一种基于BIM的设施管理初步框架

包 胜，陈义龙，顾益斌，林洋杰

(浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310058)

建筑信息模型(BIM)是通过信息技术在计算机中建立虚拟建筑模型，一个建筑信息模型就是提供单一完整、具有逻辑的数据库。BIM贯穿于建筑全生命周期，在设施管理阶段，管理者可运用模型进行可视化管理。美国建科院指出，工程建设行业浪费达57%;而当建筑使用达50年后，运维阶段的投入成本与项目初始成本比例可达9∶1。在建筑发展装配化、绿色化、精益化、智能化的大背景下，如何运用先进的BIM技术和设施管理方法提高效率减低能耗，将会成为我们面临的课题。

1 我国基于BIM的设施管理研究现状

我国设施管理和BIM研究起步较晚，基于BIM技术的设施管理相关研究非常有限。现有的文献资料主要分3个方面：设施管理在我国发展的综述类文献;建设项目全生命周期管理的理论研究;针对设施管理中机电、暖通等单一系统在商业地产、交通工程等单一类型项目中的案例研究。

王兆红等［1］针对国内设施管理相对滞后现状，回顾国外设施管理发展历程，介绍设施管理的范围、内容、主要问题，探讨设施管理在国内未来的发展方向;丁智深等［2］介绍设施管理相关理论，将设施管理与我国传统物业管理进行分析比较，找出二者在管理范围和作用方面的差距，构建适合我国设施管理发展趋势的理论体系框架;汪再军［3］阐释了运维管理的内容及意义，确定运维管理范畴，并对BIM技术在运维管理中的应用进行初步探索，提出BIM在运维管理中的关键技术;何清华等［4］提出建设项目全生命周期集成化管理(LCIM)的概念，并将决策阶段开发管理(DM)、实施阶段业主方项目管理(OPM)和运营阶段物业管理(FM)进行整合，进一步提出以运营导向建设的全生命周期业主方(运营方)管理组织设计的理念;张建平等［5］开发了一种基于IFC标准的建筑设备集成智能物业管理系统，该系统综合应用信息模型、中间件、Web Service等技术，实现建筑物业管理阶段与设计、取得阶段的信息交换共享;黄斐娜等［6］对工程项目传统管理模式中存在的一些自身无法克服的弊病，在提出工程项目全生命周期管理概念的基础上，对工程项目全生命周期管理的整体构想进行深入探讨;王代兵等［7］从租售管理、设备管理、空间布局的运营管理和应急预案分析方面对商业地产项目在运维阶段运用BIM技术进行了研究;陈光［8］从目标整合、任务衔接、功能优化、费用控制、组织创新和集成化管理系统出发构建轨道交通工程的全生命周期管理模式;尹奎等［9］利用二维码技术高效查找、识别、信息读取的特点对实现高效、精细的物业管理和设施维护进行研究;过俊等［10］提出基于BIM的建筑空间及设备运维管理系统，通过插件实现对模型的浏览和设备的运维;杨煊峰等［11］运用逃生模拟分析软件，加载逃生路径和参数得到疏散解决方案，为建筑设计提供针对性优化调整。

2 我国基于BIM的设施管理存在的问题

1)理论及实践研究滞后 BIM与设施管理均是近30年才开始发展起来的概念。目前，BIM软件已在国际上广泛应用，而针对BIM技术在设施管理的应用，发达国家已具备比较多的探索实践经验。而国内除了极个别标志性工程将BIM技术运用到了全生命周期，针对设施管理阶段的探索相对较少。

2)对设施管理全生命周期性特点认识不足由于国内项目运营模式多为工程分包式，导致设计、施工、运维等环节的企业更关注如何在设施购置和管理维修上节约资金投入，而没有以建筑全生命周期的观点提高设施管理效益。

3)信息化水平滞后 二维的CAD图纸对于三维模型在直观性上具有天然的弱势。管理人员常需通过读取多个二维图形人工还原三维场景。纸质资料在设计、施工过程中传递给下一阶段局导致数据遗漏和丢失;频繁的图纸修改及不可实时更新性造成劳动力浪费，同时也增加设施管理成本。

3 一种基于BIM的设施管理初步框架

3.1 人员组织

传统设施管理人员组织模式中，设施管理部门向负责人事和行政事务的副总裁负责，接受顾问和服务商的服务，并下属运维人员、规划设计人员等员工［12］。管理部门使用较少的员工，实行一人多责，并涉及设施管理的全部职能。

在基于BIM的设施管理发展初级阶段，由于公司内掌握BIM技术的人员较少，集中人力资源的BIM工作室形式将有助于BIM工作探索性地开展。BIM经理负责BIM工作室，与顾问和服务商联系，其下属的BIM工作室包含各专业的BIM技术人员，并通过BIM设施管理平台协同工作。

当企业内掌握BIM技术的人员逐渐变多，各专业的BIM技术人员不再以BIM工作室的形式集中，而是分散到公司各个部门。BIM技术在资产管理、空间管理、租赁管理等领域的全面扩展，将会使BIM技术渗入公司的财务、人力资源等其他部门。当BIM发展到高级阶段，便不再有专业BIM技术人员的概念。公司内部人人都懂得相当的BIM技术，各项管理、服务的工作、流程全部围绕中心的BIM数据库以及各应用中心展开。理想的基于BIM的设施管理人员组织架构，在我国尚未实现。

3.2 建模方法

常用的BIM建模平台有Autodesk Revit、Bentley Architecture、GraphiSoft ArchiCAD等。通常 BIM模型分为概念模型、预算模型、施工模型和竣工模型，分别被用于规划设计、施工和运维管理阶段。由于我国的绝大多数建设项目还处于项目分包而非集成项目交付的模式，从施工阶段接手BIM的竣工模型的方式可行性有限。本文通过面向设施管理的BIM模型的建模过程，总结出一种符合我国现阶段国情的建模方法，如图1所示。

图1 面向设施管理的BIM模型创建方法

设施管理要素作为信息层至模型层的过滤器，是建模过程的核心。根据设施管理的具体应用范畴，总结设施管理要素。作为信息源存在的一组完整施工图是各种设施管理要素的集合，可能包括或缺乏建模所需的要素。通过过滤得到的要素可以构建结构、建筑和管线模型，最后将模型整合为总体模型，并运用到具体的设施管理领域。由此从信息层到模型层的建模过程和从BIM模型到设施管理范畴的应用就成为一个完整的循环。

该方法能够较好地建立面对设施管理的BIM模型，由于缺乏相关信息源，对于设施管理要素中的非建筑系统要素，即现阶段不确定的要素表达能力不强。因为施工图是相对可靠的信息源，在我国施工与运维相对脱节的现状下，配合施工后对BIM模型适当的增加、删减与更改，该法对于建立面向设施管理的BIM模型具有一定的普遍意义。

3.3 实施流程

运维管理是设施管理的重要组成部分，传统的物业管理工作中很大一部分是运维管理的工作内容。设施维护管理的重点主要有工作排序及工作流程。工作排序包括维护决策确立，维护策略选择及维护周期分析。在本节中，以传统的报修工作流程为例阐述基于BIM的运维管理流程。

BIM360Field是一款基于PC网页端与IPAD移动端的施工监理及现场指导软件，它所具有的一些特点可为设施管理所用。运用该平台的各项功能可完成报修流程的所有操作。将保修单上传至Issues界面，管理者在项目的通信录中寻找相关维修人员，通过Tasks进行任务包分配。维修人员进行实地考察，配合Equipment中设备的文字信息和Library中的照片、图纸、模型信息进行维修，之后把维修反馈上传至Issues界面。管理者通过Checklists确认验收后，把相关附件上传至当日的Daily Updates进行记录更新。至此一次完整的报修流程就完成了。

除维护管理外，空间管理、公共安全管理、能耗管理等其他设施管理领域也可根据各自的具体工作流程制定基于BIM的管理流程图。需要特别指出的是，在一些需要运用不同平台软件的管理过程中，可能产生信息数据不能互用的情况。这时，软件接口的二次开发将不可避免。

IFC(Industry Foundation Classes)是一种被广泛应用的BIM信息交换标准格式。IFC的数据模型不受供应商控制，为中性、公开的，由 building SMART开发，是一种用于帮助工程建设数据互用、基于模型、面向对象的格式。IFC定义建设项目生命周期所有阶段的信息如何提供及储存，包括门、窗在内的实体构件或部件，房间、楼层在内的空间，设计、施工、运维等阶段中进行的各种流程，参与人员和组织以及各种对象之间存在的关系。基于IFC标准建立模型或设计的过程从分类中选择对象的组装过程。由于选用的格式是公开标准的，可供其他项目成员共享信息。目前，经IFC认证的软件清单基本涵盖了包括Revit在内的绝大多数常用的BIM软件，这意味着当2个或更多专业软件间的数据模型不能交换时，信息通过IFC交换将成为可能甚至是唯一的选择。其他的一些现代建筑信息分类体系包括ISO/DIS12006-2，UNICLASS以及OCCS等。

在使用Revit模型中的信息进行二次开发时，C#作为一种面向对象的编程语言，具有很大的优势。C#中 Class与Instance的概念与 Revit中 Family和Element的概念相对应。在新建一个图元时赋予其一定数量的特征，在Revit中，类被称作族，类的实例称作族的图元。

BIM信息的使用流程实际上是数据读取与写入过程。例如，在Revit软件中选择1层的全部窗户，在C#语言中表现为数据读取。首先创建一个名为collector的过滤器，将族的种类限定为窗。然后选择图元名称为“Level1”的全部图元。类似的，改变某个窗户的高度实际是重新写入信息。通过Parameter访问窗户高度的函数，运用set函数可迅速改变窗户高度。

设施管理中模型的显示、更新实际上也可看作是类似的数据读取、写入过程。结合使用Revit与C#语言将使BIM信息得到有效管理。

4 案例分析

某养老院设施的BIM信息来源为设计院的一套包含建筑、结构、水电、暖通在内的完整施工图。《BIM技术概论》将设施管理运维阶段的内容分为空间管理、资产管理、维护管理、公共安全管理以及能耗管理五项内容［13］。由于资产管理涉及固定资产的信息、折旧数据及报表管理等内容，而在该项目实施阶段难以获得有效信息，因此仅取空间管理、维护管理、公共安全管理以及能耗管理四项进行分析，各项内容所涉及的具体信息如表1所示。

结合该养老院的施工图，可得到在建模阶段有效利用的重要信息：①空间类型、面积、用途、位置;②各种设备的位置、基本信息;③各种管线系统的位置、基本信息。

配筋图中的钢筋信息对于施工过程是有效的，但会在建模过程中大大增加工作量。对于构建面向设施管理的BIM模型，仅保留柱截面位置、轴网及柱的尺寸信息。在模型的具体操作过程中，只需在Revit中关闭链接CAD的相应图层。类似的，在梁、板的配筋图中，仅保留梁、板的位置，轴网及尺寸信息、平面配筋图。

在建筑模型中，除结构模型已完成的柱、梁、板以外，影响空间构成的主要要素有墙、屋面、门窗、天花板、楼梯、散水、台阶、出入口、道路等。家具、洁具、厨具等设备由于暂时缺乏具体的规格与位置，不在建模范围内。一些非建筑要素，如场地、道路、出入口等因为对于公共安全管理非常重要，放在此处一并考虑，并在建模过程中予以展现。除此以外，坡屋顶的建模需要结合平面图、立面图、檐沟、女儿墙、泛水等详图。平面图中底板标高作为建模的重要因素，需特别注意。

管线系统包括但不限于给排水系统、暖通系统、强电系统、弱电系统。给排水系统的设施信息要素主要包含给水管、热水管、污水管、废水管以及相应的立管、三通、四通等连接件，室内消火栓、水流指示器、喷头、遥控信号阀、灭火器、排气阀等一系列设备。电气系统的设施信息主要包括各种灯具、配电箱、开关、报警器、插座等。桥架由于有与管线或其他系统碰撞的可能，也作为主要的设施信息。消防系统的相关设施信息还包括感应器、喷淋装置、信号蝶阀和流量开关等。弱电系统设施包括呼叫机、摄像机、红外一体机。由于缺乏相应的族库，在本文中暂时不对弱电系统进行分析。暖通系统设备主要是风管，同时包括各式接头、阀门、风机、百叶风口等。在该养老院项目中，2号楼并没有地下室，因此也不做讨论。

表1 运维阶段的设施管理信息

在本文的建模过程中，主要采用Revit软件，减少建模与应用过程中数据转换的麻烦，提高了效率。

根据各种平面图在Revit平台上建立设施管理用的BIM模型时，要用好标高的概念。选定一个基准层，依次排布柱、梁、板、墙、楼板、天花板、屋面、门窗和水电、暖通等系统设备。然后根据标高向上复制，再根据各层平面图进行调整。建模过程中要注意随时关闭多余视图、隐藏暂时不用的CAD图纸和各类族，以降低计算机负担，加快运行速度，提高建模效率。建模时要尽量追求规范，这样即使不能一次完善模型，在修改、补充时也会事半功倍。最终所得的BIM模型如图2所示。

图2 某养老院2号楼BIM模型

5 结语

基于我国现阶段理论研究滞后、工程模式落后、信息化水平不足等基本现状，本文从人员组织、建模方法和实施流程3方面提出符合我国现状的基于BIM的设施管理应用初步框架。在单一地区的单一小规模项目中，设施管理公司在不改变基本组织形式的前提下，通过增加BIM工作室的形式实现基于BIM的设施管理。设施管理者根据管理范畴定义设施管理要素，创建设施管理所需要的BIM模型。实施流程的创建以报修流程为例，阐述具体设施管理工作与BIM技术结合的方法。鉴于初步框架是以具体工程案例为基础，并且不需要对传统的框架进行大幅变更，因此具有一定的实用价值。

参考文献：

［1］王兆红，邱菀华，詹伟，等.论设施管理及其在中国的未来发展［J］. 现代科学管理，2006(2)：27-28，72.

［2］丁智深，赵娜.设施管理及其在中国的发展［J］.建筑经济，2007(7)：23-26.

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［4］何清华，陈发标.建设项目全生命周期集成化管理模式的研究［J］.重庆建筑大学学报，2001，23(4)：75-79.

［5］张建平，郭杰，王盛卫，等.基于IFC标准和建筑设备集成的智能物业管理系统［J］.清华大学学报，2008，48(6)：940-942，946.

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［9］尹奎，王兴坡，刘献伟，等.基于BIM的机电设备设施管理系统研究［J］.施工技术，2013，42(10)：86-88.

［10］过俊，张颖.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)：41-49，62.

［11］杨煊峰，闫文凯.基于BIM技术在逃生疏散模拟方面的初步研究［J］.土木建筑工程信息技术，2013，5(3)：63-67.

［12］曹吉鸣，缪莉莉.设施管理概论［M］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［13］BIM工程技术人员专业技能培训用书编委会.BIM技术概论［M］.北京：中国建筑工业出版社，2016.