張玉琢，郭 峰，張 赫，陳新華

(沈陽建筑大學管理學院，遼寧 沈陽 110168)

進入21世紀以來，信息化的迅速發(fā)展，加快了各行業(yè)在產(chǎn)業(yè)架構(gòu)和生產(chǎn)形式的調(diào)整，建筑業(yè)也正在向集約化、智能化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，以適應(yīng)新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[1]。而BIM信息化集成是適應(yīng)時代發(fā)展的新技術(shù)，其概念是通過數(shù)字可視化技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)資源，在計算機中建立一座虛擬建筑，再利用相應(yīng)的標準和格式，結(jié)合用戶需要建立的建筑管理系統(tǒng)。建筑運維階段的設(shè)備管理是指在建筑的運行過程中對其已安裝的設(shè)備進行定期檢查和維修工作，以達到降低設(shè)備的綜合損耗，增加設(shè)備的使用壽命，以達到節(jié)約時間和成本的目標。運行維護是全生命循環(huán)周期的第三階段且耗費時間最長，成本最高，該階段的成本約占總成本的80%[2]。此階段主要是保證建筑設(shè)備的正常運行，因此，建筑運維設(shè)備管理在運行維護階段起到至關(guān)重要的作用。

一些學者對BIM在建筑運維階段的設(shè)備管理理論進行了相關(guān)研究。胡振中等[3]對運維階段的設(shè)備管理進行了綜述，指出其管理會結(jié)合宏觀管理和精細化管理。苗智慧[4]對傳統(tǒng)的設(shè)備管理存在的問題進行了分析，并初步應(yīng)用BIM可視化技術(shù)進行管理。Xin Ning等[5]提出了信息集成對于管理效率的重要影響。常春光等[6]通過BIM技術(shù)與RFID技術(shù)的信息化集成，實現(xiàn)了對建筑全生命周期的深入管理。余雯婷等[7]將建筑模型和建筑信息數(shù)據(jù)庫進行交互，初步實現(xiàn)了對運維設(shè)備信息的集成化管理。

綜上所述，不少學者對施工和設(shè)計階段研究較多，而對于運維階段卻少有研究?；诖?，筆者主要是針對BIM信息化集成在運維階段的運維設(shè)備管理進行研究，通過BIM的信息化集成解決運維設(shè)備管理中，設(shè)備損耗過快、維修效率低等問題，以減少管理成本、提高管理效率[8]。

一、系統(tǒng)相關(guān)參與者的問題及對系統(tǒng)的需求分析

在建筑運維設(shè)備管理過程中，主要是借助紙質(zhì)資料和二維CAD圖紙為主要參考依據(jù)。而這些資料具有多源化、規(guī)范不統(tǒng)一且更新不及時等問題，但利用BIM技術(shù)的三維可視化，信息標準化，及時更新的特點可以對上述問題進行很好的解決。

1.系統(tǒng)相關(guān)參與者及其問題分析

(1)管理者

在傳統(tǒng)的管理條件下，運維設(shè)備信息主要源于圖紙信息、工程信息、材料供應(yīng)信息等多個渠道。這一條件下信息量大且多源，信息之間缺乏聯(lián)系。在管理者調(diào)用設(shè)備信息時，需對多種信息進行分析整合，這就導致了管理效率低下，增加了時間成本。

(2)用 戶

傳統(tǒng)的紙質(zhì)資料和二維的CAD圖紙技術(shù)門檻高，用戶若沒有建筑專業(yè)背景很難理解。因此，若用戶對運維設(shè)備了解不足，容易出現(xiàn)使用不當，從而造成不必要的故障，進而增加了建筑運維設(shè)備的維護成本。

(3)維修方

運維管理者對運維設(shè)備的信息提供不足，信息之間缺乏關(guān)聯(lián)性，導致很多維修人員無法第一時間判斷故障，找出故障發(fā)生的原因，難以提升維修效率。

2.相關(guān)參與者對系統(tǒng)的需求分析

通過對系統(tǒng)參與者的問題分析，可大致總結(jié)出相關(guān)參與者對系統(tǒng)有以下需求。

(1)對運維管理者而言

需要對建筑的運維設(shè)備信息進行全方位、深入的了解，以便于更好的管理。尤其是設(shè)備的生產(chǎn)日期、供應(yīng)商、設(shè)備的安裝注意事項等重要信息。

(2)對用戶而言

需要了解建筑運維設(shè)備的使用方法和注意事項，以及處理設(shè)備突發(fā)故障時應(yīng)采取的措施，以免使用不當造成不必要的損失和糾紛。

(3)對維修方而言

需要運維設(shè)備的詳細信息、維修電話和維修記錄。設(shè)備的維修信息越詳細就越有利于快速找到設(shè)備的故障，及時進行維修。

二、基于BIM技術(shù)的系統(tǒng)模型的構(gòu)建

1.模型的構(gòu)建方式及信息的組成

(1)模型的構(gòu)建方式

BIM運維模型一般由可交付的竣工模型構(gòu)成，竣工模型是將建筑全生命周期各個階段的模型進一步整理而成。在這些信息中有一部分不是設(shè)備管理所需要的，如現(xiàn)場施工信息等；還有一些設(shè)備管理信息沒有在BIM模型中體現(xiàn)，如空間面積信息等。這就需要按照實際情況對信息進行整合，應(yīng)用到各個功能模塊(見圖1)。

圖1 模型的構(gòu)建流程

(2)模型的信息組成

①運維設(shè)備的信息管理。運維設(shè)備的信息管理，是指對運維設(shè)備的采購信息、成本信息、運維信息、修理信息等信息進行統(tǒng)一的標準化管理，在設(shè)備管理中使管理人員根據(jù)其職權(quán)能夠?qū)π畔⒖焖僬{(diào)用。通過對信息進行管理，強化了對信息的分析整合，在管理者對信息進行查看時，關(guān)聯(lián)信息將會一并顯示，提升了信息的分享和利用效率。

②運維設(shè)備的可視化管理。運維設(shè)備的可視化管理不僅是指設(shè)備的狀態(tài)、設(shè)備的放置地點和相關(guān)的其他設(shè)備的安裝關(guān)系，并且需要將設(shè)備的運行情況、維修情況進行真實反映。使管理者可以直接發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中存在的問題。

③運維設(shè)備的維護及維修管理。運維設(shè)備管理的最終目的，就是讓設(shè)備減少故障，提高工作效率。這就需要對設(shè)備的運行狀態(tài)定期查看，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備不能正常運行，則需要及時分析故障、排除故障，將損失降到最低。在設(shè)備運行異常的情況下，需第一時間組織相關(guān)人員進行維修，減輕不利影響。

建筑全生命周期內(nèi)對信息的需求因建設(shè)階段的不同而不同，結(jié)合用戶對系統(tǒng)的需求得出所需要的各個階段的信息(見圖2)。

圖2 基于BIM設(shè)備管理系統(tǒng)在各階段所需的信息

2.基于BIM信息集成的設(shè)備信息

BIM技術(shù)的先進之處在于其可作為建筑全生命周期的信息載體，包含了建筑的全部信息。通過對信息進行信息化集成，以加強各階段信息的關(guān)聯(lián)，最終達到信息共享，以滿足不同主體的需求。筆者選用的BIM建模平臺Revit能夠包含建筑全生命周期的信息，并有便于操作且能夠和其他軟件進行信息交互等優(yōu)點。

筆者以“管道泵—單頭”為例，添加運維設(shè)備相關(guān)信息，其過程如下：

第一，在Revit 2016軟件的“管理”選項卡中的“設(shè)置”選項找到“共享參數(shù)”命令，點擊進入“共享參數(shù)“進行編輯，首先需要設(shè)置共享參數(shù)的路徑，接下來設(shè)置參數(shù)組，找到對應(yīng)的參數(shù)進行新建參數(shù)，即是運維設(shè)備管理所需的數(shù)據(jù)(見圖3)。

圖3 編輯共享參數(shù)

第二，在“管理”選項卡中的“設(shè)置”選項中找到“項目參數(shù)”，輸入上述步驟中的參數(shù)，在這里可對選中的參數(shù)組中的參數(shù)進行輸入，輸入“管道泵—單頭”參數(shù)組中的“設(shè)備名稱”參數(shù)(見圖4)。

圖4 共享參數(shù)添加到項目參數(shù)

重復前兩個步驟操作直至所有需要自定義的管理參數(shù)添加完成即可，將占用者、備注、審定、設(shè)備信息、防火等級等設(shè)備信息添加至共享屬性中。

3.基于BIM設(shè)備管理的信息集成

其他運維設(shè)備的管理信息的輸入可以通過軟件操作界面步驟進行增添，利用共享參數(shù)輸入設(shè)備管理信息的方法，達成了BIM建筑模型參數(shù)的信息化集成與信息交互。與此同時，還可對外部數(shù)據(jù)信息進行更改，利用BIM模型和BIM信息庫的接口來達到設(shè)備管理信息參數(shù)的雙向更新。除此之外，BIM技術(shù)利用參數(shù)化建模，可以反映某些建筑元素與其他元素的關(guān)系。

要達到BIM的模型參數(shù)和運維設(shè)備管理數(shù)據(jù)的信息集成共享，還需要對數(shù)據(jù)的傳輸標準進行統(tǒng)一。在目前全世界的主流BIM信息標準有IFC、COBie、OmniClass等[9]。IFC為設(shè)備的信息管理提供了基本的信息交互規(guī)范，BIM模型和運維設(shè)備管理系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交互，只需要符合IFC的規(guī)范即可實現(xiàn)信息之間的交互共享[10]。COBie是一個相較于開放的規(guī)范，能夠達到將設(shè)計和施工過程信息通過信息整理融合，傳輸至設(shè)備管理系統(tǒng)，而且可以將信息最大程度的保留以避免信息在傳輸過程中丟失，以達到標準化集成、存儲和交互[11]。OmniClass是對建筑全生命周期的各種信息的分類進行定義，將信息參數(shù)進行標準化分類，并按照相應(yīng)的規(guī)范進行編碼，以達到在不同的應(yīng)用系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)模型之間的信息關(guān)聯(lián)。運維設(shè)備管理系統(tǒng)中的建筑模型以O(shè)mniClass的分類標準為規(guī)范，增添設(shè)備管理所需要的COBie信息，而后將COBie數(shù)據(jù)信息集按照規(guī)范化體系的標準的IFC格式導出，最終將IFC數(shù)據(jù)導入設(shè)備管理系統(tǒng)，以達到全生命周期的建筑數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)信息化集成和信息間的共享交互。同時，將標準化集成的數(shù)據(jù)儲存在SQL Server信息數(shù)據(jù)庫中，為以后對信息數(shù)據(jù)的調(diào)用和應(yīng)用提供便利，而且COBie標準能夠在建筑全生命周期的不同階段高效傳輸運維設(shè)備信息(見表1)。

表1 建筑在設(shè)計施工階段的COBie數(shù)據(jù)要求

三、基于BIM信息集成構(gòu)建的設(shè)備管理系統(tǒng)及系統(tǒng)的應(yīng)用

1.系統(tǒng)的架構(gòu)

通過前面兩節(jié)對基于BIM信息組成和信息融合的研究，現(xiàn)需構(gòu)建設(shè)備管理系統(tǒng)的框架。系統(tǒng)體系的各層架構(gòu)從前到后分別是各階段信息層、數(shù)據(jù)架構(gòu)層和應(yīng)用管理層，各層架構(gòu)相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成了設(shè)備管理系統(tǒng)(見圖5)。

(1)各階段信息層

各階段信息層是建筑模型參數(shù)信息的一個信息融合層。在這個層級中對設(shè)備的有關(guān)參數(shù)進行比對選擇、編碼分類和輸入數(shù)值，排除與設(shè)備管理不相關(guān)的參數(shù)，從而避免建筑模型信息的繁冗，以便于設(shè)備的管理[12]。

(2)數(shù)據(jù)架構(gòu)層

數(shù)據(jù)架構(gòu)層是為設(shè)備管理系統(tǒng)提供管理數(shù)據(jù)庫，儲存了建筑各個階段有關(guān)于設(shè)備的基本信息，是通過各階段信息層獲取信息，從而建立BIM信息模型。對運維設(shè)備、運維管理需求信息進行整合，使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源為運維設(shè)備管理提供所需的全部信息。數(shù)據(jù)層由BIM模型數(shù)據(jù)和運維設(shè)備信息數(shù)據(jù)構(gòu)成?；贗FC標準對數(shù)據(jù)存儲，使其具有統(tǒng)一的標準?；赗evit API(Application Programming Interface，應(yīng)用程序接口)進行二次開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)與建筑模型的數(shù)據(jù)共享，進而使設(shè)備信息能夠持久共享，及時更新。

圖5 物業(yè)運維管理的系統(tǒng)架構(gòu)

(3)應(yīng)用管理層

在數(shù)據(jù)架構(gòu)層的框架上建成應(yīng)用管理層，是為了實現(xiàn)基于用戶管理功能的實現(xiàn)，通過系統(tǒng)來實現(xiàn)各個主體的需求。應(yīng)用管理層主要有設(shè)備參數(shù)管理選項和故障排除選項，應(yīng)用管理層是維護設(shè)備運行的主要方式且與設(shè)備每日運行的管理活動關(guān)系密切。

2.系統(tǒng)的選項及選項的主要功能

(1)設(shè)備參數(shù)管理選項

基于設(shè)備參數(shù)管理選項，能夠達成對設(shè)備的有關(guān)信息數(shù)據(jù)的增添、更改和調(diào)用等需求，此選項是其他選項能夠正常運行的信息基礎(chǔ)。以基礎(chǔ)參數(shù)為例，可以對設(shè)備的基本參數(shù)、構(gòu)件參數(shù)、價格參數(shù)等參數(shù)進行調(diào)用。管理者可基于管理需求在參數(shù)庫中對參數(shù)進行增添和刪減，也可以對多個參數(shù)進行修改從而提升管理效率。

(2)故障排除選項

該模塊的主要功能是存儲運維設(shè)備的故障參數(shù)，如設(shè)備在運行過程中自身產(chǎn)生的故障現(xiàn)象、故障產(chǎn)生的因素及后果等相關(guān)信息。一旦在使用過程中損壞了運維設(shè)備，通過瀏覽和查看這些故障信息，可以基本了解運維設(shè)備在運行中易發(fā)生的故障形式、產(chǎn)生的原因和影響因素，為設(shè)備的故障排除方案的制定提供幫助。當設(shè)備在運行過程中發(fā)生了新的故障，可將新的設(shè)備故障信息參數(shù)進行保存。

故障排除主要包括故障成因分析和修理方案制定。故障成因分析主要指在設(shè)備運行中出現(xiàn)問題時，會自動生成對應(yīng)的故障樹，管理者可以通過故障樹分析故障的成因并提出解決方案(見圖6)。

圖6 故障樹軸承故障分析展示

四、結(jié) 語

筆者基于用戶在設(shè)備使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行綜合分析，以滿足管理者對于設(shè)備管理的需要，分析如何將建筑各階段信息進行集成融合來實現(xiàn)這些需求。通過Revit建模，將各個階段建筑的全部信息添加到設(shè)備當中，并使用IFC、COBie標準實現(xiàn)信息的集成。通過二次開發(fā)技術(shù)使管理系統(tǒng)和信息集成進行有效交互，以實現(xiàn)運維設(shè)備的精細化管理，在一定程度上解決了傳統(tǒng)設(shè)備管理所存在的問題。