计算机信息编码应用于建筑物病害管理的理论研究

王泽文 范文逸 章亮 马昕玥

引言

随着我国市场经济的深入和全球经济一体化的推进，建筑业作为传统的产业面临着严峻的挑战，建筑市场竞争也越来越激烈。投资方对于项目的管理从决策阶段到使用阶段贯穿始终，而绝大多数企业往往将工作重心放在设计实施阶段，对于后期运营和维护阶段的投入较少，这一阶段的信息化发展尤为缓慢。

建筑项目运营维护阶段（简称运维阶段）是指建筑项目全寿命期中从项目竣工验收交付使用开始，到建筑物最终报废的时间段。这一阶段，建筑物面临着外部环境和内部材料等因素的影响，产生诸多病害信息。本课题针对各类病害信息进行编码，提高建筑物的使用寿命。并且挖掘大量的历史数据，降低建筑物运营和维护的成本。

建筑信息化的国内外现状

现阶段公共建筑的运营维护的信息化水平比较低，普遍存在着建筑全生命周期信息的利用率不高、运营维护管理效率比较低，以及大量重复性工作浪费宝贵的时间、人力和财力等弊端[1]。国外的情况不太一样，有的国家的建筑是备案制的，所以不需要审批。有的国家也是审批制的，也普遍实现信息化，只不过信息化的具体程度不一样[2]。本课题侧重于探讨和研究建筑运维阶段病害检测数据信息编码的应用。

BIM技术

目前国内BIM在运维阶段中的应用案例并不多，只有少量的建筑项目进行了BIM运维管理的尝试。经典案例有由上海慧之建信息技术有限公司研发的Smart FM运营管理系统，该系统已经于上海中心被应用，它开创了国内基于建筑信息模型（BIM）的运营管理系统的先河，基本实现了空间管理、设备管理和系统管理，并致力于实现应急管理和能耗管理[3]。

同国内类似，BIM技术在国外建筑的运营和维护阶段运用得并不多，而且大多侧重于设备管理和能耗监控。如Volk R等在综述中介绍了对既有建筑进行设备管理的方法和在拆除阶段时的数据采集技术，这只涉及了BIM在运维阶段中的一部分应用。

建筑业信息化

在标准规范方面，建立建筑业信息化标准体系，制定建筑业信息化基础数据标准和企业信息化通用技术规范，解决建筑业信息化的基础性问题[4]。国内的智能物业管理系統起步较晚，自2004年张建平等人才开始着手涉及这一领域，主要参考了IFC标准、BIM技术。

美国建筑寿命期管理信息化源于建设项目信息化管理。20世纪80年代，美国军方启动了连续获取和寿命期支持（Continuous Acquisition and Lifecycle Support，CALS）项目。其针对项目的全寿命期（包括军需品的建议、报价、设计、制造、提交、支付等阶段）中的各阶段实施无纸化。通过项目实施，减小了文档的体积和重量，方便文档的传递、修改和查询，并实现项目信息的及时共享。据报道，美国军方实施CALS项目后，平均成本降低了30%。

关于建筑物信息编码的理论研究

信息化概述

信息化是指培养、发展以计算机为主的智能化工具的新生产力，并使之造福于社会的历史过程。智能化工具又称信息化的生产工具，它一般必须具备信息获取、信息传递、信息处理、信息再生、信息利用的功能。与智能化工具相适应的生产力，称为信息化生产力。

信息化是以现代通信、网络、数据库技术为基础，将所研究对象各要素汇总至数据库，供特定人群生活、工作、学习、辅助决策等和人类息息相关的各种行为相结合的一种技术，使用该技术后，可以极大地提高各种行为的效率，为推动人类社会进步提供极大的技术支持。

信息编码的方法

在当今，各国在国际标准化组织所拟定的分类体系框架（ISO12006-2）下，自主编制了各自的建筑信息体系。我国为了尽快形成一套针对我国建筑工程全过程的信息分类和编码体系，中国建筑设计研究院等50家单位参与编制了《建筑信息模型分类和编码标准》。《标准》中，编码结构由表代码与分类对象编码组成，两者之间用“-”连接;分类对象编码由大类代码、中类代码、小类代码和细类代码组成，相邻层级代码之间用英文字符“.”隔开;表代码和分类对象各层级代码均采用两位数字表示;采用此种编码规则具有可扩延性、兼容性和实用性，方便后期应用时根据不同需要进行扩展引用，与现有其他标准相协调，满足总要求和总目标的前提下，满足系统内相关单位的需求。

建筑业信息化

建筑行业信息化是指运用信息技术，特别是计算机技术、网络技术、通信技术、控制技术、系统集成技术和信息安全技术等，改造和提升建筑业技术手段和生产组织方式，提高建筑企业经营管理水平和核心竞争能力，提高建筑业主管部门的管理、决策和服务水平。

建筑行业信息化大致可以分为三个阶段：

（1）1950-1990年：信息化1.0时代

建筑设计从传统的手工绘图转变为省时省力、更加精确的计算机制图，CAD技术也在此领域得到广泛的应用，CAD系统也日趋成熟。二维和三维图形处理技术、模拟仿真及科学计算可视化等技术大大推动了建筑行业信息化的第一次革命。

（2）1990-2000年：信息化2.0时代

20世纪90年代，互联网技术为代表的科学技术蓬勃发展，被快速引入建筑行业。建筑工程项目各参与方通过互联网实现了数据的共享及多项目之间资源的互换，信息和技术也在此大背景下得到了更加便捷的共享，促进了行业的兴旺发展。

（3）21世纪以来：信息化3.0时代

21世纪，BIM技术得到应用及推广，引起了建筑业市场的强烈关注，BIM的标准体系也得到建立。在互联网的帮助下，迅速实现了建筑业产业链条上下游之间的数据和信息共享，快速促进了建筑业信息化市场的进一步重构。

既有住宅建筑物的病害信息分类

病害信息概述

建筑物的病害是建筑工程质量事故与质量缺陷的统称。本篇论文，主要针对建筑物在使用过程中产生的各类病害，这些病害通常是由于外部环境、内部质量或人为等因素造成的。

建筑物在使用过程中，产生的病害通常分为以下七大类：损伤、裂缝、腐蚀、冻害、渗漏、老化和倒塌。在我们的研究过程中发现，不同地区地理环境、住户的生活习惯、建筑物的材料等因素对于病害的影响也是不同的。

从中国大环境来分析，南方地区属于亚热带或热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和干燥，建筑物病害类型多以腐蚀、渗漏以及开裂为主。而北方多属温带季风气候，夏季高温，冬季寒冷干燥，建筑物多以冻害、开裂和老化为主。

因此，针对不同地区的病害，防治策略的重点也是有区别的。

病害产生原因

（1）外部环境

建筑物在建成后，不同的外部环境对于建筑物造成的伤害是不尽相同的。例如在潮湿的环境下，墙体表面易产生表皮脱落，木质材料则容易产生霉变、腐烂等病害损伤。对于建筑物最主要的两个影响因素是温度和湿度。

（2）内部质量

内部质量取决于住宅建筑物各个构件的使用材料质量、建筑物施工到位与否、设计的合理性等多个因素，它们的不合格都会诱发住宅建筑物在使用过程中产生各种各样的病害。

（3）人为因素

人为因素主要有以下两个方面，一是使用前施工人员的施工问题，二是住户在使用过程中使用不当，对于建筑物随意改造。

病害信息的分類

病害信息的分类角度有多个，这里我们按照病害信息的性质对其分类，简单列举以下七大类：

（1）损伤：指材料制造工艺过程或使用过程中因荷载、湿度、环境等作用，使材料的微细结构发生变化，导致材料宏观力学性能或装饰及使用功能的劣化。

（2）裂缝：指固体材料中的某种不连续现象，其形态主要表现为“开裂”。

（3）腐蚀：指腐蚀介质对材料的物理化学的破坏作用（如图1所示）。

（4）冻害：指在饱和水或潮湿状态下，因温度正负变化，使材料内部孔隙中的水结冰膨胀或渗透膨胀，融解松弛，从此反复循环产生疲劳应力，所造成的破坏。

（5）渗漏：指防水工程的漏水、渗水和潮湿。包括：地下工程渗漏水，屋面渗漏水，卫生间渗漏水，墙面渗漏水。

（6）老化：指有机高分子材料或制品逐渐丧失弹性，出现裂纹、变硬、变脆或变软、发黏、变色等现象（如图2所示）。

（7）倒塌：指建筑物整体或局部坍塌。包括：垂直结构破坏倒塌，水平结构破坏倒塌，悬臂结构破坏倒塌，砖拱结构破坏倒塌，地基原因造成倒塌，建筑物原因造成倒塌，建筑物加层倒塌，维护不当倒塌。

关于建筑物病害信息编码的研究

建筑业既有的信息编码及标准

（1）IFC标准

IFC标准的描述方法为面向对象法，一共自上而下分为领域层、共享层、核心层、资源层，每个层级包含不同的模块，不同的模块描述相关的工程信息，下层不能引用上层的信息资源。IFC标准由BSI制定并维护，该组织的官方网站上会公布支持IFC标准且已通过组织认证的BIM软件。IFC标准具有公开性、可扩展性等特点，目前IFC标准主要应用于建筑领域，但是如今也有诸多科研团队把IFC标准扩展到桥梁工程、铁路工程等领域。

（2）IFD标准

为了确保不同人员在信息共享中获得自己所需的信息，IFD标准对建筑领域内的信息进行了系统的分类整理，然后赋予了每一个概念一个类似于身份证号码的全球唯一的标识码 GUID（Global Unique Identifier，全球唯一标识），唯一标识码代表其对应的信息[5]，代码更有利于计算机识别，这样同一个单元信息在不同的系统中识别出的结果是统一的。

（3）IDM标准

IDM标准是为了保证信息交互的完整性与协调性[6]，以防出现某个软件提供的信息不是另一个软件需要的信息这种情况，主要作用为以下两点：

① 对建筑工程全生命周期的实施过程进行明确描述，标准化其工作流程;

② 明确了不同阶段不同工作提交和需要的信息，使工作具有针对性，同时确保接收信息的完整性和准确性。

住宅建筑物病害信息编码

（1）编码方法

目前构件分类编码可以采用工程计价清单编码，但病害等信息编码有待研究。

借鉴清单编码，再建立一套病害编码，两套编码是平行关系，具体记录是：清单码+病害码+日期码+空间码……

（2）编码体系

如表1、表2所示，按照类似方式将七类病害类型，继续编码，在此不一一列举。

项目运维阶段病害信息编码的运用

通过使用病害信息编码，极大地提高工作效率，并且为后期运营和维护建筑提供了合理的定价依据，解决问题的基本步骤如下：

（1）检验并总结住宅建筑物的所有病害

（2）查询建筑病害编码

（3）根据病害信息编码计价规范合理报价

（4）优化建筑物病害维修报价

（5）安排维修人员对住宅建筑物进行维修

（6）维修过程中结算

（7）维修后决算

在后期的维护工作中，最重要的一点在于根据计价规范合理控制运维报价。针对一栋建筑物，实时观测建筑物的病害情况，计算维修周期，对维修方案不断进行优化和调整，减少投资方对于建筑物维护成本上的投入。

结语

本文着重针对建筑物后期使用阶段的运营和维护，研究建筑物可能会产生的病害类型，提出了既有建筑物的病害编码方面的运用。弥补建筑业在维护阶段信息化发展的不足，提高了对建筑业信息化的认识。同时，也能为建筑业维护阶段带来一些借鉴和参考意义。

参考文献：

[1]江文.BIM技术在公共建筑运营维护阶段的应用研究[D].大连理工大学，2016.

[2]孙秋兰.基于BIM的建筑设备维修决策系统研究[D].重庆大学，2014.

[3]程怀军.信息技术在建筑项目管理上的应用[D].吉林大学，2015.

[4]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（自然科学版）.2008（06）：940-942，946.

[5]邱奎宁，张汉义，王静，等.IFC技术标准系列文章之一：IFC标准及实例介绍[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（01）：68-72.

[6]何关培.实现BIM价值的三大支柱-IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技术，2011，3（01）：108-116.

指导教师：胡世翔