基于BIM的建筑空间与设备运维管理系统研究

基于BIM的建筑空间与设备运维管理系统研究作者：过俊 张颖 张宁 来源：CCDI悉地国际 发布时间：2014年02月26日 点击数： 94 1.概述    BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息化模型）是一个设施物理与功能特征的数字化表达1。    得益于国家近几年的政策引导与扶持，特别是住房与城乡建设部在2011-2015年建筑业信息化发展纲要中提出，在“十二五”期间，要基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设，促进具有自主知识产权软件的产业化2。    在此宏观背景下，国内BIM技术的应用得到了长足的发展，特别是在设计、施工阶段，BIM技术的使用得到了包括业主、设计院、施工总包在内的项目各参与方的一致肯定，产生了巨大的经济效益。    但BIM技术的价值并不仅仅局限于建筑的设计与施工阶段，在建筑的运营阶段，BIM同样能产生极其巨大的价值。因为BIM利用计算机软件来模拟一个设施的建造与运营。一个BIM竣工模型是数据丰富的、目标导向的、智能的、参数化数字化的。模型提供的各种3D视角以及模型输出的各种数据可以帮助项目各方决策，改善整个建设运营流程3。2.基于BIM的建筑空间与设备运维管理系统    建筑运维管理近年来在国内兴起一个较流行的称谓FM（FacilityManagement，设施管理），根据IFMA（InternationalFacilityManagementAssociation，国际设施管理协会）对其的定义：FM是运用多学科专业，集成人、场地、流程和技术来确保楼宇良好运行的活动4。人们通常理解的建筑运维管理，就是物业管理。但是现代的建筑运维管理（FM）与物业管理有着本质的区别，其中最重要的区别在于：面向的对象不同。物业管理面向建筑设施，而现代建筑运维管理面向的则是企业的管理有机体5。    传统的物业管理方式，因为其管理手段、理念、工具比较单一，大量依靠各种数据表格或表单来进行管理，缺乏直观高效的对所管理对象进行查询检索的方式，数据、参数、图纸等各种信息相互割裂，此外还需要管理人员有较高的专业素养和操作经验，由此造成管理效率难以提高，管理难度增加，管理成本上升。    而随着BIM技术在建筑的设计、施工阶段的应用愈加普及，使得BIM技术的应用能够覆盖建筑的全生命周期成为可能。因此在建筑竣工以后通过继承设计、施工阶段所生成的BIM竣工模型，利用BIM模型优越的可视化3D空间展现能力，以BIM模型为载体，将各种零碎、分散、割裂的信息数据，以及建筑运维阶段所需的各种机电设备参数进行一体化整合的同时，进一步引入建筑的日常设备运维管理功能，产生了基于BIM进行建筑空间与设备运维管理的想法。    目前市场上，并没有成熟的能够整合BIM模型的建筑运维管理系统，因此需要针对BIM模型的特性进行大量有针对型的软件开发，在经过大量调研后，设计基于BIM进行建筑空间与设备运维管理的系统基本架构（如图1所示)。    整个系统的底层为各种数据信息，包含了BIM模型数据、设备参数数据，以及设备在运维过程中所产生的设备运维数据。中间层，既是系统的功能模块，通过3D浏览来实现BIM模型的查看，点击BIM模型中的相应构件，实现对设备参数数据的查看。而中间层中的设备运维管理，可以允许用户发起各种设备接报修流程，制定设备的维护保养计划等。最顶层的系统门户，类似于OA系统中的门户概念，是对各类重要信息、待处理信息的一个集中体现和提醒。3.数据整合    与传统的建筑运维管理系统相比，本系统除了固有的设备参数数据外，还增加了BIM模型数据库，因此如何更好的整合BIM模型数据与设备参数数据，是整个系统成功与否的重中之重。3.1BIM模型数据    本文先前曾经提到，可以将建筑在设计、施工阶段的BIM模型进行继承，并运用在建筑的运维管理阶段，但是设计、施工阶段的BIM模型包含较多的冗余信息，比如在建筑设计、施工阶段一般都会包含钢结构的BIM模型，但在建筑运维阶段，大部分建筑的钢结构BIM模型对建筑运维管理的意义不大，直接使用设计、施工阶段的完整BIM模型成果反而会造成系统较大的负担，使得浏览访问效率低下，因此需要对模型进行一定程度的疏离。    同时还考虑到目前市场上有多款使用较为广泛的主流BIM建模软件，不同BIM建模软件的建模方式与流程也大相径庭，比如达索的CATIA与欧特克的Revit系列，因此本文将会以欧特克的Revit系列软件为标准，来简要介绍建筑运维阶段BIM模型标准与注意事项：推荐使用欧特克的Revit系列软件来建立BIM模型；确保所有的模型构件都有唯一可识别编码（如图2所示）；    模型的拆分不仅需要按照建筑专业来划分（如建筑、结构、暖通、消防等），还需要按照系统和位置两个维度来进行（暖通专业中的系统可分为中央空调系统、恒温恒湿空调系统等。位置除了可按楼层划分外，还可以根据需要对单一楼层划分成A、B、C、D等多个区域）；    模型精度，特别是机电设备的精度尽可能的还原真实设备外观；    建模时，尽量选用Revit中的标准构件；    对于大量的重复构件，需要建立标准的构件模型族库；    模型中需要分别显示/选择/变化的构件必须分开建模；    模型中需要整体显示/选择/变化的构件必须整合成同一个构件；    系统中不需要反应的模型构件不要建立在模型中；    需要纳入系统的模型对象，如各类机电设备、阀门等，按照实际命名；3.2设备参数数据    经过多方调研，目前建筑运维管理中较常用的设备参数表格，可以分为设备台帐与设备台卡两种：设备台帐设备台帐是反应建筑内所拥有设备资产的基本情况，主要记录了设备的简要信息、基本型号与规格，以及所处的位置等（如图3所示）。设备台卡设备台卡是设备台帐的进一步深化，其详细记录了设备的各种运行参数，是设备性能的最真实体现（如图4所示）。    此外设备台卡还应该包含该设备的主要易损件、配套附机，以及设备的维修保养记录等信息。4.系统功能介绍4.1系统界面    整个系统采用C/S（客户端/浏览器）架构，主要分为三个功能页面（如图5所示）。    主页：整个系统的门户，是对各类重要信息、待处理信息的一个集中体现和提醒；    运行：提供基于BIM模型的设备浏览与查询功能；    维护：提供设备运维管理，可以允许用户发起各种设备接报修流程，制定设备的维护保养计划等。4.2 3DView控件    本系统的核心是基于BIM模型的浏览与显示功能，因此需要通过第三方的3DView插件来实现。考虑到模型是使用欧特克的Revit系列软件来搭建，因此在第三方插件的选择上重点考察了欧特克的Navisworks与DesignReview两个平台，经过比较我们发现，相较于Navisworks，DesignReview在某些方面也有其自身优势：    对于BIM模型的浏览与展示而言，我们不仅希望能显示BIM模型的空间关系，也需要更真实的展现模型的细节，相比较Navisworks，DesignReview在浏览时可以更接近真实的物理模型；    DesignReview使用DWF文件格式，如果使用欧特克公司产品作为模型建模工具，那么可以直接输出DWF文件，而不需要再经过任何二次转换；    此外，DesignReview是一款免费平台，在需要大量部署时，将可以大大降低用户的平台投入成本，如果使用Navisworks作为显示控件，那么需要为每个客户端都安装一套商业版本的Navisworks（NavisworksManage），这也是一笔相当可观的投入。    最后，在建筑运维管理过程中，很多时候不仅需要对三维模型的表达，有时也需要二维视图作为辅助，DesignReview在二、三维表达切换这方面有明显的优势；    因此，最终选择了欧特克的DesignReview，通过使用DesignReview内建的EComposer控件来实现BIM模型的浏览功能。由于DesignReview目前没有.NET的API，只有COM控件，所以在系统开发时，先将DesignReview的显示控件InterOP之后，再行封装，对功能进行进一步整合，使之成为符合需要的显示组件；    DesignReview提供了完整的BIM模型浏览操作按钮菜单（如图6所示）。4.3 BIM模型浏览    在系统的开发过程中，开发人员通过不断与处在建筑运维管理第一线的用户进行沟通，来听取他们对BIM模型浏览的各种需求。在这种不断的接触中，我们发现第一线的用户对从建筑专业的角度（如建筑暖通专业）来浏览BIM模型的意愿并不强烈，甚至相当排斥将所有建筑专业整合在一起的BIM模型浏览方式。他们更期望从建筑专业下，每个独立系统的角度（如暖通专业下的中央空调系统）来浏览模型，这样按系统独立浏览，对他们实际工作开展更有意义。因此，基于这样的用户需求，在BIM模型浏览功能的开发过程中，开发人员设计了以独立系统为基础的，递进式模型浏览目录树，来给用户提供针对性的BIM模型浏览功能。4.3.1第一层级依据系统的BIM模型浏览    BIM模型浏览的第一层级是以建筑专业下的独立系统来展示（如图7所示），图中所展示的是建筑暖通专业下的中央空调系统，根据第一线用户的反馈，他们希望浏览整个建筑完整的中央空调系统BIM模型，其中包括管线和设备的分布情况，在这个浏览视图中，不包含任何与中央空调系统无关的BIM模型。4.3.2第二层级依据楼层的BIM模型浏览    BIM模型浏览的第二层级是在系统的基础上，依据楼层来进行浏览（如图8所示），在这个层级，增加了建筑与结构模型，这样可以帮助用户更好的判断设备所处的空间位置。    此外，在这个层级上，用户还可以通过点击菜单上的“二维”按钮，来查看系统的二维图（如图9所示）。4.3.3第三层级依据具体设备的BIM模型浏览    整个BIM模型浏览的最底层级，即是对建筑内某一具体设备的查询浏览，以获取与该设备相对应的设备信息（如图10所示）。对具体设备的BIM模型浏览是双向的，用户既可以通过在模型视图中选择相对应的设备模型构件，也可以在系统界面左侧的模型目录树中选择对应的设备名称来进行浏览查询。    无论通过何种方式，一旦选中了某一具体设备的模型构件，在界面的右侧就会出现与该设备相关的设备台帐供用户查看（如图11所示），同时用户也可以通过点击文档资料标签，来查看“设备说明书”，“维修保养资料”，“供应商资料”，“应急处置预案”等各种与设备相关的文件资料。    此外用户还可以通过在模型目录树上选中对应的设备，右键选择查看设备台卡与设备维护保养记录。4.4设备运维管理    除了BIM模型浏览功能外，为了更大的发挥BIM的价值，在系统中我们将其与建筑的日常设备运维管理功能相互整合，提供了包括设备信息查询、设备报修流程，以及计划性维护等各种功能（如图12所示）。4.4.1设备信息查询    在系统的调研阶段，通过整理从建筑运维管理第一线用户处获得的需求反馈，我们发现，传统的建筑运维管理系统中对设备信息的列表显示方式，用户对其依然有强烈的应用需求。因此，在系统的维护页面中，依然将设备信息的列表搜索方式予以保留，用户依然可以通过设备名称或编号等关键字进行搜索（如图13所示）。并且用户可以通过需要对搜索的结果进行打印，或导出成Excel列表。    当然，我们也没有忘记整个系统开发的初衷基于BIM的建筑空间与设备运维管理系统，因此在设备信息查询列表