基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理研究.pdf

对于一个建筑来讲，通常把它的全生命周期分为否个阶段，规划设计阶段、 建设阶段、运营使用阶段和废除阶段。在建筑的这全生命周期中，运营使用阶段 的周期占到整个全生命周期的绝大部分。而从成本角度来看，第一阶段投资分析、 环评、规划设计占到建筑生命周期总成本的0.7%，第二阶段建造施工只占总成本 的16.3%，第三阶段运营使用阶段占到了总成本的82.5%，第四阶段建筑的拆除仅 仅占到0.5%1]。由此可见在建筑全生命周期中，运营使用阶段是占时间周期最长， 成本比例最大的一个阶段。 然而，在建设项目运营使用阶段，涉及大量建筑设备的使用，需要消耗大量 的人力、物力和财力。并且目前建筑使用的机械设备的数量、种类迅速增多，结 构也越来越复杂，对我们的设备管理水平和管理效率提出了更高的要求。而传统 的建筑设备运行维护管理方法主要是通过纸质资料和二维图形来保存信息，进行 设备管理，存在很多问题2]。如二维图形信息难理解，复杂耗时；信息分散无法进 行关联和更新，且容易遗漏和去失，无法进行无损传递；查询信息时需要翻阅大 维的资料和图纸，并且很难找到所需要设备的全套信息；导致在维修保养设备时 主往因信息不全、图形复杂等原因而无法达到设备维护的及时性与完好性，影响 维护保养质量，并且耗费大量时间资源和人力资源，管理效率较低，如何高效的 进行建筑设备运行维护管理是一个非常重要，值得我们思考的问题，所以为了解 决上述传统建筑设备运行维护管理中存在的这些问题，提高设备管理效率，提出 本研究课题 目前，科技和时代已经为我们准备好了变革的工具一一BIM技术（Building [nformationMolding，建筑信息模型），通过BIM技术提供的信息、资源整合平台 进行更好、更智能的信息储存、信息管理和信息传递，BIM模型可提供可视化的 操作及展示平台，让我们的运维管理对象和管理工作变得更加形象、直接，能够 更加简单有效的进行建筑设备的运行维护可视化管理，带领我们进入新的信息时 代、3D时代，告别大堆的二维图纸，告别杂乱的纸质资料、文档，告别繁项的手 工记录，更准确、更全面、更快速的掌握建筑设备管理信息，更简单、更形象、 更直接的进行建筑设备管理，提高维护效率，降低总体维护成本，

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本研究的目的不是为了设计和开发一个完善的、可供业主或物业运营管理方 直接使用的商业化建筑设备运行维护管理系统软件，而是提出一个基于BIM的建 筑设备运行维护可视化管理的思路，用BIM信息整合和3D可视化的特点，将设 备各类简单信息整合到BIM模型中，进行可视化的表达和相应各类信息统计，BIM 模型主要作为设备管理的可视化工具。要进行建筑设备的运维管理，还涉及更大 量、更复杂的信息管理，需要利用数据库进行统一的综合管理，所以本研究基于 BIM模型建立设备运维数据库，利用BIM模型中集成的信息，并容纳更多、更复 杂、更全面的设备信息，对设备进行综合管理，所以本文建立建筑设备运行维护 数据库，旨于通过数据库和BIM模型的综合应用，呈现出完整的建筑设备管理过 和数据库应用的概念

传统建筑设备运行维护管理方法主要通过纸质资料和二维图形来保存信息， 二维图形信息难理解，信息分散容易遗漏和丢失，查询信息时需要翻阅大堆的资 料和图纸，并且很难找到所需要设备的全套信息，影响维护保养质量，并且耗费 大量时间资源和人力资源，管理效率较低。为解决上述设备管理存在的问题，本 研究希望通过引入BIM整合建筑设备分散的信息，借助BIM共享平台实现设备信 息的共享和无损传递，并利用BIM多维操作与展示平台对建筑设备外形及各类设 备信息进行可视化的表达和管理，降低设备管理难度、提高设备管理效率；综合 应用Access数据库整合更完善、更复杂的设备相关信息，对设备进行综合管理。 本文建立的建筑设备运行维护数据库电力弱电图纸、图集，旨于通过数据库和BIM模型的综合应用， 呈现出完整的建筑设备管理过程，并展示出对BIM模型信息的相关应用和数据库 应用的概念。具体研究意义主要有以下几点， 1）建筑设备信息快速整合与查询 通过BIM提供的信息集成和整合平台，使建筑设备管理者能够更准确、更全 面、更快速的掌握建筑设备管理信息，实现快速、准确的定位和查询管理者所需 的所以设备相关信息。 2）设备信息有效共享、无损传递 本课题引用BIM（建筑信息模型）技术来进行建筑设备运行维护管理，为建 筑设备管理提供整合的数字信息共享平台，整合建筑设备相关属性、维修信息、 合同信息、经济信息等各种相关信息，同时建立起设备信息之间的关联性，使设 备信息能够完整的保存，并且进行无损的传递。 3）实现设备管理的可视化

通过BIM提供的信息集成和整合平台，使建筑设备管理者能够更准确、更全 面、更快速的掌握建筑设备管理信息，实现快速、准确的定位和查询管理者所需 的所以设备相关信息。 2）设备信息有效共享、无损传递 本课题引用BIM（建筑信息模型）技术来进行建筑设备运行维护管理，为建 筑设备管理提供整合的数字信息共享平台，整合建筑设备相关属性、维修信息、 合同信息、经济信息等各种相关信息，同时建立起设备信息之间的关联性，使设 备信息能够完整的保存，并且进行无损的传递。 3）实现设备管理的可视化

通过BIM提供的可视化操作及展示平台，通过建立BIM模型，用3D模型展 示出建筑构造、设备模型及建筑设备空间关系，用不同颜色、图案等方式对建筑 设备状态信息进行可视化表达和展示，对建筑设备、设备运行状态、维修状态及 合同纠纷状态等进行3D可视化呈现，简单直观的表达设备维护中所需处理的设备 的相关信息。使管理者透过BIM可视化平台进行简单直接的建筑设备管理，并使 设备管理者能及时快速掌握建筑设备管理情况，并对出现故障需要维修的设备进 行及时处理，直观明确的了解设备是否存在合同纠纷，以便及时应对处理。 4）建筑设备信息综合管理 基于BIM模型建立的建筑设备运维管理系统数据库，综合了建筑设备的基本 言息、保养记录、维修资料、成本信息、合同信息、供应商信息、部及员工信 息等更丰富更详细的信息，可供设备管理者对各种设备信息进行综合管理，分析 设备维护管理信息并产出图表报告；同时将设备运行维护和定期检查等信息，根 据检查结果对设备维护数据库系统中的信息进行更新，同时更新BIM模型中的相 应的设备信息，达到可持续的设备运行维护管理，使管理者能轻松高效的管理设 备信息并随时掌握建筑设备最新信息。 5）提高建筑设备管理效率和管理水平 本研究的建筑设备运行维护可视化管理模式综合应用BIM可视化技术和 Access数据库技术进行综合管理，降低了设备管理的难度，能有效提高建筑设备 管理效率和管理水平，可用于各种建筑工程项目的建筑设备运行维护管理，尤其 适用于大型、复杂、建筑设备数量较多的建筑工程

1.3.1国内外设备管理相关研究现状

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1.3.2BIM用于设备管理国内外研究现状

目前，BIM技术在设备工程方面的研究与应用多是在前期阶段，用于对设备 工程的协同方案设计，在施工阶段也有一些探索性的应用研究。其中，Kormanl10 等提出基于BIM的建筑设备工程管理知识库和信息集成的BIM建筑设备模型，开 发设备工程协同设计平台，实现设计方案错漏碰缺的自动检测，以及为方案优 化与决策提供依据，并根据相应的管理实施流程12]，提高建筑设备工程协同设计 的效率。Leite等学者l13]在某实际建设工程项目中运用BIM的NavisWorks软件对 建筑设备系统实施自动错漏碰缺检测，并进行手动测算和自动检测的对比，结果 显示若要检测出工程中存在的所有冲突，需要事先根据自身需求针对性建立精度 更高的BIM模型，并设置好准确的相应设备工程参数。Khanzode等学者[14]在某医 疗建设工程项目中，运用BIM模型对建筑设备工程设计方案进行4D施工模拟和 碰撞检测，分析方案可操作性，提出应用BIM建筑设备模型指导设备工程施工， 需要明确功能需求及模型的精细度。Riley等l15]对设备工程项目协同设计过程中的 成本及效益进行了研究，分析了影响设计成本的主要因素，并具体明确了各因素 所造成的成本损失，帮助决策者了解建筑设备工程协同设计的成本效益比，辅助 其决策。Tabesh等l16在某小型建筑工程项目运用BIM技术进行了协同设计及自动 碰撞检测，并对Korman等提出的设备工程知识架构进行了扩展与完善，按学术领 域、协同需求、内容等三个方面将相关知识进行了分类。BIM在设备工程管理施

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在现有文献中尚未提及；对于BIM的可视化特点还未进行充分利用，没有将设备 的维修状态、成本超支状态等各种状态信息可视化表达出来，在设备运维管理方 面，还没能更好地发挥BIM技术所带来的技术革新的优势。上述有些研究提出了 一些建筑设备管理的理论框架与实现路径，但没有具体阐述进行设备运维管理的 具体流程、具体的参与方和具体的管理内容，也没有将具体合同管理、成本管理 等方面的管理内容纳入考虑范畴中。本研究主要探讨如何应用BIM可视化表达建 筑设备管理过程中的运行维护信息，同时将设备维护所需信息加以整合分析，辅 助决策与设备管理过程，建立设备运维数据库进行全面的信息收集和综合管理， 并通过BIM模型与设备运维数据库的信息交互，达到模型与数据库的同步可持续 信息更新，实现形象、简单、高效、持续的建筑设备可视化运行维护管理，

本研究旨在通过对建筑工程项目运营使用阶段的建筑设备运行维护所需信息 的整理和建筑设备管理现状的分析，找出传统建筑设备管理方式存在的诸多问题 通过引入BIM来集成整合建筑设备信息并进行可视化的操作及管理，建立建筑设 备维护数据库对更多的设备信息进行储存和综合管理，并使BIM模型和建筑设备 维护数据库之间形成信息交互，使数据库信息和BIM模型实现同步可持续性更新 通过建立这样的运行维护管理系统来解决传统管理方式存在的一些问题，实现更 高效、更简单、更完善的建筑设备管理。具体研究内容如下： ①研究建筑设备运行维护管理所需信息。 ②研究现有设备管理现状及传统方法存在的问题，及引入BIM的优点。 ③运用BIM模型进行信息集成与可视化展示。 ④提出基于BIM的建筑设备可视化管理模式及其具体实施流程。 ③应用Access建立设备运维数据库，对设备信息进行数据管理、经济分析， 合同管理、成本管理等综合管理，并实现与BIM模型之间的信息交互，建立基于 BIM的设备运行维护管理系统。 ③最后通过案例模拟，展示对建筑设备的高效、可视化管理。

本研究主要采用文献研究法、模拟法进行课题的研究与分析，以下详细叙述 各研究方法的使用过程和相关内容。 ①文献研究法 本研究运用文献研究法，根据本研究课题及其研究目的，在Google学术、 CNKI、万方数据库以及学校图书馆查找了有关建筑设备管理、BIM技术及其在设

备管理的应用等方面文献，根据对以上文献的阅读和文献研究，对建筑设备管理 及BIM研究现状有了了解，完成了本文研究背景、国内外研究现状、建筑设备管 理介绍及现状等内容，并找到了研究点。 ②模拟法 根据本研究课题需要及其目的，对本研究提出的基于BIM的建筑设备管理模 式进行案例模拟，以某办公楼空调设备为例。通过建立BIM建筑和设备模型、添 加设备信息、建立设备运行维护数据库等，模拟其设备管理情况

1.5文章架构及技术路线

1.5.1文章架构与章节安排

根据本研究提出的问题及研究目的，本文总共分为五章，对每一章的内容安 排如下： 第一章：介绍本研究的研究背景，阐明本研究的研究目的及意义，并说明整 个文章的架构，介绍本研究的研究内容、研究方法和实施技术路线。 第二章：本章主要进行国内外研究现状和相关理论介绍与分析。分析国内外 设备管理相关研究的现状和BIM技术用于设备管理的研究现状，介绍建筑设备管 理、BIM技术和可视化管理的相关理论，分析目前传统建筑设备管理方式存在的 些问题，以及引入BIM技术进行建筑设备管理有哪些优点，为下面的研究提供 理论基础和铺垫。 第三章：本章是本研究的核心部分，首先根据以上理论进行分析，建立基于 BIM的建筑设备运行维护可视化管理整体系统架构，构建出基于BIM的建筑设备 云行维护可视化管理模型，通过模型展示出各组成模块及实现过程，并介绍主要 组成模块BIM模型与建筑设备运行维护数据库的主要功能与其相互之间的联系。 其次介绍基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理模型的两大组成模块之 BIM可视化模型模块的具体实现与应用。 再次介绍基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理模型的另一主要模块 建筑设备运行维护数据库的设计及具体实现。 最后从物业运营管理方角度，提出基于BIM的建筑设备管理实施流程，分析 建筑设备管理各主要参与方的管理内容与职责。 第四章：基于以上研究成果，本章以某办公楼空调设备管理为例，模拟进行 建筑设备管理。展示从整个建筑设备管理系统的建立过程到建筑设备管理应用实 现。 第五章：总结出本研究相关结论，并对后续研究做出展望

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本研究通过“发现向题一一分析问题一一解决问题”这条主线展开，借助搜 素和收集研究相关建筑设备管理、BIM技术及应用、Access数据库技术及应用等 文献资料，在了解现有研究成果和相关技术用具的基础上，进行分析和应用，最 终形成自已的研究成果。具体研究路线、研究内容及研究工具罗列在下面的主线 框架图中。技术路线如图1.1：

图1.1技术路线图 Fig1.1 The technology roadmap

本章介绍了本研究的研究背景提出了本研究课题，阐明了本研究的研究目的 及意义，概述并分析了国内外设备管理相关研究的现状和BIM技术用于设备管理 的研究现状，叙述了本研究的研究内容和研究方法，并说明了整个文章的架构与 章节安排、具体实施技术路线，阐明了本研究的研究思路与文章结构。

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2.1.1建筑设备运行维护管理信息

2建筑设备管理与BIM技术

建筑设备管理与BIM技术

所谓建筑设备管理，就是指所有建筑设备常保持良好的工作状态，尽可能延 缓他们使用价值的降低，在提高建筑设备功能的同时，最好的发挥它的综合价值， 以提高经济收入，降低管理成本，同时达到良好的经济运行[28]。设备管理的目标 是最经济的设备寿命周期费用和最好的设备总和效能[29]。高效的维护保养有助减 少设备损坏，延长设备寿命、减少维护运行成本。 在现代建筑中，设备管理者需要充分掌握设备各种信息，在设备安装调试后 设备主管部门需要进行设备的编号登记，并填写设备登记卡片、登记表、设备台 张等，记录设备状况，包括设备类型、重量、基本性能、设备部件、预计使用年 限和设备变动情况等。在设备使用过程中，要进行设备维护保养计划，而以上的 基本信息就是组织有效设备维护保养所需的信息依据。在设备检修时，根据设备 没计安装细则和图纸资料、设备使用手册或操作规程手册，进行设备的测试、操 作与维修。在建筑设备运行维护阶段，可以通过以下表2.1、表2.2、表2.3展示出 需要进行管理的设备基本信息、维修信息、维护保养信息等一些主要设备信息[30]。

表2.1设备基本信息表 Table2.1Equipment basic information

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表2.2设备维修信息表 Table2.2Equipmentmaintenanceinformation

2建筑设备管理与BIM技术

把设备管理过程中最基础的建筑设备信息分为设备基本信息、运维信息、合 同信息、成本信息四类。基本信息是指设备的基础属性，包括名称、规格、性能、 编号、位置等，这是设备最基本的信息，主要用于设备查询定位和设备功能的了 解以及作为设备更新时的数据依据；运维信息主要指设备运行维护中产生的信息， 包括维修记录、日常保养记录、运行状态等，从而达到对设备使用过程中产生问 题和信息的全程记录及实时掌控；合同信息是所涉及到的设备购买和设备维护环 节签订合同的相关信息，包括供应商、维修方、使用方、保修期、保养方等等， 目的是为了明确各方责任，减少因合同信息不完整或责任划分不明而产生的合同 纠纷，同时达到集成信息的全面性；成本信息主要指设备成本及折旧的相关信息， 包括购置成本、维护成本、超支情况、折旧年限等，这类信息可使管理者了解设 备维护成本控制情况，还可用于对设备经济性分析，有助于降低建筑设备维护成 本[31]。这些基础信息都是可以加入BIM设备模型属性中，直接查询的设备信息。 设备管理基础信息见表2.4：

表2.4建筑设备管理基础信息表 Table2.4Basic information tableof construction equipmentmanagement

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2.1.2建筑设备管理现状

目前的建筑设备管理方法还比较原始，建筑设备建档完成后，在运行阶段， 管理人员需要通过人工采集、记录维修信息，然后查询相对应的图纸、维修手册 这个过程效率较低，且人为操作准确性不高。例如，在建筑设备运行维护期间， 工程部对建筑所有设备都要建立登记卡片。设备登记卡记载看设备的名称、型号 编号、规格及制造厂家等，并附有历次检修记录和事故记录。设备登记卡的填写 工作由工程部资产管理人员负责[32]。管理及维修人员在开展工作时需要查询对象 设备相关的图形与非图形信息（包括图纸、使用手册、保证文件、设备维修记录 等），以此来开展行具体的维修保养工作1。这些信息通常是由承包商提供，往往 比较原始，结构不良，且多是以纸张格式呈现。在使用过程中，这些信息不能有 效及时地进行关联和更新。其结果是，管理者花费大量时间查询及验证信息，尤 其是当设备量众多时，管理者常常在非增值的工作上浪费大量资源。 目前的建筑设备管理还处于2D时代，建筑人员和管理人员主要以AutoCAD 作为绘图和着图工具，最终形成二维图形、蓝图、纸质资料等成果。后期的建筑 运营使用阶段就靠这些图纸、纸质资料和文档作为建筑和设备的原始信息资料来 进行建筑设备的管理，总的来讲就是极度的依赖纸质资料、档案和图纸。 各参与方和各专业分开进行图纸设计，各种信息没有整合在一起，信息较为 分散，管理者想要了解建筑和设备信息时，需要查阅大量的图纸和资料，过程十 分繁杂费时，且很难找全建筑设备的全套信息。同一套图纸中的同一对象需要对 多个平面或截面进行表达（如平面图、立面图、部面图、细部详图等），在发现图 纸错误需要修改或者需要进行图纸设计变更时，需要重复修改多个地方，整个过 程较为繁琐耗时。 传统的建筑设备管理方式往往是由采购人员记录设备规格、型号、价格、制 造商等信息，由设备日常维护人员巡查并记录设备运行状态、使用性能等，维修

2建筑设备管理与BIM技术

人员记录维修信息，由合约管理人员记录设备合同信息，再由成本控制人员进行 维护成本测算及记录。这种管理模式参与方众多、信息分散，管理者需要查阅、 整合各部信息才能全面了解设备情况，并且需要对照二维图纸、操作手册、维 修记录等多个文件，不易理解，管理过程繁琐且效率较低，尤其在设备数量较多 时，容易出现错、漏等情况。 建筑工程项目涉及到多参与方，在建筑的运营使用阶段进行的设备管理工作 所需原始资料与信息，往往来自于设计方、施工方、运营管理方等多参与方，在 信息的获取和传递过程中常常出现信息缺失、资料不完整等情况，很难达到信息 的无损传递，更无法将各方的信息和资源整合起来，使得设备管理方常常会做 些可能之前其他参与方已经做过的重复工作。 自前设备维护信息的记录主要靠人工来进行书写或手动输入，工作量较大： 需要依靠大量的人力资源来完成，尤其是在建筑设备数量众多的情况下。设备管 理成本较高，并且信息的准确性受设备管理工作人员的影响较大，难以保证信息 的准确度，

2.1.3现有建筑设备管理存在的问题

传统的建筑设备运行维护管理方法主要是通过纸质资料和二维图形来保存信 息，进行设备管理，存在很多问题[31]。主要表现在以下几个方面： （1）二维图形信息（如CAD图等），难以理解，需要具备一定专业基础知识的 技术人员才能看懂。并且二维图形在表达较为复杂的图形信息时，容易出现较多 的图纸错误，读图者也容易产生理解错误。管理者了解每一部分都需要通过读出 多个二维图形信息，再在脑中还原成现实的三维空间图形，过程复杂耗时； ②设备信息难以完整保存，容易遗漏和去失，无法进行无损传递。由于图纸 和其他纸质资料很多是由开发商提供的，而开发商的资料很多又是从设计方、施 工方、咨询方等等各参与方提供的，参与方众多，信息沟通和传递极易出现问题： 造成部分信息遗漏和去失，达不到预计的效果 ③信息分散无法进行关联和更新。由于各参与方和各专业的信息没有整合在 起，信息分散，使得管理者想要了解建筑和设备信息时，需要查阅大量的图纸 和资料，过程十分繁杂费时，且很难找全建筑设备的全套信息，影响设备管理工 乍的正常开展。在发现图纸错误需要修改或者需要进行图纸设计变更时，一是信 息分散，二是同一套图纸中表达同一对象的图形信息无法相关联，在进行修改时 需要在多个地方进行重复修改，造成工作的重复和时间的浪费，无法高效工作， 有时甚至造成延迟预定的项目工期。 4）查询信息时需要翻阅大堆的资料和图纸，并且很难找到所需要设备的全套 信息，导致在维修保养设备时往往因信息不全、图形复杂等原因而无法达到设备

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维护的及时性与完好性，影响维护保养质量，并且耗费大量时间资源和人力资源， 管理效率较低。

2.2.1 BIM 概念

2建筑设备管理与BIM技术

有项目参与者提供插入、提取、更新或修改数字数据的实时访问。BIM的实施有 利于设备生命周期内的所有阶段。BIM模型作为一个多维可视化的数字平台，在 建筑设备生命周期中，利用BIM模型可以将建筑及设备以3D可视化的形式直观、 杉象的表现出来，并可为所涉及的所有项目参与者提供添加、查询、更新或修改 设备信息和实时访问的可视化操作平台，BIM的实施有利于实现高效的建筑设备 管理[37]

2.2.2用BIM进行建筑设备管理的优点

BIM模型可以集成项目从设计、施工到运营阶段的全过程信息，提供数字化 管理平台。将BIM用于建筑设备管理可以实现设备全生命周期的信息集成，并便 于修改和添加，可以不断完善和更新，便于设备管理中对设备信息的储存和管理， 有利于实现可持续的设备管理。 BIM模型中储存的设备信息可以达到相互关联，一处更新则处处更新，减少 没备维护管理人员在修改和更新信息方面的工作量，并便设备管理者能快速查询 到所需设备的全套相关信息，省去大量找图纸、找资料、对图纸的时间，节约人 力、资源和时间耗费。 BIM提供的信息共享平台可以让各建筑设备管理参与方同时了解权限范围内 的建筑设备信息，实现各参与方的无障碍交流，避免信息孤岛、信息错误、信息 不及时等情况发生，能够使建筑设备信息进行无损传递，对设备管理工作的顺利 开展有极大的促进作用， BIM还可以提供可视化的操作平台，使管理人员形象、直观、清楚的掌握建 筑设备的相关情况，增加其信息掌握的准确性。并且在建筑设备管理过程中，可 视化的管理可以大大降低建筑设备管理的难度，比传统的二维图纸更容易理解。 能够快速清楚的了解建筑设备的位置、运行维护状态等等信息，能够大大提高设 备管理效率。 利用BIM模型将建筑及设备以3D可视化的形式直观、形象的表现出来，并 为所涉及的项目参与者提供相应的添加、查询、更新或修改设备信息和实时访问

2.3.1可视化管理的介绍

明化与可视化，这样管理效果可以渗透到企业人力资源、供应链、客户管理等各 个环节。可视化管理能让企业的流程更加直观，使企业内部的信息实现可视化， 并能得到更有效的传达，从而实现管理的透明化。

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可视化管理也称为目视管理，即将需管理的对象用形象、醒目的方式来体现： 将可视化对象的符号或图形的设计输出，如用规格、材质、色彩、字体、图形、 实例等方式来具体表述，以实现可视化管理的标准化，使任何人都可以方便、简 洁的进行管理及操作。

2.3.2用BIM进行可视化管理的优点

利用BIM模型将建筑及设备以3D可视化的形式直观、形象的表现出来，并 为所涉及的项目参与者提供相应的添加、查询、更新或修改设备信息和实时访问 勺可视化操作平台，可视化管理的实施有利于实现高效的建筑设备管理[36]。进行 可视化的设备管理还有有非常多的优点，现例举如下： ①迅速、快捷、及时地传递出信息和讯号。 ②可以一目了然的看到需要重点管理的地方。 ③能够非常容易的理解设备结构、操作方法等，了解怎样进行管理和操作， ④能够直观看出建筑设备运行正常与否，容易区分设备运行状态。 ③形象、直观地将潜在成本问题和成本超支等信息显现出来，让管理者直接 掌握设备情况。 ③有助于设备的安装和工作场所空间合理利用及布局。 有助于维持安全愉快的工作环境。 ③客观、公正、透明化，有助于统一认识，提高士气。 ③明确告知设备管理者应用做什么，做到及时发现问，及早解决问题。 ①有利于减少人为造成的错误和遗漏，使设备维持长期的正常运转。 11)通过可视化视觉效果，使潜在问题更易暴露，可事先消除存在的各种隐患，

本章主要介绍了建筑设备管理、BIM技术和可视化管理的相关理论，详细描 述了建筑设备运行维护管理的相关信息及建筑设备管理现状，分析了目前传统建 筑设备管理方式存在的一些问题；介绍了BIM技术的概念和特点，以及引入BIM 技术进行建筑设备管理有哪些优点；介绍了可视化管理概念及其应用优点，为下 面的研究提供理论基础和铺垫。

3基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理系经

3.1系统架构及功能介绍

建设工程是一个由多个单位、多个部门、多个专业组成的复杂系统，这是由 建设工程的复杂性决定的。参加建设的各方要能够实现随时的沟通，必须规范相 之间的信息流程，组织合理的信息流，保证工程数据的真实性和信息的及时产 主与传递[38]。对于建设工程的运营使用阶段也是一样，需要建立一个良好的建筑 设备管理系统来规范设备管理各参与方的信息流程，实现建筑设备信息的良好管 理与传递。 本研究希望通过建立基于BIM的建筑设备运行维护管理系统，探讨基于BIM 的建筑设备可视化管理模式，来实现对建筑设备在运行维护阶段的可视化管理。 并不是为了设计和开发一个完善的、可供业主或物业运营管理方直接使用的商业 化建筑设备运行维护管理系统软件，而是提出一个基于BIM的建筑设备运行维护 可视化管理的思路。用BIM信息整合的特点，将设备各类简单信息整合到BIM模 型中，进行设备信息集成，实现信息的快速查询和各类信息统计，利用BIM技术 D可视化的特点，对建筑设备运行维护状态、成本超支状态、合同纠纷状态、设 备处置决策等各类状态信息进行可视化表达与展示，BIM模型主要作为设备管理 的可视化工具，来实现对建筑设备的可视化管理。要进行建筑设备的运维管理， 不涉及更大量、更复杂的信息管理，需要利用数据库进行设备基本信息管理、成 本管理、合同管理、供应商管理、部门管理、员工管理等方面的统一综合管理， 所以本研究基于BIM模型建立设备运维数据库，利用BIM模型中集成的信息，并 容纳更多、更复杂、更全面的设备信息，对设备进行综合管理，所以本文建立建 筑设备运行维护数据库，旨于通过数据库和BIM模型的综合应用，呈现出完整的 建筑设备管理过程，并展示出对BIM模型信息的相关应用和数据库应用的概念。 基于以上研究思路，明确基于BIM的建筑设备运维管理环境的实现模块构成， 主要由BIM建筑设备可视化模型和建筑设备运行维护管理系统数据库两大模块组 成，而两个模块的信息互通，则需要一个软件数据接口（API），通过一个API数 据接口实现各模块之间信息流的自动化交互，如图3.1所示

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图3.1实现模块构成图 Fig 3.1 Implementation modules

基于上述研究分析，构建基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理模型。整 个建筑设备运维管理系统，由以上BIM建筑设备模型和建筑设备运维数据库两大 模块构成，要实现整个建筑设备系统的运作，首先需建立BIM模型，使用Revit Architecture和MEP软件建立BIM建筑及设备模型，并在模型中输入设备维护相 关信息，该信息分四类，主要包括设备基本信息（ID和设备名称、规格和类型、 安装位置、性能等），运行维护管理信息（维护状态、维护历史等），合同信息（供 应商、保修期等），成本信息（购置成本、安装成本、维护成本、折旧额等）[39]。 BIM模型主要用于对建筑及设备信息的有效整合和可视化展示，利用BIM软件可 视化平台，以3D可视化形式表达出建筑形态、设备形态、设备状态信息等，并且 快速查询设备管理所需信息，帮助管理者进行简单及时的建筑设备管理。 模型集成建筑设备信息之后，基于BIM模型建立建筑设备运行维护管理数据 库。在完成系统需求分析与模块设计之后，利用Access数据库工具进行数据库的 结构设计。首先通过BIM软件AutodeskRevit中的开放数据库互连（OpenDatabase Connectivity，ODBC），导出ODBC格式数据到Access数据库中，形成运维管理 的初始数据库，这个初试数据库表格包含BIM模型中所有建筑与设备信息。然后 基于初始BIM数据库，在建筑设备运维管理数据库中加入其他管理设备基本信息 与各种维护信息（详细表格），同时整合供应商、维修员工、管理人员、日常保养 记录、使用管理手册、合同附件、经济分析指标等更多相关详细信息，创建设备 运维管理数据表，并创建表关系和查询，便于对建筑设备进行更好的、完善的综 合管理（如数据管理、经济分析、合同管理、成本管理等）。基于BIM模型建立的 建筑设备运维管理系统数据库，主要用于设备信息的统一存储，以及供设备管理 者管理各种设备信息，并对各种信息进行相关分析，辅助管理者进行决策。 设备管理信息组件需要得到维护和定期检查，由维修队伍定期扫描检查，根 据检查结果，对设备运维数据库系统中的信息进行更新。在运行维护期间，维护

基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理系统

人员对进行设备维修保养后，将新的运维信息输入设备运维数据库，添加新的维 修保养记录，为下次维修保养提供历史数据参考，数据库管理人员通过传入的设 备编号，查询检索相关设备信息，进行管理。建筑设备运行维护管理数据库信息 更新后，通过RevitAPI将更新后的信息导入到BIM模型中，同时更新BIM模型 中相关信息，从而实现可持续的建筑设备运行维护管理。 通过以上的研究与分析，构建成基于BIM的建筑设备运维可视化管理模型（见 下图3.2），显示出本研究的具体实现路径，

3.1.2系统功能介绍

图3.2基于BIM的建筑设备运行维护管理模型 Fig3.2Constructionequipmentoperatingmaintenance management visualized model based on BIM

本研究旨于通过建立基于BM的建筑设备运行维护管理系统，实现对建筑设 备在运行维护阶段的可视化管理。用BIM信息整合的特点，将设备各类简单信息 整合到BIM模型中，进行设备信息集成，实现信息的快速查询和各类信息统计； 利用BIM技术3D可视化的特点，对建筑设备各类状态信息进行可视化表达与展 示，实现可视化的设备管理；利用设备运维数据库，基于BIM模型中集成的信息， 并容纳更多、更复杂、更全面的设备信息，达到对设备进行统一的综合管理，从

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而实现建筑设备运行维护阶段完整的可视化信息化管理。 整个基于BIM的建筑设备运行维护管理模型主要由BIM建筑设备可视化模型 和设备运维数据库两大模块组成，整个管理系统的功能也是由这两大模块来实现， 对于整个基于BIM的建筑设备运维可视化管理系统来说，BIM模型和设备运维数 据库分别作为整个管理系统的两个子系统，BIM建筑设备可视化模型主要提供可 视化的展示和操作平台，用于进行对建筑设备的可视化展示和简单信息管理，而 设备运维数据库作为一个数据综合储存和管理数据库，主要用于进行对建筑设备 更全面、更详细的信息进行综合管理。这两大模块的具体功能介绍如下： ①BIM可视化模型模块功能 BIM可视化模型主要用于对建筑及设备信息的有效整合和可视化展示，利用 BIM软件可视化平台，以3D可视化形式表达出建筑形态、设备形态、设备状态信 息等，并且快速查询设备管理所需信息，帮助管理者进行简单及时的建筑设备管 理。主要应用功能包括以下几个方面： 1）建筑设备信息可视化表达 基于BIM技术平台，将建筑设备信息进行可视化表达，利用虚拟的3维空间 进行准确的设备定位；利用设备3D模型展示出设备的规格、外观等信息；用不同 的颜色、不同的图案直观展示出设备的运维状态、成本控制状态、合同纠纷状态， 没备处置决策等，帮助管理者迅速掌握设备状态。最后利用整合的设备信息、直 观的可视化展示来辅助管理者进行及时有效的设备管理与决策。 2）建筑设备基本信息快速查询 BIM提供了共享的信息平台，可以整合多参与方输入的所有设备信息，方便 管理者对设备信息的实时掌控和快速查询 3）建筑设备各类信息数据统计 运用BIM软件（Revit）的统计功能可以统计出BIM模型中所包含的建筑设 备的所有相关信息，并可根据管理的需要进行设备属性筛选，只选择需要查询或 统计的相关设备信息，导出Excel格式的统计表格。不同部门工作人员根据信息类 型，分别导出设备维护状态统计表、合同状态统计表、成本状态统计表、设备处 置决策表等。 ②设备运维数据库模块功能 建筑设备运维管理数据库同时整合设备管理基本信息与各种维护信息（详细 表格），供应商、维修员工、管理人员、日常保养记录、使用管理手册、合同附件、 经济分析指标等建筑设备相关详细信息，供设备管理者进行设备信息快速、完整 的查询，便于对建筑设备进行更好、更完善的综合管理（数据管理、合同管理、 成本管理等）。通过创建设备运维管理数据表，并创建表关系和查询，生成管理者

基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理系统

3.1.3BIM模型与设备运维数据库的耳

BIM模型和设备运维数据库是本研究的两大组成模块，对于整个基于BIM的 建筑设备运维可视化管理系统来说，BIM模型和设备运维数据库分别作为整个管 理系统的两个子系统，BIM模型子系统主要提供可视化的展示和操作平台，进行 对建筑设备的可视化展示和简单信息管理，设备运维数据库主要进行对建筑设备 更全面、更详细的信息进行综合管理。两者既各司其职，又有着互助互利、不可 或缺的关系。 设备运维数据库的建立是基于BIM模型中导出的基础数据表建立，在导出的

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设备数据基础上，添加更完善更详细的设备信息和管理者信息，组成数据库系统 的全部数据。而BIM模型数据的更新依赖于设备运维数据库的更新，通过更新的 数据库导出更新数据到BIM模型中，更新BIM模型相关数据。 如果没有BIM可视化模型，只是利用数据库系统进行管理，则不能利用3维 现图来直观辅助设备安装、维修等管理，不能达到使设备管理直接化、形象化的 效果，不能降低设备管理的难度且各类资源难以整合。 如果没有建筑设备运维数据库，只用BIM模型进行设备管理，由于BIM模型 中能够包含的数据信息格式有限，不便于容纳较复杂的信息，更适用于进行辅助 生的设备管理，所以需要建立设备运维数据库，容纳更多、更详细、更全面的设 备信息，对设备进行综合管理。

3.1.4系统的更新与信息交互

整个基于BIM的建筑设备运维可视化管理系统的更新，主要是系统中所含设 备信息的更新，本系统的设备信息分别储存在BIM建筑设备模型和设备运维数据 库中，实现整个系统的信息更新，依靠的是BIM模型和设备运维数据库的更新。 由于RevitAPI的开发实现了BIM模型与数据库的信息互通，所以基于BIM模型 建立的数据库得到更新后，可直接导入BIM模型，更新BIM模型中相关信息，实 现信息交互，保持系统的可持续更新。具体更新方法和信息交互实现过程如下： ①）设备运维数据库的更新 基于BIM模型建立的建筑设备运维管理系统数据库，主要供设备管理者管理 各种设备信息。设备管理信息组件需要得到维护和定期检查，由维修队伍定期担 描检查，根据检查结果，对建筑设备运行维护数据库中的信息进行更新。 在运行维护期间，维护人员对进行设备维修保养后，将新的运维信息输入设 备运维数据库，并添加新的维修保养记录，为下次维修保养提供历史数据参考， 以此来更新建筑设备运行维护数据库。 ②BIM模型的更新 建筑设备运行维护管理数据库信息更新后，通过开发的RevitAPI（Revit与 Access之间的数据接口）将更新后的信息导入到BIM模型中，同时有效更新BIM 模型中相关信息。在此过程中，将自动生成一个数据更新提示表格，通过不同颜 色显示反映出本次更新成功、更新失败的数据，使管理者直接明晰本次BIM模型 更新的具体情况。 ③BIM模型与数据库的信息交互 通过BIM软件AutodeskRevit中的开放数据库互连（OpenDatabase Connectivity，ODBC），可以导出ODBC格式数据，直接导入到Access数据库中， 形成设备运维管理的初始数据库，如图3.3所示。这个初试数据库表格含有BIM

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模型中包含的所有建筑与设备相关信息，实现BIM模型与设备运行维护数据库的 信息共享。

图3.3Access申的初始BIM数据表 Fig 3.3 The initial BIM data tables from Access

通过使用.NET开发语言，进行RevitAPI（Revit与Access之间的数据接口） 的开发，通过开发的RevitAPI将建筑设备运行维护数据库中的相关信息导入到 BIM模型中，同时有效更新BIM模型中相关信息。建立起BIM模型和设备运行维 护数据库之间的信息交互，来实现可持续的设备信息更新传递。

3.2 系统实现与应用

通过上一节对于整个建筑设备可视化管理系统的整体架构和主要功能的分析 与介绍，以下详细讲解系统的实现过程与应用，包括系统两大组成模块，BIM建 筑设备可视化模型和建筑设备运维数据库的实现与应用。本节将主要介绍两大模 快之一一BIM可视化模型的具体实现与应用。通过BIM模型可视化展示架构图 显示出BIM模型在建筑设备管理上的主要可视化应用，具体介绍BIM建筑和设备 模型的建立及信息集成过程，运用不同颜色、图案等方式进行建筑设备状态信息 的表达，介绍通过Revit自动统计功能进行设备信息总明细和各分类信息的统计等 力能

3.2.1BIM建筑设备可视化模型应用

BIM建筑设备可视化模型是系统中主要用于建筑设备可视化展示，实现可视

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化设备管理的工具，同时也是实现设备信息快速查询与统计的平台。利用BIM模 型将建筑及设备以3D可视化的形式直观、形象的表现出来，并为所涉及的项目参 与者提供相应的添加、查询、更新或修改设备信息和实时访问的可视化操作平台： 以实现高效的建筑设备管理。 利用BIM软件（如Revit）建立建筑及建筑设备3D模型；将设备的基本信息、 维护信息、合同信息、经济信息等添加到对应的每一个设备模型的属性中，BIM 模型自动整合输入的相关信息，形成集成所有设备信息的BIM模型。基于BIM技 术平台，将建筑设备信息进行可视化表达，利用虚拟的3维空间进行准确的设备 定位；利用设备3D模型展示出设备的规格、外观等信息；用不同的颜色、不同的 图案可视化展示出设备的运维状态、成本控制状态、合同纠纷状态、设备处置决 策等，帮助管理者迅速掌握设备状态。最后利用整合的设备信息、直观的可视化 展示来辅助管理者进行及时有效的设备管理与决策。 运用BIM模型辅助进行建筑设备可视化管理，其可视化展示架构及实现过程 如下图3.4所示：

3.2.2BIM建筑与设备模型的建立与信息集成

取样标准图3.4BIM模型可视化展示架构图

BIM模型使用AutodeskRevitArchitecture进行建筑模型建立。利用RevitME 进行设备模型建立。然后整合建筑与设备模型，将设备模型添加到建筑模型中， 并放置到建筑空间相应的安装位置，便可呈现出与实际情况相同的虚拟三维空间 效果，进行3D可视化展示。 将设备管理信息整合到BIM模型中，在模型中输入设备维护相关信息，包括 设备基本信息（ID和设备名称、规格和类型、安装位置、性能等），运行维护管理

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信息（维护状态、维护历史等），合同信息（供应商、保修期等），成本信息（购 置成本、安装成本、维护成本、折旧额等）。自动生成含有设备以上丰富信息集成 的BIM模型，以便于设备信息的完整保存。并且根据BIM集成模型中包含的建筑 设备信息，在模型中点选任意一个建筑设备，查看其类型属性，即可显示出该设 备的相关属性信息，实现设备信息的快速查询

建筑造价、预算、定额3.2.3建筑设备信息可视化表达

建筑设备的可视化管理需要将需 的对象用形象、醒目的方式来体现，如 用规格、材质、色彩、字体、图形、实例等方式来进行具体可视化表达，实现可 视化管理的标准化，使任何人都可以方便、简洁的进行管理及操作。 在建筑模型中录入设备相关信息之后，得到信息集成的BIM模型，利用BIM 提供的可视化操作平台，将设备状态信息，包括设备运行维护状态、合同纠纷状 态、成本控制状态、处置决策等信息用直观的图形、颜色等方式进行可视化表达， 帮助设备管理者一目了然的找出存在问题的设备和需要重点管理的设备，使管理 更加具有针对性和及时性，更有效的进行设备管理。以下详细介绍建筑设备各类 状态信息的表达方式与实现： ①设备运行维护状态可视化 对于建筑设备运维状态的可视化表达，主要采用不同颜色来表示设备的运行 维护状态。如用白色表示设备正常运行中、蓝色表示设备故障需维修、黄色表示 设备维修中或保养中、黑色表示设备停运中。下图3.5所示为空调设备运行维护状 态可视化展示示例。

图3.5空调设备运行维护状态可视化展示 Fig 3.5 Air condition operation maintenance state visual display