面向建筑机电设备运维和能源管控的BIM智慧运营平台研究

陈烈

（上海建坤信息技术有限责任公司）

1 引言

建筑信息化模型（BIM）技术是建筑设施物理和功能特征的数字化表达。它赋能建筑行业，带来新一轮技术革命。BIM技术在建筑机电设备运维和能源管理中的应用主要集中于规划、设计和建设阶段。为了进一步实现建筑安全、高效、节能的目标，有必要将BIM技术引入建筑物运维阶段，加强建筑环境、机电设备、能源消耗的关联分析，实现AR设施设备智能管理，创建人机协同的新型建筑物运营模式，为实现现代物业管理奠定基础。

2 BIM技术在建筑机电设备运维和能源管理的应用

BIM在建筑能源管理的应用主要集中在建筑设计阶段，主流BIM软件开发了一些与能源分析有关的模块，如Autodesk Ecotect Analysis可用于建筑物能耗仿真、碳排放测算和日照分析；Bentley能源分析模块提供了建筑能源消耗和碳排放的设计、建模、仿真和分析工具。另外，一些专业建筑能耗分析软件也整合BIM模型，如国外的DOE-2、EnergyPlus和国内的DEST等。在运维期建筑能源管理应用方面，国内一些公司开发了一些基于BIM的软件，如博锐尚格、腾讯公司等，为建筑节能管理提供有效工具。

国内外在BIM在机电设备的设计、建设、运维阶段都已开展了一些研究和典型应用[1,2]。机电设备是能源的产生、输送和消耗的主要对象，其选型、安装和管理都直接影响到能源运营的好坏，主要集中在三个方面。

1）成本预算管理

可以分析影响机电设备成本的主要因素以及投入产出比，辅助项目管理者分析决策；

2）施工辅助

用机电设备与系统的碰撞检测来校核设计错误，大幅提高设计与施工效率；

3）机电设备电子档案管理

主要涉及机电设备工程的电子化集成交付，实现了设计和施工阶段的有效信息能传递到运维期。

3 物业管理的BIM应用需求分析

在运维期，物业公司是建筑物直接管理的主体，也是机电设备管理、能源管控的主体。基于BIM的全周期应用发挥了数据的价值，更能匹配资产管理的发展方向。与机电设备运维相关的物业管理KPI共有20个，如表1所示[3]。从表1可以看出物业管理关注于机电设备运维和能源管控的日常运行、安全管理、维修和保养及能源效率四个方面，KPI指标要求与设备的基础静态信息和实时运行信息相关联，这为BIM的深层应用奠定基础。

4 主要功能设计

平台要匹配现有物业管理的管理体制和机制，根据第2节分析，可以将其设计为安全管理、能源管理和设备维护三大功能。

表1 与机电设备运维相关的KPI

1）基于BIM的机电设备智慧安全管理

机电设备安全运行是前提，形成目标导向和以BIM机电设备管理与能源管控平台为支撑的管理方式。平台对物业安全管理目标、模式、计划、实施和绩效全过程进行实现，可划分为以下功能模块：包括事故设备台账、BIM 模型管理、实时监控、风险管理、巡检管理、报警管理、特种设备管理、应急管理、安全操作规程管理等功能模块。安全管理的流程应包括设备安全监控，发现识别、故障报警、应急处置、风险评判、问题汇总。

2）基于BIM的机电设备智慧能源管理

通过电力监控及能耗监测子系统实现精准监测，获得准确的电力质量及能源消耗计量数据，通过数据形成相应的统计及分析，为建筑节能提供基础。通过节能管理子系统实现设备运行及管理节能，在精准监测的基础上融合更多的外部相关联数据，从而形成跨系统的综合分析，给出设备运行管理节能相关的统计及分析，为建筑节能提供优化策略。通过计费管理服务子系统实现用户行为节能，通过建筑使用者计费的能耗数据指引其自发的进行行为节能，为建筑节能提供更大的空间。可采取区域维度、系统维度和时间维度三种维度对建筑能耗数据进行采集、展示、分析和优化。

3）基于BIM的机电设备智能维护

BIM智慧运营管理平台支持多维度、多专业、多角度查看和浏览三维模型和实时机电运行数据。可查看各构件的运维BIM模型属性信息，提供信息扩展及链接文档功能；可直观展示设备的系统关联逻辑、空间关联逻辑等；对于需要实时监测的机电设备，可在三维模型上加载IBMS的实时数据，便于掌握机电设备的运行情况和性能状态。

5 支撑功能开发

通过建设BIM智慧运营管理平台，可在静态BIM模型上加载智能化系统、能源管理系统、业务系统的实时数据，实现智慧运营。一些支撑功能如下。

1）建筑能耗综合展示

BIM的三维可视化可以帮助物业管理人员掌握能源建筑能源消耗与建筑空间的对应关系，增强设备维护、维修及安全问题处理的效率。平台对建筑总体能耗信息、分区域能耗进行展示。平台加载的BIM模型是轻量化模型，涵盖建筑构件、设备设施及智能化设备的基本几何信息和功能信息。设备信息的集成基于统一编码体系，打通BIM、智能化系统及业务系统。

2）建筑机电设备精细化管理

实现建筑中空调系统、给排水系统、照明系统、电梯系统等主要机电设备的三维BIM模型展示。运营单位可全面掌握设备建设和运行情况，为设备使用、维护和保养提供支撑。平台提供设备/构件查询功能，可根据系统、楼层、关键词等查询条件的设定快速定位至该构件。另外，平台给相应客户提供开放接口，便于BIM信息的完善和优化。

3）能源管理

基于BIM对建筑进行直观可视化的能源管理，通过设备模型反映实时能耗信息及历史监测曲线，另外可监控各区域能耗使用情况，为能耗管理提供便捷的管理界面。通过电力监控及能耗监测，结合BIM三维模型，可高效定位能耗数据异常系统及区域，快速排查和排除故障，优化机电设备运行，实现降低能源消耗、降低能源成本的目标。

图1 综合展示（1）、设备管理（2）及能源管理（3）

6 结语

研究开发了面向建筑机电设备运维和能源管控中的BIM智慧运营平台，该平台具有以下优点：①具有高度响应物业管理绩效指标，为人机协同的机电运维和能源管控奠定基础；②通过BIM技术打通了建筑物的建设期和运营期，使建设信息为运营所用；③将设备和构件的静态信息与物联网实时信息联系起来，形成空间关联的设备和能源管理。本平台为建设智慧物业管理提供有力支持。