建筑運(yùn)維階段的BIM應(yīng)用綜述

文｜上海建工四建集團(tuán)有限公司 項(xiàng)興彬 余芳強(qiáng) 張銘

運(yùn)維階段是建筑全生命周期中最長的階段，占據(jù)了建筑生命周期的80%，在運(yùn)維的過程中，不僅會產(chǎn)生許多的數(shù)據(jù)信息，還涉及建筑空間、能耗、資產(chǎn)、設(shè)備等眾多方面，相對于設(shè)計(jì)和施工階段，管理更加復(fù)雜和多元。隨著BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)和施工階段的成熟應(yīng)用和研究，利用BIM技術(shù)去改善建筑的運(yùn)維管理也非常重要。

BIM 是對建筑全生命期信息的數(shù)字化描述，涵蓋建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)的全方位信息，是建筑智慧運(yùn)維的基石。目前，隨著BIM 技術(shù)在建筑全生命期的逐步應(yīng)用，很多建筑已經(jīng)開始應(yīng)用BIM 技術(shù)來進(jìn)行建筑物的運(yùn)維管理，對促進(jìn)建筑運(yùn)維管理效益提升發(fā)揮了積極作用。因?yàn)锽IM 本身具體的技術(shù)特點(diǎn)，可以整合設(shè)計(jì)方、施工方、建設(shè)方的各類資源，實(shí)現(xiàn)信息共享、協(xié)同工作，真正實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的統(tǒng)一管理。應(yīng)用BIM 和信息化技術(shù)已經(jīng)成為智慧建筑建設(shè)的發(fā)展趨勢。因此，研究建筑運(yùn)維階段的 BIM 技術(shù)應(yīng)用，對于把握BIM 技術(shù)的應(yīng)用和推廣具有重要意義。

雖然關(guān)于BIM 運(yùn)維階段的綜述在國內(nèi)外都有相關(guān)文章，對BIM 運(yùn)維管理也進(jìn)行了較為完備的分析和總結(jié)，但缺少對具體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、功能和應(yīng)用方面的介紹。本文從具體應(yīng)用角度對BIM 運(yùn)維管理進(jìn)行了相關(guān)綜述。

1.BIM 運(yùn)維的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

BIM 作為一種技術(shù)工具，承載著建筑全生命周期的數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段各類信息，這些數(shù)據(jù)信息龐大、來源多元。在BIM 的應(yīng)用過程中，不僅需要各種軟件協(xié)同配合、信息技術(shù)融合和數(shù)據(jù)共享，更需要數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行規(guī)范指導(dǎo)。

2016年12月2日住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了編號為 GB/T51212-2016 的《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)對模型結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展、模型數(shù)據(jù)互用、模型數(shù)據(jù)交換以及模型應(yīng)用進(jìn)行了規(guī)范指導(dǎo)，同時《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》也是我國第一部BIM 應(yīng)用的國家標(biāo)準(zhǔn)。2018年1月1日起實(shí)施編號為 GB/T51235-2017 的《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)對施工模擬、進(jìn)度管理、預(yù)算管理、竣工驗(yàn)收等提出了BIM 模型的管理要求，該標(biāo)準(zhǔn)也是第一部工程建設(shè)領(lǐng)域的BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。2018年5月1日起實(shí)施編號為GB/T51269-2017 的《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)對BIM 模型的信息分類結(jié)構(gòu)，分類對象和分類方法進(jìn)行了編碼規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了建筑全生命周期信息的交互和共享。2019年6月1日起實(shí)施編號為GB/T51301-2018 的《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)對模型單元幾何表達(dá)、模型單元屬性提出了交付要求。以上國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為BIM 模型在建筑運(yùn)維階段的信息集成和數(shù)據(jù)共享提供了規(guī)范的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。

2019年10月17日，國內(nèi)首部運(yùn)維階段BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，由上海建工四建集團(tuán)主編的 《醫(yī)院建筑運(yùn)維信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》通過評委專家組審查，《醫(yī)院建筑運(yùn)維信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》對醫(yī)院運(yùn)維BIM 模型、運(yùn)維信息集成提出了明確要求，對運(yùn)維BIM 系統(tǒng)在空間管理、建筑設(shè)備管理、醫(yī)院專用設(shè)備管理、能耗監(jiān)控、安防管理與維修服務(wù)管理等方面的應(yīng)用提出了基本要求。

BIM 模型作為多源信息的載體，必須定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將模型與建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)整合，為運(yùn)營管理提供決策支持。其中數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將扮演技術(shù)集成的核心部分，作為模型應(yīng)用的依據(jù)和數(shù)據(jù)使用的指導(dǎo)。

2.BIM 運(yùn)維的關(guān)鍵技術(shù)

通過大量文獻(xiàn)查閱分析研究發(fā)現(xiàn)，建筑運(yùn)維階段的BIM 應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)歸納為三個方面：1）面向運(yùn)維管理的模型輕量化；2）基于BIM 運(yùn)維的信息集成技術(shù)；3）基于BIM 運(yùn)維的系統(tǒng)研發(fā)。

2.1 面向運(yùn)維管理的模型輕量化

BIM 模型輕量化是在不改變模型文件結(jié)構(gòu)屬性的基礎(chǔ)上，盡可能縮小BIM 模型的體量，降低模型瀏覽的使用難度，使其更加適宜WEB 端和移動端，同時能夠流暢的對模型進(jìn)行三維展示，并進(jìn)行各項(xiàng)功能操作，打開BIM 應(yīng)用的大門。

張彬研究了基于BIM 技術(shù)建筑運(yùn)維管理的數(shù)據(jù)構(gòu)成，結(jié)合空間和設(shè)施對象，提出了構(gòu)建運(yùn)維管理平臺的關(guān)鍵要素，并結(jié)合運(yùn)維要求，對BIM 模型進(jìn)行了輕量化和優(yōu)化。紀(jì)博雅團(tuán)隊(duì)分析了IFCXML 格式對BIM 模型數(shù)據(jù)交換的影響，提出了輕量化BIM 模型的方法，解決了BIM 設(shè)施管理階段的數(shù)據(jù)交換和處理問題，并搭建了基于BIM 的設(shè)施管理框架。郭思怡和陳永鋒研究了網(wǎng)格模型簡化算法，利用 Revit API 外部功能擴(kuò)展方式對運(yùn)維BIM 模型進(jìn)行了輕量化處理，降低了對硬件使用的要求，實(shí)現(xiàn)BIM 在全生命周期的快速應(yīng)用。趙菲研究了Web 三維可視化的相關(guān)技術(shù)，通過對 Revit 模型數(shù)據(jù)格式、WebGL 技術(shù)以及API 開發(fā)的研究，實(shí)現(xiàn)了BIM 模型的輕量化，將C/S 架構(gòu)向 B/S 架構(gòu)轉(zhuǎn)變，提高了建筑三維可視化性。

BIM 模型的輕量化主要包括兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：模型輕量化的幾何處理、模型的渲染處理及顯示，通過模型的輕量化，實(shí)現(xiàn)建筑三維可視化的便捷運(yùn)用，是BIM 運(yùn)維應(yīng)用的前期保障。通過BIM 模型輕量化的處理，將加速BIM 技術(shù)在建筑運(yùn)維管理階段落地和應(yīng)用。

2.2 基于BIM 運(yùn)維的信息集成

BIM 模型是一個集成建筑生命期設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維不同階段的大數(shù)據(jù)平臺模型，為建筑運(yùn)維管理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過BIM 模型信息集成各獨(dú)立系統(tǒng)數(shù)據(jù)，達(dá)到不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。

Shen 用OPC 作為接口標(biāo)準(zhǔn)，使用COM/DCOM 中間件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理的集成，并在此技術(shù)基礎(chǔ)上，有效的集成各子系統(tǒng)，建立BIM 建筑運(yùn)維管理的平臺，從而形成各子系統(tǒng)的運(yùn)維集成管理。Schein采用XPRESS-G 開發(fā)了集成建筑信息自動化系統(tǒng)的信息模型，建筑自動化領(lǐng)域的應(yīng)用軟件可以通過該信息模型在設(shè)計(jì)、運(yùn)營及監(jiān)測維護(hù)等階段實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的信息交換與共享。

建筑建設(shè)階段的信息不僅要集成到BIM 模型數(shù)據(jù)庫中，運(yùn)維階段的動態(tài)實(shí)時數(shù)據(jù)也要整合集成（如圖1），從而保持BIM 模型數(shù)據(jù)庫的實(shí)時更新。

圖1 BIM 運(yùn)維動態(tài)信息集成

圖2 BIM 運(yùn)維的主要功能

2.3 基于BIM 運(yùn)維的系統(tǒng)研發(fā)

目前，我國BIM 在運(yùn)維階段的應(yīng)用案例相對缺乏，還導(dǎo)致目前國內(nèi)BIM 運(yùn)維軟件開發(fā)方面較低。

德國Nemetschek 公司推出的Allplan Allfa 軟件是基于BIM 的建筑設(shè)施設(shè)備運(yùn)維管理的一套軟件，該軟件包括文檔管理、設(shè)施設(shè)備管理、空間管理以及防火預(yù)警管理等，滿足了一定的建筑運(yùn)維管理要求，但該軟件市場占有率少，尚有較大的發(fā)展空間。上海賽揚(yáng)建筑工程技術(shù)有限公司集多年來大型高檔項(xiàng)目的機(jī)電設(shè)計(jì)及BIM 設(shè)計(jì)的豐富經(jīng)驗(yàn)開發(fā)了SY-iFM 運(yùn)維管理平臺，這是一個在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用的智能化運(yùn)維管理平臺。南京祿口國際機(jī)場二期利用BIM 技術(shù)，構(gòu)建了基于BIM 技術(shù)的建筑運(yùn)維服務(wù)平臺，包括了空間信息、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行維護(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息模型化，對提升建筑智能化運(yùn)維管理起到了關(guān)鍵作用。北京博銳尚格節(jié)能技術(shù)股份有限公司開發(fā)了基于BIM 技術(shù)的能源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)已應(yīng)用于望京SOHO 項(xiàng)目，初步實(shí)現(xiàn)了BIM 技術(shù)的部分專項(xiàng)應(yīng)用。南京天溯自動化控制系統(tǒng)有限公司開發(fā)了智慧運(yùn)維生態(tài)平臺，利用BIM 技術(shù)提供后勤管理的功能。上海藍(lán)色星球科技股份有限公司開發(fā)了BIM-FM 運(yùn)維系統(tǒng)，主要解決了資產(chǎn)與設(shè)施運(yùn)維管理的需求。

圖3 主要功能應(yīng)用比例

上海建工四建集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的基于BIM 的醫(yī)院智能運(yùn)維管理系統(tǒng)，在上海東方醫(yī)院和新華醫(yī)院進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，并取得了較好的效果。該系統(tǒng)連接了建筑生命期不同階段的數(shù)據(jù)資源，集成BA、能耗監(jiān)測、電梯監(jiān)控、視頻監(jiān)控等先進(jìn)信息技術(shù)，通過基于BIM 的醫(yī)院建筑動態(tài)信息和靜態(tài)信息的融合，實(shí)行了三維可視化、主動式機(jī)電設(shè)備運(yùn)維、能耗監(jiān)測與節(jié)能潛力分析的智慧運(yùn)維管理目標(biāo)。

通過建筑運(yùn)維管理BIM 平臺的不斷實(shí)際應(yīng)用和推廣，越來越多的BIM 運(yùn)維平臺不斷完善，必將提高BIM 運(yùn)維系統(tǒng)平臺的應(yīng)用價值。

3.BIM 運(yùn)維的主要功能

通過大量文獻(xiàn)查閱并進(jìn)行歸納分析可以看出，目前建筑運(yùn)維階段BIM 技術(shù)應(yīng)用主要在空間運(yùn)維管理、設(shè)備管理、能耗監(jiān)控、應(yīng)急管理、維修維保、安防聯(lián)動、資產(chǎn)管理、安全管理八個方面(如圖2所示) 。

在上述功能中，通過案例分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備管理是目前的BIM 運(yùn)維階段的主要應(yīng)用功能（如圖3所示），設(shè)備管理可以給建筑管理方帶來明顯的效益。建筑運(yùn)維管理者可以從BIM 模型及相關(guān)的運(yùn)維管理數(shù)據(jù)庫中直觀、快速、全面地獲取設(shè)施相關(guān)信息文檔，以及設(shè)備在運(yùn)維中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)信息等。用戶可對相關(guān)設(shè)備發(fā)起相應(yīng)的保修指令，為故障設(shè)備的保養(yǎng)和維修等制定專門的方案。BIM 運(yùn)維在保持優(yōu)勢領(lǐng)域的持續(xù)優(yōu)化下，將BIM 應(yīng)用范圍擴(kuò)展到新領(lǐng)域，是我們后續(xù)的研究方向。

4.BIM 運(yùn)維新技術(shù)融合應(yīng)用

以 BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，與各項(xiàng)新技術(shù)之間的融合，實(shí)現(xiàn)“BIM+”的拓展，需要整合應(yīng)用 GIS、VR、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)及人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)維的智能化管理。本文通過查閱和研究大量案例，對使用BIM+技術(shù)的方案進(jìn)行歸納整理，結(jié)果如表1。

隨著建筑運(yùn)維階段中BIM 技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，一種信息技術(shù)的集成不足以支撐深入應(yīng)用，只有充分集成融合多種信息技術(shù)，才能充分發(fā)揮BIM+技術(shù)對建筑運(yùn)維的巨大潛力。因此，需要加大其他信息技術(shù)與BIM 技術(shù)的集成，如與RFID 的集成可實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)設(shè)備的定位與追蹤管理，與 VR/AR/MR 技術(shù)的集成能提升智能化后的信息表現(xiàn)能力，與AI 技術(shù)的集成能提高數(shù)據(jù)分析的效率，為各方人員提供更為準(zhǔn)確的決策建議，與GIS 技術(shù)的集成能提高大規(guī)模公共設(shè)施的管理能力，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成能提升建筑物的感知和控制性能等。

表1 BIM 運(yùn)維新技術(shù)

5.總結(jié)

本文在充分文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，列舉了BIM 的各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對建筑運(yùn)維階段BIM 現(xiàn)有的技術(shù)、主要的功能、系統(tǒng)以及BIM+應(yīng)用情況進(jìn)行了概括和總結(jié)。隨著BIM 技術(shù)被更為廣泛地應(yīng)用在運(yùn)維階段，不斷探索有效的應(yīng)用模式，BIM 運(yùn)維必將為更多的建筑管理者提供更好的管理手段和體驗(yàn)。