何數(shù)據(jù)與參數(shù)化屬性數(shù)據(jù)的缺失會影響到運維數(shù)據(jù)收集的完整性。綜上竣工模型數(shù)據(jù)移交階段主要障礙在于：（1）不同建模團隊建模標準、命名規(guī)則不同，模型無法互通；（2）模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與FM 系統(tǒng)不匹配，無法順利傳遞給運維平臺；（3）運維數(shù)據(jù)收集不完整。針對這些障礙，下面將提出解決措施。

2.1 制定BIM 實施計劃

為了收集到完整有效的運維數(shù)據(jù)，保障模型整合與模型移交工作順利進行，需要制定一個BIM 實施計劃。BIM 實施計劃將根據(jù)項目的工程概況及業(yè)主要求，提供一個模型數(shù)據(jù)管理的總體規(guī)劃。BIM 實施計劃內(nèi)容包括：工程概況、BIM 組織架構(gòu)、BIM實施內(nèi)容、工作進度計劃、技術要求、BIM 應用管理流程、移交成果描述。BIM 實施計劃明確規(guī)定項目各專業(yè)模型的建模范圍、建模精度、模型屬性信息、模型文件格式及命名規(guī)則，確保分包商建立的BIM模型能夠整合到整體BIM模型中。建立BIM模型應用管理流程來管理不斷深化設計的BIM模型資料，同時根據(jù)FM 團隊提出的運維數(shù)據(jù)需求，按照工程實際情況添加建筑構(gòu)件各類屬性信息如：材質(zhì)、尺寸、使用年限、供給商等，設置一些工程節(jié)點對BIM模型進行質(zhì)量檢查。在BIM 實施計劃中對移交的資料內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式標準、模型審查方法、數(shù)據(jù)上傳設施管理系統(tǒng)的流程進行規(guī)定，保證FM 團隊能夠在運維階段獲得完整準確的信息。

2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標準化

模型移交階段，為了確保BIM模型及相關數(shù)據(jù)資料能夠順利上傳到運維平臺，需要明確所提供的數(shù)據(jù)內(nèi)容、模型文件格式以及FM 軟件能夠使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。要將數(shù)據(jù)導入到FM 軟件系統(tǒng)中必須對數(shù)據(jù)進行標準化、結(jié)構(gòu)化處理，來滿足軟件系統(tǒng)的要求。因此確定詳細的數(shù)據(jù)標準十分重要，所選用的數(shù)據(jù)標準應能夠適用于行業(yè)常見的建模軟件與FM 軟件。為了讓不同的建模參與方之間實現(xiàn)信息互通與模型整合，且能夠讓模型中的運維數(shù)據(jù)在后期運維階段使用，可選擇行業(yè)內(nèi)兩種數(shù)據(jù)格式標準，分別為：建筑資訊交換標準格式IFC 與施工運營建筑信息交換標準COBie.

IFC 是由國際互通性操作聯(lián)盟(Industry Alliance for Interoperability,IAI) 提出的一套建筑資訊交換標準格式，即“工業(yè)基礎分類”(industry foundation classes,以下簡稱IFC)[1]。IFC 標準是一種中立的開放文件格式規(guī)范，可被應用于從設計、施工到運維的建筑全生命周期中每個階段，每個項目階段中都有支持IFC 標準的建筑工程軟件，可通過相同模型交換格式，實現(xiàn)BIM模型的導入和導出。IFC 標準有效解決了不同建模軟件之間BIM模型無法互通的問題，使模型數(shù)據(jù)能夠順利地傳遞。

COBie（Construction Operation Building information exchange）為施工運營建筑信息交換標準，該標準說明了如何從設計、施工、運維過程中獲取信息。項目各參與方可參照COBie 標準在各階段輸入相關資訊供后續(xù)管理人員使用。COBie 為IFC 的模型視圖定義（MVD），COBie 將運維管理數(shù)據(jù)交換需求映射至IFC 大綱中，形成基于IFC 標準的概念集，由此可以獲取IFC 模型中與運維相關的信息。COBie 交換格式有三種：STEP、ifcXML、電子表格（Spreadsheet）[3]。大型項目一般使用STEP 或ifcXML 格式文件傳遞信息，小型項目通常用電子表格的形式交換COBie 數(shù)據(jù)。通過COBie 數(shù)據(jù)交換的文件格式可以將BIM模型中的運維數(shù)據(jù)上傳至FM 系統(tǒng)中。COBie 標準使數(shù)據(jù)更加結(jié)構(gòu)化與標準化，使BIM 與FM 進行有效對接，減少了從竣工到運維期間模型移交過程中的數(shù)據(jù)丟失，有效提高了數(shù)據(jù)傳遞效率。

2.3 實行規(guī)則化工程交付

工程竣工后BIM 團隊將會把相關BIM 數(shù)據(jù)資料移交給FM 團隊，為了讓FM 團隊能夠獲得所需的資訊，并將移交的資訊上傳至運維平臺，需要創(chuàng)建一個管理良好、充分協(xié)調(diào)的交付流程，實行規(guī)則化工程交付。規(guī)則化交付工作可分為兩步：一是對模型的審查與優(yōu)化，二是實現(xiàn)BIM 與運維平臺的信息傳遞。

規(guī)則化工程交付首先需要對模型進行審查與優(yōu)化。模型中運維數(shù)據(jù)的完整性與準確性影響著后續(xù)運維工作，因此在模型移交后需要對模型信息進行審查?？⒐つＰ椭邪S多與運維無關的數(shù)據(jù)，模型文件較大，需要對模型進行優(yōu)化。模型審查與優(yōu)化工作包括：（1）審查現(xiàn)有模型幾何信息的完整性與一致性，確保建筑、結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)的BIM模型都反映了工程實際竣工狀況。（2）審查建筑設施屬性信息的準確性與完整性，保證設施構(gòu)件相關的屬性集包含：模型構(gòu)件唯一編碼、空間位置、安裝日期等運維相關資訊。（3）對模型進行輕量化處理，降低模型導入系統(tǒng)平臺的容量負載，避免影響模型視覺化顯示速度。

規(guī)則化工程交付第二步是實現(xiàn)BIM 與運維平臺的信息傳遞，讓數(shù)據(jù)從上游系統(tǒng)傳遞給下游系統(tǒng)?？⒐そ桓峨A段提交IFC 格式的竣工模型，利用COBie 規(guī)則提供的架構(gòu)，收集運維相關數(shù)據(jù)[4]。設施管理者可通過格式轉(zhuǎn)換工具如xBIM，將IFC 模型轉(zhuǎn)換為COBie 電子表格文件，將COBie 表格中的數(shù)據(jù)直接傳遞給FM 軟件系統(tǒng)；或者構(gòu)建云端運維平臺來整合BIM模型與能源管理系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)等多個系統(tǒng)；以及通過中介軟件（如EcoDomus）連接BIM與FM 應用軟件等。模型數(shù)據(jù)管理與移交流程如圖1所示。

圖1 模型數(shù)據(jù)管理與移交流程

2.4 開發(fā)有效的樣板文件

工程在移交后FM 團隊會收到大量的資訊。雖然這些資訊可能對FM工作是相當有用的，但需要花費大量時間與人力去分類整理這些資訊。一些有經(jīng)驗的FM 團隊可根據(jù)以往的經(jīng)驗，針對不同類別、不同功能的建筑（如：醫(yī)院、學校、辦公樓等），按照運維階段不同的設施管理需求，建立不同的運維數(shù)據(jù)收集樣板文件，提升工作效率。對于一些具有完備建模標準的建筑團隊，也可以針對不同的建筑，開發(fā)企業(yè)的BIM 樣板文件（如圖2所示），使建模更加高效化，標準化。

圖2 醫(yī)院科室BIM 樣板間

3.模型數(shù)據(jù)更新

在運維階段除了考慮到模型上傳需要進行的模型優(yōu)化工作外，還應關注設施管理過程中建筑設施變動、設備更新時BIM模型的更新情況。在后期的建筑運營維護中BIM模型平臺需要與多個FM 系統(tǒng)進行整合。此外BIM模型與數(shù)據(jù)庫相連接，在運維期間收集到的運維數(shù)據(jù)被導入數(shù)據(jù)庫中，BIM模型作為可視化工具需要與數(shù)據(jù)庫中的信息進行同步更新[5]。如何使管理平臺中的模型與相關運維數(shù)據(jù)進行同步更新，如何將運維階段模型數(shù)據(jù)根據(jù)建筑變更情況實時更新是兩個難題。

設施管理者對BIM技術的不熟悉，是BIM模型數(shù)據(jù)更新管理過程中遇到的另一個障礙。將BIM技術應用于設施管理，需要FM 人員了解如何使用模型以及模型的更新方法。目前設施管理行業(yè)缺乏既熟悉BIM技術，又精通設施管理的從業(yè)者。針對上述模型更新過程中出現(xiàn)的障礙，下面將提出解決方案。

3.1 模型構(gòu)件唯一編碼

竣工BIM模型在運維階段由設施管理單位來維護，為了方便數(shù)據(jù)存取與更新，后續(xù)運維期間生成的設施維護、設施能耗等動態(tài)數(shù)據(jù)通常保存在模型以外的數(shù)據(jù)庫中[6]。后續(xù)維護的建筑設施構(gòu)件都需要設置唯一的編碼作為標識，維持BIM模型與外部數(shù)據(jù)庫之間的信息關聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步更新。此外在施工過程中也需要唯一的編碼。施工現(xiàn)場可以使用資產(chǎn)標簽二維碼作為唯一的編碼，通過掃描編碼查看設備狀態(tài)、錄入設備信息。在采購，交付，安裝和測試設備的過程中對設備資訊進行實時更新。將收集到的資訊保存在數(shù)據(jù)庫中，通過唯一的編碼將模型中設備與數(shù)據(jù)庫中資訊之間的進行鏈接。

3.2 模型數(shù)據(jù)同步更新流程

在運維階段為保證BIM模型能夠與實際維護的建筑保持一致，需建立模型數(shù)據(jù)同步更新流程。當建筑物內(nèi)設施發(fā)生變動如二次裝修時，首先由FM 決策人員判斷是否需要修改現(xiàn)有BIM模型或針對改建、擴建項目開發(fā)新的BIM模型。如果BIM模型需更新，則需FM 人員提出模型變更申請，并在申請中注明修改內(nèi)容。模型數(shù)據(jù)同步更新流程如圖3所示。

圖3 模型數(shù)據(jù)同步更新流程

模型數(shù)據(jù)同步更新過程中，需制定模型更新及數(shù)據(jù)變更的管理機制，對于任何BIM模型及文件的入庫操作，都應進行仔細審核。操作人員在進行新版本模型上傳工作時，需要提交申請，用詳細文字描述模型修改內(nèi)容。模型審查人員需要仔細檢查模型的幾何信息與非幾何信息是否完整有效。模型管理平臺應能夠自動比較導入的模型與之前版本模型，找出改動位置，重新匯總設備清單報表。針對錄入模型，管理平臺將顯示模型的目前狀態(tài)如：待處理、使用中、已歸檔。建立歷史數(shù)據(jù)備份檔案，保存各個版本的模型數(shù)據(jù)并記錄不同版本的變化，以便后續(xù)的比較分析，以及在遇到異常情況時能及時恢復模型數(shù)據(jù)。

3.3 模型拆分

建筑物中有時會同期進行多項維護工作，為了在其他維護管理活動不中斷的情況下及時更新BIM模型，可將模型按照專業(yè)、系統(tǒng)、樓層進行拆分。通過Autodesk Revit 中拆分模型的API（應用程序編程）接口，將BIM模型依據(jù)設施管理者的需求自動拆解成不同用途的模型與COBie 資訊檔案。有局部模型需要更新時，經(jīng)由系統(tǒng)界面輸入后更新局部模型與相關資料。在模型同時進行多項設備維護與空間管理工作時，通過模型拆分的方式進行模型局部更新，可有效減少數(shù)據(jù)資料丟失情況的發(fā)生。

3.4 FM 人員培訓

為了更好地將BIM技術應用于建筑運維階段，需要對FM 人員進行培訓。培訓不僅僅只是將BIM 數(shù)據(jù)資源移交給FM 團隊，而更多的是觀念上的轉(zhuǎn)變[7]。FM 人員要了解BIM技術的理念，BIM技術應用于運維的好處，BIM 在整個建筑生命周期的價值，還要學會使用BIM技術輔助設施管理工作。

通過培訓讓FM 人員學習如何使用BIM技術，如何瀏覽BIM模型，如何找到所需的信息資訊如：空間位置信息、規(guī)格型號、設備預期壽命、維護要求。培訓FM 人員在FM 軟件平臺的基本操作包括：搜索、查看、更新、審查、分析與報告。FM 人員可通過培訓來熟悉模型數(shù)據(jù)更新的操作流程、模型構(gòu)件編碼的命名規(guī)則、系統(tǒng)分類等內(nèi)容。此外，在運維階段還需要進行BIM模型修改與更新工作，需要培訓特定的FM 人員學習BIM模型修改的技能。在運營階段，大多數(shù)FM部門不會聘請專職BIM 工程師進行BIM模型更新工作，因為只有在運營階段初期需要進行大量的BIM模型審核、修正與優(yōu)化操作，進入正常運營后BIM模型更改的工作量通常不是很大[8]。BIM模型的修改與更新工作需要培訓FM 團隊成員來完成，當然如果模型變更工程量較大的話也可選擇外包給BIM 團隊。

4.結(jié)論

本文從設施管理的角度出發(fā)，分析BIM模型數(shù)據(jù)移交與更新過程中現(xiàn)存障礙，提出相應的解決措施，探討將BIM技術更好地應用于建筑運維的方法。針對模型數(shù)據(jù)移交過程中所遇到的模型無法互通、模型數(shù)據(jù)無法順利上傳運維平臺、運維數(shù)據(jù)收集不完整等現(xiàn)存障礙，從BIM 實施計劃、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標準化、規(guī)則化工程交付、樣板文件四個方面提出相應解決措施；對運維階段出現(xiàn)的模型數(shù)據(jù)無法同步更新、設施管理者對BIM技術不熟悉等現(xiàn)存障礙，從模型構(gòu)件唯一編碼、模型數(shù)據(jù)同步更新流程、模型拆分、FM 人員培訓這四個角度入手，提出解決方案。BIM技術在設施管理中的應用離不開運維數(shù)據(jù)的收集、管理與分析。提高不同建筑中運維數(shù)據(jù)的收集效率、模型審查效率，簡化運維平臺中的模型修改操作，還有待進一步探索。