何 波 張家立 陳 強(qiáng) 鄧焯彬

(1.廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司，廣州510630;2.廣州南方建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州510640)

1 引言

我國既有的建筑面積已近達(dá)400億m2，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)，從2000年至2010年全國商業(yè)地產(chǎn)投資額以每年平均大約15%的速度增長，原有的商業(yè)地產(chǎn)企業(yè)增加商業(yè)地產(chǎn)投資，許多住宅地產(chǎn)企業(yè)開始逐步向商業(yè)地產(chǎn)轉(zhuǎn)型，金融、保險及央企進(jìn)入商業(yè)地產(chǎn)投資領(lǐng)域，大量的商業(yè)企業(yè)也開始進(jìn)軍商業(yè)地產(chǎn)的投資，房地產(chǎn)企業(yè)的投資組合中，持有型不動產(chǎn)所占比重越來越大。

隨著大型商業(yè)和公共建筑物的急劇增多(圖1)，這些大型建筑物機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)作給運(yùn)維管理帶來新的要求，因?yàn)闄C(jī)電設(shè)備故障是無法避免的事實(shí)，一旦發(fā)生機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)問題，如何快速確定故障點(diǎn)，如何在最短時間內(nèi)修復(fù)故障，如何在修復(fù)過程中把故障帶來的影響降到最低，如何對維護(hù)維修人員進(jìn)行緊急情況下的模擬演練，當(dāng)遇到緊急情況下能快速、安全地處理事故，是大型商業(yè)和公共建筑物機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理需要解決的問題。

圖1 2013年全球竣工的最高的20座建筑(圖片來自CTBUH)

基于BIM技術(shù)的機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理，有以下優(yōu)勢:

1)BIM的可視化非常直觀，可極大地降低普通保養(yǎng)維修人員對于各類機(jī)電系統(tǒng)的理解的難道，幾乎可以不用查閱專業(yè)的圖紙就可以直觀判斷機(jī)電系統(tǒng)的位置和關(guān)系，降低物業(yè)管理的成本;

2)BIM的竣工模型可以做到比較接近現(xiàn)實(shí)，除了已經(jīng)包含了設(shè)計(jì)、施工以及建設(shè)過程的變更等信息外，同時再補(bǔ)充和持續(xù)更新運(yùn)維管理所需的信息，為今后物業(yè)持續(xù)的運(yùn)維管理提供豐富的數(shù)據(jù)查詢和利用;

3)利用BIM的機(jī)電管線上下游關(guān)系，快速定位故障點(diǎn)的控制設(shè)備，極大地提高應(yīng)急響應(yīng)的速度，提供物業(yè)管理的質(zhì)量和客戶滿意度。

2 實(shí)現(xiàn)方法分析

雖然基于BIM的機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)有眾多的優(yōu)勢，但由于BIM信息集成了三維可視化信息、屬性信息和設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各類附屬信息，信息量巨大，模型可視化要求高，因此，選擇一個切實(shí)可行的技術(shù)路線非常關(guān)鍵。

較早看到具有一定影響力的BIM運(yùn)維應(yīng)用資料是澳大利亞Cooperative Research Centre for Construction Innovation(合作研究中心之建筑業(yè)創(chuàng)新研究計(jì)劃)在2007年發(fā)布的《Adopting BIM for facili-tiesmanagement－Solutions for managing the Sydney Opera House，BIM設(shè)施管理應(yīng)用——悉尼歌劇院運(yùn)維管理解決方案》[1]，其中主要的技術(shù)方案是“Bentley+Maximo”。

2013年出版的由Paul Teicholz編寫的《BIM for Facility Managers，設(shè)施經(jīng)理 BIM 應(yīng)用》[2]一書選錄了6個BIM運(yùn)維管理應(yīng)用的案例，主要技術(shù)路線是“BIM建模軟件+現(xiàn)有設(shè)施管理軟件”，前者包括Revit/Tekla/CADpipe/CADduct等，后者包括 FM:Systems/Maximo/ArchiBUS等，主要工作內(nèi)容包括兩部分:首先是如何把BIM模型信息交換給運(yùn)維管理軟件使用，其二是改造或提升現(xiàn)有運(yùn)維管理軟件的BIM能力。

清華大學(xué)張建平教授團(tuán)隊(duì)和中建三局一公司合作基于基礎(chǔ)圖形引擎開發(fā)了“基于BIM的機(jī)電設(shè)備智能管理系統(tǒng)”[3]并在深圳嘉里中心二期等項(xiàng)目(建筑面積10萬m2)中應(yīng)用。上海建坤信息技術(shù)有限責(zé)任公司嘗試在原有IBMS系統(tǒng)上進(jìn)行改造升級用于上海中心項(xiàng)目(建筑面積58萬m2)的運(yùn)維管理[5]。

與BIM在設(shè)計(jì)和施工階段的應(yīng)用比較，BIM運(yùn)維的應(yīng)用無論是項(xiàng)目數(shù)量和類型、技術(shù)應(yīng)用深度和廣度、還是從事的團(tuán)隊(duì)和人員數(shù)量都還存在相當(dāng)大的差距，因此其成熟度也自然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如設(shè)計(jì)和施工階段的BIM應(yīng)用。從上述為數(shù)不多的案例可以發(fā)現(xiàn)，不同的團(tuán)隊(duì)正在嘗試不同的方法進(jìn)行BIM運(yùn)維管理方面的探索。那么，基于BIM的運(yùn)維管理目前都有哪些可能的實(shí)現(xiàn)方法呢?下面是作者根據(jù)個人理解梳理的BIM運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)方法圖(圖2)(數(shù)據(jù)庫等已經(jīng)普遍使用的實(shí)現(xiàn)方法不在本文討論范圍)。

首先可以把基于BIM的運(yùn)維管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法劃分為兩大類，第一大類是利用或改造升級現(xiàn)有運(yùn)維管理軟件，把BIM模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換給運(yùn)維系統(tǒng)使用，減少運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的工作量以及由此帶來的可能錯誤;第二大類是重新開發(fā)基于 BIM的運(yùn)維管理軟件。

圖2 BIM運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)方法圖

現(xiàn)有運(yùn)維管理軟件分為國外軟件和國內(nèi)軟件兩類，根據(jù)美國 Software Advice(http://www.softwareadvice.com)[6]的資料，目前國外各類有實(shí)際市場應(yīng)用的 CAFM(包括 CMMS，BAS，EAM，DMS等)軟件有200種左右，其中ArchiBus和Maximo在國內(nèi)的知名度相對高一些，但實(shí)際用戶數(shù)量都不大;國內(nèi)運(yùn)維管理方面的軟件基本上也可以分為兩個類型，一類是以O(shè)A或ERP為核心功能的，另外一類是以BMS為核心功能的，這兩類軟件占據(jù)著國內(nèi)運(yùn)維管理軟件市場的主體，但廠商和產(chǎn)品數(shù)量相當(dāng)龐雜，市場集中度不高。

重新開發(fā)基于BIM的運(yùn)維管理軟件的方法也可以分為兩種類型，其一是基于基礎(chǔ)圖形引擎如OpenGL進(jìn)行開發(fā)，其二是在成熟的專業(yè)應(yīng)用引擎上進(jìn)行開發(fā)，目前比較普遍的有仿真引擎、游戲引擎和BIM引擎等。

表1 基于BIM 的運(yùn)維管理軟件實(shí)現(xiàn)方法分析

既然BIM運(yùn)維管理有這么多不同的實(shí)現(xiàn)方法可以選擇，那么大家自然想知道具體實(shí)施的時候到底應(yīng)該使用哪種方法呢?這個問題沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，與項(xiàng)目特點(diǎn)、運(yùn)維需求、軟硬件和人員現(xiàn)狀、計(jì)劃投入以及未來目標(biāo)等都有關(guān)系，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析和決策。作者對影響上述實(shí)現(xiàn)方法選擇的有關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了一個基于我們理解的列表(表1)。

上述BIM運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)方法的分類和不同實(shí)現(xiàn)方法有關(guān)指標(biāo)的分值只是我們對這一領(lǐng)域現(xiàn)狀的理解和分析，其系統(tǒng)性、全面性、準(zhǔn)確性等都有待更多的讀者、專家和同行補(bǔ)充、完善和更正。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于上述分析、研究和測試評估，在目前的軟硬件條件下，我們選擇了Autodesk NavisWorks作為運(yùn)維管理范疇中的建筑機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)的BIM平臺，后臺數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Sever，利用Microsoft.NETFramework進(jìn)行開發(fā)，架構(gòu)圖如圖3。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

Autodesk NavisWorks對于三維模型整合以及可視化技術(shù)積累20余年，具有行業(yè)領(lǐng)先的模型優(yōu)化展示技術(shù)，在普通的PC機(jī)上即可實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模模型的漫游瀏覽，該產(chǎn)品早年主要應(yīng)用于大型復(fù)雜的石油、化工、發(fā)電廠等三維管道工廠項(xiàng)目(圖4)，2007年被Autodesk公司收購后，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展，是目前應(yīng)用比較普遍的建筑工程、基礎(chǔ)設(shè)施、石油化工等大型BIM模型整合(支持超過50種的三維模型格式)和漫游瀏覽平臺。我們基于專業(yè)應(yīng)用引擎NavisWorks開發(fā)了“基于BIM的機(jī)電設(shè)備管線應(yīng)急管理系統(tǒng)”，并在武漢國際博覽中心展館(建筑面積45萬m2，該項(xiàng)目為華中科技大學(xué)BIM工程中心和廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司聯(lián)合服務(wù)項(xiàng)目)中應(yīng)用。

圖4 化工廠NavisW orks模型

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能:

1)展館虛擬漫游(圖5)

圖5 系統(tǒng)虛擬漫游界面

可以在三維場景中實(shí)時漫游，方向角度完全自由掌握，這種仿真漫游能讓操作者置身其中，更直觀更方便地觀察相應(yīng)設(shè)施。

2)機(jī)電設(shè)備信息、相關(guān)文檔資料查詢(圖6)

圖6 選中的設(shè)備其關(guān)聯(lián)信息、資料文檔查詢

選擇任意的對象構(gòu)件，可查看其相關(guān)文檔信息，如驗(yàn)收報告、產(chǎn)品規(guī)格書、維護(hù)手冊等，極大提高信息查詢的效率。

3)利用二維碼實(shí)現(xiàn)設(shè)備與模型定位(圖7)

圖7 利用二維碼實(shí)現(xiàn)設(shè)備與模型定位

利用手持設(shè)備掃描粘貼在機(jī)電設(shè)備上的二維碼，快速定位到相對的BIM模型。

4)故障設(shè)備的上游控制設(shè)備定位(圖8)

圖8 (a)故障設(shè)備

圖8 (b)上游控制閥門

一旦選中故障設(shè)備，系統(tǒng)自動顯示上游的控制設(shè)備所在的位置，以及該設(shè)備控制的區(qū)域，為維修提供決策依據(jù)和幫助。

5)維護(hù)保養(yǎng)記錄和查詢(圖9)

圖9 維保記錄查詢

輔助記錄維護(hù)保養(yǎng)的時間、設(shè)備狀態(tài)等維護(hù)保養(yǎng)相關(guān)信息，自動提醒下次維護(hù)保養(yǎng)的時間，統(tǒng)計(jì)按時進(jìn)行、未進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)等信息。

通過實(shí)際項(xiàng)目測試，對于建筑面積45萬多m2，BIM總構(gòu)件對象44萬個，其中機(jī)電對象23萬個這樣的項(xiàng)目，在以下軟硬件配置下實(shí)現(xiàn)了良好的運(yùn)行性能:

1)操作系統(tǒng):Windows 7 64bit;

2)CPU:Intel Core 2 Quad 2.8GHz或AMD Athlon X4 955或更高;

3)內(nèi)存:8GB;

4)硬盤:12GB可用空間;

5)顯卡:Nvidia 260GTX 896MB或ATI 5770 1GB或更高;

6)雙屏顯示:1920 X 1080 VGA顯示器。

機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)還有一個關(guān)鍵技術(shù)是快速搜索機(jī)電設(shè)備上下游關(guān)系，以便能迅速定位控制故障設(shè)備的上游控制設(shè)備。通常BIM建模軟件具備構(gòu)件對象的連接關(guān)系信息，但管道內(nèi)流體的走向，也就是上下游的關(guān)系，就要視軟件的功能和建模者是否有定義，因?yàn)橛行〣IM的應(yīng)用例如機(jī)電管線綜合主要是解決機(jī)電管線排布問題，為此應(yīng)用建立的模型就未必帶有上下游的關(guān)系信息，有些BIM建模軟件還不具備這一功能。所以我們在該系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了機(jī)電設(shè)備管線上下游管線重建的功能，在BIM模型轉(zhuǎn)換到該系統(tǒng)時可以再重建(圖10)。

圖10 機(jī)電設(shè)備上下游關(guān)系

基于BIM的機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)目前還都處于探索階段，需要解決的核心問題是超大BIM模型的實(shí)時漫游、機(jī)電設(shè)備快速檢索、定位，上下游設(shè)備管線等。有關(guān)基于BIM的機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和軟件實(shí)現(xiàn)方法將在《基于BIM的機(jī)電設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和軟件實(shí)現(xiàn)方法》一文中敘述。

[1] Cooperative Research Centre for Construction Innovation，Adopting BIM for facilities management Solutions for managing the Sydney Opera House，2007.

[2] Paul Teicholz，BIM for Facility Managers，2013.

[3]胡振中，陳祥祥，王亮 等，《基于BIM的機(jī)電設(shè)備智能管理系統(tǒng)》[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2013，5(1):22-26.

[4]廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司，《優(yōu)比BIM建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備管線應(yīng)急維護(hù)管理系統(tǒng)》，軟件著作權(quán)申請資料，2011.

[5]葛清等，《BIM第一維度——項(xiàng)目不同階段的BIM應(yīng)用》，中國建筑工業(yè)出版社，2013

[6] http://www.softwareadvice.com.

[7]何波，《大型項(xiàng)目BIM模型組織方法與實(shí)踐》[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2012，4(4):7-14.

[8] 何關(guān)培談 BIM 博客，http://blog.sina.com.cn/heguanpei，2009-2014