基于BIM的運(yùn)維管理研究與應(yīng)用綜述

胡振中， 彭 陽(yáng)， 田佩龍

（清華大學(xué)土木工程系，北京100084）

基于BIM的運(yùn)維管理研究與應(yīng)用綜述

胡振中， 彭 陽(yáng)， 田佩龍

（清華大學(xué)土木工程系，北京100084）

在建筑物的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段中引入BIM技術(shù)可以得到顯著效益。盡管近年來(lái)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，但目前國(guó)內(nèi)外運(yùn)維階段的BIM研究與應(yīng)用還處于初級(jí)階段。為此在廣泛的文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，從技術(shù)層面和應(yīng)用層面對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外BIM運(yùn)維的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，介紹其所涉及的關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)現(xiàn)狀，進(jìn)而歸納了已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的各種運(yùn)維功能和項(xiàng)目應(yīng)用情況。在總結(jié)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，最后討論了該領(lǐng)域現(xiàn)存的挑戰(zhàn)和瓶頸，并針對(duì)性地展望了BIM運(yùn)維未來(lái)的發(fā)展方向。

BIM；運(yùn)維管理；技術(shù)研究；應(yīng)用項(xiàng)目；綜述

1 概述

1.1 背景

建筑信息模型(building information model, BIM)概念由Eastman等[1]于19世紀(jì)70年代首次提出，之后便被廣泛應(yīng)用于土木建筑行業(yè)，正改變著整個(gè)行業(yè)的面貌。BIM技術(shù)可以用于電子設(shè)備上一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)確的虛擬建筑模型的建立，支持建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析和文檔操作，能調(diào)和建筑全生命期的各種功能需求。建筑物的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理（簡(jiǎn)稱(chēng)運(yùn)維管理），是整合人員、設(shè)施、技術(shù)和管理流程，主要包括對(duì)人員工作和生活空間進(jìn)行規(guī)劃、維護(hù)、維修、應(yīng)急等管理。其目的是滿(mǎn)足人員在建筑空間中的基本使用、安全和舒適需求。由于運(yùn)維管理時(shí)間跨度大、周期長(zhǎng)、內(nèi)容多、涉及人員復(fù)雜，傳統(tǒng)的運(yùn)維管理效率相對(duì)低下。在運(yùn)維管理中引入BIM技術(shù)，不僅可以滿(mǎn)足用戶(hù)的基本活動(dòng)需求，增加投資收益[2]，還能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的信息共享，提高信息的準(zhǔn)確性，并為各方人員提供一個(gè)便捷的管理平臺(tái)以提高對(duì)建筑運(yùn)維管理的效率。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)運(yùn)維階段的BIM應(yīng)用，盡管在理論研究和項(xiàng)目應(yīng)用層面均有一定數(shù)量的研究，但總體還處于探索研究階段[3]。

國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的BIM綜述[4-5]更多地關(guān)注于設(shè)計(jì)和施工階段，對(duì)運(yùn)維階段僅作了簡(jiǎn)單概括。相比之下，國(guó)外有關(guān) BIM 在項(xiàng)目全生命期應(yīng)用的綜述[6-10]較為豐富，但其中專(zhuān)題討論運(yùn)維階段的依然少見(jiàn)。此外，Volk等[11]的綜述僅涉及既有建筑設(shè)備管理和拆除階段的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，而這只是BIM運(yùn)維應(yīng)用的一部分。美國(guó)一些大學(xué)分別提出了運(yùn)維階段信息標(biāo)準(zhǔn)[12]，其各有特點(diǎn)但離統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)還有距離。文獻(xiàn)[13]給出了各國(guó)BIM應(yīng)用的比例數(shù)據(jù)，但主要是針對(duì)BIM的總體應(yīng)用情況，并沒(méi)有具體細(xì)分至運(yùn)維方面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)專(zhuān)題總結(jié)BIM運(yùn)維技術(shù)和應(yīng)用的文獻(xiàn)。鑒于以上研究現(xiàn)狀，需填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外針對(duì)運(yùn)維期BIM技術(shù)現(xiàn)狀的綜述文獻(xiàn)的空白。

1.2 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析

截至 2015年 4月，在中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)[14]、Engineering Village數(shù)據(jù)庫(kù)(EV)[15]和Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)(WoS)[16]中對(duì)各類(lèi)運(yùn)維期BIM文獻(xiàn)檢索結(jié)果如圖1所示，BIM運(yùn)維研究近年持續(xù)增長(zhǎng)，尤其在2011年之后呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

進(jìn)一步在WoS庫(kù)中檢索全部BIM相關(guān)文獻(xiàn)，按運(yùn)維期和非運(yùn)維期進(jìn)行分類(lèi)比對(duì)，結(jié)果顯示為圖1的柱狀圖和右側(cè)坐標(biāo)。由兩部分各自占有的柱狀圖面積可看出，運(yùn)維期的研究總數(shù)僅占全部BIM研究的很小比例，可見(jiàn)目前BIM主要應(yīng)用于非運(yùn)維階段，而運(yùn)維階段應(yīng)用占比很小，但其比例逐年上升，由2008年的6%升至2014年的18%。說(shuō)明本領(lǐng)域的關(guān)注度和研究成果正在顯著地提高。

圖1 各數(shù)據(jù)庫(kù)中的文獻(xiàn)數(shù)量

1.3 綜述內(nèi)容

本文考察了近百篇有關(guān)BIM運(yùn)維的研究文章，其中2010-2015年發(fā)表的文獻(xiàn)占絕大多數(shù)。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道的研究?jī)?nèi)容主要集中在整合人員設(shè)施、對(duì)建筑空間進(jìn)行維護(hù)管理、建筑安全等；國(guó)外關(guān)于BIM運(yùn)維的研究相對(duì)較多，然而其研究對(duì)象仍有限地集中于基于模型的設(shè)備管理和能耗監(jiān)控。對(duì)于項(xiàng)目后期的BIM應(yīng)用，成功的應(yīng)用案例幾乎沒(méi)有，目前無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工單位都難以完全實(shí)現(xiàn)將信息模型有效地移交給運(yùn)維單位繼續(xù)使用的目標(biāo)[17]。文獻(xiàn)[18]通過(guò)專(zhuān)家訪(fǎng)談和問(wèn)卷調(diào)查得出了BIM在運(yùn)維管理領(lǐng)域?qū)嵺`的現(xiàn)狀，列出了十幾個(gè)方面的應(yīng)用點(diǎn)，其中“構(gòu)件和設(shè)備定位”、“獲取設(shè)施實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”和“3D可視化”的需求占前3位，而其他需求項(xiàng)也有較高的得票分，可見(jiàn)BIM用戶(hù)對(duì)運(yùn)維功能的需求是多方面的。

本文從技術(shù)層面和應(yīng)用層面對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行分類(lèi)。前者列舉和總結(jié)了 BIM在建筑運(yùn)維期涉及的關(guān)鍵技術(shù)；后者則總結(jié)了已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的主要功能，并考察概括了各種運(yùn)維系統(tǒng)和項(xiàng)目應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上討論了文獻(xiàn)現(xiàn)存問(wèn)題和BIM運(yùn)維的發(fā)展方向。

2 技術(shù)層面

BIM具有集成化管理的特征，符合全生命期管理的要求[19]，將其應(yīng)用于運(yùn)維管理所涉及的關(guān)鍵技術(shù)較多，相關(guān)文獻(xiàn)如表1所示。

表1 關(guān)鍵技術(shù)及文獻(xiàn)報(bào)道

2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與模型詳細(xì)程度要求

BIM作為單一的數(shù)據(jù)源，必須符合某些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以便于可根據(jù)需求定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將信息模型與運(yùn)維管理系統(tǒng)整合，向決策者提供便捷的數(shù)據(jù)入口。同時(shí)，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將扮演集成系統(tǒng)的核心部分，作為建模的依據(jù)和使用數(shù)據(jù)的指導(dǎo)。應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)既有建筑進(jìn)行運(yùn)維管理時(shí)，防火、能源、電氣、空間管理的信息需求是多樣的[20]，各類(lèi)BIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)提供建模過(guò)程所需的組織結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有：

(1) 工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)(industry foundation classes, IFC)系列標(biāo)準(zhǔn)：包括 IFC、國(guó)際字典框架(international framework for dictionaries, IFD)、信息傳遞手冊(cè)(information delivery manual, IDM)和模型視圖定義(model view definition, MVD)，均是BuildingSMART(原 international alliance for interoperability)組織制定的標(biāo)準(zhǔn)[21]。IFC旨在提供建筑項(xiàng)目全生命期的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，目前已被BIM軟件廣泛采用，是目前BIM信息交換的唯一國(guó)際實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。IFD是面向建筑工程領(lǐng)域的語(yǔ)言無(wú)關(guān)的術(shù)語(yǔ)庫(kù)，并提供了將信息與分類(lèi)系統(tǒng)、信息模型、對(duì)象模型和過(guò)程模型相關(guān)聯(lián)的機(jī)制。IDM提出一種通過(guò)過(guò)程建模，識(shí)別某一特定交換流程中信息交換需求的方法。MVD是針對(duì)業(yè)務(wù)流程和交換需求，用特定格式定義的IFC大綱的子集。國(guó)外有文獻(xiàn)提出以IFC架構(gòu)為核心的思路，引導(dǎo)研發(fā)人員運(yùn)用IFC來(lái)開(kāi)發(fā)不限平臺(tái)、不限機(jī)器、不限數(shù)據(jù)來(lái)源的通用軟件[22]。Lucas等[23]依據(jù)IFC提出了一種面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ?。以IFC為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式的應(yīng)用案例見(jiàn)3.3節(jié)。

(2) 施工運(yùn)營(yíng)建筑信息交換(construction operations building information exchange, COBie[24])標(biāo)準(zhǔn)：是服務(wù)于已建成建筑運(yùn)營(yíng)和管理的信息交換標(biāo)準(zhǔn)，一般要求自建筑全生命期初期的概念設(shè)計(jì)階段應(yīng)按照COBie等標(biāo)準(zhǔn)定義模型[25]。COBie于2007年由美國(guó)陸軍工程部隊(duì)提出，并分別于 2011年和2014年被批準(zhǔn)成為美國(guó)和英國(guó)的國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)的一部分。Koch等[26]在開(kāi)發(fā)室內(nèi)信息系統(tǒng)時(shí)介紹了COBie的應(yīng)用現(xiàn)狀。應(yīng)用COBie的案例如建立交付模型視圖[27]及在面向物業(yè)管理的可視化技術(shù)中作為數(shù)據(jù)源[28]。

(3) OmniClass(OCCS或OmniClass construction classification system)標(biāo)準(zhǔn)：是一個(gè)設(shè)備全生命期的信息分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，作為組織、排序、搜索信息的手段。其所包含的 15個(gè)不同建筑信息的分類(lèi)表格，目前在官方網(wǎng)站上由來(lái)自世界各地的建設(shè)行業(yè)志愿者進(jìn)行維護(hù)[29]。有學(xué)者研究基于設(shè)備管理對(duì)結(jié)構(gòu)安全性響應(yīng)的復(fù)雜性，再根據(jù)OmniClass創(chuàng)建了一種規(guī)范化的損害性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于安全監(jiān)測(cè)[30]。

(4) LOD(level of detail)：指建立BIM模型的詳細(xì)程度，未作為標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，但也是一個(gè)重要的概念。在COBie標(biāo)準(zhǔn)文檔[24]中有規(guī)定技術(shù)設(shè)備的LOD。由于運(yùn)維功能的復(fù)雜性，面向運(yùn)維需求的模型應(yīng)具有高的LOD[11]，文獻(xiàn)[31]分析了LOD對(duì)建模時(shí)間和準(zhǔn)確度的影響。

2.2 信息集成

目前已有較多的研究著眼于 BIM對(duì)運(yùn)維期信息的集成和管理，事實(shí)上信息集成技術(shù)可以大大改善傳統(tǒng)的作業(yè)形式。早期有研究[32]對(duì)比了傳統(tǒng)的竣工文檔交付方式和利用BIM自動(dòng)生成文檔的方法，并推斷以后將實(shí)現(xiàn)竣工文檔交付全自動(dòng)化。Becerik-Gerber等[18]提出金字塔形狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，并明確了項(xiàng)目各參與方提供數(shù)據(jù)的職責(zé)。陳沉等[33]研究了基于同一數(shù)據(jù)平臺(tái)下的信息模型如何從設(shè)計(jì)單位無(wú)縫傳遞給施工單位和業(yè)主單位。文獻(xiàn)[22, 34-35]深入利用IFC研究了基于本體的建筑信息管理方式，這也是目前國(guó)內(nèi)外BIM應(yīng)用研究熱點(diǎn)之一。好的信息集成能夠最大程度利用信息模型，但同時(shí)也是應(yīng)用的難點(diǎn)。

2.3 應(yīng)用框架研究

傳統(tǒng)的以文件（紙質(zhì)或電子版，文本或圖紙）為主要媒介的運(yùn)維管理流程需要大量的人工，且出錯(cuò)概率較高[36]。為了解決此問(wèn)題，需要探索在整個(gè)項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)BIM的全生命期應(yīng)用模式。有一些學(xué)者對(duì)BIM應(yīng)用的整體框架做了研究，例如，文獻(xiàn)[37]提出安全和結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、機(jī)電設(shè)備、機(jī)場(chǎng)模擬優(yōu)化等 3個(gè)典型研究框架，并應(yīng)用于橋梁和大型公共設(shè)施。文獻(xiàn)[38]提出了建筑知識(shí)建模的概念，并將其與 BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。文獻(xiàn)[39]介紹了機(jī)電設(shè)備信息模型在集成化設(shè)計(jì)和減少對(duì)人和環(huán)境損害的作用。文獻(xiàn)[40]指出建筑信息的分散和缺少統(tǒng)一的預(yù)測(cè)分析工具是優(yōu)化復(fù)雜建筑物性能的阻礙，進(jìn)而提出一種結(jié)構(gòu)化和定量化的框架來(lái)評(píng)估建筑性能，并以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn) IDM，從而支持MVD。這些研究中，有不少文獻(xiàn)提出了BIM 技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)應(yīng)用流程的改進(jìn)方法，均取得了良好的效果。

2.4 傳感器與無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別

傳感器與無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別 (radio frequency identification, RFID)技術(shù)廣泛應(yīng)用于構(gòu)件識(shí)別、設(shè)施定位等數(shù)據(jù)的獲取，可支持運(yùn)維管理的數(shù)據(jù)需求。傳感器和RFID技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較早，通過(guò)多種自動(dòng)化技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)與BIM模型的集成，為構(gòu)件識(shí)別、室內(nèi)定位、人員逃生等提供良好支持。例如，有學(xué)者從現(xiàn)有RFID的報(bào)道進(jìn)行技術(shù)評(píng)估，研究RFID與BIM技術(shù)整合的思路[41]。也有研究綜述[42]分析了運(yùn)維期數(shù)據(jù)收集的任務(wù)類(lèi)型，總結(jié)了一些文獻(xiàn)所報(bào)道的方法和技術(shù)。Liu和 Akinci[43]及Hammad和Professor[44]分別提出了RFID與BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)系模式。Krukowski和 Arsenijevic[45]討論了基于 RFID的人和設(shè)備定位技術(shù) 。這些研究多以方法為主，也提出了在運(yùn)維數(shù)據(jù)提取方面使用 BIM 模型的手段，其中少量文獻(xiàn)[43, 45-46]報(bào)道了原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，涉及到將傳感器技術(shù)作為重要的輔助工具。

3 應(yīng)用層面綜述

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)與開(kāi)發(fā)

理論上，運(yùn)維BIM完整存儲(chǔ)了建筑的所有設(shè)計(jì)和施工數(shù)據(jù)，而為了更直觀方便地應(yīng)用運(yùn)維BIM，需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用平臺(tái)和系統(tǒng)。BIM運(yùn)維系統(tǒng)可提供給運(yùn)維單位一個(gè)可操作BIM數(shù)據(jù)的界面，同時(shí)便于在整個(gè)運(yùn)維階段實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息、安全信息、維修信息等各種數(shù)據(jù)的錄入，在此基礎(chǔ)上，用戶(hù)能夠以一種宏觀到微觀的效果使維護(hù)人員能夠更清楚地了解設(shè)備信息，同時(shí)以三維視圖的方式展示設(shè)備及其部件以指導(dǎo)維護(hù)人員的工作，避免和減少由于欠維修或過(guò)度維修而造成的消耗[47]。充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)于提升運(yùn)維管理系統(tǒng)的技術(shù)水平乃至運(yùn)維管理的水平都具有重要的意義。目前，用于運(yùn)維管理的BIM平臺(tái)系統(tǒng)主要有3類(lèi)：①直接應(yīng)用商業(yè)軟件產(chǎn)品；②基于商業(yè)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；③研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的平臺(tái)系統(tǒng)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和項(xiàng)目應(yīng)用文獻(xiàn)如表2所示。

3.1.1 商業(yè)軟件產(chǎn)品

目前較為廣泛使用的商業(yè)運(yùn)維管理軟件有Archibus和Allplan Allfa。

Archibus是全球占有份額最高的運(yùn)維管理軟件，可以提供集成化的管理解決方案，組織各參與方的協(xié)同，適用于房地產(chǎn)、公共建筑、設(shè)備管理等應(yīng)用場(chǎng)合。Archibus覆蓋運(yùn)維管理的大多數(shù)功能，如財(cái)產(chǎn)租賃管理、空間計(jì)劃、維護(hù)維修管理、設(shè)備狀態(tài)評(píng)估等。目前這款軟件已廣泛運(yùn)用于世界各地的項(xiàng)目，涉及約700萬(wàn)從業(yè)人員[48]。然而，此產(chǎn)品目前尚不能和BIM模型很好地結(jié)合，主要采用基于平面數(shù)據(jù)的運(yùn)營(yíng)管理模式。

Allplan Allfa是德國(guó)Nemetschek公司Allplan系列的產(chǎn)品之一，提供綜合的計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)備管理功能[49]。軟件的功能有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的信息管理、空間管理、設(shè)備文檔管理、暖通和防火預(yù)警等。相比于ARCHIBUS，Allplan Allfa的優(yōu)勢(shì)在于該公司旗下已有一套基于BIM技術(shù)的系列軟件，覆蓋了設(shè)計(jì)、施工和成本管理，可以完成一定程度的信息集成，更符合BIM技術(shù)的理念，及全生命期管理的要求。其不足主要是功能不夠完善，覆蓋面較低。

3.1.2 二次開(kāi)發(fā)

尚有一些基于國(guó)外商用軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的運(yùn)維BIM系統(tǒng)，涉及到Autodesk Design Review[50]、Navisworks[51]、Revit[38]等軟件。相關(guān)文獻(xiàn)如表2所示。系統(tǒng)所采用的平臺(tái)有BS（瀏覽器-服務(wù)器）架構(gòu)和CS（客戶(hù)端-服務(wù)器）架構(gòu)，文獻(xiàn)大多給出了基本功能的測(cè)試，也有一些應(yīng)用案例。綜合來(lái)看，二次開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)可以利用已成熟的界面和圖形平臺(tái)，開(kāi)發(fā)周期短，基本可以滿(mǎn)足一般工程的需求。但由于其軟件架構(gòu)于商業(yè)軟件之上，因此無(wú)法控制其數(shù)據(jù)核心的存儲(chǔ)與管理，在性能和功能擴(kuò)展上均會(huì)受制于所選用的軟件產(chǎn)品平臺(tái)。

3.1.3 自主研發(fā)平臺(tái)

相比基于商業(yè)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，自主研發(fā)的運(yùn)維平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的功能更為具體化，應(yīng)用的項(xiàng)目也更為多元化。選擇自主研發(fā)系統(tǒng)通常是考慮利于從底層進(jìn)行擴(kuò)展和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)性能的逐步優(yōu)化，同時(shí)也可以擺脫商業(yè)軟件的束縛，故系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以遵循多種思路。然而，由于本領(lǐng)域的研究相對(duì)不足，距離功能完整的系統(tǒng)尚有一定的差距，目前開(kāi)發(fā)成功的一些系統(tǒng)大多針對(duì)運(yùn)維的某一個(gè)或幾個(gè)特定領(lǐng)域。典型的平臺(tái)如基于BIM的機(jī)電設(shè)備智能管理系統(tǒng)BIM-FIM[52]，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)MEP（機(jī)電設(shè)備）安裝過(guò)程和運(yùn)維階段的信息共享，及安裝完成后將實(shí)體建筑和虛擬的機(jī)電設(shè)備信息模型(MEP-BIM)一起集成交付給業(yè)主；同時(shí)加強(qiáng)了運(yùn)營(yíng)期MEP的綜合信息化管理。

3.2 實(shí)現(xiàn)的功能

運(yùn)維管理的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備、能源、安全、物業(yè)管理等多方面功能。將BIM運(yùn)用到運(yùn)維管理上可以得到明顯的效益。所考察的文獻(xiàn)中，有相當(dāng)數(shù)量包含了具體功能的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用描述，歸納至表3。

表3 運(yùn)維功能及相關(guān)文獻(xiàn)

其中，有學(xué)者總結(jié)了一些建筑能源管理工具，認(rèn)為 BIM在能耗管理和建筑監(jiān)測(cè)應(yīng)用中已經(jīng)有成熟方法，但仍需進(jìn)一步與IFC和多種工具整合，以實(shí)現(xiàn)更為大型建筑的應(yīng)用[53]。Clarke等[54]討論了建筑環(huán)境能源效率的作用，并結(jié)合英國(guó)建筑業(yè)指出了提高能源效率的需求和實(shí)施方案。文獻(xiàn)[55]討論BIM技術(shù)在建筑節(jié)能領(lǐng)域中的各類(lèi)應(yīng)用，提供一個(gè)全新的角度來(lái)探索建筑能耗管理。在室內(nèi)公共安全研究領(lǐng)域，最新的成果研究了在BIM模型中實(shí)現(xiàn)防火安全和應(yīng)急疏散[56-58]。除了2.4節(jié)討論的傳感器和RFID技術(shù)，還有研究提供了一系列數(shù)據(jù)自動(dòng)化的功能，如模型數(shù)據(jù)匯總分析[59]、材性參數(shù)自動(dòng)匹配[60]、激光掃描自動(dòng)增補(bǔ)模型[61]等。在橋梁工程方面，有學(xué)者給出了一些工程應(yīng)用實(shí)例[62]，或提出一個(gè)輔助橋梁運(yùn)維期管理的 BIM 系統(tǒng)框架[63]。香港房屋署利用BIM模型進(jìn)行設(shè)施管理的研究，直接服務(wù)于業(yè)主和物業(yè)人員[64]。這些應(yīng)用拓展了 BIM 運(yùn)維的功能和實(shí)現(xiàn)的思路。

3.3 應(yīng)用項(xiàng)目

將BIM技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目的過(guò)程中，不少研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了有益的嘗試。本文考察了 21個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目見(jiàn)表2。其應(yīng)用領(lǐng)域除了傳統(tǒng)的民用建筑物，尚有大型公共建筑[51,65-66]、城市軌道交通[67]、橋梁[68]、機(jī)場(chǎng)航站樓[69]等。此外，3個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用了IFC語(yǔ)義方法，將建筑全生命期的各方整合進(jìn)入統(tǒng)一的協(xié)作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了全生命期信息的協(xié)作管理[22, 34-35]。

4 討論及展望

隨著B(niǎo)IM技術(shù)對(duì)運(yùn)維管理效益的不斷體現(xiàn)，業(yè)主和相關(guān)從業(yè)人員對(duì)BIM技術(shù)的不斷探索，許多研究者做出了技術(shù)上的貢獻(xiàn)，并在應(yīng)用層面也取得了一定的成果。

運(yùn)維階段BIM技術(shù)的研究，為所需功能的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建立給出了獲取模型信息的基礎(chǔ)，為運(yùn)維管理者提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和共享方式，同時(shí)作為建模的依據(jù)和使用數(shù)據(jù)的指導(dǎo)，在很大程度上提升了管理的效率和集成度。信息集成和應(yīng)用框架研究則從方法論層面的角度，為如何在運(yùn)維期實(shí)現(xiàn) BIM的最大化應(yīng)用提供了有價(jià)值的指導(dǎo)意見(jiàn)。傳感器和RFID亦成為獲取運(yùn)維信息的重要硬件和軟件技術(shù)。同時(shí)，為了更方便地利用BIM，目前已開(kāi)發(fā)了各種架構(gòu)的應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)的功能涉及眾多方面，也為運(yùn)維管理人員提供了直觀的操作界面和功能模塊，在多種形式的應(yīng)用場(chǎng)合取得了滿(mǎn)意的效果，可見(jiàn)BIM在運(yùn)維階段表現(xiàn)出很大的應(yīng)用潛力。

在上述調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，相較于設(shè)計(jì)和施工階段，BIM技術(shù)在運(yùn)維階段的應(yīng)用總體還處于初級(jí)階段，既表現(xiàn)在成熟的商品軟件或工具較少且應(yīng)用普及度較低，也表現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外科研院校對(duì)其研究的深入程度不足和缺乏成熟規(guī)模的應(yīng)用案例。其原因如下：

(1) 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)不足及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)不夠完善。對(duì)于既有建筑，缺乏模型；對(duì)于有BIM應(yīng)用要求的新建建筑，數(shù)量很少且缺乏完善的竣工BIM交付標(biāo)準(zhǔn)。此外，關(guān)于數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方面還缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，且在信息交換時(shí)，所遵循的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)體存儲(chǔ)模式不直觀。如果不具備較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景，用戶(hù)很難理解這些數(shù)據(jù)的含義，因此無(wú)法充分利用信息。這些問(wèn)題導(dǎo)致作為BIM應(yīng)用基礎(chǔ)的信息本身達(dá)不到應(yīng)用的要求。

(2) BIM運(yùn)維管理應(yīng)用需求不明確。傳統(tǒng)的運(yùn)維管理系統(tǒng)包括辦公自動(dòng)化、基于圖表文檔的管理平臺(tái)、監(jiān)測(cè)自控系統(tǒng)等，均自成體系，應(yīng)用模式根深蒂固難以改造。而基于BIM的運(yùn)維管理難以與已有運(yùn)維系統(tǒng)區(qū)別和定位，加之貫穿全生命期的BIM應(yīng)用項(xiàng)目，大量仍在設(shè)計(jì)或建造階段，應(yīng)用需求不明確，導(dǎo)致BIM運(yùn)維價(jià)值點(diǎn)體現(xiàn)得不夠充分。

(3) 缺乏合適的 BIM 運(yùn)維平臺(tái)系統(tǒng)。當(dāng)前的BIM運(yùn)維系統(tǒng)，基本只能滿(mǎn)足模型及信息的查看，其擴(kuò)展的功能也大多不屬于運(yùn)維管理中的必要需求，導(dǎo)致哪怕施工方建立并交付了竣工BIM，運(yùn)維管理方也不愿甚至無(wú)法應(yīng)用。

(4) BIM運(yùn)維基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)仍有欠缺。運(yùn)維階段長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，對(duì)于如何持續(xù)準(zhǔn)確地獲取運(yùn)維相關(guān)信息，例如監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、維護(hù)維修記錄等，需要突破以往 BIM研究和應(yīng)用中所側(cè)重的“人工建模”的數(shù)據(jù)錄入方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的或更符合運(yùn)維操作管理的信息集成。此外，對(duì)于這期間所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，需要有合理高效的平臺(tái)（如云計(jì)算平臺(tái)等）進(jìn)行管理和相應(yīng)的技術(shù)（如數(shù)據(jù)挖掘等）進(jìn)行處理。這些技術(shù)架構(gòu)涉及到已有的成熟自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（如建筑自動(dòng)化系統(tǒng)BAS等）、新興的云計(jì)算平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，目前還沒(méi)有完備的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的整體架構(gòu)，需要進(jìn)一步研究和探索。

(5) 技術(shù)手段與管理水平不匹配，需求不平衡。運(yùn)維管理對(duì)象可能是宏觀的整體建筑或其中的某個(gè)子系統(tǒng)，也可能是具體的某個(gè)建筑設(shè)備或內(nèi)部的個(gè)人，這就需要管理系統(tǒng)在技術(shù)工具的支持下，打通宏觀和微觀等多層次的管理需求。目前的BIM應(yīng)用幾乎不同時(shí)考慮宏觀和微觀的管理需求，因而也無(wú)法提供相應(yīng)配套的工具模塊。而現(xiàn)代化的管理需求，對(duì)于工具平臺(tái)的易用性和便捷性也提出了很高的要求，如何實(shí)現(xiàn)海量信息數(shù)據(jù)和輕量級(jí)終端平臺(tái)（如智能手機(jī)或平板電腦）的結(jié)合，也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，展望BIM運(yùn)維的發(fā)展，將包括但不限于以下幾點(diǎn)：

(1) 基礎(chǔ)技術(shù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的深入。由于運(yùn)維期BIM相關(guān)的數(shù)據(jù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均不完善，還需要繼續(xù)研究數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用框架的實(shí)現(xiàn)，并訴求于進(jìn)一步的工具整合。此外，仍需構(gòu)建與本體論、語(yǔ)義挖掘、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)集成的 BIM應(yīng)用模式和技術(shù)框架。

(2) 宏觀管理和精細(xì)化管理的功能結(jié)合。面向?qū)嶋H的運(yùn)維管理需求，以及管理工具的發(fā)展，BIM技術(shù)將會(huì)與地理信息系統(tǒng)(geographic information system, GIS)技術(shù)進(jìn)行深度融合，應(yīng)用于運(yùn)維管理。其中，GIS宏觀模型為區(qū)域管理、系統(tǒng)宏觀平面化管理、房間管理等提供基礎(chǔ)；BIM精細(xì)化模型則應(yīng)用于設(shè)備設(shè)施管理、系統(tǒng)邏輯、維護(hù)維修管理和應(yīng)急管理等。

(3) 信息管理和信息應(yīng)用的集成與融合。以傳感網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合建筑自動(dòng)化中的監(jiān)控系統(tǒng)，將為信息的持續(xù)自動(dòng)獲取提供途徑；以云計(jì)算平臺(tái)為支撐的信息管理機(jī)制可以提供 BIM大數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與管理，解決BIM信息管理中的集成、提取和共享等問(wèn)題；以應(yīng)用需求為推動(dòng)的功能創(chuàng)新作為信息應(yīng)用的表現(xiàn)，將是BIM運(yùn)維技術(shù)推廣的真正原動(dòng)力，這些應(yīng)用包括系統(tǒng)邏輯、維護(hù)、維修、巡檢、能耗、安全、應(yīng)急、逃生等。

(4) 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)的工具整合。運(yùn)維管理的目的是使建筑物的安全和使用性能滿(mǎn)足內(nèi)部人員的需求，需要運(yùn)維管理平臺(tái)能提供建筑實(shí)時(shí)狀況的分析、表達(dá)、控制和反饋。在運(yùn)維BIM中通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)、模擬和預(yù)測(cè)分析工具[40]、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、以及無(wú)線(xiàn)傳感和智能控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)建筑性能的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)分析和可視化展現(xiàn)，進(jìn)而輔助快速?zèng)Q策、保障人財(cái)安全、優(yōu)化建筑物性能。

(5) 智能建筑與生態(tài)建筑(bio-building)。BIM本身負(fù)責(zé)海量信息的管理和共享，而人工智能技術(shù)則將應(yīng)用這些信息進(jìn)行分析，產(chǎn)生“智能”。兩者結(jié)合即支撐了智能建筑的概念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧小區(qū)、智慧城市乃至智慧地球的遠(yuǎn)景應(yīng)用。這需要進(jìn)一步研究 BIM 與數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)合[86]，目前已報(bào)道了少量運(yùn)用實(shí)例[87-89]。此外，在建筑中加入目前主流的環(huán)保元素如綠色材料[90]、低碳能源等，以及模仿生物對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)，如溫度過(guò)高啟動(dòng)自動(dòng)降溫措施等，則可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生態(tài)建筑。

5 總 結(jié)

近年來(lái)業(yè)界對(duì)BIM運(yùn)維的關(guān)注度不斷地提高，相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，尤其在 2011年之后呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。本文考察了近百篇有關(guān)BIM運(yùn)維的研究文章，從技術(shù)層面和應(yīng)用層面對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行分類(lèi)和總結(jié)，列舉了BIM在建筑運(yùn)維期涉及的關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的主要功能，并考察概括了各種運(yùn)維系統(tǒng)和項(xiàng)目應(yīng)用。這些研究對(duì)于完善建筑全生命期管理，實(shí)現(xiàn)BIM價(jià)值最大化，推動(dòng)運(yùn)維管理的進(jìn)一步發(fā)展等方面具有重要的意義。本文最后還討論了BIM運(yùn)維現(xiàn)存的問(wèn)題和今后的發(fā)展方向。未來(lái)的研究若能解決這些問(wèn)題，突破這些核心技術(shù)和管理障礙，將優(yōu)化運(yùn)維管理流程，帶來(lái)很好的效益?；谏鲜鼍C述與討論，可以認(rèn)為運(yùn)維階段的BIM應(yīng)用總體還處于研究的初級(jí)階段，面臨諸多挑戰(zhàn)和瓶頸。盡管如此，其進(jìn)一步發(fā)展與推廣的潛力巨大，作為建設(shè)領(lǐng)域第二次信息革命的BIM技術(shù)，在運(yùn)維管理中必將發(fā)揮更大的作用。

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A Review for Researches and Applications of BIM-Based Operation and Maintenance Management

Hu Zhenzhong, Peng Yang, Tian Peilong
(Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Introducing BIM into building operation and maintenance management (O&M management) has significant benefits. Though the number of related literatures keeps increasing in recent years, current domestic and foreign researches and applications on BIM-based O&M are generally in the exploratory stage. Based on a broad literature survey, this paper reviewed domestic and foreign BIM-based O&M researches and applications from the perspective of technology researches and application projects. Relevant key technologies, research status and related system developments were introduced. The functions and project applications were then summarized. Finally the challenges and bottlenecks for BIM-based O&M management, as well as an outlook for future researches were discussed.

BIM; operation and maintenance management; technology research; application project; review

TU 17

A

2095-302X(2015)05-0802-09

發(fā)和項(xiàng)目應(yīng)用文獻(xiàn)應(yīng)用類(lèi)型 系統(tǒng)類(lèi)型 文獻(xiàn)編號(hào)民用及公 商業(yè)軟件產(chǎn)品 [62, 66, 68, 72, 73]共建筑 二次開(kāi)發(fā) [38, 50, 51, 74]自主研發(fā)平臺(tái) [22, 23, 34-36, 46, 52, 65, 75]其他設(shè)施 自主研發(fā)平臺(tái) [67, 69, 76]

2015-05-21；定稿日期：2015-07-21

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(“863”計(jì)劃，2013AA041307)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51478249)；清華大學(xué)-廣聯(lián)達(dá)BIM聯(lián)合研究中心研究基金

胡振中(1983-)，男，廣東惠州人，副教授，博士。主要研究方向?yàn)榻ㄖ畔⒛Ｐ团c數(shù)字防災(zāi)技術(shù)。E-mail：huzhenzhong@tsinghua.edu.cn