基于BIM 的建筑运营系统设计与实施研究

杨丝云，王 旋，胡 珏，蒋森林

（1.同济大学 经济与管理学院，上海 200000；2.中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430000）

BIM 在设计和施工过程中能够更精确、更准确的识别信息是毋庸置疑的[1-2]，但BIM 在运营阶段的研究仍处于早期，利用率远落后于设计和施工阶段[3]。设施管理（Facility management）旨在整合人员、空间、流程和技术等要素，综合利用各管理学科方法，确保建筑设施系统功能实现，进而保障该设施系统支持的组织核心业务持续和战略目标实现的过程[4]。虽然在设施管理中BIM 应用研究在不断增长，但也大多只停留在理论研究上[5-7]。近年来国外学者多从BIM 技术在设施管理中的应用价值[8-10，13]和阻碍[5，11-12]两方面进行研究，也有部分学者设计出了设施设备信息模型，但局限于微观应用上，仅适用于某栋建筑[14-15]或某类专业[16-17]工程，对于建筑物通用的运营系统开发还不足。

本文将在分析现有建筑物运营需求的基础上，引入综合设施管理理念，设计基于BIM 的设施管理建筑运维系统，详细介绍该系统的架构、基础配置及其功能模块，并提供系统的初步界面，为日后建成国内领先、本土化的一站式建筑运营管理平台提供参考依据。

1 基于BIM 的建筑运营系统架构设计

近年来随着BIM 技术的发展，BIM 模型已经应用在设施管理的各个工作领域，例如石保亚[18]研究了设施管理的物业信息化服务平台，侯国栋[19]则将其引入了消防设施，张坤杰[20]看到了商业地产项目的不足，马中文等[21]将眼光放在了医疗设施领域。总的来说，基于BIM 设施管理建筑运维系统可作为一个集成的信息化平台，能有效掌握建筑物的各项信息，依靠BIM 软件平台，将建筑信息可视化，提高设施管理的效率和成本。

综合文献研究成果，并根据设施管理的定义和功能要求，本文认为运用BIM 技术对建筑设施进行管理，应当包括运维管理、空间管理、自动预警与报警、服务标准和资产管理共五大模块，具体内容如图1 所示。

依据上文的框架构建思路，基于BIM 的建筑运营系统采用C/S 架构如图2 所示，框架包括4 层：感知层、数据层、服务层以及应用层。

（1）感知层。感知层的实质是采集数据，所以主要由感知设备构成，例如视频监控、传感器、计量表、定位装置等等。感知层产生的数据将根据设施管理不同功能模块的需求，产生相应的信息模型，并按一定的规范格式传输至数据层。

图1 基于BIM 的建筑运营系统结构图

图2 基于BIM 的建筑运营系统架构

（2）数据层。数据层包含用于存储空间相关数据的数据库，包括实时库、历史库、交换库、备份库以及分析库。模型的信息将通过BIM 信息集成中心来进行读取、保存、集成和交互，不同的数据库将用于响应不同的功能访问需求，保证各BIM 和各专业之间的信息共享。

（3）服务层。服务层包括通用型服务以及接口型服务，主要用于实现系统相关服务的统一管理，为应用层提供建立统一的接口契约和入口。

（4）应用层。应用层由来自设施管理各功能模块所需的应用软件、系统和模型组成。本系统主要包含运维、空间、资产、服务标准及自动预警与报警五大应用模块。功能的实现依赖于对BIM 集成数据的逻辑分析。

2 基于BIM 的建筑运营系统标准与编码设计

在明确系统架构之后，为了实现各功能模块，还需设定系统的编码与标准，以建立规范化、标准化、统一化的数据交互逻辑，如图3 所示。

2.1 标准

标准是开展建筑设施管理的基础，其包含运维标准、空间标准、服务绩效标准、资产管理标准、预警参数等基本管理标准。标准是基于BIM 的建筑运营系统开展逻辑分析的前提，在系统中表现为可修改的知识库的形式。

（1）运维标准：运维标准是运维管理的基础部分，是实现设备系统的分类和表示，以及维保、巡检和维修业务标准化操作的基础。主要分为维保、巡检、故障三大板块。

（2）空间标准：空间标准模块是空间模块的基础，用于承载空间类别、空间编码、空间面积测量方法、空间分配基准、空间分摊方法、空间计费方法等基本空间信息和方法。此部分是其他模块及功能提取信息的来源与依据，在系统中表现为可修改的知识数据库的形式。本系统为每项标准提供初始参考文件，但考虑到各公司组织结构与空间管理方法的不同，同时提供增补、删减或修改标准的途径。分为建筑分类标准、空间分类标准、空间测量标准、空间分配标准、空间分摊标准、空间计费标准、人员标准七大板块。

（3）服务绩效标准：服务标准模块主要是指SOW/SLA/KPI 考核指标体系，SOW 服务范围定义要“提供什么服务”，主要包括服务项目矩阵，服务责任矩阵与服务说明书。服务水平协议SLA 是指服务供应商和业主之间或者服务供应商之间的一种互相认可的协定，包含有双方对服务内容、优先权和责任的共同理解，以及对服务质量等级的协定。KPI 可以简单明了地为业主提供多维度的客观考核工具，评价服务交付结果，牵引服务质量提升。KPI关键绩效指标定义“怎样考核供应商”，通常与综合设施管理服务供应商的管理费挂钩。

图3 基于BIM 的建筑运营系统标准与编码设计框架

（4）预警参数：设备是预警系统工作的对象，对于建筑物内可监控到且有必要监控的关键设备。根据业内经验总结、行业专家研讨以及行业通行标准，预警系统列出关键设备的重点指标项作为监控以判断设备是否正常运行的根据，同时按照国家及地方标准规范文件、企业标准以及业内专家的意见，对各个设备的各指标项设定额定工作下的额定值或正常运行下的阈值。分为设备系统及部件一览数据库、设备监控指标项及其参数阈值两大板块。

（5）资产管理标准：资产管理标准模块是资产管理模块的基础，用于承载资产分类、资产折旧方法等基本资产信息和方法。此部分是其他模块及功能提取信息的来源与依据，在系统中表现为可修改的知识数据库的形式。本系统为每项标准提供初始参考文件，但考虑到各公司组织结构与资产管理方法的不同，同时提供增补、删减或修改标准的途径。

2.2 编码体系

编码的目的是将各子设施设备以及建筑空间进行分类，使其具有唯一的身份编号。根据设备编码体系对设备进行编码，确保每个设备及其子部件均具有唯一编号。根据项目编码体系对维保、巡检、故障项目进行编码，确保每个维保、巡检、故障项目均具有唯一编号。根据空间编码体系为空间添加特有的“身份编号”，为空间规定统一的名称，打破不同专业的语言代沟，通过唯一的编码可以确定空间的位置分类等信息。

（1）设备和项目编码体系：设备编码体系以《建筑信息模型分类和编码标准》（GB/T 51269-2017）为基础编制，包含系统编码、分系统编码、中系统编码、子系统编码、具体设备编码、子部件编码。设备编码体系，如图4 所示。项目编码体系由设备编码体系扩展得到，包含系统编码、分系统编码、中系统编码、子系统编码、具体设备编码、子部件编码、类别编码、频次编码、项目编码。项目编码体系，如图5 所示。

（2）空间编码体系：编码结构应包含城市代码、园区代码、建筑代码、楼层代码、房间代码、功能区代码，工位添加最后一级工位代码（仅办公）。（如图6）

3 系统功能模块设计与实现

本系统主要包含运维、空间、资产、服务标准及自动预警与报警五大应用模块。

（1）运维管理：此模块旨在结合BIM 模型实现设施管理运维服务过程自动化标准化，改善运维绩效以及财务绩效等，并挖掘的大量运维数据，实现设备科学评价和自动预警的功能。此模块主要包括六部分组成部分，分别为基本信息、运维标准、设施维保、设施巡检、设施维修和统计分析。

（2）空间管理：组织在此模块中整合空间相关信息，通过BIM 模型合理安排，最终实现空间状态可视化并使所属空间利用效率最优。此模块主要包括四项组成部分，分别为空间标准、空间更新、空间需求、空间数据。

图4 设备编码体系

图5 项目编码体系

图6 空间编码体系

图7 运维管理模块基本架构

（3）自动预警与报警：此模块不同于巡检、保养对设备设施在某一固定时点上的检查和养护，而是对建筑物整体内所有设备系统24 小时不间断的监控，是保障设备处于正常运营状态的重要模块。预警系统一方面监控设备的运行情况，另一方面向管理者报告异常工作的设备及其故障部件，以便于更快更高效地开展维修工作。主要包括三项组成部分，分别为关键设备、关键参数、参数阙值。

（4）服务标准：服务标准模块主要是指SOW/SLA/KPI考核指标体系，SOW/SLA/KPI 考核指标体系能够帮助业主明确自身的设施管理服务需求，找到合适的外包供应商，同时对外包供应商进行强有力的考核，保障服务质量。

（5）资产管理：组织在此模块中整合资产相关信息，将资产信息与BIM 模型整合在同一平台，最终实现资产状态可视化并使资产利用效率最优，从而为实现资产全生命周期管理提供了有利条件。此模块主要包括三项组成部分，分别为资产管理标准、资产全生命周期管理、资产数据及报表。

3.1 运维管理模块

此模块主要包括六部分组成，分别为基本信息、运维标准、设施维保、设施巡检、设施维修和统计分析。基本架构关系如图7 所示。

运维管理模块以BIM、BA 以及企业ERP 系统，包括财务、OA、HR 系统等为基础数据源，在整个运维管理业务流中进行数据、信息流的互通。设备维保、巡检与维修是运维模块的关键，均分为发起与执行两部分，业务在发起阶段略有不同，执行阶段基本一致。维保和巡检发起由计划触发，维修则由终端用户或巡检、维保一线技术人员发起故障报修需求。其中，发起故障报修需求的渠道包括电话热线、邮件，同时也包括系统的app、web 或者微信小程序。

由于设施管理流程集成于其中，所以系统中的流程节点均为可视。以维保工单流程为例，如图8 所示，整个维保过程都具有可视性，具体体现在状态可视、责任人可视、位置可视、时间节点可视、历史信息可视。能帮助降低运维成本，同时能基于必要的信息帮助检测和诊断建筑设备，自动联系并交付给现场人员。

此模块可以有效整合企业已经构建的分散的管理信息，将其集中到一个管理平台中，从而可以快速进行故障定位并找到问题根源。在结束运维服务后还可根据采集到的信息自动生成统计分析报告，为以后的维保计划提供数据支撑。

3.2 空间管理模块

此模块主要包括四项组成部分，分别为空间标准、空间更新、空间需求、空间数据。基本架构关系如图9 所示。

空间标准是其他三个空间功能的基础，以可修改的标准数据库的形式存入系统，供其他模块或功能取用参考。空间更新功能允许在系统中对空间进行创建、分配、修改与退出，以便于保障空间信息的准确性和空间归属的确定。空间需求功能允许由于各种原因产生空间需求的部门或个人提交空间需求申请并经由审批立项后执行空间再分配。此部分功能在用户端显示为面向不同对象的表单。空间数据功能用于承载、显示、分析各种空间相关数据以便于管理者进行决策和判断。

图8 维保工单示例

图9 空间管理模块基本架构

图10 BIM 的建筑空间三级可视化

空间是人员、设备、资产的最终载体，空间管理旨在发挥空间使用的最优效率，控制空间闲置率，为企业分摊运营成本、合理分配空间提供数据支撑。同时，由于基于BIM 的建筑运营系统可以实时监控空间的使用情况，空间管理员可以通过系统及时的解决各类问题，避免空间争议与损失。

本系统可实现基于BIM 的建筑空间三级可视化展示如图10，包括各种隐蔽工程的位置，并能通过查询系统精准定位高亮显示，实现实施监控测量。通过管理分类、分级，有效的识别用户的身份，给予合理的权限，实现管理效率的最大化。

还可以实现从多个维度统计不同类型空间的占用比例，以反映建筑空间的使用现状。通过整合视频监控、传感器等产生的动态数据，还可进行空间占用情况的实时统计分析。在提前定义好报告模板的基础上，系统还可针对特定的空间使用场景自动生成分析报告，如图11 所示。

3.3 服务标准模块

图11 空间信息统计与分析

图12 绩效考核

图13 预警模块基本架构

服务标准模块主要是指SOW/SLA/KPI 考核指标体系，SOW/SLA/KPI 考核指标体系能够帮助业主明确自身的设施管理服务需求，找到合适的外包供应商，同时对外包供应商进行强有力的考核，保障服务质量。

通过SOW/SLA/KPI 建立考核指标体系，SOW 服务范围定义要“提供什么服务”，SLA 服务水平协议用于定义SOW 中的“服务（内容）需要达到什么水平”，KPI 关键绩效指标定义“怎样考核供应商”来进行绩效考核，如图12所示。

本系统根据20 多份典型设施管理服务范围SOW，梳理出了一套通用型的设施管理服务说明书框架，每一部分又细分了具体的服务内容。然后通过一份清晰的服务水平协议SLA，定义SOW 中的关键内容需要达到的服务水平、成果、用于衡量的定量指标以及指标的期望目标，且需要根据服务内容的重要性赋予其相对应的权重。最终，SLA 以打分表的形式应用于设施管理月度服务质量的评估，跟踪日常绩效。最后通过KPI 评价服务交付结果，牵引服务质量提升。

系统实现中，SOW/SLA/KPI 考核指标体系既可以置于合同管理模块中，供合同管理相关人员查阅；亦可以分解至各服务模块中，指引服务的提供，并收集相应数据，自动生成SLA 或KPI 结果，评估供应商表现。

3.4 自动预警与报警模块

通过智能化的数据集成运营平台对建筑物及其设备系统建设预警工作，无疑是当下先进的，也是未来全行业必将推进的发展方向。预警系统整体架构如图13 所示。主要包括三项组成部分，分别为关键设备、关键参数、参数阙值。当设备的某一指标项参数超过阈值上限或低于阈值下限时，即触动本平台的预警机制。

此模块旨在结合BIM 模型实现设施管理运营预警过程自动化标准化，实时监测关键设备及其构件运行过程中的状态，实现设备科学评价和自动预警的功能。如图14，预警系统能实现对建筑物全设备系统的24 小时不间断监控，在解放了传统的人力坐班的同时，还提高了设备监控的效率和准确性。预警系统不仅仅是对巡检之外的补充，还通过降低设备异常运行的时间延长了设备的使用寿命，是企业走可持续性发展道路的重要工具。

3.5 资产管理模块

图14 预警管理系统界面

图15 资产管理模块基本架构

此模块主要包括三项组成部分，分别为资产管理标准、资产全生命周期管理、资产数据及报表，整体架构如图15 所示。BIM 模型能生成可视化的图形，显示环境中的各个资产的信息以及它们之间或者与人之间的关联。同时能够在同一平台上查看资产合约、资产档案等详细信息，便于企业实时记录关键事件，并将重要变更告知利害干系人，为进一步实现综合资产报告提供数据支撑。

在录入资产与设施设备基本信息后，为了有效的进行设施管理，确保维修、购置、报废等任务的顺利进行，需要在系统中提取其使用信息、空间位置、主要构件等，如图16。在进行信息更新时，设施管理人员只需要在建筑运营系统的图形界面中进行一次操作，既能简化工作量，又能提高信息提取和利用的准确性、时效性。

还可以通过对资产与设施设备的数量、类别、成本等属性的统计，分析得到历史台账、服务完成效率、实际/计划工单总数、设备与资产的维修率/可动率/运转率以及维保费用，提醒设施管理人员更换或者维修设备，为设施管理人员选择购置资产设备提供参考，并根据预设模板生成分析报告，如图17 所示。

传统资产管理模式中，由于资产相关信息分散，实现资产的全生命周期管理十分不易。但是在基于BIM 的建筑运营系统下，企业从源头加强成本控制，通过精细化管理，完善资产从入库到报废的全过程监督程序，降低运行维护成本，实现对企业单位资产的全生命周期管理。

4 结束语

本文应用综合设施管理的理论和方法，提出了基于BIM 的建筑运营系统架构，并以编码与标准体系为基础，设计了基于BIM 的建筑运营系统功能模块。结果表明，基于BIM 的建筑运营系统可实现建筑信息的全过程跟踪与分析应用，促成业务流与数据流的充分融合，有效提升运营阶段管理效率。当前本系统主要基于桌面端进行空间管理功能的开发，后续研究将进一步在WEB 端和移动端进行相关功能的开发，从而实现多终端协同作业、联动运行的目标，为开展基于BIM 的建筑运营系统的深度开发研究提供思路借鉴。

图16 资产与设施设备可视化

图17 资产与设施设备信息统计与分析