基于BIM核心的物联网技术在运维阶段的应用

胡 北(西南交通大学建筑与设计学院，四川成都 610031)

基于BIM核心的物联网技术在运维阶段的应用

胡 北
(西南交通大学建筑与设计学院，四川成都 610031)

近年来，随着BIM 技术在我国快速发展，建设单位、设计单位、施工单位、项管单位、造价咨询单位等各业内人员逐渐开始应用和推广BIM 技术。基于BIM核心的物联网技术应用，不但能为建筑物实现三维可视化的信息模型管理，而且为建筑物的所有组件和设备赋予了感知能力和生命力，从而将建筑物的运行维护提升到智慧建筑的全新高度。

BIM；智慧建筑；运维；物联网

BIM，是指通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。在这里，信息的内涵不仅仅是几何形状描述的视觉信息，还包含大量的非几何信息，如材料的耐火等级、材料的传热系数、构件的性能参数和造价、采购信息、设备运行状态等。实际上，BIM就是通过数字化技术，利用大数据库资源，在计算机中建立一座虚拟建筑。一个建筑信息模型就是提供了一个单一的、完整一致的、逻辑的建筑信息库。

物联网，利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素(所有的设备、资源及通信等)都是个性化和私有化。

目前，在国内BIM 技术主要应用于项目管理，大多只是集中在设计阶段和施工阶段，还未切实应用于建筑物的运维阶段。本文浅谈以BIM为核心、结合物联网在建筑物运维阶段的应用。

1 BIM贯穿整个建设项目的功能概述

BIM应用应不仅仅只局限于设计阶段，而是应该置于整个项目全生命周期中的各个阶段：可研、设计、施工和运营管理。BIM电子文件应采用云数据模式，能在参与项目的各建筑行业企业间共享。

建筑设计专业可以直接生成可视的三维实体模型；结构专业则可取其中梁、柱、板及其配筋等进行计算；安装专业可以据此对建筑进行光学、日照、声学、能量等分析；施工单位则可取其材料和设备类型、配筋等信息进行备料及下料；建设单位则可取其中的造价、材料和设备类型、工程量等信息进行成本控制、产品定货等；而后期的物业单位也可以利用其进行可视化物业管理。因此BIM只有在整个建筑行业从参与建设的各个企业间不断完善，才能实现项目全生命周期的整个信息化管理，进而最大化地实现BIM的意义。

2 传统运维的现状

2.1 低碳经济对建筑运维的压力

近年来，“低碳”、“环保”、“节能”、“绿色”等成为社会关注的热点。而中国的建筑使用能耗占全社会总能耗约 33 %以上。为了企业与社会可持续发展，如何通过技术创新、管理创新等手段减少能耗，将成为企业今后重要的竞争力之一。

2.2 被动式运维管理所存在的隐患

每栋建筑物都涉及到机电工程，如给排水系统、电梯系统、强电系统、暖通系统、消防报警系统、弱电智能系统、通讯网络系统等等，每个子系统都包含了大量的设备和管线。传统的运维管理是在对于这些设备和管线出现了故障后再处理，等到维护时间或者使用期限到达后才保养或者更换。传统的运维管理不能提前预警或及时处理事故都可能导致财产损失，甚至引发安全事故。

2.3 突发事件的快速应变与处理

遇到重要来宾、庆典活动和表演，以及人员冲突甚至火灾等突发状况，传统的运维管理都是现场进行人员疏导、服务人员的调配、车辆进出的引导与管理、临时关闭部分设备、启动相关区域的应急和消防系统等。因此可能错过对突发事件处置的最佳时间，不仅造成经济损失，还可能导致人员伤亡事故的发生。

2.4 总部管控压力

随着地产项目在全国各地迅速扩张，总部对各地分公司项目的管理难度日益增加。传统的运维管理总部无法快速准确掌握各地地产项目的运营情况，无法及时了解各地的情况，快速发现问题并且给予指示。

3 BIM与物联网相结合对运维的价值

3.1 设备远程监测和控制

把原来地产中独立运行并现场操作的各设备，结合RFID等技术汇总到统一的管理平台上进行设备管控。在了解设备的实时运行状态的同时，可以进行远程管控。例如：通过RFID技术获取空调运行状态，检测是否运行异常，远程控制空调的开启、关闭和对合适温度的调节。

3.2 照明、消防等各系统的设备空间定位

在BIM中给予各设备具体的空间位置信息，把传统的编号或者文字表示形式变成可视的三维图形位置，这样不仅便于查找定位，并且参看也更形象直观。例如：通过RFID获取值班安保人员位置；当出现消防报警等突发事件时，在BIM模型上快速定位事件所在准确位置，并查看周边的疏散通道和消防设施及时给予远程指示。

3.3 内部空间设施的可视化

近现代建筑业发展以来，所有的建筑物信息都存在于许多份二维图纸和各种机电设备厂商提供的操作手册上，只有在需要的时候才由专业人员去整个建筑资料中查找单个细部信息、理解信息、做出决策，然后到现场对建筑物执行相关决策。利用BIM建立一个可视直观的三维模型，所有数据和信息均可精确地从模型里面快速直接调用。例如：建筑物改造的时候，管线的走向、隐蔽工程的具体位置、可不可拆的墙体、住户的各类信息，这些在BIM模型中一目了然。

3.4 运营维护数据累积与分析

建筑物运营维护数据的积累，对于管理者来说具有很大的价值。不仅可通过对积累的数据来分析目前存在的问题和隐患，还可以通过已积累的数据来优化和完善现行管理并给予用户合理建议。例如：通过RFID获取水表运行状态，并累积形成能耗情况，通过阶段分析数据来指导用户合理利用水源。

因此BIM技术与物联网技术对于建筑物的运营维护来说是缺一不可。若没有物联网技术，运营维护就只有停留在目前靠人到现场简单操控的阶段，无法形成统一的高效的远程管理平台。若没有BIM技术，运营维护就无法跟建筑物相关联，无法在可视三维空间中准确定位，无法对周边环境和状况进行综合考虑。

基于BIM核心的物联网技术应用，不但能为建筑物实现三维可视化的信息模型管理，而且为建筑物的所有组件和设备赋予了感知能力和生命力，从而将建筑物的运行维护提升到智慧建筑的全新高度。

BIM技术与物联网技术是相辅相成，两者的紧密结合将为建筑物的运营维护带来一次全面的信息革命。

4 智慧运维的具体应用

建筑物的运营维护可分为多项系统工作，例如：设备运行管理、能源管理、安保系统、租户管理等。

4.1 设备运行检测

4.1.1 设备信息

该管理系统集成了对设备的搜索、查阅、定位等功能。通过点击BIM模型中的设备，可以查阅所有设备信息，如参数性能、供应商、使用期限、联系电话、维护情况、所在位置等；该管理系统还可以对设备生命周期进行管理，比如对寿命即将达到期限的设备及时预警和更换配件，防止安全事故的发生；通过在管理界面中搜索设备名称或者描述字段，可以查询所有相应设备在虚拟建筑中的准确定位；管理人员或者领导可以随时利用BIM模型，进行建筑设备实时浏览。

4.1.2 设备运行和控制

所有设备运行状态都会实时在BIM模型上直观显示，例如绿色表示正常运行，黄色表示设备运行异常，红色表示出现故障停止运行；对于每个设备，可以查询其历史运行数据进行统计分析；另外可以对设备进行控制，例如某一区域公共照明系统的打开、关闭等。

4.2 隐蔽工程管理

现在我们的城市在快速发展的同时都在进行大规模的拆迁和改造，进行拆迁和改造的时候，经常出现挖断或破坏地下埋藏的管道，导致造成经济损失和引发严重的安全事故。其实出现这样的问题归根到底在于施工单位没有这些隐蔽管线的详细资料，或者即使有这些资料，但可能在资料室的某个角落里，只有极少数几个人知道。特别是随着建筑物使用年限的增加，人员更换的频繁，这些安全隐患显得更加突出。

而智慧运营维护通过该管理系统可以管理复杂的地下管网，如污水管、排水管、通信管网、电线管网以及相关管井，并且可以在图上直接量取相互位置关系。在改建、装修的时候可以避开现有管网位置，便于管网维修、更换设备和定位。同样的情况也适用于室内的隐蔽工程的管理。这些信息可全部通过电子化保存下来，内外部相关人员都可以实现资源共享，有变化可以通过云平台随时同步调整，保证信息的完整性和准确性。

4.3 能源运行管理

通过物联网技术的应用，使得日常能源管理监控变得更加方便。通过安装具有传感功能的电表、水表、煤气表后，在管理系统中可以及时收集所有能源信息，并且通过开发的能源管理功能模块，对能源消耗情况进行自动统计分析，比如各区域，各个租户的每日水电气用量，每周水电气用量等；通过对收集到的信息进行统计分析并对异常能源使用情况进行警告或者标识。

4.4 租户管理

对于商业建筑可以通过查询定位随时轻易查询到商户空间，并且可以查询到租户或商户信息，如：客户名称、建筑面积、租约区间、租金、物业费用；系统可以提供收租提醒等客户定制化功能。同时还可以根据租户信息的变更，对数据进行实时调整和更新，形成一个快速共享的平台。

4.5 安保管理

4.5.1 视频监控

目前的监控管理基本以显示摄像视频为主。传统的安保系统相当于有很多双眼睛，但是基于BIM的视频安保系统不但拥有了“眼睛”，而且也拥有了“脑子”。因为摄像视频管理是运维控制中心的一部分，也是基于BIM的可视化管理。通过配备监控大屏幕可以对整个项目的视频监控系统进行操作；当我们用鼠标选择建筑某一层，该层的所有视频图像立刻显示出来；一旦产生突发事件，基于BIM的视频安保监控就能结合与协作BIM模型的其他子系统进行突发事件管理。

4.5.2 安保人员位置管理

对于保安人员，可以通过将无线射频芯片植入到工卡，利用无线终端结合监控视频跟踪系统来定位保安的具体方位。这个对于商业地产，尤其是大型商业地产中人流量大、场地面积大、突发情况多，这类安全保护非常有价值。一旦发现险情，管理人员就可以利用这个系统来指挥安保工作。

4.6 车库管理

目前的车库管理系统基本都是以计数和计时系统为主，只知道有多少空车位，不知道空余车位的数量和具体位置。很多车主都是兜几个圈子找不到车位，容易造成车道堵塞和时间、能源等资源浪费。应用RFID技术将定位标签标记在车位卡上，车子停好之后系统自动记录和统计车位信息。通过该系统就可以在车库入口处通过屏幕显示出所有已经占用的车位和空着的车位等信息，一目了然；通过车位卡还可以在车库监控大屏幕上查询所在车的位置，这对于容易迷失方位的客人来说，是个非常贴心的导航功能。

4.7 应急管理

基于BIM技术的优势是在于管理没有任何盲区。作为人流聚集区域，突发事件的响应能力和时效性非常重要。传统的突发事件处理仅仅关注响应和救援，而智慧运维对突发事件管理包括：预防、警报和处理。现以消防事件为例，该管理系统可以通过喷淋感应器感应信息；如果发生着火事故，在建筑物的信息模型界面中，就会自动进行火警警报；着火的三维位置和房间立即进行定位显示；控制中心可以及时查询相应的周围情况和设备情况，为及时疏散和处理提供信息。

类似的还有水管气管爆裂等突发事件：通过BIM系统我们可以迅速定位阀门的位置并及时将其控制。避免了在一屋子图纸中寻找资料，甚至还找不到资料，实现了事故处理的有效性和准确性。同时也避免了人进入事故现场进行关闭相关阀门和设备带来的危险，实现了事故处理的及时性和处理人员的安全性。

5 智慧运维展望

鉴于BIM技术的重要性，我国从“十五”科技攻关计划中已经开始了对BIM技术相关研究的支持。经过这么多年的发展，在设计和施工阶段已经被广泛推广和应用，而在设施维护中的应用案例并不是很多，尚未得到有效挖掘。但笔者认为，在运营维护阶段，BIM技术需求非常大，尤其是对于商业地产的运营维护，其创造的价值不言而喻。随着这几年物联网的高速发展，BIM技术在运营维护阶段的应用也迎来一个重要契机。

[1] 过俊，张颖.基于BIM的建筑空间与设备运维管理系统研究[J].土木建筑工程信息技术, 2013(3).

[2] 汪再军.BIM技术在建筑运维管理中的应用[J].建筑经济, 2013(9):94-97.

[3] 陈兴海，丁烈云.基于物联网和BIM的建筑安全运维管理应用研究——以城市生命线工程为例[J].建筑经济, 2014(11): 34-37.

[4] 田佩龙，李哲，胡振中，等.BIM与建筑机电设备监测信息集成的研究[J].土木建筑工程信息技术, 2015(1): 8-13.

[5] 吴强.BIM模型在物业管理及设备运维中的应用[J].中国物业管理, 2015(5): 42-43.

[6] 李思文.BIM技术在建筑施工中的应用和发展[J].中小企业管理与科技旬刊, 2013(27): 300-301.

[7] 魏飞龙.BIM技术在建筑施工中的应用研究[J].城市建设理论研究，2014.

胡北(1982～)，男，研究生，研究方向为建筑技术科学。

TU17

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[定稿日期]2016-07-28