陳 沖, 馬小軍, 王 珍

(1.江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司, 江蘇 南京 210006;2.南京工業(yè)大學(xué) 電氣工程與控制科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 211816)

0 引 言

近年來,建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技術(shù)在國內(nèi)外建筑行業(yè)得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用,正積極推動著建筑行業(yè)向信息化的方向快速發(fā)展。特別是住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部在發(fā)布的《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出要在＂十二五＂期間基本實現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用,加快推進BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的推廣使用。目前有關(guān)BIM技術(shù)的應(yīng)用大部分還是在項目的設(shè)計階段、施工階段,很少涉及后期運維階段。伴隨著BIM技術(shù)的成熟,越來越多的人關(guān)注BIM技術(shù)所帶來的更深層價值——延伸BIM技術(shù)到建筑運維管理中。由于BIM模型可以集成建筑項目全生命周期的數(shù)據(jù)模型,其參數(shù)化和無損共享的數(shù)據(jù)特性使得其在建筑設(shè)計、施工階段中得到廣泛應(yīng)用,并產(chǎn)生較大的應(yīng)用價值,對BIM技術(shù)在建筑運維階段的落地實施帶來很好的示范作用。

建筑運維管理是對建筑物和其內(nèi)部的設(shè)施進行運行維護和管理,故也稱為建筑設(shè)施管理(Facility Management,FM)。目前,FM定義尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),其中被廣泛采納的主要是國際設(shè)施管理協(xié)會(IFMA)關(guān)于FM的定義:“FM是以建筑設(shè)施及其組成的整個系統(tǒng)為研究對象,通過運用各種技術(shù)和組織措施來對設(shè)施從規(guī)劃、設(shè)計、制造、購置、安裝、使用、維修、技術(shù)改造、更新直至報廢的整個全生命周期進行全過程的管理[1]”。

將BIM技術(shù)運用在建筑運維管理過程中,克服傳統(tǒng)的運維管理方法存在的抽象管理缺點,讓用戶清晰、直觀地了解運維的對象。同時由于BIM模型中包含的全生命周期的數(shù)據(jù)信息和提供的三維視角可以很好地幫助管理方改善運維流程,降低運維成本,提升運維的效率。

1 BIM運維模型構(gòu)建

貫穿于建筑全生命周期的BIM模型是一個被逐漸循環(huán)利用和增量附加的過程,同時也是從設(shè)計階段到施工階段再到運維階段不斷逐步深化,但是由于各個階段BIM模型的應(yīng)用場景不同,使各個階段的BIM模型都有其關(guān)鍵的要素和特征。相較于設(shè)計和施工階段,運維階段的BIM模型更關(guān)注模型數(shù)據(jù)的提取和模型視圖的應(yīng)用,因此當(dāng)BIM模型從施工階段交付給運維階段使用時,要保證交付的BIM模型具有幾個關(guān)鍵要素[2]。BIM運維模型構(gòu)成要素如圖1所示。

圖1 BIM運維模型構(gòu)成要素

BIM運維模型構(gòu)成要素說明如表1所示。

表1 BIM運維模型構(gòu)成要素說明

BIM模型在不同階段為不同使用者所使用,在使用過程中對BIM模型的要求也各不相同。按照上述模型要求,從施工階段交付過來的竣工模型往往會包含很多施工信息,這些信息在運維階段通常不會被使用到,但這些多余信息會大大增加模型的數(shù)據(jù)量,同時如果不對這些冗余信息進行處理,不但造成模型過于復(fù)雜,還可能由于信息冗雜而干擾到系統(tǒng)功能,并且許多關(guān)于建筑運維管理需要的模型屬性信息在模型中又不具備。所以,有必要根據(jù)運維階段的具體需求對BIM竣工模型進行優(yōu)化處理,這樣建立的BIM運維模型才能滿足運維管理的需求。

目前,BIM竣工模型的優(yōu)化處理方法主要有2種:Autodesk公司的Navisworks軟件,基于WebGL技術(shù)的BIM模型輕量化工具。其中Navisworks軟件可以很好兼容包括Revit在內(nèi)的多種常見BIM模型格式,且處理操作簡單,能夠滿足一般的處理要求,是當(dāng)前普遍使用的模型優(yōu)化處理方法[3]。

當(dāng)BIM竣工模型提交給Navisworks軟件時,利用Navisworks對模型進行轉(zhuǎn)換和創(chuàng)建,可以得到適合于運維管理的模型對象,這些對象能滿足運維的一般功能要求。Navisworks軟件對交付的模型優(yōu)化處理流程如圖2所示。

圖2 Navisworks軟件對交付的模型優(yōu)化處理流程

由圖2可知,利用Navisworks軟件優(yōu)化處理得到的BIM運維主要包括運維對象、視點視圖、參數(shù)屬性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹4部分,其中運維對象和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹是Navisworks軟件自動轉(zhuǎn)換生成,視點視圖和參數(shù)屬性則是利用Navisworks軟件中工具模塊創(chuàng)建得到。模型轉(zhuǎn)換和創(chuàng)建過程簡單說明如下:

(1) 運維對象。運維對象是利用Navisworks軟件對交付的BIM竣工模型按照運維管理的需求進行重新設(shè)定和組合的,過程是自動轉(zhuǎn)換完成的,不需手動操作。BIM運維模型中的變壓器運維對象如圖3所示。

圖3 BIM運維模型中的變壓器運維對象

(2) 視點視圖。模型視點視圖創(chuàng)建是為更好地進行建筑內(nèi)設(shè)施和空間的表達。將創(chuàng)建的視點視圖與運維對象相關(guān)聯(lián),這樣后期在運維過程中查找和定位顯示運維對象時依靠建立的這些視點視圖。模型中創(chuàng)建的部分視點視圖如圖4所示。

圖4 模型中創(chuàng)建的部分視點視圖

(3) 參數(shù)屬性。在運維過程中的模型數(shù)據(jù)信息不僅會包括靜態(tài)數(shù)據(jù)信息,也有后期運維過程不斷添加的信息。模型中的靜態(tài)信息可直接使用,而添加的運維信息則需通過創(chuàng)建參數(shù)模板進行錄入,同時還要通過編碼來實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),進而實現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)的雙向互動。

(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹建立是對模型對象進行編碼和組織的過程,也是數(shù)據(jù)創(chuàng)建的核心環(huán)節(jié)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹可以將相同屬性的模型構(gòu)件歸納在一起,有利于進行統(tǒng)一管理和使用。通過結(jié)構(gòu)樹中每個對象指定合理的視點視圖和屬性模板,這樣在運維平臺中通過選擇結(jié)構(gòu)樹中的對象就能實現(xiàn)定位顯示和信息展示。模型中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹如圖5所示。

圖5 模型中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹

2 模型信息分類編碼

建筑全生命周期過程中涉及大量的數(shù)據(jù)信息,如何在運維階段有效地存儲與管理這些模型數(shù)據(jù)信息是保證系統(tǒng)功能實施的基礎(chǔ),而其中最有效的方法就是對這些模型信息進行分類編碼,只有在統(tǒng)一的信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)下,才能將不同數(shù)據(jù)來源和不同數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)傳遞共享給運維系統(tǒng),為系統(tǒng)的具體功能模塊服務(wù)。本文在對模型信息分類編碼時主要參考OmniClass標(biāo)準(zhǔn),同時結(jié)合國內(nèi)相關(guān)研究成果,制定模型信息編碼規(guī)則[4]。模型信息分類編碼規(guī)則具體說明如表2所示。

表2 模型信息分類編碼規(guī)則具體說明

按照上述的分類編碼規(guī)則,選取建筑-1F空調(diào)設(shè)備機房中的螺桿式冷水機組進行編碼,則該設(shè)備編碼為BG-1#KT01NT10030902001,同時借助Revit軟件將該編碼添加到對應(yīng)的BIM運維模型對象中,同理依次完成對運維管理過程中所需的模型對象進行信息分類編碼。添加空調(diào)螺桿式冷水機組編碼后的效果如圖6所示。

圖6 添加空調(diào)螺桿式冷水機組編碼后的效果

3 模型信息交換

利用BIM技術(shù)對建筑進行運維管理的重要基礎(chǔ)就是要保證BIM數(shù)據(jù)能夠按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進行信息交換,而施工運營建筑信息交換(Construction Operations Building Information Exchange,COBOE)標(biāo)準(zhǔn)就是為運維階段的信息交換而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),旨在考慮未來建筑由設(shè)計施工階段向運維階段交付時進行運維管理所交換的信息,對建立一套高效的建筑運維管理機制提供幫助[5]。

通過COBOE標(biāo)準(zhǔn)交換的數(shù)據(jù)信息通常包括設(shè)計階段由建筑師提供的樓層、空間或設(shè)施布局等信息和施工階段由承包商提供的設(shè)備序列號、參數(shù)、安裝信息等,同時在運維階段還可添加設(shè)施的運維信息,這樣利用COBOE標(biāo)準(zhǔn)交換得到的信息將會包含建筑全生命周期各個階段的信息,有利于支持管理人員在運維階段對建筑進行更好地運維管理。COBOE信息交換流程如圖7所示。

COBOE標(biāo)準(zhǔn)在進行信息交換時可提供3種不同格式的數(shù)據(jù)傳遞方式,分別為ifcXML、Excel表和STEP。因此,管理人員可根據(jù)需要選擇合適的數(shù)據(jù)格式,不會存在數(shù)據(jù)傳遞困難的問題。

圖7 COBOE信息交換流程

但目前被廣泛使用的COBOE數(shù)據(jù)格式主要是前面兩種,這是因Autodesk公司分別針對這兩種數(shù)據(jù)導(dǎo)出格式開發(fā)相應(yīng)的插件工具,分別為“IFC Export”插件和“Cobie Extension”插件,雖然“IFC Export”插件相比于“Cobie Extension”插件不需要進行插件單獨安裝,但是其數(shù)據(jù)導(dǎo)出操作的設(shè)置卻比“Cobie Extension”插件復(fù)雜很多,同時“Cobie Extension”插件中的諸如動態(tài)分區(qū)管理功能都是“IFC Export”插件所不具備的,而這些功能對于建筑運維管理又是非常重要,并且利用“Cobie Extension”插件導(dǎo)出的Excel格式的模型數(shù)據(jù)可以很方便地轉(zhuǎn)存到Access數(shù)據(jù)庫中,因此比較推薦選擇“Cobie Extension”插件來進行Cobie數(shù)據(jù)交換。Revit軟件加載的“Cobie Extension”插件如圖8所示。

圖8 Revit軟件加載的“Cobie Extension”插件

利用Cobie標(biāo)準(zhǔn)在對BIM進行交換時,雖不能將BIM模型中完整的數(shù)據(jù)信息進行導(dǎo)出,但其交換出的卻都是運維階段所必需的數(shù)據(jù)信息,且這些數(shù)據(jù)信息對運維階段的建筑設(shè)施描述更具體、更全面。同時Cobie標(biāo)準(zhǔn)按照Excel數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出后的數(shù)據(jù)信息可直接轉(zhuǎn)換存儲到運維數(shù)據(jù)庫中(用于實現(xiàn)系統(tǒng)的功能),所以Cobie標(biāo)準(zhǔn)對于改變傳統(tǒng)建筑運維階段的數(shù)據(jù)信息交換模式具有一定優(yōu)勢。利用“Cobie Extension”插件在進行模型信息交換時,需先對插件的參數(shù)進行設(shè)置。Zoom Manager設(shè)置界面如圖9所示。在設(shè)置全部參數(shù)后,就可將BIM模型中所需的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)到Excel表中。

圖9 Zoom Manager設(shè)置界面

4 基于BIM的建筑運維管理系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)功能目標(biāo)

建筑按照使用功能的不同,可分為辦公建筑、商業(yè)建筑、交通建筑,如火車站、汽車站等,由于使用對象和建筑用途的不同,在建筑運維管理過程中對相關(guān)功能的需求和管理目標(biāo)的選擇各不一樣。建筑運維管理系統(tǒng)的功能劃分主要包括空間管理、資產(chǎn)管理、設(shè)備管理、公共安全管理、能耗管理、合同管理、用戶管理等。其中商業(yè)建筑可能更側(cè)重于空間分配的空間管理、區(qū)域租賃的用戶管理和合同管理,以及在緊急情況下人員疏散和視頻監(jiān)控的公共安全管理等;對于辦公類建筑,比較關(guān)注其在使用過程中對設(shè)備的折舊和維修等資產(chǎn)管理、設(shè)備管理、系統(tǒng)人員管理相關(guān)問題。所以,在進行建筑運維管理系統(tǒng)設(shè)計前應(yīng)先根據(jù)建筑物類型來分析其功能的側(cè)重點,確立其所需的管理目標(biāo),使得運維管理系統(tǒng)的功能選擇更具針對性,且管理效率更高[6-7]。

選擇的研究對象為辦公樓建筑,同時結(jié)合該建筑在竣工后實際使用時的功能需求,確立構(gòu)建的運維管理系統(tǒng)的系統(tǒng)功能模塊。系統(tǒng)功能目標(biāo)設(shè)計如圖10所示。

4.2 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

基于BIM的建筑運維管理系統(tǒng)要滿足多層次、分布式的結(jié)構(gòu)設(shè)計,由上到下共分為4層,分別為模型信息層、數(shù)據(jù)庫層、系統(tǒng)應(yīng)用層、用戶界面層。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)模型如圖11所示。其中最底層的模型信息層是BIM運維模型信息與運維業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集合,主要提供設(shè)備和設(shè)施的屬性信息、幾何空間關(guān)系等。數(shù)據(jù)庫層主要是對下層的數(shù)據(jù)進行采集、存儲,并保證數(shù)據(jù)能夠在系統(tǒng)與模型之間實現(xiàn)共享。在數(shù)據(jù)庫層基礎(chǔ)上建立的系統(tǒng)應(yīng)用層直接面向用戶,主要根據(jù)用戶管理的不同功能需求來開發(fā)的系統(tǒng)平臺,因此系統(tǒng)主要的功能模塊都集中在該層。通過在電腦中安裝客戶端管理軟件,對建筑運維進行查看與管理,并通過在客戶端中人員設(shè)置權(quán)限的方式對系統(tǒng)中的各項功能進行查詢,并進行錄入、統(tǒng)計和顯示等操作。

圖10 系統(tǒng)功能目標(biāo)設(shè)計

圖11 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)模型

5 系統(tǒng)開發(fā)與案例應(yīng)用

在上述相關(guān)理論研究基礎(chǔ)上,通過搭建系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境,同時結(jié)合選取的實例來對系統(tǒng)的部分功能模塊進行開發(fā)。南京某辦公樓建筑已建成并投入使用,建筑總面積約為36 000 m2,建筑高度為36.7 m,包括地下2層和地上9層。辦公樓建筑BIM運維模型如圖12所示。

圖12 辦公樓建筑BIM運維模型

通過Navisworks軟件平臺,開發(fā)基于BIM的建筑運維管理系統(tǒng),選擇C#語言作為系統(tǒng)開發(fā)語言,同時借助Navisworks軟件提供的API接口來實現(xiàn)對系統(tǒng)插件的加載。Navisworks附加模塊中加載的系統(tǒng)啟動按鈕如圖13所示,當(dāng)點擊該按鈕時就可啟動外部管理客戶端。

圖13 Navisworks附加模塊中加載的系統(tǒng)啟動按鈕

根據(jù)搭建的上述系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境,對系統(tǒng)的功能模塊進行開發(fā),以下就系統(tǒng)幾個關(guān)鍵功能模塊的實現(xiàn)方法和運行效果進行說明。

(1) 三維可視化。主要利用Navisworks軟件創(chuàng)建的模型與設(shè)備視點及漫游過程來實現(xiàn)建筑空間與設(shè)施的三維可視化。同時由于Navisworks軟件還提供屬性查看,管理人員就能同步查看設(shè)施的屬性,如安裝位置等信息。“煙感報警器”三維可視化瀏覽如圖14所示。通過借助三維可視化功能,用戶能夠更加直觀、方便、快速地進行瀏覽,更精準(zhǔn)、高效地查看建筑信息。

圖14 “煙感報警器”三維可視化瀏覽

(2) 設(shè)備管理。設(shè)備管理是系統(tǒng)的主要功能之一,主要包括設(shè)備信息管理和設(shè)備故障管理兩部分。其中設(shè)備信息管理用來對建筑內(nèi)的設(shè)備信息進行匯總統(tǒng)計,并提供信息查詢模塊,方便用戶對設(shè)備進行查找等操作。設(shè)備信息管理功能界面如圖15所示。設(shè)備故障管理功能除了完成設(shè)備故障基礎(chǔ)信息和設(shè)備故障維修信息管理外,還提供設(shè)備故障信息的統(tǒng)計。設(shè)備故障管理界面如圖16所示。

圖15 設(shè)備信息管理功能界面

圖16 設(shè)備故障管理界面

(3) 資產(chǎn)管理。資產(chǎn)管理模塊是系統(tǒng)開發(fā)的主要功能之一。資產(chǎn)管理主要包括資產(chǎn)臺賬和資產(chǎn)借用兩個最常用的功能。資產(chǎn)臺賬用于對資產(chǎn)信息的增刪改查,可以滿足日常用戶的基本需求;資產(chǎn)借用主要用來對資產(chǎn)的借用情況進行登記管理。資產(chǎn)臺賬操作界面如圖17所示。

圖17 資產(chǎn)臺賬操作界面

6 結(jié) 語

針對當(dāng)前我國建筑運維管理信息化水平和效率不高的問題,將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑運維管理過程中,結(jié)合BIM模型和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn),有效地解決建筑運維管理過程中信息斷流問題,促進建筑項目全壽命周期設(shè)施的信息化管理。

在對公共建筑運維管理功能需求分析的基礎(chǔ)上,通過設(shè)計運維管理系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和功能,同時結(jié)合具體實例,借助編程軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)部分功能的開發(fā)與效果展示,為基于BIM的建筑運維管理研究提供參考。

[1]曹吉鳴.設(shè)施管理概論[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[2]張彬.基于BIM技術(shù)的建筑運營管理應(yīng)用探索[D].成都:西南交通大學(xué),2016.

[3]張亞斌,趙希,曹穎,等.國內(nèi)外建筑信息分類標(biāo)準(zhǔn)體系的研究進展[J].建設(shè)科技,2016(5):58-60.

[4]李建成.BIM應(yīng)用·導(dǎo)論[M].上海:同濟大學(xué)出版社,2015.

[5]余婉婷.基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)施管理[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2016.

[6]張新華.大型公共建筑設(shè)施管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].武漢:華中科技大學(xué),2015.

[7]汪再軍,李露凡.基于BIM的既有建筑運維管理系統(tǒng)設(shè)計及實施研究[J].建筑經(jīng)濟,2017,38(1):92-95.