Application of BIM Technology in Intelligent Buildings

王玉卿 / 穆华倩

(中国建筑设计院有限公司，北京 100089)



Application of BIM Technology in Intelligent Buildings

BIM技术在智慧建筑中的应用*

王玉卿 / 穆华倩

(中国建筑设计院有限公司，北京 100089)

By the discussion of the intelligent city, intelligent buildings, BIM technology and BIM technology application, the key role of BIM technology in achieving intelligent buildings is analyzed, and a wide range of application of BIM technology in intelligent buildings is explored.

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1 智慧城市

城市的发展一直遵循“聚落→传统城市→现代城市→数字城市→智慧城市→未来城市”的轨迹。在城市设施和功能不断完善提高的情况下，城市不可逆转地向着它的高级阶段(智慧化方向)发展。建筑是城市组成中的最核心元素，城市智慧化也在要求建筑智慧化。

城市的智慧化主要体现在：高速、融合、互联的信息基础设施；准确、可靠、精细、可视的传感中枢和网络系统；科学、绿色、生态、便捷的城市体系；个性化、定制化的服务；安全、高效的信息互通；城市事件的快速、高效决策及处置能力；以人为本的可持续发展和创新理念。

2 智慧建筑

2.1 智慧建筑

建筑智慧化是指根据用户的需求，将建筑物的结构、系统、服务和管理进行最优化组合，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。

智慧建筑可以被有效管控，在能源、管理、服务等方面实现建筑物的优化管理。通过建筑内部各个系统的协同运作，有机地组成智慧城市的一部分，包括将关键事件信息发给城市指挥中心，并接受城市指挥中心的指示；将计算机技术、通信技术、控制技术、生物识别技术、多媒体技术和现代建筑艺术有机结合，通过对建筑内设备、环境和使用者信息的采集、监测、管理和控制，实现建筑环境的组合优化，从而为使用者提供满足建筑物设计功能需求和现代信息技术应用需求等功能。

2.2 智慧建筑技术基础

建筑、控制、电脑、通讯和信息等现代技术的快速发展，使得智慧建筑的实现成为可能。为适应不同用户的需求，根据系统工程原理，智慧建筑整体解决方案融合了计算机、通信、信息、自动控制和多媒体图像显示等现代信息技术以及其他现代高新技术，并与建筑技术进行了有机结合，设计出一整套包括智能化集成系统(IIS)、信息设施系统(ITSI)、信息化应用系统(ITAS)、建筑设备管理系统(BMS)、公共安全系统(PSS)和电子化机房工程(EEEP)等子系统在内的建筑智能化系统。

2.3 智慧建筑解决方案

IBM® (Intelligent Building Management)，即智慧建筑管理提供综合的解决方案，包括空间管理、设施管理、能源管理、运营服务等。

空间管理：掌握建筑中空间使用情况，优化建筑空间利用，提高建筑空间使用效率。

设施管理： 掌握建筑各种类型设备运行情况并实施有效管理，提升设施使用率，延长使用寿命。

能源管理：充分利用能源监控和管理达到节能目的，在建筑生命周期内减少能耗及浪费，提高设施效能。

运营服务：为客户提供便捷服务的同时降低客户使用成本，提高客户生产和经营效率，以期达到更高的客户满意度。

3 BIM技术是实现智慧建筑的关键技术基础

3.1 BIM设计的特点——诱人的理论

BIM建筑全信息化是实现智慧建筑的有效手段，在可视化、协调、模拟、优化、出图、管理等方面均提供了技术支持。

可视化：三维直观化，使设计人员对项目判断更为高效、明确，决策更准确。

协调：工程参与各个方面及各个系统进行多维协同管理，避免错误发生，提高效率和工程质量。

模拟：在数字虚拟世界中虚拟建造，最大限度减少实际工程建设的遗憾。

优化：BIM技术使得设计优化、施工优化、运维优化成为常态。

出图：基于BIM全信息成果将最大限度保障工程实施准确、高效。

管理：基于BIM技术信息能够使项目设计、施工、运营维护管理效率提高。

3.2 政府对于BIM技术应用的要求

对于BIM的推广及应用，住建部《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》提出：2020年底以前，以国资投资为主的中、大型建筑以及申报绿色建筑的公共建筑、绿色生态示范小区，要求90%以上的项目应用BIM技术。

设计要求：设计模型要满足各参与方使用要求的数据信息。设计时要进行分析与优化，以实现各专业之间数据信息的无损传递、共享和设计管理，提高设计质量和效率。

施工要求：施工企业BIM竣工模型应涵盖全专业信息，包含三维几何信息、技术参数和指标等设计信息、安装及成本信息等。

运维管理要求：在BIM运营维护模型基础上，集成GIS和物联网技术，搭建BIM运营维护管理平台，支持建筑基础设施和市政管网的信息化管理，实现建筑物业、设施的可视化管理，为工程安全监测提供信息支持，方便结合BIM运营维护模型和楼宇设备自动控制系统。通过BIM运营维护管理平台实现建筑运行的实时监测、分析和控制，再结合各类灾害分析、虚拟现实等技术，进而能够实现各种可预见灾害模拟分析和应急处置。

3.3 BIM技术应用现实

如今，大量设计项目出现的管线碰撞问题已经严重影响行业的设计质量。业主要求尽可能减少错、漏、碰、缺等质量通病以及因设计变更和设计差错而造成的成本浪费等。而BIM技术的应用恰好可以减少施工图中的错误、返工次数及施工成本等，促进与其他项目参与方的协作，增强成本控制和可预测性。对于设计企业和施工企业而言，现阶段BIM机电应用最多的就是管线综合。

然而，BIM实际应用仍与理论差距很大，主要是因为现阶段还没有一套相对完善的BIM设计软件及相对科学的BIM设计管理体系，导致缺乏行之有效的BIM设计标准、交付标准和基础构件数据标准。对于刚刚跨入BIM设计的同行来说，设计转型难度太大，而一套完善的BIM设计软件，且包含科学的BIM协同设计管理平台，将大幅提高BIM设计的效率和质量。如果没有以上这些基础开发，BIM应用的核心价值永远只能是一幅美丽图画，其技术应用及推广将举步维艰。

3.4 BIM技术应用——几何参数

BIM设计区别于传统的示意性设计，设计提交的成果包含模型和由模型导出的图纸两种文件，这种提交形式使设计几何信息可能出现的错误一览无余，所有设备和管线都有精确定位。

BIM设计要求做到设备精确定位，所有设备设置位置合理，各个系统设备之间的距离相对合理。每一个系统管线必须在模型中精确定位，所有机电管线不仅要保证无碰撞，还要预留各个系统管线之间的合理安装距离及检修间距(即无软碰撞)。

图1 BIM物业管理各种信息关联示意图

3.5 BIM技术应用——属性参数

建筑项目全信息属性参数是BIM设计计算、模拟、分析等的基本需求，是提高设计质量和设计效率的关键，其设计属性参数主要包括：全专业需求的专业间关联信息；构件、设备、管线主要技术指标和参数；构件、设备、管线有关的系统关联关系参数；系统计算、分析需要的参数；施工需求参数；项目运维需要的基本设计参数。

由于这些构件、设备及管线信息量太大，不可能由设计人员一个个录入，而通过专业的设计软件、不同类型建筑的样板文件、 BIM设计数据库管理等手段，这些工作可以批量半自动完成录入。健全的参数标准化、各个专业系统分析和计算等操作的算法，机电设备及管线构件的设计和产品参数等一系列数据库、构件库建设等，都是BIM专业设计软件的重要组成部分。

3.6 BIM设计标准

现阶段我国缺乏必要的、可以落实的BIM电气设计深度标准和要求，实际应用参差不齐。国家标准《建筑工程设计信息模型交付标准》送审稿还需要量化，北京市地方标准DB11T 1069-2014《民用建筑信息模型设计标准》也还没有量化。而大量基础数据的国家标准(包括《BIM建筑电气标准设计》图集、《BIM建筑电气设计深度及示例》标准设计图集)的编纂工作都正在紧锣密鼓进行当中。

4 BIM在智慧建筑运维管理中的应用

4.1 通过集成数据优势，支撑运营、提升效益

智慧运维管理：在建筑全生命周期，内部及周边在周而复始产生着大量数据，智慧运维能够汇总形成各种信息，包括数据的感知、采集、传输、集成、分析，以及驱动控制、联动指挥、支持决策、优化运营等。BIM物业管理各种信息关联示意图如图1所示。该智慧运维管理系统作为控制中枢，将提供安全、高效、便捷、节能、环保、人性化的服务。

智慧建筑运维需要解决的问题有：实时面对人员、资产、事件的服务保障、整合建筑功能提供社区运营服务、各种运管系统的技术集成、安全可靠的环境保障、便捷人性化的功能保障、绿色环保节能的运营保障、高效的日常及应急保障等。

4.2 基于BIM的建筑运维管理平台

智慧运维需要全面的信息，而建筑全信息BIM 模型是实现建筑全面的关键基础。

如图2 所示，为基于BIM的建筑运维管理平台的统一整合示意图。其中，BIM维护人员、外部人员、物业运维、物业领导、物业行政/后勤、其他单位用户可以通过数据接口和统一设备编码体系对设施设备部件、设施设备监控、日常运营管理、财务等系统进行统一登录管理。

图2 基于BIM的建筑运维管理平台-统一整合示意图

4.3 基于BIM的智慧建筑运维管理平台的应用

基于BIM的建筑运维管理平台的应用场景示意图如图3所示，其主要应用包括:

图3 基于BIM的建筑运维管理平台-应用场景示意图

1)实现三维GIS与BIM间无缝连接和属性信息无损综合集成，解决智慧建筑与智慧城市大数据的无缝连接问题。

2)支持建筑工程的可视化、精细化、网络化、集成化管理应用，满足建筑全生命周期应用。

3)支持各种信息链接的格式转换。

4)支持云架构管理，方便实现“互联网+”应用。

5)支持主流的iPad、Android智能手机等移动端设备。

6)提供接入IBMS、物联网、智慧优化控制等系统的集成和接口。

7)二三维、三维联动，电子图纸和多重轻量化三维模型平滑转换的浏览方式，以便进行快速浏览。

8)海量数据信息的高度集成，跨平台的管理终端。

4.4 基于BIM的智慧建筑运维管理应用

1)建筑全信息：BIM设计模型、施工模型、竣工模型可以进行数据整合

BIM模型的数据整合包括BIM信息的生成、传递及应用，其场景示意图如图4所示。其中，设计模型经过传递和修改深化成为施工模型。施工模型进行深化设计，添加采购信息、建造信息后成为竣工模型。竣工模型去除建造信息和施工信息后成为运维模型，可以获得运维动态数据。与此同时，模型静态数据与楼宇动态数据闭环，不断优化并拓展出新的服务业务。

图4 BIM信息生成、传递、应用场景示意图

设计、施工阶段的BIM模型可以传递到运维平台。设备的运行状态和维护信息，设备的异常报警查看和定位，都可以在运维平台中进行查询。

2)交互界面革命：云端-普通PC访问，移动端访问

对运维人员来说，交互方式由之前抽象的图纸、图表转变为可视化模型，使得人与3D模型直接交互，查阅内容轻松直观。通过可视三维模型，所有数据和信息可以从模型里直接调用；支持双向查询、搜索，可快速、直观地定位构件、设备参数、位置及外观等；能够实现设施运行的动态信息查询和异常情况快速定位，比如：有管道出现爆裂等事故时，一方面通过系统中显示的管道和阀门系统关系，可准确无误找到控制阀并对其关闭；另一方面能同时快速查找维修方法并告知维修人员。

对每个客户来说，整合的各种信息技术及智能技术可以缩短建筑物与人之间的距离，加强人与人之间的沟通及对各类需求应用的融合，实现客户服务的智慧应用，即每个客户可以感知与其有关的大厦服务信息(空间环境)、实时与其对应的服务部门透明沟通(服务保障)、实现各类预约服务(观光、购物、办公、入住、餐饮的全面联动)等。

3)查控一体化，实时分析:从查询向查控一体化转变，变成人和3D模型的交互、人和后台专家系统的交互

通过对建筑性能、可靠性、舒适度、建筑能耗、经济技术等方面的分析，实现设备运行和排放的实时监测、分析和控制。图5为能源管理可视化数据对比分析图表。

图5 能源管理可视化数据对比分析

4)应急管理的虚拟现实应用

通过专业软件对BIM运营维护模型进行处理，可以实现各类灾害分析仿真及灾害情况下人员的疏散等虚拟现实技术应用，做到各种可预见灾害模拟，并提供应急处置预案。警报响起的时候，不仅安防监控的屏幕可以调用相应视频监控，还可以把仿真模拟出的最优疏散路线推送到疏散对象的移动端。

5)虚拟空间管理

基于全信息建筑模型，为每个客户提供其使用空间的全信息模型，为其使用拓展创造条件；使用VR或者MR技术为每个客户提供的虚拟样板间，实现虚拟空间管理等等。

6)其他各种类型的BIM技术运维应用。

5 结束语

可以预见，全信息BIM+互联网+管理平台+智能机器将在不久的将来促成未来智慧建筑和智慧城市的蓬勃发展。通过智能运维系统管理这个载体, 我们的建筑成果和服务将无限延伸。

王玉卿

1988年毕业于重庆建筑工程学院工业电气自动化专业，注册电气工程师，教授级高级工程师，现就职于中国建筑设计院有限公司，副总工程师，担任中国建筑设计院有限公司BIM中心副主任职务。

本文得到中国建筑设计研究院(集团)课题-“BIM设计中企业级设计制图标准研究”资助

Wang Yuqing / Mu Huaqian

通过对智慧城市、智慧建筑、BIM技术和BIM应用等内容的讨论，分析探讨BIM技术在实现智慧建筑中的关键作用及其在智慧建筑中的多方面应用。

智慧城市 智慧建筑 BIM 智慧运维管理平台

[1] 住房城乡建设部 《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》建质函[2015]159号.