基于BIM技術(shù)與新型信息技術(shù)的建筑智能運(yùn)維管理系統(tǒng)的構(gòu)建研究

楊茜 李娟 范琳琳 方琪

【摘 要】?研究表明，建筑運(yùn)維成本占建筑全壽命周期成本的80 %，有效控制建筑運(yùn)維成本將成為建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)盈利的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章通過(guò)研究BIM與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)建基于BIM技術(shù)和新型信息技術(shù)的智能運(yùn)維管理系統(tǒng)，有效提升建筑運(yùn)維的應(yīng)用價(jià)值，有助于建筑運(yùn)維管理的快速發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】BIM; 物聯(lián)網(wǎng); 智能運(yùn)維管理系統(tǒng)

隨著當(dāng)代信息技術(shù)的快速發(fā)展和其在各個(gè)行業(yè)的滲透，以BIM技術(shù)為代表的信息技術(shù)與傳統(tǒng)建筑的融合逐漸走進(jìn)中國(guó)建筑運(yùn)維管理市場(chǎng)。而在一個(gè)項(xiàng)目的全生命周期中，項(xiàng)目的運(yùn)維管理占據(jù)全生命周期的大部分。所以，實(shí)現(xiàn)智慧城市的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)建筑的智能運(yùn)維。鑒于此，本文將研究構(gòu)建一個(gè)基于BIM技術(shù)和新型信息技術(shù)的建筑智能運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同類型運(yùn)維信息的動(dòng)態(tài)可視化管理。

1 BIM與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新型信息技術(shù)的融合

BIM與新型信息技術(shù)融合中，BIM技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型與核心內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過(guò)傳感器收集所有類型施工作業(yè)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)實(shí)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)向本地運(yùn)營(yíng)中心和遠(yuǎn)程用戶提供反饋。與云計(jì)算的聯(lián)合應(yīng)用，是基于云計(jì)算強(qiáng)大的計(jì)算能力，將大型復(fù)雜工作轉(zhuǎn)移到云端，提高數(shù)據(jù)處理效率;基于云計(jì)算的大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，可以使BIM模型及相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)云同步，方便用戶隨時(shí)隨地訪問(wèn)共享。與大數(shù)據(jù)的結(jié)合，是利用大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收集、處理、與決策能力對(duì)建筑模型和建筑使用信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分類。通過(guò)技術(shù)融合實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目全過(guò)程的可視化管理，構(gòu)建“BIM+”智能運(yùn)維管理平臺(tái)。

2 BIM與新型信息技術(shù)在建筑運(yùn)維管理方面上應(yīng)用

近幾年，在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了一些基于BIM技術(shù)的信息管理平臺(tái)，通過(guò)BIM與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的融合，以互聯(lián)網(wǎng)為載體，BIM為核心，新型信息技術(shù)為輔助工具，構(gòu)建集可視化、模型化、輔助運(yùn)行、智能維護(hù)等功能為一體的智能運(yùn)維管理平臺(tái)[1]?；贐IM的運(yùn)維管理平臺(tái)是一個(gè)高度集成化的管理平臺(tái)，對(duì)建筑各個(gè)分部子模塊的運(yùn)行、維護(hù)進(jìn)行集中管理和監(jiān)視，將一個(gè)建筑的分部子模塊的數(shù)據(jù)收集起來(lái)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算分類處理這些信息，統(tǒng)一儲(chǔ)存到整體的數(shù)據(jù)庫(kù)里，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將分散的子模塊在統(tǒng)一的平臺(tái)上聯(lián)系起來(lái)。以下將介紹這類平臺(tái)的系統(tǒng)構(gòu)建及具體應(yīng)用。

2.1 智能運(yùn)維管理系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1.1 智能運(yùn)維管理系統(tǒng)的構(gòu)架

基于BIM的運(yùn)維管理平臺(tái)系統(tǒng)是一個(gè)高度集成的管理平臺(tái)。目前，運(yùn)維管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)大致可分為三層：應(yīng)用層、控制管理層和基礎(chǔ)設(shè)施層。應(yīng)用層，該層是系統(tǒng)直接提供給客戶操作使用的部分，將控制管理層處理過(guò)的信息展現(xiàn)在3D模型上，形象直觀的呈現(xiàn)在用戶界面上，用戶可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。控制管理層，該層是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，是對(duì)由基礎(chǔ)設(shè)備層輸入的信息進(jìn)行分類處理和分析，并將整理好的信息儲(chǔ)存到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，還可以在下層設(shè)備發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行決策，輔助用戶對(duì)建筑進(jìn)行管理?；A(chǔ)設(shè)備層，該層由智能運(yùn)維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備（基礎(chǔ)控制系統(tǒng)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，相關(guān)通訊、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等）組成。組成，是整個(gè)系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的主要來(lái)源和處理數(shù)據(jù)的信息基礎(chǔ)（圖1）。

2.1.2 智能運(yùn)維管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

基于BIM技術(shù)的運(yùn)維管理系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)，通常涉及到BIM模型的處理、數(shù)據(jù)采集、平臺(tái)模塊的開(kāi)發(fā)等。

BIM模型的處理主要是對(duì)施工環(huán)節(jié)結(jié)束后的BIM模型的數(shù)據(jù)處理與補(bǔ)充，將各種軟件平臺(tái)之間的直接數(shù)據(jù)不同格式轉(zhuǎn)化為運(yùn)用在該系統(tǒng)的統(tǒng)一格式并對(duì)施工各環(huán)節(jié)信息和建筑設(shè)備信息進(jìn)行補(bǔ)充。

數(shù)據(jù)采集是利用互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備傳感器和執(zhí)行器采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)，并編譯收入BIM運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)。并在數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)。

平臺(tái)功能模塊的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)主要是根據(jù)傳統(tǒng)軟件工程學(xué)理論中的基本架構(gòu)理念和設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行系統(tǒng)用戶需求架構(gòu)分析、系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)、服務(wù)器的接口架構(gòu)設(shè)計(jì)以及各個(gè)系統(tǒng)功能模塊的綜合設(shè)計(jì)。整合已有的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)、子模型視圖定義、子模型提取與集成等功能模塊，選擇合適的云計(jì)算平臺(tái)和分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，應(yīng)用高級(jí)編程框架開(kāi)發(fā)BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái)的各個(gè)功能組件。組合各個(gè)服務(wù)組件，完成基于BIM的運(yùn)維管理平臺(tái)的平臺(tái)開(kāi)發(fā)（圖2）。

2.2 BIM技術(shù)和新信息技術(shù)的建筑智能運(yùn)維管理系統(tǒng)的具體運(yùn)用

基于BIM的智能運(yùn)維管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行主要設(shè)備信息檢索、運(yùn)行和控制等多項(xiàng)功能，將建筑設(shè)備位置、功能、使用狀態(tài)等信息在BIM模型中以3D的展示形式直觀呈現(xiàn)， 方便業(yè)主可以對(duì)建筑設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和維護(hù)管理。以下將從三個(gè)方面介紹該系統(tǒng)的具體應(yīng)用。

2.2.1 在維護(hù)管理[2]的應(yīng)用

使用智能運(yùn)維管理系統(tǒng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)集成技術(shù)和三維可視化呈現(xiàn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于設(shè)備信息的有效查詢以及定位。在設(shè)備維修方面，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)技術(shù)即時(shí)定位到故障位置，呈現(xiàn)相關(guān)視頻信息并向維修人員及業(yè)主發(fā)送故障報(bào)修。檢修的過(guò)程中可以實(shí)時(shí)查看有關(guān)故障構(gòu)件的相關(guān)圖紙、歷史維護(hù)信息、保修知識(shí)資料等，輔助設(shè)備故障的解決，完成后用戶可以記錄維修日志。在設(shè)備日常管理方面，檢修工作人員可以按照該系統(tǒng)提供的設(shè)備信息如生產(chǎn)日期、檢查周期、生產(chǎn)廠家等對(duì)設(shè)施機(jī)械進(jìn)行日常的維護(hù)，并及時(shí)更新設(shè)備的維修狀態(tài)。在設(shè)備生命周期管理方面，系統(tǒng)能夠提示設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)時(shí)間，從而延長(zhǎng)設(shè)備的壽命;對(duì)于壽命即將到期和需更換零部件的設(shè)備進(jìn)行預(yù)警，防止事故的發(fā)生。運(yùn)用該系統(tǒng)更為方便的是相關(guān)的管理人員不必前往現(xiàn)場(chǎng)就可以對(duì)調(diào)度和管理設(shè)備，只需要使用一臺(tái)移動(dòng)互聯(lián)的設(shè)備即可輕松地完成對(duì)其遠(yuǎn)程控制管理。

2.2.2 在安防管理的應(yīng)用

在安保監(jiān)控系統(tǒng)的管理中，將視頻識(shí)別及跟蹤系統(tǒng)的信息集成在該平臺(tái)中，就能夠?qū)崟r(shí)在該平臺(tái)中采集、查看、監(jiān)測(cè)這些信息;在消防管理中，通過(guò)BIM模型可以更加明確地得到消防裝置的具體定位、消防工程管線的布局等?；贐IM技術(shù)的數(shù)字管理系統(tǒng)可以進(jìn)行多種應(yīng)急情況的模擬預(yù)演，節(jié)省消防演練的人力時(shí)間投入[3]。在發(fā)生重大火災(zāi)時(shí)，也能實(shí)時(shí)顯示火源特征和具體位置，準(zhǔn)確向用戶提供火災(zāi)警情及火災(zāi)源的具體蔓延活動(dòng)情況，便于用戶第一時(shí)間快速作出火災(zāi)應(yīng)急處理決策[4]。

2.2.3 在能耗管理的應(yīng)用

BIM與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，從不同緯度剖析建筑能耗及費(fèi)用，自動(dòng)管控所有系統(tǒng)，提供管理分析平臺(tái)，通過(guò)仿真預(yù)估技術(shù)提供能源優(yōu)化預(yù)案，結(jié)合遠(yuǎn)程控制技術(shù)使建筑物能耗成本降低，且系統(tǒng)運(yùn)行更適宜以達(dá)到最智能化的節(jié)能管理[4]。

3 現(xiàn)狀分析及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 現(xiàn)狀分析

在這個(gè)信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，傳統(tǒng)物業(yè)運(yùn)維管理已經(jīng)無(wú)法滿足業(yè)主的需求[5]。不同于智能運(yùn)維的實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)達(dá)到安全即時(shí)的管理，傳統(tǒng)運(yùn)維是依靠運(yùn)維人員完成日常運(yùn)維工作，而設(shè)備設(shè)施的運(yùn)維更是靠投訴推動(dòng)，沒(méi)有周期性的維保計(jì)劃，屬于事后應(yīng)對(duì)模式。手工填報(bào)記錄運(yùn)維結(jié)果，效率低且易漏寫和寫錯(cuò)，數(shù)據(jù)的真實(shí)性不可控;并且維保人員認(rèn)知與技術(shù)水平不一，往往難以從表象中判斷故障，故障查出之后維修不及時(shí)，會(huì)留下潛在的安全隱患。如今，人們對(duì)安全管理和設(shè)備維護(hù)的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)運(yùn)維顯然已經(jīng)不能滿足人們的需求，建筑的智能運(yùn)維代替?zhèn)鹘y(tǒng)運(yùn)維是必然的結(jié)果[6]。

3.2 發(fā)展前景

近年來(lái)，BIM技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越受重視，無(wú)論是政策配給，還是實(shí)際需求，BIM在建筑行業(yè)的“存在感”已不容忽視。雖然BIM運(yùn)維應(yīng)用還未普及，但隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，相信“BIM+”智能運(yùn)維管理的時(shí)代將會(huì)很快到來(lái)，“BIM+”智能運(yùn)維管理的普及能夠有效解決建筑運(yùn)維管理過(guò)程中的各種問(wèn)題，將給中國(guó)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益[7]。

4 小結(jié)

綜上所述，基于BIM 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新型信息技術(shù)構(gòu)建建筑智能運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目在運(yùn)維階段數(shù)字化、物聯(lián)化、智能化、可視化的有效管控，提高項(xiàng)目的運(yùn)行品質(zhì)與效率，促進(jìn)管理向標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化提升，以降低項(xiàng)目的運(yùn)維成本，實(shí)現(xiàn)建筑資源利用最大化。

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