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

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

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

近年來(lái)，隨著B(niǎo)IM 技術(shù)在我國(guó)快速發(fā)展，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、項(xiàng)管單位、造價(jià)咨詢單位等各業(yè)內(nèi)人員逐漸開(kāi)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(shí)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(yùn)行維護(hù)提升到智慧建筑的全新高度。

BIM；智慧建筑；運(yùn)維；物聯(lián)網(wǎng)

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

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(guò)新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實(shí)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(gè)性化和私有化。

目前，在國(guó)內(nèi)BIM 技術(shù)主要應(yīng)用于項(xiàng)目管理，大多只是集中在設(shè)計(jì)階段和施工階段，還未切實(shí)應(yīng)用于建筑物的運(yùn)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(yùn)維階段的應(yīng)用。

1 BIM貫穿整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的功能概述

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

建筑設(shè)計(jì)專業(yè)可以直接生成可視的三維實(shí)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(jì)算；安裝專業(yè)可以據(jù)此對(duì)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(jià)、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(gè)建筑行業(yè)從參與建設(shè)的各個(gè)企業(yè)間不斷完善，才能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的整個(gè)信息化管理，進(jìn)而最大化地實(shí)現(xiàn)BIM的意義。

2 傳統(tǒng)運(yùn)維的現(xiàn)狀

2.1 低碳經(jīng)濟(jì)對(duì)建筑運(yùn)維的壓力

近年來(lái)，“低碳”、“環(huán)?！?、“節(jié)能”、“綠色”等成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。而中國(guó)的建筑使用能耗占全社會(huì)總能耗約 33 %以上。為了企業(yè)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，如何通過(guò)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(jìng)爭(zhēng)力之一。

2.2 被動(dòng)式運(yùn)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(bào)警系統(tǒng)、弱電智能系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等，每個(gè)子系統(tǒng)都包含了大量的設(shè)備和管線。傳統(tǒng)的運(yùn)維管理是在對(duì)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(shí)間或者使用期限到達(dá)后才保養(yǎng)或者更換。傳統(tǒng)的運(yùn)維管理不能提前預(yù)警或及時(shí)處理事故都可能導(dǎo)致財(cái)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(lái)賓、慶典活動(dòng)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(yùn)維管理都是現(xiàn)場(chǎng)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(shí)關(guān)閉部分設(shè)備、啟動(dòng)相關(guān)區(qū)域的應(yīng)急和消防系統(tǒng)等。因此可能錯(cuò)過(guò)對(duì)突發(fā)事件處置的最佳時(shí)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(xiàng)目在全國(guó)各地迅速擴(kuò)張，總部對(duì)各地分公司項(xiàng)目的管理難度日益增加。傳統(tǒng)的運(yùn)維管理總部無(wú)法快速準(zhǔn)確掌握各地地產(chǎn)項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)情況，無(wú)法及時(shí)了解各地的情況，快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并且給予指示。

3 BIM與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合對(duì)運(yùn)維的價(jià)值

3.1 設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制

把原來(lái)地產(chǎn)中獨(dú)立運(yùn)行并現(xiàn)場(chǎng)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(tái)上進(jìn)行設(shè)備管控。在了解設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程管控。例如：通過(guò)RFID技術(shù)獲取空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)是否運(yùn)行異常，遠(yuǎn)程控制空調(diào)的開(kāi)啟、關(guān)閉和對(duì)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(hào)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(guò)RFID獲取值班安保人員位置；當(dāng)出現(xiàn)消防報(bào)警等突發(fā)事件時(shí)，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(shí)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(lái)，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(cè)上，只有在需要的時(shí)候才由專業(yè)人員去整個(gè)建筑資料中查找單個(gè)細(xì)部信息、理解信息、做出決策，然后到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)建筑物執(zhí)行相關(guān)決策。利用BIM建立一個(gè)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(shí)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(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)累積與分析

建筑物運(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)的積累，對(duì)于管理者來(lái)說(shuō)具有很大的價(jià)值。不僅可通過(guò)對(duì)積累的數(shù)據(jù)來(lái)分析目前存在的問(wèn)題和隱患，還可以通過(guò)已積累的數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化和完善現(xiàn)行管理并給予用戶合理建議。例如：通過(guò)RFID獲取水表運(yùn)行狀態(tài)，并累積形成能耗情況，通過(guò)階段分析數(shù)據(jù)來(lái)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(duì)于建筑物的運(yùn)營(yíng)維護(hù)來(lái)說(shuō)是缺一不可。若沒(méi)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)就只有停留在目前靠人到現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單操控的階段，無(wú)法形成統(tǒng)一的高效的遠(yuǎn)程管理平臺(tái)。若沒(méi)有BIM技術(shù)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)就無(wú)法跟建筑物相關(guān)聯(lián)，無(wú)法在可視三維空間中準(zhǔn)確定位，無(wú)法對(duì)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(shí)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(yùn)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(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來(lái)一次全面的信息革命。

4 智慧運(yùn)維的具體應(yīng)用

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

4.1 設(shè)備運(yùn)行檢測(cè)

4.1.1 設(shè)備信息

該管理系統(tǒng)集成了對(duì)設(shè)備的搜索、查閱、定位等功能。通過(guò)點(diǎn)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(duì)設(shè)備生命周期進(jìn)行管理，比如對(duì)壽命即將達(dá)到期限的設(shè)備及時(shí)預(yù)警和更換配件，防止安全事故的發(fā)生；通過(guò)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(shí)利用BIM模型，進(jìn)行建筑設(shè)備實(shí)時(shí)瀏覽。

4.1.2 設(shè)備運(yùn)行和控制

所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)都會(huì)實(shí)時(shí)在BIM模型上直觀顯示，例如綠色表示正常運(yùn)行，黃色表示設(shè)備運(yùn)行異常，紅色表示出現(xiàn)故障停止運(yùn)行；對(duì)于每個(gè)設(shè)備，可以查詢其歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；另外可以對(duì)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(kāi)、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(shí)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(shí)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(shí)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題歸根到底在于施工單位沒(méi)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(gè)角落里，只有極少數(shù)幾個(gè)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(yùn)營(yíng)維護(hù)通過(guò)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(shí)候可以避開(kāi)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(guò)電子化保存下來(lái)，內(nèi)外部相關(guān)人員都可以實(shí)現(xiàn)資源共享，有變化可以通過(guò)云平臺(tái)隨時(shí)同步調(diào)整，保證信息的完整性和準(zhǔn)確性。

4.3 能源運(yùn)行管理

通過(guò)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(guò)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(shí)收集所有能源信息，并且通過(guò)開(kāi)發(fā)的能源管理功能模塊，對(duì)能源消耗情況進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，比如各區(qū)域，各個(gè)租戶的每日水電氣用量，每周水電氣用量等；通過(guò)對(duì)收集到的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并對(duì)異常能源使用情況進(jìn)行警告或者標(biāo)識(shí)。

4.4 租戶管理

對(duì)于商業(yè)建筑可以通過(guò)查詢定位隨時(shí)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(fèi)用；系統(tǒng)可以提供收租提醒等客戶定制化功能。同時(shí)還可以根據(jù)租戶信息的變更，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和更新，形成一個(gè)快速共享的平臺(tái)。

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?yàn)閿z像視頻管理是運(yùn)維控制中心的一部分，也是基于BIM的可視化管理。通過(guò)配備監(jiān)控大屏幕可以對(duì)整個(gè)項(xiàng)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(lái)；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(duì)于保安人員，可以通過(guò)將無(wú)線射頻芯片植入到工卡，利用無(wú)線終端結(jié)合監(jiān)控視頻跟蹤系統(tǒng)來(lái)定位保安的具體方位。這個(gè)對(duì)于商業(yè)地產(chǎn)，尤其是大型商業(yè)地產(chǎn)中人流量大、場(chǎng)地面積大、突發(fā)情況多，這類安全保護(hù)非常有價(jià)值。一旦發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，管理人員就可以利用這個(gè)系統(tǒng)來(lái)指揮安保工作。

4.6 車庫(kù)管理

目前的車庫(kù)管理系統(tǒng)基本都是以計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)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(gè)圈子找不到車位，容易造成車道堵塞和時(shí)間、能源等資源浪費(fèi)。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(dòng)記錄和統(tǒng)計(jì)車位信息。通過(guò)該系統(tǒng)就可以在車庫(kù)入口處通過(guò)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(guò)車位卡還可以在車庫(kù)監(jiān)控大屏幕上查詢所在車的位置，這對(duì)于容易迷失方位的客人來(lái)說(shuō)，是個(gè)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(shì)是在于管理沒(méi)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(shí)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(yùn)維對(duì)突發(fā)事件管理包括：預(yù)防、警報(bào)和處理?，F(xiàn)以消防事件為例，該管理系統(tǒng)可以通過(guò)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(huì)自動(dòng)進(jìn)行火警警報(bào)；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(shí)查詢相應(yīng)的周圍情況和設(shè)備情況，為及時(shí)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(guò)BIM系統(tǒng)我們可以迅速定位閥門的位置并及時(shí)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(shí)現(xiàn)了事故處理的有效性和準(zhǔn)確性。同時(shí)也避免了人進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行關(guān)閉相關(guān)閥門和設(shè)備帶來(lái)的危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了事故處理的及時(shí)性和處理人員的安全性。

5 智慧運(yùn)維展望

鑒于BIM技術(shù)的重要性，我國(guó)從“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃中已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)BIM技術(shù)相關(guān)研究的支持。經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，在設(shè)計(jì)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(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，BIM技術(shù)需求非常大，尤其是對(duì)于商業(yè)地產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)，其創(chuàng)造的價(jià)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(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的應(yīng)用也迎來(lái)一個(gè)重要契機(jī)。

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胡北(1982～)，男，研究生，研究方向?yàn)榻ㄖ夹g(shù)科學(xué)。

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[定稿日期]2016-07-28