黄杨成 李 健 张 蓉*

(江苏科技大学船舶与建筑工程学院，江苏 张家港 215600)

0 引言

作为目前建筑行业项目生命周期的传统四部分，即规划与设计阶段、施工建设阶段、建筑运营与维护阶段和报废拆除阶段，是建筑工程对于建筑全生命周期常见的划分。其中，运维阶段的资金成本构成了建筑全生命周期的绝大部分，即占到了总成本的82.5%[1]。

由此可见，运维阶段的建筑项目成本与整个项目全生命周期成本有着密切联系，其管理是否高效是项目运维阶段首要考虑的。但是我国建筑行业管理模式粗放，传统建筑运维管理与服务系统主要是通过简单二维或三维图形和纸质资料汇总来保存建筑项目在各个阶段的信息，以满足建筑项目对运维资料的管理，显然这会引起很多额外的问题。主要体现在若干方面：

1)建筑设备运维信息数据通常保存时间有限，且容易丢失或被篡改，其准确性与安全性无法保障。

2)由于运维数据时间跨度大、周期长、内容层次复杂，数据量往往很庞大，在查找时就需要查阅大量信息，且由于内容层次复杂，很难关联其前后信息，从而在运维信息的横向对比上非常不理想，不仅达不到预期效果还降低了管理与服务效率。

3)建筑运维数据纵向的关联难以实现。例如设计阶段图纸需要变更，则不能保证变更的信息及时反馈到图纸上，涉及到多处细节需要修改时，极易造成工作的繁重和时间、资源与人力的浪费，不仅影响工作质量，还可能拖延项目工期。

4)导致建筑运维阶段管理与服务难度和经济、时间成本提高的主要原因是建筑运维阶段信息数据的集成和传递缺少高效管理[2]。

因此，基于BIM与GIS的建模技术建立建筑设备维护数据库，完善运维管理系统，解决传统运维服务存在的一些问题，实现三维立体、智慧、可感知的建筑运维服务平台构建，不仅能提高管理效率，还节约运营成本。

1 BIM与GIS融合度分析

BIM技术在三维模型与各类数据的集成管理方面效率高，可视化程度明显，数据种类丰富，是运维管理的理想工具，但BIM模型数据的来源和种类远远多于传统建筑三维模型，而且庞大的模型数据量又加大了计算机的运算负荷。因此如何高效获取所需数据、又能使BIM模型轻量化，是构建智慧运维服务系统的建模技术中的重点之一。

1.1 BIM与GIS技术契合性分析

BIM与GIS技术不同点在于，BIM技术能划分设计、施工和运维阶段的物料属性信息，如外形、大小、所占空间，并能及时汇总进行横向比较，不仅弥补了传统运维管理与服务方式上的缺陷，而且BIM提供的可视化管理降低了管理与服务的门槛，方便更多业主与用户参与到建筑运维中，集思广益使其更智慧更高效。而GIS技术则是对建筑项目外部环境、现有建筑群的分布和目标建设项目外部形状的客观描述，是一个具备模型建立以及环境设备数据查询和分析功能的平台。

因此，BIM与GIS的契合性主要体现在三方面：第一，BIM技术侧重单体建筑内部和详细建筑信息的汇总整理，为运维服务系统提供良好的建筑内数据支持，但对建筑外部环境的模型和信息数据汇总很少，而GIS对建筑群及其外部环境建模有着良好表现，不仅能准确反映外部环境及其特征，而且快速高效，弥补了BIM自身缺憾；第二，两者技术基础都包括图像处理和数据库管理与开发，有着良好的相通性，这为智慧运维服务系统可视化功能提供了较好的基础；第三，二者在模型数据处理的标准与方式上相似，甚至二者的数据在统一标准下可以相互转化。因此可将BIM与GIS数据通过某一标准相互传导，互作数据源和数据受体，可以实现建筑设备智慧运维的良好管理与传递。

1.2 BIM与GIS数据交互性分析

IFC(Industry Foundation Classes工业基础类)，又常被称为IFC标准，是国际合作联盟国际联盟(IAI)建立的一个标准性名称，运用IFC标准的数据文件具有良好的平台无关性，它是一个中性的数据文件，具有自描述能力好等特性，不会由于软件系统的任务终止而引起信息丢失等问题。

IFC标准正在成为大多数BIM软件和相关技术的通用格式，以便提供标准的数据交换接口。不同的BIM模型信息的软件可以转换成相同的IFC标准数据文件，从而形成了同一数据模型的建筑产品[6]。

2 基于BIM的智慧运维服务系统数据结构

2.1 智慧运维服务系统的定义

目前，国内外并没有关于智慧运维服务系统的完整定义，根据类似运维服务系统在使用中的情况，智慧运维服务系统与传统的运维系统的区别在于，它是整合人员、设施、环境和技术，通过BIM与GIS等可视化技术的相互结合的管理与服务系统。它具有高度的包容性，融合了建筑智能化、设备管理、能源管理、物业管理等功能。但各模块的融合并非简单的数据采集和表现，而是使各个功能模块能够相互调用、影响，从而形成新的应用。庞大的底层系统更可以支持用户新的应用扩展，以满足各种层次需求。

2.2 建立智慧运维服务系统数据结构

智慧运维服务系统的面向对象主要为管理者以及物业管理人员，同时其高效直观的可视化特点可使未受过专业训练的业主也能较好操控。根据面向对象的特点，基于BIM和GIS模型开发的运维管理与服务数据库，将可以与二维图纸、运维文件等信息和数据实现自动化交流，不仅信息交流和反馈变得快速，可视化效果好，并且能够实现建筑的场地管理、气候管理、空间管理、设备管理、合同管理和应急管理等，能从各个方面、由内而外对设备信息全面、智能化管理,实现了管理的安全、实时、高效性,为实现智能化运行维护管理和服务系统的宗旨提供可能。目前，数据库基本可分两大类：外部信息和内部信息，如图1所示。

3 BIM结合GIS技术的建筑及周围环境快速建模

3.1 地形等自然条件建模

在工程的运维阶段，其模型数据主要来源于场地地貌、植被、河流、气候等因素在设计施工阶段的综合体现,这些因素是影响建筑物运行和维护外部环境决策的重要因素。其建模准确度与效率的高低，决定了场地分析及评价的准确度。场地条件管理分为：地形地貌、气候管理、空间管理。

传统的场地分析方法，存在定量分析不足、主观因素过重、信息调取与传递困难、无法集中处理大量数据等弊端。因此，利用BIM针对单体建筑的详细可视化管理结合GIS对建筑群外环境的空间外环境管理，包括土地、基础设施等，采用Autodesk Revit与GIS的结合，快速生成目标单体建筑内部环境和目标建筑周围外环境模型，不仅使管理者了解建筑运维信息，及时做出调整，还能使普通业主用户直观了解计划和管理意图,促进沟通和信息传递。在3D地形基础数据的基础上,对现场环境进行了分析,并对环境进行了仿真分析，再加上地质风险评估，生成智慧运维服务系统的外部信息。

3.2 建筑快速建模

为实现建筑快速建模，必须摒弃传统的电子绘图方式——从建立轴网开始逐步建立建筑内部结构。在Revit软件中，可通过概念体量族功能实现类似Sketch up的功能，直接操纵设计中的点、边、面，创建形状以研究包括拉伸、扫描和放样的建筑概念。达到快速的外观建模。同时，还可以这些族为基础，通过应用墙、屋顶、楼板和幕墙系统来创建更为详细的建筑内部结构，进行初步的空间分析。如图2所示，根据研究的对象，可以适当简化周围环境建筑不必要的建模，以达到更快的建模速度。

3.3 建筑光环境建模

Autodesk Revit利用基于蒙特卡洛算法的引擎，使太阳光照明分析成为可能，通过准确地建立室内外照明模拟的数学模型，设置不同的模拟参数，可以达到设计或研究的目的。生态分析是一种建筑物理分析的模拟工具，范围从太阳辐射、阳光、遮阳、照明、植物、室内声场和室内风场等7个方面都可以进行模拟，包括热和风环境、光环境、声环境、阳光、经济环境影响和能见度、建筑物理环境[6-9](见图3)。

3.4 设备建模

建立建筑外环境与内环境的BIM-GIS设备运维三维数据模型后，仍然需要设置运维设备的三维和信息数据模型，并追加设备的必要运维信息，包括设备的基本状态信息、维护信息、各个时期的合同信息和成本信息等等，以共享的形式添加。这些信息可以独立导出，生成数据库可读的文件格式，如ODBC格式等，导入相应设计好的数据库文件，可以做进一步开发，见图4，图5。

4 结语

基于BIM提供的信息共享展示平台，综合应用BIM技术以及快速建模技术，利用集成设备信息的BIM-GIS模型对建筑内外环境中的设备等信息数据进行快速查询与汇总，从而建立了建筑设备运维管理与服务数据库，通过BIM提供的运维数据模型共享平台，使参与工程的各方对工程的运营与维护的管理服务信息进行共享，实现智能、高效、安全且直观的操作和维修服务的平台，它不仅消除了信息不对称等弊端，而且实现了快速查询、设备信息的数据汇总和统计功能，大幅度延长运维数据保存时间，提高数据信息反馈速度与安全性，为管理者节约了大量的时间。但是，智慧运维服务系统开发停留在初步阶段，在系统应用和BIM技术标准规范研究上仍不够深入，对运维管理阶段数据的信息和技术标准不够完善，还需要继续深入研究相关数据的存储、整合、优化等问题，进一步将个体建筑运维拓展到建筑群(社区)的运维。

参考文献：

[1] 关于物业管理中设施设备管理重要性的认识[EB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog_ 63a7b7c1010160np.html.

[2] 浅谈数据可视化和信息可视化[EB/OL].http://www.sj33.cn/digital/wyll/201607/45773.html.

[3] Jason D，Lucas.An Integrated BIM Framework to Support Facility Management in Healthcare Environments[Z].2012.

[4] R.Liu,R.R.A.Issa.BIM for Facility Management:Design for Maintainability with BIM Tools[J].Journal of Architectural Engineering,2013(1):671-678.

[5] 张睿奕.基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理研究[D].重庆:重庆大学硕士学位论文,2014.

[6] 张 邻.基于BIM与GIS技术在场地分析上的应用研究[J].四川建筑科学研究,2014,40(5)：327-329.

[7] 过 俊.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,2013,5(3)：41-62.

[8] 郑 云.BIM-GIS技术在建筑供应链可视化中的应用研究[J].施工技术,2015,44(6)：59-116.

[9] 陈广军.BIM技术在项目运维阶段的应用研究[J].中州大学学报,2016,33(4)：120-124.

[10] 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(3)：42-43.

[11] 胡振中.基于BIM的运维管理研究与应用综述[J].图学学报,2015,36(5)：802-808.

[12] 董政民.BIM技术在航站楼运维管理中的应用——以浦东国际机场T1航站楼为例[J].BIM技术与应用,2013(9)：91-93.