王劍 賀海斌

【摘 要】建筑信息模型（BIM）是當(dāng)今建設(shè)行業(yè)中的技術(shù)熱點(diǎn)，用于支持建筑物各專業(yè)在其全生命周期內(nèi)的協(xié)同決策。針對智能建筑物與普通建筑物在設(shè)計(jì)和運(yùn)營階段的差異，探討了BIM技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用，因傳統(tǒng)的BIM解決方案由于其靜態(tài)特性并未涵蓋智能建筑技術(shù)的所有需求，提出采用動態(tài)BIM進(jìn)行智能建筑的信息擴(kuò)展，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)BIM在智能建筑物生命周期設(shè)計(jì)和運(yùn)行階段的差距。

【關(guān)鍵詞】BIM；智能建筑；動態(tài)信息

中圖分類號： F416.92；TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0019-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.007

0 前言

本世紀(jì)人們所關(guān)注的全球性問題之一是世界對能源需求和可用能源消耗的巨大增長。在過去的50多年里，計(jì)算機(jī)性能提高了數(shù)百萬倍。這兩個因素的結(jié)合使得智能技術(shù)成為節(jié)約資源、提高人們生活舒適度的重要主題和可行的方法之一。智能技術(shù)的重要組成部分是智能建筑[1]。

對于當(dāng)今的建設(shè)行業(yè)，我們有很多規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和面向設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理的輔助工具。其中一個強(qiáng)大而有廣闊應(yīng)用前景的工具是BIM（建筑信息建模）。然而由于其靜態(tài)性質(zhì)，傳統(tǒng)BIM不能作為創(chuàng)建用于設(shè)計(jì)和運(yùn)行智能建筑物的CAD系統(tǒng)的可靠基礎(chǔ)。首先，傳統(tǒng)的BIM是靜態(tài)的，因?yàn)樗鼈儾荒芟蛭覀冋故景l(fā)生在建筑物中的過程，它們只顯示物理建筑特征。結(jié)果表明，對于智能建筑的可靠設(shè)計(jì)，我們需要建筑物的智能（建筑智能指數(shù)，BIQ）[2-3]和模型（MODEL），使我們能夠模擬建筑物內(nèi)的環(huán)境變化和居民活動以便于考核BIQ。 其次，傳統(tǒng)的BIM是靜態(tài)的，因?yàn)樗械哪Ｐ透露际怯晒こ倘藛T手動完成的。這在操作階段非常不方便。因此，建筑模型可能已經(jīng)過時(shí)并且不正確，使得它無法用于有效的設(shè)備管理。為了在建筑物生命周期的運(yùn)營階段支持決策，需要一個顯示實(shí)際參數(shù)和過程而不是設(shè)計(jì)值的模型。

1 BIM的動態(tài)擴(kuò)展

與動態(tài)建筑信息模型的利益相關(guān)者有：智能建筑解決方案的開發(fā)者； 設(shè)計(jì)師可以選擇現(xiàn)有的一些智能建筑解決方案；建筑設(shè)備管理者；規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者[4]。

動態(tài)建筑模型可能對智能建筑解決方案的開發(fā)者有用。開發(fā)者應(yīng)該以某種方式測試和驗(yàn)證他們的產(chǎn)品。顯然，不可能在真實(shí)的建筑物中驗(yàn)證真實(shí)居民的所有情況。因此，智能建筑解決方案的開發(fā)人員需要建立一個模型，以模擬在建筑物中進(jìn)行的過程，以測試和調(diào)試其算法。 除了測試功能要求（即由建筑物人工智能所做的正確決定的百分比）之外，動態(tài)模型還可以用作非功能（性能）要求的測試環(huán)境。性能是構(gòu)建建筑智能的關(guān)鍵。如住宅建筑通常傳感器觸發(fā)和響應(yīng)之間存在滯后，包括算法復(fù)雜性+網(wǎng)絡(luò)延遲+硬件延遲。 這種滯后不應(yīng)該太長以致不便居民。找到其中的原因，對住宅建筑內(nèi)居民的舒適度進(jìn)行改進(jìn)。

設(shè)計(jì)師想知道如何為特定建筑選擇最佳的智能建筑解決方案？要找到更好的方案，我們需要一個正式、理想的量化表達(dá)式來定義“最佳”。作為建筑智能的一種測量和評價(jià)，我們可以使用建筑智能指數(shù)。由于動態(tài)建筑模型可以模擬環(huán)境變化和居民活動，因此可以用它來計(jì)算BIQ。

設(shè)備管理人員在運(yùn)營階段需要可靠的近實(shí)時(shí)管理和監(jiān)測功能。當(dāng)然由于在設(shè)計(jì)階段的假設(shè)不準(zhǔn)確，建筑功能與預(yù)期略有不同。由于建筑物配備了因環(huán)境變化和人們活動觸發(fā)的傳感器和儀表，可以使用傳感信息實(shí)時(shí)且自動調(diào)整建筑模型。因此，可隨時(shí)看到建筑物正在發(fā)生什么變化。設(shè)備管理部門可以使用最新的信息來更有效地規(guī)劃一些活動，例如特殊情況下的緊急疏散。特殊模塊可以使用累積數(shù)據(jù)自動執(zhí)行分析以檢測設(shè)備故障。例如，某特定建筑區(qū)域盡管加熱器始終工作在較高功率狀態(tài)，但其溫度長期低于正常水平，向修理組發(fā)送通知，說明檢查的原因和特定設(shè)備。

因?yàn)閯討B(tài)模型反映了建筑物的實(shí)際狀態(tài)和行為，并能根據(jù)各種因素解釋建筑物狀態(tài)的變化，所以建筑模型可以成為用于建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)與其實(shí)際性能之間的橋梁。它可以在沒有特殊檢查的情況下判斷設(shè)計(jì)規(guī)范的實(shí)際達(dá)成度，了解規(guī)范與工程現(xiàn)實(shí)之間的差距，最后確定標(biāo)準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)更好的建筑表現(xiàn)。

2 BIM和相關(guān)軟件基礎(chǔ)設(shè)備的動態(tài)擴(kuò)展架構(gòu)

如下圖1顯示了動態(tài)建筑信息模型和相關(guān)軟件基礎(chǔ)設(shè)備的組件級架構(gòu)。

模型構(gòu)建器接收關(guān)于建筑物的拓?fù)浜蛶缀涡畔矶x模型的靜態(tài)屬性。要定義動態(tài)屬性，需要場景來執(zhí)行建筑過程的模擬，接收包含有關(guān)環(huán)境變化和居民活動信息的情景。這種模擬可以被智能建筑解決方案的開發(fā)者用于測試和調(diào)試目的。此外，設(shè)計(jì)師還可以使用它來計(jì)算BIQ，這對于為特定建筑物選擇最佳智能建筑解決方案至關(guān)重要。

在運(yùn)營階段，由于模型將使用真實(shí)設(shè)備的實(shí)際現(xiàn)場信息來更新其狀態(tài)，因此不需要使用場景。作為一個始終保持最新狀態(tài)的動態(tài)模型，它可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)控，這對設(shè)備管理人員非常有用。為了允許消息傳遞到某些目的地，消息解析被用來實(shí)現(xiàn)發(fā)布（見圖2）。如今，硬盤容量已變得越來越大，允許存儲大量的信息。我們可以利用它存儲歷史數(shù)據(jù)中的所有環(huán)境變化和真實(shí)設(shè)備的居民活動。歷史數(shù)據(jù)的儲存給了我們一些新的功能。

首先，歷史數(shù)據(jù)可用于報(bào)告和分析目的?？赡艿姆治鋈蝿?wù)的一個例子是預(yù)測故障檢測。這些技術(shù)旨在按優(yōu)先順序安排維護(hù)，以防止意外的設(shè)備故障。它使設(shè)備管理更加透明。規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)人員可以從可從歷史數(shù)據(jù)存儲中檢索的報(bào)告中受益。報(bào)告包含有關(guān)實(shí)際建筑物參數(shù)的信息，如果它們與設(shè)計(jì)值差別太大，并且差異不是由設(shè)備故障引起的。報(bào)告中還包含一些可能解釋差異的上下文。規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)人員可以使用這些報(bào)告來調(diào)整舊規(guī)范文檔和開發(fā)新文檔。

其次，歷史數(shù)據(jù)可用于智能建筑解決方案的回歸測試。軟件通常是反復(fù)測試的，通常是在每次反復(fù)測試和糾錯之后，添加新功能并發(fā)布新版本的產(chǎn)品。引入一個數(shù)據(jù)存儲，在我們擁有所有輸入（事件）和輸出信息的情況下，我們可以在每次系統(tǒng)更新之前輕松進(jìn)行回歸測試。我們可以使用歷史數(shù)據(jù)來運(yùn)行模擬，并檢查所有子系統(tǒng)的工作性能是否更好，或者至少不會因處理不當(dāng)比以前版本的產(chǎn)品差。如果由于某種原因系統(tǒng)性能變差，則不會安裝此更新。

此外，歷史數(shù)據(jù)可能是模擬建筑過程場景的良好來源。經(jīng)過一些數(shù)據(jù)處理后，我們可以提取有關(guān)環(huán)境變化，居民活動和居民的偏好等信息。顯然，對于正在設(shè)計(jì)的建筑，我們只需要從具有相同功能目的和類似特征的建筑物中獲得場景。

最后，歷史數(shù)據(jù)可用于支持建筑物運(yùn)營階段的決策。設(shè)備管理人員可以使用從存儲中提取的場景來更改模型并反復(fù)分析某些局部運(yùn)營中的故障，以便在實(shí)際生活中實(shí)際實(shí)施之前了解更改的工作原理。

3 結(jié)論

前述內(nèi)容已經(jīng)表明，傳統(tǒng)BIM技術(shù)由于其靜態(tài)性質(zhì)而在智能建筑方面存在一些差距，本文提出BIM的動態(tài)擴(kuò)展來填補(bǔ)這些空白。其主要特點(diǎn)是：動態(tài)模型能夠顯示在建筑物中發(fā)生的過程，在運(yùn)行階段，模型會自動更新并始終保持最新狀態(tài)。存儲保存建筑與環(huán)境相互影響的數(shù)據(jù)、住宅內(nèi)居民的歷史數(shù)據(jù)用于支持上一級決策。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李建成，王廣斌.BIM應(yīng)用·導(dǎo)論[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2015：10-27.

[2]丁士昭，等.建設(shè)工程信息化導(dǎo)論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]李建成.數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)概論[M].（第2版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]張建平，等.信息化土木工程設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.