既有建筑BIM運維實現方法分析

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摘要：相比于BIM技術在新建項目工程設計、施工階段的廣泛應用，BIM技術在既有建筑改造和運維方面的應用還比較少。該文對既有建筑信息采集需求和特點進行分析，對如何建立既有建筑bim模型并應用于既有建筑運行維護和管理進行了探討。

關鍵詞：既有建筑；三維掃描；BIM技術；運維管理

引言

國家大力推進建筑業BIM技術應用，相比于BIM技術在新建項目工程設計、施工階段的應用越來越廣泛，BIM技術在既有建筑改造和運維方面的應用還比較少。與新建建筑BIM技術應用相比，既有建筑建筑信息模型表達及應用等方面的需求有很大不同，如何采用BIM技術獲得完整和精細的建筑物信息化數字模型，并應用于既有建筑的后期運維管理，本文對此進行了探討。

1既有建筑的BIM需求

信息化是建筑產業現代化的主要特征之一，BIM應用作為建筑業信息化的重要組成部分，是促進建筑業持續健康發展和轉型升級的重要手段。住建部《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》要求，2020年末，建筑行業甲級勘察、設計單位以及特級、一級房屋建筑工程施工企業應掌握并實現BIM與企業管理系統和其他信息技術的一體化集成應用。在住建部和各地相關政策的推動下，BIM技術在新建項目設計和施工階段已得到廣泛應用并取得了較好的效果。我們現在周邊的既有建筑，大部分沒有采用BIM技術，不論在上海外灘的歷史建筑，還是在重慶（圖1），以及全國其他地方的建筑，都沒有建立數字信息模型。而這些建筑中有很大一部分屬于或即將成為文物建筑，還要繼續使用或保護100年以上，因此必須與時代接軌，使用BIM技術進行余下年代的維護管理?！俺鞘懈屡c既有建筑改造”的建設方針，取代了以前通過大拆大建改變城市面貌和人居環境的做法。這是城市發展的正確方向，利國利民。因此，一些保留下來的既有建筑因使用功能的變化和面積的需求，與新建建筑的“結合”就成了一種必然方式。新建建筑的設計、施工、運營過程需要利用BIM技術來完成，而既有建筑部分則需要通過建立三維建筑模型，數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，這樣新舊建筑才能有機地形成一體，實現工程監理、物業管理、設備管理、數字化加工、工程化管理等功能。我們身邊的既有建筑，其中一部分屬于文物建筑，它是前人留下的寶貴財富，它承載著優美的歷史故事和傳說，展現了建筑的民族風格、精湛的工藝水平和很高的藝術價值。但是，這些建筑沒有留下設計圖紙，一些著名建筑后來補充的主要是建筑圖，維護修繕也是“腳疼醫腳，頭痛醫頭”，缺乏整體認識和規劃。而采用了BIM技術，使文物建筑的信息更綜合、全面，對它進行全方位妥善地保護和科學利用成為可能。

2數字模型的建立

既有建筑的數字化是能夠利用BIM技術的重要一步。新修建筑首先是通過設計建立數字化模型，然后再對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此進行施工、運營。既有建筑本身已經建成，雖然有些建筑也有當初的設計圖紙，但那是二維的，若既有建筑使用年代較長的，可能還做了改動，已不是圖紙上的模樣，因此，既有建筑數字模型的建立是根據實體來進行。目前為既有建筑建立數字模型這項技術是成熟的。首先通過3D數字掃描儀對建筑內外進行激光掃描，然后利用掃描數據建立點云模型，最后利用專業軟件生成既有建筑的CAD線畫圖、三維展示瀏覽文件、3D點云漫游視頻、3D模型建立的應用信息。圖2是正在用3D掃描儀對重慶曾家巖周公館的內部進行掃描作業。建筑高處不方便去的地方，或3D掃描儀看不見的地方，如屋面，可以通過無人機（圖3）拍照后，將照片轉換為點云模型，然后與掃描儀數據相接形成整體。隨著BIM技術的深入推廣應用，既有建筑數字信息模型的建立必然會提上議事日程。這是一個多么巨大的機遇，即使是其中的一小部分建筑建立模型，如大型的公用建筑、工業建筑、歷史建筑和文物建筑，也需要大量的技術操作人員花費較長時間才能完成。

3既有建筑信息分類

既有建筑的相關資料是建筑成型和使用期間最真實的記錄，是利用BIM技術進行后期使用過程管理的重要依據。3D掃描獲得既有建筑的實體數字模型是其中的一步，接下來還要把設計、施工過程中的資料收集完整作為修建信息。由于既有建筑已經使用（即運營），有的甚至使用了很長時間，并產生了社會價值，已有深遠的影響，這些使用信息也需要收集完善，否則信息模型不完整。既有建筑的所有信息資料可分為兩類。一類是建筑實體信息，這與新建建筑的信息類似；另一類是文物價值的信息，這是一般新建建筑所不具有的，對一般既有建筑也不需要這些信息，主要是歷史建筑和文物建筑需要這些信息。它們的內容及關系見圖4。雖然，一般既有建筑建立數字信息模型只需要地勘報告、設計圖紙、施工資料，使用階段的功能改變、損傷修復、維修改造記錄或檔案，用以完善建筑前期過程的信息情況。但是，2000年前的建筑這些資料很多都沒有，2000年后的建筑，資料缺失的也不少。因此需要通過調查、檢測來補充這些資料。歷史建筑把它歸為文物建筑來完善資料，是因為一般歷史建筑修建的時間較長，帶有那個時代的印跡，有些歷史建筑設計很有特色，被評為“優秀建筑”或“優秀歷史建筑”，隨著時間的推移，歷史價值增加，它們也會成為文物建筑。文物建筑主要是從歷史價值、科學價值、藝術價值三個方面進行評價。每幢建筑不一定三個價值俱全，要根據具體情況進行分析評價。收集資料進行正確評估是一個很細致、時間很長的工作，有時需要查閱大量檔案，不同時代的影像、照片與建筑實物進行對比作出判斷，甚至需要引經據典進行說明。

4既有建筑信息收集

既有建筑雖然可以用3D掃描儀建立空間的數字模型，但是要滿足BIM技術的應用，還是有很大的距離。既有建筑直接建立的數字模型，省掉了設計和施工兩個階段，即省掉了在這兩個過程中數據的積累。既有建筑是使用了一段時間，甚至有很長一段時間的建筑，在這個過程中，可能有很多事情會發生，這些情況都不清楚，不利于建筑余下過程的管理。下面對已建數字模型的既有建筑需要了解的內容做分類說明。

4.1關于建筑

3D掃描儀不能看見建筑的實體內的情況，因此很多資料要補充完善，為使數據準確，還需要現場檢測。建筑構造及性能：建筑構造，如屋面的做法、材料；外墻保溫的做法、材料；門窗的細部及構造；建筑熱環境與耗能；建筑光環境、聲環境、風環境、日照分析；建筑裝飾等。建筑結構：地基及基礎情況；結構構件尺寸，使用的材料及強度；結構連接的細部構造；混凝土結構的配筋情況等。管線情況：給排水管線、天然氣管線、供暖管線的布置，供電線路的布置，以及連接位置等。

4.2關于施工

以前施工過程中發生的事情，基本上是文字記錄，近年來，有些工程施工檔案中也有了圖像、聲頻、視頻記錄。為便于BIM的使用，有一部分要轉為電子文檔。如施工組織設計，設計更改，事故及處理情況，隱蔽工程視頻，試驗資料等。

4.3關于使用

既有建筑一般都已經使用了一些年份，因此需要調查了解的情況有：其間使用功能發生改變沒有，如何改變的；有沒有進行過維修或改造，怎么設計、施工的；若出現過意外災害對結構造成損傷，如何處理的；建筑的耐久性怎么樣，如何檢測、評定的等等問題。

4.4文物價值

文物建筑雖然屬于既有建筑，但是它不但具有一般建筑的特性，還有重要的歷史價值、科學價值、藝術價值，即社會價值。既有建筑的歷史價值，一般是指對歷史發展所產生的積極影響或者是事物本身所具有的特殊意義，能為后人提供可以用來指導方向的導航圖。既有建筑的科學價值，是指從建筑的角度反映出了不同時代的科技水平和生產力水平，對促進或推動科學技術的進步所起到的作用。既有建筑的藝術價值，是指建筑上及周邊環境中的雕像、塑像、壁畫、題字的藝術價值，以及建筑構造的風格所反映的民族性和地域性、個性等特點。建筑價值的發現和整理，需要技術人員懂得歷史發展過程、地理環境、民族特性，懂得建筑、結構、材料以及使用的年代和作用，懂得雕塑、繪畫、音樂、舞蹈的基本知識。為了獲得準確的信息，需要去查找相關的資料，實地考察和調查，對建筑進行細致的對比分析。

5既有建筑的BIM運維管理

國外的運維管理已經成為一個專門的學科體系，稱之為FM體系（FacilityManagement）。在行業劃分上，FM與傳統建設行業AEC并稱為AEC/FM產業，大致相當于我們的建筑業和物業等產業的總和。近半個世紀以來，FM已經逐漸發展成為一個高度整合的建筑全生命周期管理模式，FM相關知識領域的關系如圖4所示[1]。BIM在FM領域中的應用一般被稱為“BIM+FM解決方案”。從圖4可以看出，既有建筑與這些相關領域之間都有關聯，因此BIM運維管理軟件應綜合考慮這些因素。既有建筑的數字模型和收集的相關信息必須通過運維管理軟件才能發揮作用，對該建筑進行運行維護管理。BIM在運維中的應用在一定程度上取決于運維管理軟件的發展。國外在這方面稱為CAFM（Computer-AidedFacilityManagement）軟件行業，這是與CAD（Computer-AidedDesign）同時誕生的術語。美國運營管理軟件ArchiBUS是最有市場影響的軟件之一。但因國情的差異，采用國產運維軟件進行物業的維修管理更合適，一些知名企業和公司已在探索使用，如萬科建研基地，建筑竣工移交使用方的同時提供BIM信息數據，BIM信息作為資產管理工具，對空間、使用、維護進行系統性管理。目前BIM技術的相關國家標準和應用軟件主要是針對新建建筑，既有建筑相對于新建建筑，設計、施工過程已經完成，運營階段也進行了一段時間，不是建設工程及設施的全生命期。因此，既有建筑與新建建筑數字信息化表達存在差異，把新建建筑的運營應用軟件直接用于既有建筑顯然是不合適的。需要BIM模型將分散的材料設備進行整合，將三維可視模型與綜合智能建筑監控系統結合起來，達到高效管理。如何將市場現有的運維軟件與當前既有建筑的運維管理有機結合，根據既有建筑現狀模型中心文件，在三維可視化協同條件下，實現建筑運維方案優化；基于BIM技術和RFID技術物流管理信息系統，實現對構件的跟蹤管理，監督結構整體狀態等，這是我們需要進行研究的工作。既有建筑中的歷史建筑與文物建筑承載的信息是新建建筑所沒有的，甚至需要很長的時間才有。這些寶貴的信息如何與運營過程相結合，也就是說，如何利用BIM技術來實現，現在還沒有提上議事日程。但是，這是一個值得認真研究的領域，它為歷史建筑與文物建筑的保護，對城市更新與既有建筑改造是不可或缺的部分。

6結語

本文針對既有建筑尤其是歷史、文物建筑維護的特點，對既有建筑信息采集需求和特點進行了分析，通過3D掃描、無人機攝影等技術與BIM技術結合，建立既有建筑信息模型，與智能運維和監控等技術相結合，可以實現既有建筑的科學維護和管理。

參考文獻：

[1]劉榮桂.BIM技術及應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2017.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.住房城鄉建設部關于印發推進建筑信息模型應用指導意見的通知[EB/OL].[2015-06-16].

[3]邵元陽，吳譽宏.BIM技術在既有建筑檢測中的應用分析[J].環球市場，2019（12）.

[4]張洪歌.BIM技術在既有建筑改造中的應用探究[D].成都：西南交通大學，2016.

作者：林文修 袁兵 張超 單位：重慶市建筑科學研究院有限公司