淺談BIM融合入IBMS的建筑運維管理

 鞠明明 ，李少偉 ，周劍思，張敏杰

（上海建坤信息技術有限責任公司，上海 200032）

摘要：BIM（建筑信息模型）在建筑全生命周期中的各個階段不斷更新，其中的信息在各個階段是延續(xù)和一致的，BIM應用于建筑運維階段將發(fā)揮更大的作用；本文對BIM融合入IBMS(智能建筑管理系統(tǒng))進行建筑運維管理做了簡要的分析， BIM在建筑運維階段的應用做有待在后續(xù)研究中做進一步挖掘。

關鍵詞：BIM ；IBMS ;建筑運維管理；建筑全生命周期

1概述

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國在國際上的地位不斷提高，一些重要的活動在我國舉辦，如2010年的上海世博會。這類盛會給我國的經(jīng)濟發(fā)展和城市建設帶來了新的契機，城市建設過程中大型的、地標性的建筑不斷涌現(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了不同于傳統(tǒng)建筑的體驗。然而，建筑規(guī)模的龐大、結構功能的復雜化也給建筑的規(guī)劃、設計、施工和后期維護帶來了不可想象的困難。傳統(tǒng)的依靠2D圖紙的設計方案， 抽象難于理解，施工人員很容易誤解而發(fā)生與設計方案的偏差，不得不返工；另一方面，因為建筑自身的結構復雜性，二維圖紙對于管線、設備的表現(xiàn)不能直觀地顯示其空間位置是否存在沖突，也往往造成施工過程要修改設計圖紙來調(diào)整設備等的位置，使得建設效率低下。建筑一旦施工完成交付使用，圖紙一般束之高閣，重復利用率極低。

相對于2D的圖紙，BIM技術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技術是指運用數(shù)字信息與計算機技術的結合，以三維立體的方式來進行項目設計并指導施工、維護運營的新技術[1]。BIM模型以三維形式表達它的幾何屬性， BIM模型的各構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生命周期，設計階段的BIM可以使用到施工階段，對施工情況進行檢查，另一方面施工階段的改動可以在BIM模型進行修改，BIM同步于施工的結果。BIM無論是幾何屬性還是非幾何屬性，對于建筑在竣工后的運維階段都是重要的信息。BIM應用于運維階段將給建筑的使用者和經(jīng)營者帶來極大的收益和回報。董政民[2]介紹了將BIM技術應用于上海浦東國際機場T1航站樓運營維護，開發(fā)的運維管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對于航站樓空間信息查詢、租務管理、設施信息管理和制定設施維護計劃等功能，提高了浦東國際機場T1航站樓運營維護的效率、安全性，降低了維護的成本。紀博雅等[3]結合BIM技術在奧運村項目運營管理中的應用，得出結論：BIM技術在運營管理中在數(shù)據(jù)存儲借鑒、便捷信息表達、設備維護高效、物流信息豐富、數(shù)據(jù)關聯(lián)同步等有很大優(yōu)勢。

相關學者的研究成果展示出BIM在建筑運維階段的優(yōu)勢，將設計、施工階段日趨豐滿的BIM融入到建筑智能管理系統(tǒng)（IBMS）應用于建筑運維階段將發(fā)揮其更大的優(yōu)勢。

2 BIM技術結合IBMS用于建筑運維

現(xiàn)代大型建筑的建設要經(jīng)歷規(guī)劃、設計、建造和運營維護四個階段，而BIM技術可貫穿于整個過程，且BIM模型自身和其攜帶的信息在不斷動態(tài)更新,也就是說BIM中的信息在建筑從規(guī)劃到運維階段具有延續(xù)性和一致性[6]。

2.1從建筑的四個階段來看BIM中信息的變化

(1) 項目前期：在業(yè)主方，項目提出后限于書面文字不免抽象而不實際，采用BIM技術，可實現(xiàn)對項目的初步規(guī)劃，對規(guī)劃方案進行預演、對項目實施的場地情況進行分析、對建筑建成后的各項性能進行預測和成本估算[5]；另外規(guī)劃方案可能不止一個，利用BIM模型對幾個方案進行比對分析，選出最優(yōu)的一個方案，作為項目的基本雛形來支持后續(xù)工作的開展。此階段確定項目實施進度，在BIM中建立數(shù)據(jù)規(guī)則，連同建筑性能數(shù)據(jù)分析結果可作為建筑設計和施工階段的依據(jù)。

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

(3) 施工階段相比于前兩個階段，項目的施工階段歷時較長，對BIM技術應用也從設計方轉(zhuǎn)移到項目施工方與監(jiān)理方。施工方按照設計階段的方案進行施工，并將實際施工結果與設計階段的BIM進行比對，以控制施工結果與設計相符；施工過程中建筑構件的材料信息錄入到BIM模型關聯(lián)的數(shù)據(jù)庫中，包括采購時間、供應商信息等，方便建筑在運營維護階段對物料的追蹤。監(jiān)督方承擔對建筑建設施工的監(jiān)督和管理，把好施工過程中的質(zhì)量和進度關，利用二維圖紙查看施工是否符合設計方案既抽象又難于理解，而依靠BIM模型可以直觀地對施工情況與設計方案進行對比，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，一方面應用BIM技術為建筑建設施工的正常進行提供了依據(jù)；另一方面，項目在實施過程中 ，可能因為一些不可控因素（如施工環(huán)境、建筑布局等）而發(fā)生變更，施工不能按設計方案開展，設計階段的BIM模型結果就要根據(jù)實際的情況進行修改調(diào)整，監(jiān)理方可以依據(jù)更新的BIM模型協(xié)調(diào)各方進行下一步施工。建筑BIM模型自身在施工階段信息得到補充，愈加完備。

(4) 運維階段：建筑的運維管理范疇包括五個方面：空間管理、資產(chǎn)管理、維護管理、公共安全管理、能耗管理[7]。運維階段在整個建筑生命周期所占的時間比例最大。從前三個階段到建筑的運維階段，BIM集成了建筑的三維幾何信息、構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，空間管理自然離不開“面積”和“位置”，這兩個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，對建筑來說，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模型中的建筑構件和基本設施的使用期限、生產(chǎn)廠家等信息可查閱，為建筑運營期間設施的維護提供一個參考； 用BIM模型可以直觀地找到應急設施和安全出口的位置，基于BIM模型可以進行應急方案模擬；BIM模型中關聯(lián)各種能耗設備的探測器，可以直觀地了解到“有位置”的能耗的情況。同時，空間管理中的建筑物局部改造、資產(chǎn)的調(diào)整搬移、設施的維護更換、安全應急方案的擬定、能耗的調(diào)查與能耗設備的調(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

隨著科技的進步，我國的信息化、智能化也發(fā)展起來，IBMS系統(tǒng)成為現(xiàn)代建筑運營管理的一個利器。 IBMS (Intelligent Building Management System, 智能建筑管理系統(tǒng)) 是通過統(tǒng)一的軟件平臺對建筑物內(nèi)的設備進行自動控制和管理[9]，。如實現(xiàn)對建筑內(nèi)的空調(diào)、給排水、供電設備、防火等設備進行綜合監(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、低能耗正常運營的狀態(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）、停車庫系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等子系統(tǒng)。針對IBMS中的子系統(tǒng)的運行方式，可以對建筑竣工的BIM模型進行進一步挖掘應用。

(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。相關設備設施在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)主對于這些設施設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)控攝像頭等的位置、停車庫的出入口、門禁的位置等，在BIM這一三維電子地圖中以點位反映給這些信息的關注者，以往的“問路”式管理方法依靠于有經(jīng)驗的工作者對建筑物中設備和設施的熟悉程度，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用于設備維護：BIM模型的非幾何信息在施工過程中不斷得到補充，竣工后集成到IBMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，相關設備的信息如生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠商、可使用年限等都可以查詢到，不需要花額外的時間對設備的原始資料與采購合同進行翻找（有時可能找不到），為設備的定期維護和更換提供依據(jù)；另外設備的大小、體積及放置信息作為模型的關聯(lián)信息也存儲在模型數(shù)據(jù)庫中，在對建筑物進行IBMS相關子系統(tǒng)的改造中，不用進行多次的現(xiàn)場勘查和，依據(jù)BIM中這些信息就可制定實施方案。

(3) BIM模型用于災害疏散：現(xiàn)代建筑物的功能多，結構相應復雜。建筑內(nèi)部突發(fā)災害時，及時采取有效的措施能減少人員傷亡，降低經(jīng)濟損失。BIM模型匯集了建筑施工過程的信息，包括安全出入口的位置，建筑內(nèi)各個部分的連通性，應對突發(fā)事件的應急設施設備所在等。因此當建筑內(nèi)部突發(fā)災害，BIM模型協(xié)同IBMS的其他子系統(tǒng)為人員疏散提供及時有效的信息[7]。BIM模型的三維可視化特點，及BIM模型的中建筑結構和構件的關聯(lián)信息可以作為人員疏散路線的制定提供依據(jù)，保證在有限的時間內(nèi)快速疏散人員。如火災時，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備的對應位置，建筑的自控系統(tǒng)可以根據(jù)BIM模型定位災害地點的安全出口，以引導人員逃生。

(4) BIM信息用于能耗管理：在建筑內(nèi)的現(xiàn)場設備是IBMS的各個子系統(tǒng)的信息源，包括各類傳感器、探測器、儀表等。從這些設備獲取的能耗數(shù)據(jù)（水、電、燃氣等），依靠BIM模型可按照區(qū)域進行統(tǒng)計分析，更直觀地發(fā)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)異常區(qū)域，管理人員有針對性地對異常區(qū)域進行檢查，發(fā)現(xiàn)可能的事故隱患或者調(diào)整能源設備的運行參數(shù)，以達到排除故障、降低能耗維持建筑的業(yè)務正常運行的目的。

3 結語

BIM模型的三維表達形式在建筑的整個生命周期中都發(fā)揮著重要作用，同時BIM在建筑全生命周期中的各個階段不斷更新，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)到后期建筑的運營階段。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，實現(xiàn)設備定位管理、設備維護信息查看、突發(fā)災害的人員疏散及能耗的統(tǒng)計分析等，是對BIM技術的一個升級應用，顯示出BIM技術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)應用于建筑的運維管理也是一項艱巨的任務，需要具有相關專業(yè)知識的人員配合提取出BIM中的有用信息。本文對BIM融合入IBMS(智能建筑管理系統(tǒng))進行建筑運維管理做了簡要的分析， BIM在建筑運維階段的應用還有待在后續(xù)研究中做進一步挖掘。

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：11dz1201502）

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