探究基于BIM的辦公建筑智能化運維管理設計

摘要：隨著現代社會的不斷發(fā)展，智能化水平不斷提高，傳統建筑逐漸暴露出信息化水平較低、信息傳遞能力較差、運維部門溝通不暢、個性化設計不足等缺陷，本文從空間分配、節(jié)能環(huán)保、火災應急處置等幾個方面，借助BIM技術與大數據技術，通過信息與數據流的結合，降低管理難度，提升管理效率。

關鍵詞：辦公建筑;智能化運維;設計

中圖分類號：TU885??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）07-0000-00

0 引言

BIM（Buliding Information Modeling）是建筑業(yè)當中新興的一種技術，它通過設計、施工、和運營維護的數據傳遞，實現建筑信息的互聯互通，它能夠將建筑工程項目當中所有的信息資源綜合到一個智能化的數據模型當中，實現對建筑項目的智能化管理，為運維設計提供真實可靠的信息資源。

1 BIM的背景及研究現狀

1.1 針對運維方面空間分配的研究

在空間管理運營維護的過程當中，管理人員可以使用BIM技術得到可視化的三維立體建筑模型，能夠清晰觀察到房屋內設施擺放情況，克服了傳統房屋圖紙抽象雜亂的情況出現。

有些學者研究在物業(yè)方面BIM的應用模式，通過在每一個車位安裝探測裝置，監(jiān)測停車場的車位狀況，并將探測數據與BIM系統聯通，向用戶與管理者及時展現車位使用情況，避免擁堵與資源浪費。

現有的有關BIM運營維護階段對于空間分配管理的內容不多，已進行的研究也多停留在物業(yè)空間應用和建筑物內空間導航模式的探索，較少涉及到基于建筑信息化管理體系進行的建筑內部空間分配探索。并且傳統的預測建筑空間利用率理論也僅僅考慮對獨立房間的占用需求，對房間面積、環(huán)境資源等整體著眼較少。因此，將建筑信息化管理與空間利用理論相結合的研究具有很好的發(fā)展前景。

1.2 有關節(jié)能環(huán)保綠色低碳的研究

BIM技術在建筑運營維護階段能夠最大限度地節(jié)約資源，包括水能、電能等，有序利用自然資源，保護生態(tài)，為人類可持續(xù)健康發(fā)展作出貢獻。在資源利用等方面，有些學者認為可以利用BIM技術與基于案例分析的方式相結合，建立能源消耗管理平臺，運營維護人員能夠利用之前的案例推算出建筑耗能的合理數值，降低能耗，減少浪費。

另一些學者認為，傳統的資源分析法無法根據住戶的實際需求和使用情況進行分析，通過BIM技術可以通過分析能耗推算出使用者的行為流程，并計算出使用者的行為模式和當地的自然條件等參數，為運維者提供了有效的管理依據。

1.3 針對火災等應急管理方面的研究

建筑運維管理人員能夠通過BIM技術對整座建筑進行3D可視化模型分析，能夠快速定位建筑物內發(fā)生火災等緊急事件的位置，并根據實施情況反饋給公共管理機構，還能夠通過實時模擬創(chuàng)建臨時火災場景，合理規(guī)劃人群逃生路線，在應急事件管理當中具有很大作用。

一些研究將BIM技術同無線識別技術相結合，對建筑進行無損無接觸式掃描，運維人員可以通過提前設置的掃描參數對建筑內部發(fā)生損毀、破壞、火災等突發(fā)事件作出定位并進行處理，同時，在BIM可視化模型當中能夠自由拆解建筑物，避免了對受傷建筑物的挖掘，提升了工作效率。

2 辦公建筑智能化運維設計在BIM體系下的應用

2.1 適應居民的智能化空間運維設計

利用BIM技術可以實現查看已被占用空間、未被占用空間以及住戶需求并對空間進行智能分配。提高空間利用率，為住戶提供舒適的居住生活環(huán)境。

2.1.1 居民用戶需求調查

在辦公建筑當中，用戶經常分為常規(guī)辦公需求和非常規(guī)辦公需求。例如，日常時間用戶應在辦公室進行辦公，但偶爾也需要使用會議室、教室等空間資源進行講座、會議等活動。辦公室也可分為單人使用辦公室與多人使用辦公室兩種。而根據用戶的身份也可以進行劃分，如重點用戶和常規(guī)用戶。這兩種用戶均可以擁有常規(guī)辦公需求和非常規(guī)辦公需求。

根據用戶的身份以及需求的劃分，可以確定用戶的空間分配方式?？臻g分配方式包括個性化分配與基本需求分配。根據系統智能化為每個用戶匹配最適合的房間類型。

2.1.2 優(yōu)化空間布局及智能分配與管理

基于建筑信息化管理體系與建筑空間利用率預測理論，運營維護管理人員需要實時通過BIM3D可視化模型當中的建筑物參數，例如建筑物樓層、房屋面積、房間內部設施、房間數量等進行綜合分析。建立建筑物空間分配平臺，設置空間分配智能算法，借助串聯的住戶需求信息和歷史數據，綜合考慮當前的需求空間面積、環(huán)境條件、樓層角度、設備多少、已占房間數據等信息進行篩選。在篩選過程當中，建筑信息化管理體系模型將結合提出需求用戶的鄰居信息分析剩余的建筑空間。

要想根據用戶提出的信息進行篩選優(yōu)化，還應當滿足在設計之初設置的使用面積上限。假如在設計之初將用戶能夠選擇的房屋面積上限定為60平方米，則在基于BIM系統的智能房間分配平臺當中，當用戶提出70平方米或更高的房間需求時，系統就會自動提示超過預設范圍，無法分配。智能系統應當根據未被占據并滿足需求的房間當中抽取幾個不同房間提供給用戶，用戶傳回反饋信息之后，系統根據用戶的反饋信息進行學習和挖掘，智能推薦算法給用戶推薦更為適合的房間，直至用戶進入。用戶也可以進行自主選擇并查看各個推薦房間的優(yōu)缺點。如果當前的空房間數量不足，系統即將剩余所有房間列出供用戶進行選擇并記錄結果。

實現智能房間分配需要構建用戶相關數據庫，其中需要包括用戶選擇房間的歷史信息、用戶的使用需求與習慣和所有的房間檔案。系統需要采集用戶的使用習慣，記錄其每次的選擇并存儲在服務器上。通過大數據進行用戶畫像描繪，找出用戶對房間的偏好。采用建筑空間利用理論（SUA）對BIM智能推薦平臺進行優(yōu)化和學習，在平臺上增加用戶所關心的面積、環(huán)境等房間參數，滿足用戶的個性化需求。

2.2 針對辦公建筑的綠色管理研究

在建筑物建成之后，對建筑內能源消耗進行實時監(jiān)測并分析是一項既重要又復雜的任務，需要運營維護管理人員對建筑不同階段、不同用戶當中收集，利用傳統方式對能耗數據和信息進行收集，不但速度慢、時間長、效率低下，還給運營維護人員帶來極大的壓力。而通過BIM技術，運維人員能夠全面掌握建筑物整個生命周期當中的各類重要文件和信息，包括施工圖紙、驗收信息、竣工信息等，在建筑物的可持續(xù)性使用過程當中發(fā)揮了不可替代的重要作用。

現階段根據BIM技術對建筑物的環(huán)保管理主要包括資源消耗、碳排放、通風光照條件、水循環(huán)、人體舒適程度等幾個方面。

2.2.1 根據氣候指標對人體舒適度進行智能計算

人體自然舒適程度主要影響因素有環(huán)境溫度、濕度、風速、代謝率、輻射溫以及服裝熱阻等方面，這些方面還可以細化分為環(huán)境因素和自身因素。對于辦公建筑而言，本文主要探討溫濕度、空氣流速、人體與制冷設備距離、代謝率和熱阻這幾個方面。

溫濕度和空氣流速這幾個指標都能夠通過外置傳感器進行收集，將這些信息整合至BIM模型當中。普遍而言，人體代謝率和服裝熱阻值根據季節(jié)時間的變化是較為穩(wěn)定的，人體與制冷設備之間的距離則也可以通過BIM模型設計時內置的信息進行準確計算，最終可以推算出每個用戶的人體舒適度。

2.2.2 根據BIM及無線傳感技術設計智能環(huán)保管理框架

根據BIM技術進行智能環(huán)保管理同樣需要運維人員整合目標建筑物室內室外的環(huán)境信息和設施設備，構建完善的數據信息庫，根據BIM實時模型推算建筑物的實時能耗并進行監(jiān)測。通過模擬程序，分析能源消耗并提出解決措施。利用BIM技術進行的碳排放檢測需要對建筑外部和內部環(huán)境相結合，對建筑各個位置與工作過程當中的碳排放量進行智能計算，并針對計算結果給出相應的處理方案。對于光照與通風分析，需要借助外置無線傳感器對建筑內外光照、溫度、熱輻射和空氣流速進行實時監(jiān)控，對不同氣候不同環(huán)境下的光照條件與風速進行模擬，達到適宜人居住的環(huán)境。針對基于BIM技術進行的水循環(huán)管理需要綜合考慮建筑物內外的用水情況和水資源供應情況，設置雨水收集點用于植物灌溉等循環(huán)使用，綜合各季節(jié)月份的用水情況，進行模擬分析，優(yōu)化水資源使用方案，防止水資源分配不合理的情況發(fā)生等。

2.2.3 利用BIM技術還能夠實現傳統建筑節(jié)能減排的優(yōu)化改進

通過BIM技術的3D可視化模型進行建筑優(yōu)化設計，可以降低設計難度，優(yōu)化設計流程，降低設計成本，避免由于設計人員的失誤造成返工情況發(fā)生。利用BIM技術還能夠實現建筑物各個功能模塊的整體性評價，避免傳統節(jié)能減排評價模式的片面性和單一性。

利用BIM技術還能將設計與施工有機結合，打通雙方人員的溝通渠道，優(yōu)化改造施工完畢后的設施性能，并能夠對后期運維工作進行指導和參考，避免了斷層情況的發(fā)生。

2.3 基于BIM以及云計算等對火災應急處置研究

由于辦公建筑一般樓層較高，因此一旦發(fā)生火災等緊急情況，只能依賴對災情發(fā)現的實時性和救援力量趕到的及時性。目前，越來越多的人發(fā)現了BIM技術在預防火災和救援火災等情況當中的重要作用，利用BIM技術能夠整合建筑物內所有無線傳感器的感知信息，并對建筑整體進行立體監(jiān)測，一旦發(fā)生緊急情況可以及時進行預警。

2.3.1 提供火災案例與應急預案供參考

依據BIM技術進行火災案例分析，首先應當建立火災案例數據庫，運維人員應當將火災案例的各種信息導入BIM模型當中，案例信息應當包括：災情嚴重程度、受災人數、采取的防護手段及建筑逃生路線等，還可以通過BIM模型進行火災救援模擬演練，模擬根據建筑內發(fā)生火情火勢大小、建筑內人數、火災發(fā)生時間等進行人流逃生路線的正確規(guī)劃，模擬應當詳盡真實，模擬結果也應錄入BIM模型當中，以供提出準確可靠的應急預案。

基于BIM技術的火災案例分析，必須滿足幾個條件，如建筑物人數、火勢大小、災情等級等。運維人員可將系統設定為超過某個火勢或建筑內人員達到某個數量級才會提出救援疏散預案，防止錯誤預警帶來的不必要損失。

在火災現場，傳感系統能夠根據建筑物內的二氧化碳排放量和各類建筑構件的表面溫度進行分析，并對火勢進行判斷，給救援人員提供準確參考依據。對人員的逃生路線分析，BIM技術可以智能計算出當前位置距安全出口的最短路徑，并可用過手機端傳達到每個用戶的導航當中，所有傳感器與BIM模型直接聯系，能夠準確規(guī)劃逃生路線，降低火災損失，減少人員傷亡。

2.3.2 根據大數據信息設計應急管理模型

基于BIM技術建立應急管理模型，能夠確保對火災的及時發(fā)現和處理，建筑運維人員需要對室內多個無線傳感器進行實時監(jiān)測，包括溫度濕度傳感器、二氧化碳傳感器、建筑物表面溫度傳感器等，并結合視頻監(jiān)測，將數據信息打包整合至BIM模型當中，依據實時數據，BIM模型可以對建筑物內發(fā)生的火災位置進行定位并準確計算火情大小。智能判斷是否需要啟動建筑物災情報警系統并疏散人群，系統需要根據運營維護人員預先錄入模型的各類火情信息進行分析判斷并學習，判斷出與此次火情最為相似的情況，并提出預先準備好的應急預案。運維人員和救援人員能夠通過該模型，提高救援效率，降低救援損失。

3 結語

BIM技術不僅能夠對辦公建筑內部的空間導航、能耗監(jiān)測、火情應急處置具有重要地位，還能夠在用戶空間分配、智能綠色管理、建立火災案例數據庫以及應急預警預案等方面發(fā)揮不可或缺的作用。為建筑智能化、信息化的不斷發(fā)展提供了思路。

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收稿日期：2021-06-20

作者簡介：李童（1984—），男，天津人，本科，講師，研究方向：建筑智能設計管理。

Explore the BIM-based Intelligent Operation and Maintenance Management Design of Office Buildings

LI Tong

（TianjinlandresourcesandHousingVocationalCollege，Tianjin? 300270）

Abstract：With the continuous development of modern society and the continuous improvement of intelligent level， traditional buildings have gradually exposed some defects， such as low information level， poor information transmission ability， poor communication between operation and maintenance departments， insufficient personalized design， etc， Through the combination of information and data flow， the management difficulty is reduced and the management efficiency is improved.

Key words： office building; Intelligent operation and maintenance; Design