淺談BIM融合入IBMS的建筑運(yùn)維管理

 鞠明明 ，李少偉 ，周劍思，張敏杰

（上海建坤信息技術(shù)有限責(zé)任公司，上海 200032）

摘要：BIM（建筑信息模型）在建筑全生命周期中的各個(gè)階段不斷更新，其中的信息在各個(gè)階段是延續(xù)和一致的，BIM應(yīng)用于建筑運(yùn)維階段將發(fā)揮更大的作用；本文對(duì)BIM融合入IBMS(智能建筑管理系統(tǒng))進(jìn)行建筑運(yùn)維管理做了簡(jiǎn)要的分析， BIM在建筑運(yùn)維階段的應(yīng)用做有待在后續(xù)研究中做進(jìn)一步挖掘。

關(guān)鍵詞：BIM ；IBMS ;建筑運(yùn)維管理；建筑全生命周期

1概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)在國(guó)際上的地位不斷提高，一些重要的活動(dòng)在我國(guó)舉辦，如2010年的上海世博會(huì)。這類盛會(huì)給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)帶來(lái)了新的契機(jī)，城市建設(shè)過(guò)程中大型的、地標(biāo)性的建筑不斷涌現(xiàn)；這類建筑在規(guī)模上屬于大型建筑體，在功能上更加智能化，為建筑的使用者帶來(lái)了不同于傳統(tǒng)建筑的體驗(yàn)。然而，建筑規(guī)模的龐大、結(jié)構(gòu)功能的復(fù)雜化也給建筑的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和后期維護(hù)帶來(lái)了不可想象的困難。傳統(tǒng)的依靠2D圖紙的設(shè)計(jì)方案， 抽象難于理解，施工人員很容易誤解而發(fā)生與設(shè)計(jì)方案的偏差，不得不返工；另一方面，因?yàn)榻ㄖ陨淼慕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性，二維圖紙對(duì)于管線、設(shè)備的表現(xiàn)不能直觀地顯示其空間位置是否存在沖突，也往往造成施工過(guò)程要修改設(shè)計(jì)圖紙來(lái)調(diào)整設(shè)備等的位置，使得建設(shè)效率低下。建筑一旦施工完成交付使用，圖紙一般束之高閣，重復(fù)利用率極低。

相對(duì)于2D的圖紙，BIM技術(shù)的引入改變了這一建筑信息在建筑竣工后不能被充分利用的沉疴舊疾。BIM技術(shù)是指運(yùn)用數(shù)字信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，以三維立體的方式來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)并指導(dǎo)施工、維護(hù)運(yùn)營(yíng)的新技術(shù)[1]。BIM模型以三維形式表達(dá)它的幾何屬性， BIM模型的各構(gòu)件的非幾何屬性信息也被包含在模型內(nèi)。BIM中的信息貫穿于建筑的整個(gè)生命周期，設(shè)計(jì)階段的BIM可以使用到施工階段，對(duì)施工情況進(jìn)行檢查，另一方面施工階段的改動(dòng)可以在BIM模型進(jìn)行修改，BIM同步于施工的結(jié)果。BIM無(wú)論是幾何屬性還是非幾何屬性，對(duì)于建筑在竣工后的運(yùn)維階段都是重要的信息。BIM應(yīng)用于運(yùn)維階段將給建筑的使用者和經(jīng)營(yíng)者帶來(lái)極大的收益和回報(bào)。董政民[2]介紹了將BIM技術(shù)應(yīng)用于上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1航站樓運(yùn)營(yíng)維護(hù)，開發(fā)的運(yùn)維管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于航站樓空間信息查詢、租務(wù)管理、設(shè)施信息管理和制定設(shè)施維護(hù)計(jì)劃等功能，提高了浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1航站樓運(yùn)營(yíng)維護(hù)的效率、安全性，降低了維護(hù)的成本。紀(jì)博雅等[3]結(jié)合BIM技術(shù)在奧運(yùn)村項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理中的應(yīng)用，得出結(jié)論：BIM技術(shù)在運(yùn)營(yíng)管理中在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)借鑒、便捷信息表達(dá)、設(shè)備維護(hù)高效、物流信息豐富、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)同步等有很大優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)學(xué)者的研究成果展示出BIM在建筑運(yùn)維階段的優(yōu)勢(shì)，將設(shè)計(jì)、施工階段日趨豐滿的BIM融入到建筑智能管理系統(tǒng)（IBMS）應(yīng)用于建筑運(yùn)維階段將發(fā)揮其更大的優(yōu)勢(shì)。

2 BIM技術(shù)結(jié)合IBMS用于建筑運(yùn)維

現(xiàn)代大型建筑的建設(shè)要經(jīng)歷規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)四個(gè)階段，而BIM技術(shù)可貫穿于整個(gè)過(guò)程，且BIM模型自身和其攜帶的信息在不斷動(dòng)態(tài)更新,也就是說(shuō)BIM中的信息在建筑從規(guī)劃到運(yùn)維階段具有延續(xù)性和一致性[6]。

2.1從建筑的四個(gè)階段來(lái)看BIM中信息的變化

(1) 項(xiàng)目前期：在業(yè)主方，項(xiàng)目提出后限于書面文字不免抽象而不實(shí)際，采用BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的初步規(guī)劃，對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行預(yù)演、對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的場(chǎng)地情況進(jìn)行分析、對(duì)建筑建成后的各項(xiàng)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和成本估算[5]；另外規(guī)劃方案可能不止一個(gè)，利用BIM模型對(duì)幾個(gè)方案進(jìn)行比對(duì)分析，選出最優(yōu)的一個(gè)方案，作為項(xiàng)目的基本雛形來(lái)支持后續(xù)工作的開展。此階段確定項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度，在BIM中建立數(shù)據(jù)規(guī)則，連同建筑性能數(shù)據(jù)分析結(jié)果可作為建筑設(shè)計(jì)和施工階段的依據(jù)。

(2) 設(shè)計(jì)階段：這一階段主要是建筑的設(shè)計(jì)方開展工作。BIM技術(shù)在這一階段的應(yīng)用表現(xiàn)為，建筑模型三維可視化設(shè)計(jì)、建筑體及其內(nèi)部構(gòu)件的各個(gè)設(shè)計(jì)方協(xié)同設(shè)計(jì)、建筑性能化設(shè)計(jì)、管線綜合布線設(shè)計(jì)等。BIM模型的信息豐富起來(lái)，從小的管線節(jié)點(diǎn)到大的建筑幕墻，它們的尺寸、位置、顏色及可能的材質(zhì)等信息作為屬性進(jìn)入模型中存儲(chǔ)下來(lái)；在這個(gè)階段，建筑施工的工程量也被大致統(tǒng)計(jì)出來(lái)。

(3) 施工階段相比于前兩個(gè)階段，項(xiàng)目的施工階段歷時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用也從設(shè)計(jì)方轉(zhuǎn)移到項(xiàng)目施工方與監(jiān)理方。施工方按照設(shè)計(jì)階段的方案進(jìn)行施工，并將實(shí)際施工結(jié)果與設(shè)計(jì)階段的BIM進(jìn)行比對(duì)，以控制施工結(jié)果與設(shè)計(jì)相符；施工過(guò)程中建筑構(gòu)件的材料信息錄入到BIM模型關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括采購(gòu)時(shí)間、供應(yīng)商信息等，方便建筑在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段對(duì)物料的追蹤。監(jiān)督方承擔(dān)對(duì)建筑建設(shè)施工的監(jiān)督和管理，把好施工過(guò)程中的質(zhì)量和進(jìn)度關(guān)，利用二維圖紙查看施工是否符合設(shè)計(jì)方案既抽象又難于理解，而依靠BIM模型可以直觀地對(duì)施工情況與設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，一定程度上降低了監(jiān)理人員檢查施工情況的工作難度，提高了工作效率。

可見，一方面應(yīng)用BIM技術(shù)為建筑建設(shè)施工的正常進(jìn)行提供了依據(jù)；另一方面，項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中 ，可能因?yàn)橐恍┎豢煽匾蛩兀ㄈ缡┕きh(huán)境、建筑布局等）而發(fā)生變更，施工不能按設(shè)計(jì)方案開展，設(shè)計(jì)階段的BIM模型結(jié)果就要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行修改調(diào)整，監(jiān)理方可以依據(jù)更新的BIM模型協(xié)調(diào)各方進(jìn)行下一步施工。建筑BIM模型自身在施工階段信息得到補(bǔ)充，愈加完備。

(4) 運(yùn)維階段：建筑的運(yùn)維管理范疇包括五個(gè)方面：空間管理、資產(chǎn)管理、維護(hù)管理、公共安全管理、能耗管理[7]。運(yùn)維階段在整個(gè)建筑生命周期所占的時(shí)間比例最大。從前三個(gè)階段到建筑的運(yùn)維階段，BIM集成了建筑的三維幾何信息、構(gòu)件的位置與尺寸等參數(shù)信息、管線的布局、建筑的材料信息、基本設(shè)備的生產(chǎn)廠家信息等等。建筑的使用者利用建筑空間開展業(yè)務(wù)，空間管理自然離不開“面積”和“位置”，這兩個(gè)信息在建筑竣工后的BIM模型中有現(xiàn)成的數(shù)據(jù)可供使用；資產(chǎn)管理，對(duì)建筑來(lái)說(shuō)，一般指固定資產(chǎn)，所有的固定資產(chǎn)都是基于“位置”的[8]，BIM模型中有這些固定資產(chǎn)的位置，在哪一樓層，那一房間都是三維可視化顯示；BIM模型中的建筑構(gòu)件和基本設(shè)施的使用期限、生產(chǎn)廠家等信息可查閱，為建筑運(yùn)營(yíng)期間設(shè)施的維護(hù)提供一個(gè)參考； 用BIM模型可以直觀地找到應(yīng)急設(shè)施和安全出口的位置，基于BIM模型可以進(jìn)行應(yīng)急方案模擬；BIM模型中關(guān)聯(lián)各種能耗設(shè)備的探測(cè)器，可以直觀地了解到“有位置”的能耗的情況。同時(shí)，空間管理中的建筑物局部改造、資產(chǎn)的調(diào)整搬移、設(shè)施的維護(hù)更換、安全應(yīng)急方案的擬定、能耗的調(diào)查與能耗設(shè)備的調(diào)整又反作用于BIM模型，其幾何信息與非幾何屬性信息得到修改完善。

2.2 IBMS集成BIM

隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)的信息化、智能化也發(fā)展起來(lái)，IBMS系統(tǒng)成為現(xiàn)代建筑運(yùn)營(yíng)管理的一個(gè)利器。 IBMS (Intelligent Building Management System, 智能建筑管理系統(tǒng)) 是通過(guò)統(tǒng)一的軟件平臺(tái)對(duì)建筑物內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和管理[9]，。如實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)的空調(diào)、給排水、供電設(shè)備、防火等設(shè)備進(jìn)行綜合監(jiān)控和管理，為建筑的高效、節(jié)能管理提供輔助決策手段，使建筑處于高效率、低能耗正常運(yùn)營(yíng)的狀態(tài)，使建筑使用者的工作環(huán)境更為安全和舒適

IBMS主要包括樓宇自控系統(tǒng)（BAS）、消防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、停車庫(kù)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等子系統(tǒng)。針對(duì)IBMS中的子系統(tǒng)的運(yùn)行方式，可以對(duì)建筑竣工的BIM模型進(jìn)行進(jìn)一步挖掘應(yīng)用。

(1) BIM用于空間定位：樓宇自控系統(tǒng)包括了照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。相關(guān)設(shè)備設(shè)施在BIM模型中以三維模型的形式表現(xiàn)，從中可以直觀地查看其分布的位置，使建筑使用者或業(yè)主對(duì)于這些設(shè)施設(shè)備的定位管理成為可能。消防系統(tǒng)的消防栓安放位置、視頻監(jiān)控?cái)z像頭等的位置、停車庫(kù)的出入口、門禁的位置等，在BIM這一三維電子地圖中以點(diǎn)位反映給這些信息的關(guān)注者，以往的“問路”式管理方法依靠于有經(jīng)驗(yàn)的工作者對(duì)建筑物中設(shè)備和設(shè)施的熟悉程度，位置找不到就去問他們；而今在融合了BIM的IBMS系統(tǒng)中可以一覽詳情。

(2) BIM用于設(shè)備維護(hù)：BIM模型的非幾何信息在施工過(guò)程中不斷得到補(bǔ)充，竣工后集成到IBMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，相關(guān)設(shè)備的信息如生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠商、可使用年限等都可以查詢到，不需要花額外的時(shí)間對(duì)設(shè)備的原始資料與采購(gòu)合同進(jìn)行翻找（有時(shí)可能找不到），為設(shè)備的定期維護(hù)和更換提供依據(jù)；另外設(shè)備的大小、體積及放置信息作為模型的關(guān)聯(lián)信息也存儲(chǔ)在模型數(shù)據(jù)庫(kù)中，在對(duì)建筑物進(jìn)行IBMS相關(guān)子系統(tǒng)的改造中，不用進(jìn)行多次的現(xiàn)場(chǎng)勘查和，依據(jù)BIM中這些信息就可制定實(shí)施方案。

(3) BIM模型用于災(zāi)害疏散：現(xiàn)代建筑物的功能多，結(jié)構(gòu)相應(yīng)復(fù)雜。建筑內(nèi)部突發(fā)災(zāi)害時(shí)，及時(shí)采取有效的措施能減少人員傷亡，降低經(jīng)濟(jì)損失。BIM模型匯集了建筑施工過(guò)程的信息，包括安全出入口的位置，建筑內(nèi)各個(gè)部分的連通性，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急設(shè)施設(shè)備所在等。因此當(dāng)建筑內(nèi)部突發(fā)災(zāi)害，BIM模型協(xié)同IBMS的其他子系統(tǒng)為人員疏散提供及時(shí)有效的信息[7]。BIM模型的三維可視化特點(diǎn)，及BIM模型的中建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的關(guān)聯(lián)信息可以作為人員疏散路線的制定提供依據(jù)，保證在有限的時(shí)間內(nèi)快速疏散人員。如火災(zāi)時(shí)，IBMS的消防系統(tǒng)可以發(fā)揮作用，BIM模型的“空間定位”特性可以提供消防設(shè)備的對(duì)應(yīng)位置，建筑的自控系統(tǒng)可以根據(jù)BIM模型定位災(zāi)害地點(diǎn)的安全出口，以引導(dǎo)人員逃生。

(4) BIM信息用于能耗管理：在建筑內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是IBMS的各個(gè)子系統(tǒng)的信息源，包括各類傳感器、探測(cè)器、儀表等。從這些設(shè)備獲取的能耗數(shù)據(jù)（水、電、燃?xì)獾龋揽緽IM模型可按照區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，更直觀地發(fā)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)異常區(qū)域，管理人員有針對(duì)性地對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)可能的事故隱患或者調(diào)整能源設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到排除故障、降低能耗維持建筑的業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

BIM模型的三維表達(dá)形式在建筑的整個(gè)生命周期中都發(fā)揮著重要作用，同時(shí)BIM在建筑全生命周期中的各個(gè)階段不斷更新，其中的信息是延續(xù)和一致的；BIM模型的豐富信息不能因項(xiàng)目竣工交付使用而戛然而止，信息的生命可以延續(xù)到后期建筑的運(yùn)營(yíng)階段。以BIM模型融入到建筑智能化發(fā)展的建筑智能管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備定位管理、設(shè)備維護(hù)信息查看、突發(fā)災(zāi)害的人員疏散及能耗的統(tǒng)計(jì)分析等，是對(duì)BIM技術(shù)的一個(gè)升級(jí)應(yīng)用，顯示出BIM技術(shù)在建筑全生命周期的活力。BIM模型中的信息豐富必然存在著數(shù)據(jù)量大的問題，在眾多數(shù)據(jù)中提取出有用的數(shù)據(jù)應(yīng)用于建筑的運(yùn)維管理也是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要具有相關(guān)專業(yè)知識(shí)的人員配合提取出BIM中的有用信息。本文對(duì)BIM融合入IBMS(智能建筑管理系統(tǒng))進(jìn)行建筑運(yùn)維管理做了簡(jiǎn)要的分析， BIM在建筑運(yùn)維階段的應(yīng)用還有待在后續(xù)研究中做進(jìn)一步挖掘。

本文的課題支撐：世博園區(qū)后續(xù)低碳、綠色、節(jié)能綜合開發(fā)與改造研究（課題編號(hào)：11dz1201502）

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