胡 北(西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院，四川成都 610031)

基于BIM核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在運維階段的應(yīng)用

胡 北
(西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院，四川成都 610031)

近年來，隨著BIM 技術(shù)在我國快速發(fā)展，建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、項管單位、造價咨詢單位等各業(yè)內(nèi)人員逐漸開始應(yīng)用和推廣BIM 技術(shù)?；贐IM核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，不但能為建筑物實現(xiàn)三維可視化的信息模型管理，而且為建筑物的所有組件和設(shè)備賦予了感知能力和生命力，從而將建筑物的運行維護(hù)提升到智慧建筑的全新高度。

BIM；智慧建筑；運維；物聯(lián)網(wǎng)

BIM，是指通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。在這里，信息的內(nèi)涵不僅僅是幾何形狀描述的視覺信息，還包含大量的非幾何信息，如材料的耐火等級、材料的傳熱系數(shù)、構(gòu)件的性能參數(shù)和造價、采購信息、設(shè)備運行狀態(tài)等。實際上，BIM就是通過數(shù)字化技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)庫資源，在計算機(jī)中建立一座虛擬建筑。一個建筑信息模型就是提供了一個單一的、完整一致的、邏輯的建筑信息庫。

物聯(lián)網(wǎng)，利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，它包括互聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)上所有的資源，兼容互聯(lián)網(wǎng)所有的應(yīng)用，但物聯(lián)網(wǎng)中所有的元素(所有的設(shè)備、資源及通信等)都是個性化和私有化。

目前，在國內(nèi)BIM 技術(shù)主要應(yīng)用于項目管理，大多只是集中在設(shè)計階段和施工階段，還未切實應(yīng)用于建筑物的運維階段。本文淺談以BIM為核心、結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)在建筑物運維階段的應(yīng)用。

1 BIM貫穿整個建設(shè)項目的功能概述

BIM應(yīng)用應(yīng)不僅僅只局限于設(shè)計階段，而是應(yīng)該置于整個項目全生命周期中的各個階段：可研、設(shè)計、施工和運營管理。BIM電子文件應(yīng)采用云數(shù)據(jù)模式，能在參與項目的各建筑行業(yè)企業(yè)間共享。

建筑設(shè)計專業(yè)可以直接生成可視的三維實體模型；結(jié)構(gòu)專業(yè)則可取其中梁、柱、板及其配筋等進(jìn)行計算；安裝專業(yè)可以據(jù)此對建筑進(jìn)行光學(xué)、日照、聲學(xué)、能量等分析；施工單位則可取其材料和設(shè)備類型、配筋等信息進(jìn)行備料及下料；建設(shè)單位則可取其中的造價、材料和設(shè)備類型、工程量等信息進(jìn)行成本控制、產(chǎn)品定貨等；而后期的物業(yè)單位也可以利用其進(jìn)行可視化物業(yè)管理。因此BIM只有在整個建筑行業(yè)從參與建設(shè)的各個企業(yè)間不斷完善，才能實現(xiàn)項目全生命周期的整個信息化管理，進(jìn)而最大化地實現(xiàn)BIM的意義。

2 傳統(tǒng)運維的現(xiàn)狀

2.1 低碳經(jīng)濟(jì)對建筑運維的壓力

近年來，“低碳”、“環(huán)?！?、“節(jié)能”、“綠色”等成為社會關(guān)注的熱點。而中國的建筑使用能耗占全社會總能耗約 33 %以上。為了企業(yè)與社會可持續(xù)發(fā)展，如何通過技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新等手段減少能耗，將成為企業(yè)今后重要的競爭力之一。

2.2 被動式運維管理所存在的隱患

每棟建筑物都涉及到機(jī)電工程，如給排水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、強(qiáng)電系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、弱電智能系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等，每個子系統(tǒng)都包含了大量的設(shè)備和管線。傳統(tǒng)的運維管理是在對于這些設(shè)備和管線出現(xiàn)了故障后再處理，等到維護(hù)時間或者使用期限到達(dá)后才保養(yǎng)或者更換。傳統(tǒng)的運維管理不能提前預(yù)警或及時處理事故都可能導(dǎo)致財產(chǎn)損失，甚至引發(fā)安全事故。

2.3 突發(fā)事件的快速應(yīng)變與處理

遇到重要來賓、慶典活動和表演，以及人員沖突甚至火災(zāi)等突發(fā)狀況，傳統(tǒng)的運維管理都是現(xiàn)場進(jìn)行人員疏導(dǎo)、服務(wù)人員的調(diào)配、車輛進(jìn)出的引導(dǎo)與管理、臨時關(guān)閉部分設(shè)備、啟動相關(guān)區(qū)域的應(yīng)急和消防系統(tǒng)等。因此可能錯過對突發(fā)事件處置的最佳時間，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能導(dǎo)致人員傷亡事故的發(fā)生。

2.4 總部管控壓力

隨著地產(chǎn)項目在全國各地迅速擴(kuò)張，總部對各地分公司項目的管理難度日益增加。傳統(tǒng)的運維管理總部無法快速準(zhǔn)確掌握各地地產(chǎn)項目的運營情況，無法及時了解各地的情況，快速發(fā)現(xiàn)問題并且給予指示。

3 BIM與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合對運維的價值

3.1 設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制

把原來地產(chǎn)中獨立運行并現(xiàn)場操作的各設(shè)備，結(jié)合RFID等技術(shù)匯總到統(tǒng)一的管理平臺上進(jìn)行設(shè)備管控。在了解設(shè)備的實時運行狀態(tài)的同時，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程管控。例如：通過RFID技術(shù)獲取空調(diào)運行狀態(tài)，檢測是否運行異常，遠(yuǎn)程控制空調(diào)的開啟、關(guān)閉和對合適溫度的調(diào)節(jié)。

3.2 照明、消防等各系統(tǒng)的設(shè)備空間定位

在BIM中給予各設(shè)備具體的空間位置信息，把傳統(tǒng)的編號或者文字表示形式變成可視的三維圖形位置，這樣不僅便于查找定位，并且參看也更形象直觀。例如：通過RFID獲取值班安保人員位置；當(dāng)出現(xiàn)消防報警等突發(fā)事件時，在BIM模型上快速定位事件所在準(zhǔn)確位置，并查看周邊的疏散通道和消防設(shè)施及時給予遠(yuǎn)程指示。

3.3 內(nèi)部空間設(shè)施的可視化

近現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展以來，所有的建筑物信息都存在于許多份二維圖紙和各種機(jī)電設(shè)備廠商提供的操作手冊上，只有在需要的時候才由專業(yè)人員去整個建筑資料中查找單個細(xì)部信息、理解信息、做出決策，然后到現(xiàn)場對建筑物執(zhí)行相關(guān)決策。利用BIM建立一個可視直觀的三維模型，所有數(shù)據(jù)和信息均可精確地從模型里面快速直接調(diào)用。例如：建筑物改造的時候，管線的走向、隱蔽工程的具體位置、可不可拆的墻體、住戶的各類信息，這些在BIM模型中一目了然。

3.4 運營維護(hù)數(shù)據(jù)累積與分析

建筑物運營維護(hù)數(shù)據(jù)的積累，對于管理者來說具有很大的價值。不僅可通過對積累的數(shù)據(jù)來分析目前存在的問題和隱患，還可以通過已積累的數(shù)據(jù)來優(yōu)化和完善現(xiàn)行管理并給予用戶合理建議。例如：通過RFID獲取水表運行狀態(tài)，并累積形成能耗情況，通過階段分析數(shù)據(jù)來指導(dǎo)用戶合理利用水源。

因此BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對于建筑物的運營維護(hù)來說是缺一不可。若沒有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，運營維護(hù)就只有停留在目前靠人到現(xiàn)場簡單操控的階段，無法形成統(tǒng)一的高效的遠(yuǎn)程管理平臺。若沒有BIM技術(shù)，運營維護(hù)就無法跟建筑物相關(guān)聯(lián)，無法在可視三維空間中準(zhǔn)確定位，無法對周邊環(huán)境和狀況進(jìn)行綜合考慮。

基于BIM核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，不但能為建筑物實現(xiàn)三維可視化的信息模型管理，而且為建筑物的所有組件和設(shè)備賦予了感知能力和生命力，從而將建筑物的運行維護(hù)提升到智慧建筑的全新高度。

BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是相輔相成，兩者的緊密結(jié)合將為建筑物的運營維護(hù)帶來一次全面的信息革命。

4 智慧運維的具體應(yīng)用

建筑物的運營維護(hù)可分為多項系統(tǒng)工作，例如：設(shè)備運行管理、能源管理、安保系統(tǒng)、租戶管理等。

4.1 設(shè)備運行檢測

4.1.1 設(shè)備信息

該管理系統(tǒng)集成了對設(shè)備的搜索、查閱、定位等功能。通過點擊BIM模型中的設(shè)備，可以查閱所有設(shè)備信息，如參數(shù)性能、供應(yīng)商、使用期限、聯(lián)系電話、維護(hù)情況、所在位置等；該管理系統(tǒng)還可以對設(shè)備生命周期進(jìn)行管理，比如對壽命即將達(dá)到期限的設(shè)備及時預(yù)警和更換配件，防止安全事故的發(fā)生；通過在管理界面中搜索設(shè)備名稱或者描述字段，可以查詢所有相應(yīng)設(shè)備在虛擬建筑中的準(zhǔn)確定位；管理人員或者領(lǐng)導(dǎo)可以隨時利用BIM模型，進(jìn)行建筑設(shè)備實時瀏覽。

4.1.2 設(shè)備運行和控制

所有設(shè)備運行狀態(tài)都會實時在BIM模型上直觀顯示，例如綠色表示正常運行，黃色表示設(shè)備運行異常，紅色表示出現(xiàn)故障停止運行；對于每個設(shè)備，可以查詢其歷史運行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析；另外可以對設(shè)備進(jìn)行控制，例如某一區(qū)域公共照明系統(tǒng)的打開、關(guān)閉等。

4.2 隱蔽工程管理

現(xiàn)在我們的城市在快速發(fā)展的同時都在進(jìn)行大規(guī)模的拆遷和改造，進(jìn)行拆遷和改造的時候，經(jīng)常出現(xiàn)挖斷或破壞地下埋藏的管道，導(dǎo)致造成經(jīng)濟(jì)損失和引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。其實出現(xiàn)這樣的問題歸根到底在于施工單位沒有這些隱蔽管線的詳細(xì)資料，或者即使有這些資料，但可能在資料室的某個角落里，只有極少數(shù)幾個人知道。特別是隨著建筑物使用年限的增加，人員更換的頻繁，這些安全隱患顯得更加突出。

而智慧運營維護(hù)通過該管理系統(tǒng)可以管理復(fù)雜的地下管網(wǎng)，如污水管、排水管、通信管網(wǎng)、電線管網(wǎng)以及相關(guān)管井，并且可以在圖上直接量取相互位置關(guān)系。在改建、裝修的時候可以避開現(xiàn)有管網(wǎng)位置，便于管網(wǎng)維修、更換設(shè)備和定位。同樣的情況也適用于室內(nèi)的隱蔽工程的管理。這些信息可全部通過電子化保存下來，內(nèi)外部相關(guān)人員都可以實現(xiàn)資源共享，有變化可以通過云平臺隨時同步調(diào)整，保證信息的完整性和準(zhǔn)確性。

4.3 能源運行管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使得日常能源管理監(jiān)控變得更加方便。通過安裝具有傳感功能的電表、水表、煤氣表后，在管理系統(tǒng)中可以及時收集所有能源信息，并且通過開發(fā)的能源管理功能模塊，對能源消耗情況進(jìn)行自動統(tǒng)計分析，比如各區(qū)域，各個租戶的每日水電氣用量，每周水電氣用量等；通過對收集到的信息進(jìn)行統(tǒng)計分析并對異常能源使用情況進(jìn)行警告或者標(biāo)識。

4.4 租戶管理

對于商業(yè)建筑可以通過查詢定位隨時輕易查詢到商戶空間，并且可以查詢到租戶或商戶信息，如：客戶名稱、建筑面積、租約區(qū)間、租金、物業(yè)費用；系統(tǒng)可以提供收租提醒等客戶定制化功能。同時還可以根據(jù)租戶信息的變更，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時調(diào)整和更新，形成一個快速共享的平臺。

4.5 安保管理

4.5.1 視頻監(jiān)控

目前的監(jiān)控管理基本以顯示攝像視頻為主。傳統(tǒng)的安保系統(tǒng)相當(dāng)于有很多雙眼睛，但是基于BIM的視頻安保系統(tǒng)不但擁有了“眼睛”，而且也擁有了“腦子”。因為攝像視頻管理是運維控制中心的一部分，也是基于BIM的可視化管理。通過配備監(jiān)控大屏幕可以對整個項目的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作；當(dāng)我們用鼠標(biāo)選擇建筑某一層，該層的所有視頻圖像立刻顯示出來；一旦產(chǎn)生突發(fā)事件，基于BIM的視頻安保監(jiān)控就能結(jié)合與協(xié)作BIM模型的其他子系統(tǒng)進(jìn)行突發(fā)事件管理。

4.5.2 安保人員位置管理

對于保安人員，可以通過將無線射頻芯片植入到工卡，利用無線終端結(jié)合監(jiān)控視頻跟蹤系統(tǒng)來定位保安的具體方位。這個對于商業(yè)地產(chǎn)，尤其是大型商業(yè)地產(chǎn)中人流量大、場地面積大、突發(fā)情況多，這類安全保護(hù)非常有價值。一旦發(fā)現(xiàn)險情，管理人員就可以利用這個系統(tǒng)來指揮安保工作。

4.6 車庫管理

目前的車庫管理系統(tǒng)基本都是以計數(shù)和計時系統(tǒng)為主，只知道有多少空車位，不知道空余車位的數(shù)量和具體位置。很多車主都是兜幾個圈子找不到車位，容易造成車道堵塞和時間、能源等資源浪費。應(yīng)用RFID技術(shù)將定位標(biāo)簽標(biāo)記在車位卡上，車子停好之后系統(tǒng)自動記錄和統(tǒng)計車位信息。通過該系統(tǒng)就可以在車庫入口處通過屏幕顯示出所有已經(jīng)占用的車位和空著的車位等信息，一目了然；通過車位卡還可以在車庫監(jiān)控大屏幕上查詢所在車的位置，這對于容易迷失方位的客人來說，是個非常貼心的導(dǎo)航功能。

4.7 應(yīng)急管理

基于BIM技術(shù)的優(yōu)勢是在于管理沒有任何盲區(qū)。作為人流聚集區(qū)域，突發(fā)事件的響應(yīng)能力和時效性非常重要。傳統(tǒng)的突發(fā)事件處理僅僅關(guān)注響應(yīng)和救援，而智慧運維對突發(fā)事件管理包括：預(yù)防、警報和處理?，F(xiàn)以消防事件為例，該管理系統(tǒng)可以通過噴淋感應(yīng)器感應(yīng)信息；如果發(fā)生著火事故，在建筑物的信息模型界面中，就會自動進(jìn)行火警警報；著火的三維位置和房間立即進(jìn)行定位顯示；控制中心可以及時查詢相應(yīng)的周圍情況和設(shè)備情況，為及時疏散和處理提供信息。

類似的還有水管氣管爆裂等突發(fā)事件：通過BIM系統(tǒng)我們可以迅速定位閥門的位置并及時將其控制。避免了在一屋子圖紙中尋找資料，甚至還找不到資料，實現(xiàn)了事故處理的有效性和準(zhǔn)確性。同時也避免了人進(jìn)入事故現(xiàn)場進(jìn)行關(guān)閉相關(guān)閥門和設(shè)備帶來的危險，實現(xiàn)了事故處理的及時性和處理人員的安全性。

5 智慧運維展望

鑒于BIM技術(shù)的重要性，我國從“十五”科技攻關(guān)計劃中已經(jīng)開始了對BIM技術(shù)相關(guān)研究的支持。經(jīng)過這么多年的發(fā)展，在設(shè)計和施工階段已經(jīng)被廣泛推廣和應(yīng)用，而在設(shè)施維護(hù)中的應(yīng)用案例并不是很多，尚未得到有效挖掘。但筆者認(rèn)為，在運營維護(hù)階段，BIM技術(shù)需求非常大，尤其是對于商業(yè)地產(chǎn)的運營維護(hù)，其創(chuàng)造的價值不言而喻。隨著這幾年物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，BIM技術(shù)在運營維護(hù)階段的應(yīng)用也迎來一個重要契機(jī)。

[1] 過俊，張穎.基于BIM的建筑空間與設(shè)備運維管理系統(tǒng)研究[J].土木建筑工程信息技術(shù), 2013(3).

[2] 汪再軍.BIM技術(shù)在建筑運維管理中的應(yīng)用[J].建筑經(jīng)濟(jì), 2013(9):94-97.

[3] 陳興海，丁烈云.基于物聯(lián)網(wǎng)和BIM的建筑安全運維管理應(yīng)用研究——以城市生命線工程為例[J].建筑經(jīng)濟(jì), 2014(11): 34-37.

[4] 田佩龍，李哲，胡振中，等.BIM與建筑機(jī)電設(shè)備監(jiān)測信息集成的研究[J].土木建筑工程信息技術(shù), 2015(1): 8-13.

[5] 吳強(qiáng).BIM模型在物業(yè)管理及設(shè)備運維中的應(yīng)用[J].中國物業(yè)管理, 2015(5): 42-43.

[6] 李思文.BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用和發(fā)展[J].中小企業(yè)管理與科技旬刊, 2013(27): 300-301.

[7] 魏飛龍.BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究，2014.

胡北(1982～)，男，研究生，研究方向為建筑技術(shù)科學(xué)。

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[定稿日期]2016-07-28