基于BIM的数字协同平台在楼宇智慧运营中的应用实践研究

文/潘军

一、应用实践的背景

位于上海市主城区的C中心，是一个集办公、商业于一体的城市综合体。其中，办公塔楼面积约5万平方米，商场近4万平方米，车位600余个。该项目于2017年竣工并投入使用。项目在建造中未采用BIM技术，所有设计技术文件均基于CAD文件，施工管理在线下进行。根据上海市城市数字化转型与节能环保要求，业主组织相关方基于竣工资料建立BIM模型，在现有设施设备条件下对楼宇进行有限数字化改造，将部分设备设施系统与空间系统的信息接入基于BIM的数字协同平台（BIM-DCP），实时掌握楼宇设备设施与空间状态，以期初步实现楼宇运营数字化转型的目标，如图1所示。

图1 C中心基于BIM的数字协同平台系统架构

二、数字协同平台应用场景实践

（一）设备资产管理

设备资产管理是BIM系统的传统核心应用。将关键设备资产的实时运营信息输入BIM，不仅可以在平台上直观查询感兴趣的设备资产信息，如几何信息、供应商信息等，还可以显示实时运行状态，并实现设计KPI值与实际运行值的比较。当特定设备资产产生维修保养需求时，由于BIM模型是现实实体建筑设备的数字孪生系统，维护工程师可首先利用BIM模型查询相关资产的空间位置与相关信息，确定需要维保的内容与备品备件，利用BIM-DCP与物业管理系统的接口生成维保工单，从而直接从库房领取备品备件后前往设备资产所在的位置进行维保作业。工单完成后，相关维保数据自动从标准化物业管理系统的接口传送至BIM-DCP并加以更新。这一作业模式颠覆了传统的线下管理模式，优化了作业路径，保持了数据一致，提高了工作效率。此外，如在施工阶段即交付具备设备设施信息的竣工模型，实现施工、运维一体化的愿景，则工作效率还会显著提高。

（二）空间租务管理

BIM的数字孪生特性赋予其强大的空间管理能力，将BIM的空间展示能力与楼宇的租赁管理相结合，可在BIMDCP上直观地展现租户与空间的对应关系，如图2所示。利用这一直观的对应关系，还可附加消防、疏散、门禁、能耗等设施设备信息，温度、空气质量、湿度等空间环境信息以及未来的人流量信息。同时，适度利用大数据技术可以为特定租户画像，提升租务与租户服务的水平等级。此外，BIM-DCP强大的信息集成能力可为今后基于态势感知的高层次租务管理提供强大的信息保障。

图2 BIM-DCP展示的租户信息

（三）人流与停车管理

C中心作为城市综合体，人流与停车管理是日常运营的重点之一。BIM-DCP集成了原有办公楼大堂道闸与商场主要客户入口增设的人流探针传感器，向运营者展示了楼宇内实时的总人流数据。同时，平台还集成了车库入口的道闸数据，将车辆的进出信息与停车位信息直观地反映在平台上。

然而，由于C中心人流传感器与车辆传感器数量方面的不足，无法将人流量和车位占用量准确地与空间关系即商户和具体车位相对应，限制了资管能力与车库精细化管理能力的提高，这也是未来平台集成化能力提升的方向之一。

（四）能耗监测与管理

能耗监测与管理是C中心运营管理的核心重点。在实践中，BIM-DCP首先利用为不同楼层、不同区域、不同租户配置的智能电表所采集的数据，以最小颗粒度展现商业、办公与公共区域的电能消耗，如图3所示。这种分类原则符合上海市公共建筑节能设计标准，便于与上海市公共能耗监测平台数据对接。其次，将楼宇BA系统的信息集成到BIM-DCP中，即时显示设备的运行状态，反映系统的工况，例如即时计算冷冻机的COP值，为调整系统工况、减少能耗与碳排放提供直观可视的数据支撑。最后，BIMDCP获取利用云资源存储的全项目历史能耗数据与对应的天气、室内环境和人流数据，如图4所示，使其与空调、电梯、照明的能耗、重要设施设备的运行参数与环境、人流量等辅助参数形成数据关联，并通过数据分析技术寻找其中的规律，为今后的能源精细化管理提供有力的数据支撑，如图4所示。此外，也可通过能耗的实时分析与历史数据对比以及能源配额的消耗情况，及时发现租户能耗的异常情况，提升项目的租赁管理与安全管理水平。

图3 楼宇能耗信息展示

图4 楼宇驻留人数与能耗的关系

（五）安全管理

在项目实践中，BIM-DCP纳入了消防报警管理、安防报警管理、电梯运行状态管理和疏散模拟等模块。建筑消防设备模型按照LOD500的精度建模，所有火灾探测自动报警器、手动报警器、水泵等设备状态信息，均通过消防报警系统主机以数据接口方式接入BIM-DCP，并关联静态模型中的构件。任何一个报警器被触发后，BIM-DCP将收到消防报警系统的信号，即在平台显示报警信息，并自动定位到模型中的具体点位，在三位空间图中显示，同时调用附近关联视频摄像机的信号，在第一时间视频确认报警情况，由指挥中心确认是先派员查看还是直接由消防员携带装备前往。这能有效缩短火警确认时间。安防报警管理的信息与动作模式类似消防报警管理。

通过电梯控制系统输出电梯运行状态信号，BIM-DCP能在线获得电梯所在的楼层信息，并在三维模型中模拟显示电梯的位置如图5所示。模型的电梯轿厢构件与轿厢内的摄像机关联，可同时显示该电梯轿厢内的状况。在发生应急情况时，如应急迫降电梯，可随时直观了解异常电梯的位置与实际发生的情况。

图5 BIM-DCP展示电梯轿厢的实时位置

通过BIM模型，BIM-DCP可模拟在紧急情况下特定空间内人员的疏散速度，计算商场内不同滞留人数分别所需的疏散时间，如图6所示。模拟表明，当人员随机分布，且所有疏散通道正常开启时，有2个部位存在人员积压。通过模拟，楼宇管理方补充修改了相应的应急预案，明确要求当实际发生类似意外时，应增派安保人员到上述部位指挥疏散分流。这也是智慧运营在突发事件应急处置中的有益尝试。

图6 应急疏散模拟

三、问题点和优化点

通过实践总结，该BIM-DCP仍然存在以下缺陷和改进之处。

（一）平台的集成接口问题

目前，多数设备系统的供应商具有独立性，其信息系统基本封闭，并严格屏蔽外部控制信号，可以将这些系统的控制逻辑视为“黑箱”。因此，即使开放控制信号接入，业主也对由设备系统外的指令控制持高度谨慎态度。现有的BIM-DCP“只监不控”，只对采集到的信息作分析判断，后续动作需要人工进入设备自带的控制系统中发出反馈控制信号，因而无法形成闭环的大自动控制系统。新建综合体项目，如需实现数字化运营，需要纳入BIM-DCP的设备设施系统的数据接口标准与协议须统一，并争取实现不仅由DCP读数据，还要由BIM-DCP输出设备控制信号，从而形成“既监又控”。这一目标只有业主在建设阶段提出招标采购要求才能实现。

（二）传感器问题

在建筑的设计施工过程中，未考虑后续数字精准运营的需求，导致传感器配置的类型不全，布置数量不足，精度不高，且国内市场上的传感器技术相对落后，核心传感器的研发、创新及应用仍有提升空间。例如，商场与办公区域的温湿度传感器和停车库车辆传感器数量少，空调的精准调控与车辆的动态管理缺少数据支撑，导致BIM-DCP功能受限。未来的既有建筑数字化运营改造和新建建筑数字化运营能力提升，应根据节能环保和智慧运营的要求，对传感器进行优化并在建设期加以完善。

（三）软件系统衔接问题

BIM-DCP应与资产运营管理方的信息系统衔接，其产生的动作需求应纳入管理方工单系统并加以实现。应建立通道，将运营方维保动作记录与资管方的用户信息自动匹配至BIM-DCP的主数据中。只有资管、物管与BIM-DCP的充分联动与数据交换，才能使楼宇智慧化运营的效能发挥到极致。有足够的“神经元”，楼宇才有更“智慧”的基础条件。此外，利用高清摄像机与后台图像识别系统的算力，也可以进一步提高对人的管控能力，增强楼宇的防疫、治安与反恐水平。

四、结论

对既有建筑主要设备设施进行有限数字化改造，可以将建筑的运营信息集成到数字协同平台中，起到智慧运营管理的作用。而基于BIM的DCP，因其数字孪生特性而具备强大的三维可视化能力和多系统信息集成能力，能较大程度地提高运营管理的效能。

展望未来的新建楼宇，业主如能从本次基于BIM的数字协同平台应用实践中获取经验，结合楼宇设计、建设进行整体规划并加以实施运用，将进一步提升楼宇的智慧化水平。