建筑信息模型 (Building Information Modeling, 简称BIM) 作为以模型为载体的信息集成和协同工具, 已经越来越多被应用到建筑项目的设计、施工和运营维护。住建部在2015年发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中针对BIM的未来发展目标指出, 到2020年末, 以国有资金投资为主的大中型建筑、申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区两类新立项项目, 在勘察设计、施工、运营维护过程中应用BIM技术的比率应达到90%。由此可见, BIM必将成为未来建筑信息化的核心手段。

　　 得益于政策的引导和扶持, BIM技术在设计、施工阶段应用有了长足发展, 产生了巨大经济效益。对BIM技术的研究也正从设计、施工阶段延伸到建筑后期的运营维护Operation&Maintenance (O&M) 阶段, 实现BIM技术在建筑全生周期中运用。当建筑的使用年限达到50年以上时, 建筑物的造价与使用阶段的维护费用比例可高达1∶9。因此满足运营维护需求的BIM交付模型将给建筑运营维护极大的便利。然而目前BIM技术在运营维护阶段的应用研究仍处在初步探索阶段, 市场还没有成熟、通用的BIM技术运营维护系统, 关于BIM技术在运营维护阶段的目标需求仍不明确。

　　 随着我国经济和科技飞速发展, 国内大学早期建筑已难以满足教学和科研要求, 众多高校纷纷新建或改造原有校园建筑, 对BIM技术在运营维护阶段的要求也越来越高。然而我国各学校在校园建筑运营维护管理方面存在“多系统、多平台、少共享”的矛盾。教学研究、生活后勤等职能部门运营维护需求不一, 系统互相独立, 数据难以共享, 从而降低了整个高校建筑体系的运营维护管理效率。同时高校建筑在运营维护管理上的特殊性决定了其对竣工交付的BIM模型在深度上有区别于其他类型建筑的不同要求。因此本文将针对高校建筑的运营维护需求特点, 探讨校园建筑的BIM技术在运营维护阶段应用。

　　 运营维护作为资金和技术投入均占到建筑全生命周期70%以上的时间阶段, 包含众多功能内容。尤其针对人流密集、设备众多、权属划分复杂、安全要求较高的高校建筑而言, BIM在运营维护阶段的应用更为广泛。空间资产管理、设施运行与维护管理、公共安全管理和能源管理等是高校建筑BIM运营维护功能体系的重要组成部分。

　　 空间资产管理是指针对建筑空间及其资产归属的管理和利用。考虑到大学的职能部门众多, 建筑运营维护部门针对校园建筑的管理往往也以空间资产归属作为信息分类的一级门类。良好的空间资产管理有利于各类型校园建筑的日常使用。

　　 BIM技术在空间资产管理中的应用, 以其轻量化三维模型为依托, 通过良好的可视化信息标签、友善的信息操作界面来实现, 包括信息整合、联动查询、快速分析、准确报告导出等, 为高校建筑管理人员提供高效、信息准确、便捷的技术支撑, 大大提高运行维护管理效率。

　　 高校建筑针对设施运行与维护管理在运营维护阶段有着众多特殊需求, 因此设施运行与维护管理不同于一般建筑仅限于空调、机电、管线等内容, 更有专业科研设备设施带来的专业运营维护内容。

　　 设施运行与维护管理功能需要BIM可以实时反映设备现状, 即动态过程, 包括其基本的物理尺寸信息、空间位置信息、颜色材质信息和技术参数等可视化内容, 还需要按照专业运营维护需求添加诸如负责人、维护周期、运行参数等非可视化内容。一旦设施运行出现故障, BIM运营维护系统将快速在三维模型中定位其位置, 通知所属负责人, 并调档相应的运营维护文件以供决策。日常维护管理可以依托BIM运营维护系统建立良好的制度, 从而提高维护效率和质量。

　　 高校建筑人流相对集中, 因此在人群疏散、火灾报警、安防监控等方面需要对BIM提出更高要求。

　　 高校建筑的公共安全管理运营维护内容必须包括完备的应急预案, 保证诸如火灾等意外事故时的安全逃生路线的畅通, BIM可以实现这方面的虚拟演练, 通过模拟方式计算疏散路径和时间, 形成系统的灾害逃生应急预案。同时烟雾、明火感应等消防设施也应接入BIM运营维护系统, 以便快速发现火灾位置, 及时激活相关设备进行灭火救灾。消防人员也可根据BIM运营维护系统提供的信息, 制定相应的救灾策略并控制相关设备系统的运行。

　　 能耗信息是建筑属性信息的重要组成部分, 能耗信息的获取、处理与表达是高校建筑能源管理的关键。BIM运营维护系统的能源管理不仅应包括建筑的耗能情况、可持续能源获取情况等数据收集, 还应具有综合评估、能耗分析、优化调整等能力。

　　 高校建筑在BIM运营维护能源管理方面的的关键问题是实现设备智能化控制和能耗的实时监测, 只有解决设备能耗管控的滞后性, 才能真正实现节能减排。将BIM与现行的EMS (能源管理系统) 相结合, 可以在不改变现有能源管理技术的前提上实现BIM三维可视、联动共享等功能, 有效降低技术升级带来的成本和培训问题, 从而实现运营阶段的能耗情况实时跟踪, 便于管理人员对能耗信息进行有效收集和分析, 并做出正确的节能减排决策和操作。

　　 高校建筑以学生、教师为主体服务人群, 以教学、科研和生活等为主要服务内容, 在运营维护阶段有着不同于其他类型建筑的特点。

　　 高校建筑包含教学、科研、行政、生活、运动等诸多功能。传统的运营维护系统各自为政, 无法统一并共享不同功能类型建筑间的信息, 这直接导致以高校建筑为整体进行运营维护管理时, 产生大量信息孤岛和壁垒, 耗费大量人力和时间且效率低下, 将直接影响BIM运营维护系统的内容选择。

　　 建立在统一共享的高校建筑运营维护系统的基础上, 功能综合化要求BIM涵盖运营维护功能的众多方面。首先应有不同类型的单体建筑根据使用功能和所属机构的特点, 提出相应的运营维护内容需求;然后根据综合化的内容需求进行BIM运营维护系统的功能梳理和架构制定;最后结合一些特殊需求进行定制化开发, 实现高校建筑BIM运营维护系统的功能综合化。

　　 目前智慧建筑的概念已逐步完善, 配有物联网技术的智能化设备已经可以做到低成本、低维护的大范围普及应用。作为科研创新机构的空间载体, 高校建筑也将率先普及使用智能化建筑设备。

　　 设备智能化在运营维护系统上的表现首先是智能终端的BIM三维表达。智能化设备通过局域网络建立与高校建筑BIM平台的控制联系。一方面智能化设备将获取的建筑状态信息反馈到BIM运营维护系统, 另一方面BIM运营维护系统将运营维护管理员的指令发送至智能化设备, 从而形成正向及逆向的信息循环。设备智能化的运营维护特点要求运营维护系统有更大的数据存储、处理、传送能力。

　　 高校建筑的运营维护系统将作为各类型建筑的信息集成管理平台, 其最重要特点便是各类型建筑运营维护信息的联动共享, 从而实现整个校园的运营维护信息集成管理, 提高运营维护信息的应用价值和管理水平。高校建筑的运营维护数据分建筑和校区两个层级。无论是可视化展示还是基于运营维护信息进行数据分析来优化运营维护策略都需要以联动共享化作为前提。

　　 高校建筑的运营维护系统同时兼有数字校园的展示作用。将各类型建筑的单体运营维护信息联动显示在校园整体BIM运营维护技术上, 方便进行单体建筑和整体校园两个层级的可视化展示。同时在安排好权限设定后, 单体建筑也可实时获取其它建筑或校园整体的运营维护数据内容。

　　 基于运营维护信息进行数据分析来实现运营维护策略的优化不仅需要相关人工智能算法的开发, 更需要以高校建筑的整体运营维护数据来支撑。因此实现联动共享化的BIM运营维护技术将打破各建筑单体的信息壁垒, 形成统一的运营维护数据库, 奠定高校建筑BIM运营维护技术的智慧化基础。

　　 针对前述对高校建筑的运营维护内容及特点分析, 可以发现其对BIM运营维护的需求不同于其它建筑类型。在可视人机操作、信息交互反馈和集成数据管控等方面需要定制化的BIM开发, 以符合高校建筑的运营维护需求。

　　 高校建筑的BIM运营维护系统应降低管理平台的使用门槛, 从而方便运营维护管理者或者勤工俭学的学生可以在较短时间内掌握运营维护系统的操作方法。基于动态可视化的人机操作不仅可以通过友善的人机交互界面方便快速学习掌握, 还可以通过直观、动态的信息可视化方式展示高校建筑的整体运营维护信息。

　　 基于动态可视化的人机操作要求高校建筑的BIM运营维护系统必须具备轻量化特征, 以满足电脑、手机、平板等不同平台间的可视化显示;然后根据合理的信息分类和需要实现不同操作功能, 完成人机交互界面操作;最后将实时变化中的运营维护信息通过动态方式加以呈现, 最终满足高校建筑BIM运营维护系统基于动态可视化的人机操作需求。

　　 BIM作为建筑真实情况的三维表达, 其信息往往是静态的。然而高校建筑在使用过程中处在不断更新的状态, 空间布置、设备设施、使用人群等等都在处于不断变化中。因此基于实时化的信息反馈有利于管理者快速发现问题, 并通过合理的方式及时解决。

　　 实现实时化信息反馈的第一步是及时更新BIM运营维护系统, 高校建筑会随着使用功能变化等因素产生和原先交付的BIM运营维护系统相出入的地方。通过逆向方法或者传统更新等方式, 应定期按运营维护规定修正原始BIM运营维护系统, 使其始终与建筑变化保持同步。

　　 第二步是结合物联网技术, 诸如RFID、电子标签、二维码等, 将BIM模型代表的信息和现实构件代表的物体相结合, 从而可以实现在虚拟数字场景中以虚拟现实方式对真实世界的建筑、设备、构件等进行管理与控制。

　　 高校建筑对BIM最重要的定制化需求在于数据管控方面。由于高校建筑多服务人群、多部门单位、多功能需求的特征, 对于BIM运营维护系统的数据管控有功能集成化的需求。

　　 基于功能集成化的数据管控首先要确定运营维护信息的权责归属。通过软件平台和应用标准来规定运营维护信息的创建、集成、修改、应用、反馈等信息动作的权限和责任人, 有助于针对复杂数据管控的多方协调。

　　 功能集成化的数据管控还需要建立适用于高校建筑的定制化BIM运营维护标准体系, 以规范平台架构和人员操作。BIM运营维护标准体系包括BIM运营维护交付标准、BIM运营维护应用标准和BIM运营维护开发标准等部分。只有通过合理的标准体系才能规范各种运营维护行为, 以满足数据管控的功能集成化需求。

　　 通过对BIM运营维护系统在高校建筑中定制化需求分析, 在本节中将探讨满足其BIM运营维护系统的具体内容。由运营维护需求导向的BIM模型交付深度将最大程度避免交付模型的信息冗余和信息缺失, 在满足高校建筑BIM运营维护需求的基础上减少BIM运营维护交付模型的生成工作量和后期运营维护系统的系统负荷。

　　 传统的BIM运营维护模型基本以设计施工蓝图为基础, 根据施工过程的现场跟踪, 调整至最后的竣工状态。这种BIM交付模型的生成方式无法准确反映建筑最后竣工的物理现状, 并且在BIM模型创建和生成的过程中耗费时间和人力。目前最适合高校建筑的BIM运营维护模型生成方式是建筑逆向技术方法的应用。

　　 建筑逆向技术首先通过三维激光扫描仪获取高校建筑的点云模型, 然后通过自动化算法实现BIM构件的识别获取, 最终生成完整的BIM交付模型用于后期运营维护应用。通过建筑逆向技术生成的BIM交付模型与建筑的竣工状态相一致, 相比传统建模方法在几何形态的准确度上有很大提高。同时建筑逆向技术快速扫描、自动生成的特点非常适合高校建筑进行定期逆向三维还原, 可以保证建筑更新实时反馈至BIM运营维护系统。

　　 不同BIM运营维护功能需要调用BIM运营维护模型包含的不同信息类型。综合考虑高校建筑的运营维护需求, 可以将所需的BIM运营维护模型信息类型分为图形信息和非图形信息两类。

　　 图形信息主要包括高校建筑的几何尺寸、空间位置和颜色材质等信息类型。这些信息主要影响BIM交付模型的外在形态, 其参数的变化直接导致模型的变化。

　　 非图形信息主要包括高校建筑的性能、成本、人员、网络信息和公共安全信息等方面的信息。这些信息往往以数据属性的方式附着于BIM三维模型上。其参数的变化并不会导致模型的变化, 只会影响高校建筑的运营维护数据。

　　 满足校园建筑BIM运营维护需求的BIM模型交付深度标准属于BIM运营维护标准体系的交付部分内容, 主要规定上述信息类型的描述内容和其达到的深度。

　　 BI M运营维护模型目前通行的深度描述方式是Level of development (LOD) 标准。LOD标准从100-500, 分别描述了BIM模型从概念设计到竣工交付的状态。BIM交付模型属于LOD500级别, 但LOD标准并未针对每种信息类型做描述规定。满足高校建筑BIM运营维护需求的BIM交付标准需要有更为细致化的描述, 以规定各信息类型在BIM运营维护模型中的描述深度。不仅通过标准规范的建立来规定BIM运营维护模型的信息描述深度, 更要在运营维护系统上建立相应的输入机制, 以符合信息按照标准进入运营维护系统。

　　 建立定制化的BIM运营维护系统是一项投入巨大的系统性工程。只有充分考虑建筑对象的定制化特性, 才能发挥BIM技术在运营维护阶段的优势。尤其是高校建筑表现出功能综合化、设备智能化、联动共享化等特点, 更需要进一步分析探讨其在BIM技术方面的定制化需求。在可视化人机操作、信息交互反馈和集成数据管控等运营维护需求方面, 决定了BIM运营维护模型内容将在最大程度上符合高校建筑的BIM运营维护特点。由此为出发点创建并完善BIM运营维护模型, 将为建立共享统一的高校建筑运营维护系统奠定基础。