基于BIM的建筑运维平台开发与实践

吴 任 远

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是以三维数字技术为基础,聚集项目相关信息的数据模型,是一个可以改变流程和模式的创新型工具,用先进的思想和成熟的技术,实现逻辑关系的三维可视化。

1 平台开发背景

我院与合作单位共同开发了一套三维集成运维平台,运维模型沿用我院集团办公大楼BIM竣工模型,真实全面地反映工程情况,目的是使项目的运维管理可视化、可控化、自动化。BIM运维平台(简称平台)的实施过程如下:收集设计图纸,梳理设备信息,建立BIM运维模型;与物业沟通,调研其运维需求,开发出相应模块,解决其运营过程中遇到的问题;与合作单位搭建BIM运维平台;硬件设备安装,平台投入测试、运营。设备设施管理如图1所示。楼层设备设施浏览如图2所示。

2 平台目标与实现

总体目标有5个方面:安全,能源,资产,设备运行,运营管理。业主通常把安全放第一位,同时也看重经济方面,节省能源、人力,提高设备运行效率。在安全和经济的基础上,会考虑舒适度,比如光照、温/湿度、空气质量、水质。运维管理的功能包括监控、报警、计划管理、巡检、维修、应急处置,为设施设备的安全运行提供服务。

图1 设备设施管理

图2 楼层设备设施浏览

实现以上目标需要依赖各种支撑运营管理的基础数据,即每个专业系统数据和不同种类的关联数据整合。整合设施设备管理系统、物业管理系统、BIM模型以及系统相关的流程、数据,给业主提供日常运营、综合指挥、策略调度的平台。如物业报障与BIM模型结合,突发电梯故障后,马上定位电梯的监控视频,提供应急方案、报障流程以及报警数据。

3 平台特点

在过去的一百年中,建筑设计行业发生巨大的变化,有更多相互联系的、集成的系统加入,建筑变得愈加复杂。随着复杂性的提高,交付的文件中会有更多的图纸,图纸中系统的逻辑关系要由专业的人去解读,业主需要具有专业知识的人才来维护这些系统。项目的专业性、规模和复杂度的提高,带来运维成本的上升。

BIM最大特点是把二维的逻辑关系呈现为三维的数字化可视化,人机交互变得非常容易。如将空调使用数据可视化,与模型相结合,直观表现出建筑内部空调系统的运行状况。对于办公楼的供水管网、热水等能源进行实时监测和用能预警,可以及早发现渗漏点,减少浪费。根据历史数据制定对应能耗考核标准,在保证环境舒适的基础上平衡能耗需求,实现节能。当前能耗诊断基本还是依靠人工判断,在未来平台可以通过大数据、云计算和人工智能等技术自动发现问题,并给出详细的诊断意见。

4 管理模式变革

目前,现行的管理模式是发现问题后再去解决问题,未来将通过平台数据的积累进行可预见性的管理,做到在发生问题之前把设备的故障率降到最低。

传统的物业管理都是通过查找纸质竣工图,找到设备的信息和维护手册,而有时因设备清单不够完整或放错位置,这些信息不容易被搜寻到,导致处理维修的效率低。将相应信息录入设备模型中,如供应商信息、寿命年限、维护周期和维保电话等,随着每次对设备的维修和保养,系统根据维修人员的记录进行自动更新。安防方面,直接在三维空间点击摄像头模型,即可快速追踪可疑人员。通过物联网与信息化手段,辨识出使用频率较高的电梯,并及时维保,帮助业主优化人工成本,实现精确维保。

5 平台应用点

BIM在建筑运维过程中主要应用在“信息查询”、“数据处理与模拟”和“数据分析”等方面。

(1) 信息查询。该平台作为一个完整的建筑数据信息平台,能够对建筑内智能照明、安防系统、空调系统、电梯系统、环境品质等智能楼宇系统的运行数据和状态进行查询。通过在平台设备管理界面中搜索设备名称,即可在模型中对设备进行快速定位。平台为设备自动分配唯一的二维码,物业管理人员可以通过移动设备对二维码进行扫描,移动设备将自动连接到系统读取设备的数据库,将设备的信息、维保记录、使用状况、用能状况等在移动终端上呈现。

(2) 数据处理与模拟。BIM模型是设计和施工过程中积累的数据,以竣工资料为主的静态数据包括模型信息、模型参数、属性和文档资料。以各专业系统为主的动态数据,包括能耗监控、智能楼宇监控等系统,以及设备时刻所发生的开关量、报警值。通过动静态数据的集成,发现数据之间直接或间接的关联,采用建筑更优的运行方式和策略,通过调节参数为建筑带来不同的运行效果。平台向应急反应者提供关键的建筑信息以提高反应效率,并最大程度减少安全风险。BIM将建筑自动控制系统、火灾报警、消防和安防系统等动态数据,以及楼层平面图、出入口和设备原理图等静态数据居于模型中。这些系统整合在一起且使彼此兼容,可清楚展示建筑内紧急情况发生的位置,前往该区域的可行路径以及建筑物中具有潜在危险的地方。应急演练时,物业管理人员可在平台上规划建筑内人员的逃生通道、外部消防车与医疗设备进入建筑的通道、消防员快速到达起火点的路径,对于应急模拟培训起到很好的效果。

(3) 数据分析。信息化的BIM运维平台能及时发现建筑运营中暴露的问题,并联动相关系统、设备、人员对该问题进行处理并反馈。运维信息化不仅包含建筑的所有静态数据和动态数据,还有管理动作信息和人员信息,以及在建筑运维过程中各种更新的数据信息。应做好这些数据的关联、修正、分析,制定出预防性维护计划。

6 平台的实施

BIM运维模型会延用BIM竣工模型包含的信息,如建筑的三维几何信息、构件的位置与尺寸、管线布局、建筑材料、设备采购时间、供应商等信息,还会将工单、维保单位合同、运维专用的设备设施编码录入到BIM运维模型关联的数据库中,方便在运营维护阶段对物料和运维信息的追踪。另外,按照物业管理方的要求调整族库的命名,对物业管理不同模式下的系统逻辑进行梳理。

目前,智能建筑管理系统(IBMS)已成为现代建筑运营管理的重要工具,通过统一的软件平台对建筑物内的空调、给排水、供电设备、消防、安防等设备进行自动控制和管理,使建筑处于高效节能的运营状态。BIM模型里的任一构件都对应一个GUID全球唯一标识码,IBMS系统会把构件的GUID码采集到自身的数据库中,得到该构件的所有信息,如构件的位置与尺寸、生产日期、生产厂商、可使用年限,为设备的定期维保和将来的系统升级改造提供可靠依据。

BIM模型导入平台有两种方式:一种是通过建模软件的插件进行上传,这种方式使上传模型的失真率较小;另一种方式是把模型文件直接在运维平台上加载,通过后台的模型解析而储存到数据库。平台的底层是数据采集系统,由系统总线连接的各种计量表具与传感器将建筑中能耗数据(电、水、冷、热、气)、机电系统数据、运行信息、环境信息等数据全部采集起来,借助通用API接口导入数据。将各厂家的通信协议转换成标准通信协议,变为通用数据,根据用户需求传输存储到数据云。

在得到海量数据时,可以根据用户的需要进行数据深入挖掘,通过数据分析更好地指导物业的管理和改进。专家团队通过远程数据分析等增值服务,为业主定期提供分析报告,避免故障造成的能耗损失;通过数据运行,给出运行调节的优化建议,为业主带来节能收益。

BIM建筑运维管理平台构架如图3所示。

图3 BIM建筑运维管理平台构架

7 技术难点与应对

物业的安保部门比较关注消防、门禁、监控等系统,当安防与消防、智能化系统做对接时有实时性的问题。一般情况下,安防点位数量是智能化楼控点位数量的5倍左右,实时性要求很高,整个系统的实时性会受到很大的影响,这对IT设备和软件的交互技术提出挑战。关系型数据库只适用于中小体量的项目,很难适应大体量模型后台的数据存储和查询。在运维数据库中将大数据技术应用于模型属性的存储、动态数据的监测,明显提高查询和存储的效率。

由于BIM模型包含的信息量较多,需要高性能计算机才能流畅浏览模型。将适用于建筑行业的轻量化引擎软件Forge对模型进行轻量化处理,在保证信息不丢失前提下把模型进行解构,然后利用轻量技术对解构的模型进行重构,换成一种更轻量的数据表达方式。通过WebGL技术呈现轻量化的BIM模型,使所有人在浏览器端无需安装插件即可流畅浏览模型。将模型与数据分离,针对不同专业和模型类别分类缓存,减少模型的加载量。在上传环节运用模型复用、减面等技术,前端加载和漫游的环节采用按需加载,遮挡剔除等算法。

8 结 语

BIM的使命是对建筑全生命周期的应用和管理,这是绿色建筑发展的必然趋势。基于BIM的建筑运维平台可提高能源管理的可视化水平,保障机电系统高效运行,优化日常运营维护方案。希望在安全、经济、舒适的前提下,利用BIM技术为业主、运维团队创造更多的价值。