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2019全景工博会
设备管理与维护

是否使用BIM三维模型就能实现真正的智慧运维?

  2019年01月03日  

  概览

  在项目运维阶段利用所谓“智能BIM三维模型”来管理建筑的全生命周期是目前行业内最让人津津乐道的话题。这个看似不错的想法,在实际操作上却会遭遇许多挑战。尤其是在许多国内业主和运营管理团队连基本的日常设备维护都无法落实到位的情况下,再华丽的前沿技术也只能沦为摆设。

  借鉴相关经验,结合业内众多管理标准,要达成BIM在运维阶段使用的这一想法,重点在于如何丰富BIM模型在竣工数据方面的短板。由此,业主需要开展一项针对运维数据准备的长期工作,即在设备采购前就事先与设备供应商定义好运维所需的设备参数、数据格式、项目进程,随后在施工建设阶段由业主或其委派单位来监督整个准备流程。

  至于模型本身,较为可行的方案是尽量避免在早期将BIM设计的过为庞大和复杂,从而牵涉到太多无关人员或组织。可以考虑在BIM模型上额外添加适用于运维管理的应用层,以此延伸BIM的使用价值。下文将会详细叙述在中国大陆和中国香港的部分环保企业和建筑项目中应用BIM技术的案例。

  1 纸上谈BIM

  目前,各地政府都在加紧出台与BIM相关的政策,规定在建筑建设领域必须使用BIM作为主要的设计和施工辅助工具。因此,花了重金的业主们开始考虑起如何利用BIM来辅助建筑后期的运营和维护管理。这也使得“BIM在设备管理中的应用”和“BIM在建筑全生命周期管理的应用”这类话题在全球范围内火速升温,受到广泛热议。

  供应商为了卖出更多的软件许可证,不断地向BIM从业人员“画饼”,演示BIM在运维阶段的酷炫操作。比较常见的例子包括,利用VR眼镜导航三维模型,遥感选择特定的设备并读取其相关的维护信息,有可能还会模拟创建一个所谓的“维护工单”。而专业的工程人员深知,这些虚拟场景只是美好的概念上的假想,与现实的维护工作存在着天壤之别。

  软件要用的好,数据起着关键的作用。想要BIM模型发挥更大的运维价值,就要丰富其与运维相关的数据的积累。如引言所述,数据的缺失让BIM的实际应用变得更加困难。尤其是在中国市场,业主几乎很难获取建筑的竣工图纸和数据。而设备供应商也无法按要求提供正确的技术文档,且他们本身对运维管理亦缺乏实际的操作经验(这一点也符合了喜科与上海大学合作发布的“中国维护调查报告”中提出的结论)。因此,从运维的角度来看,大多数BIM技术的应用仍然只是一纸空谈,可我们还是经常能听到某些自诩“智能”的软件供应商将这些项目的失败归咎于从业人员的“愚钝”。

  2 从工业中借鉴

  随着建筑物越建越高,技术越来越复杂,在项目施工准备阶段就开始为运维做准备已成为了必要的步骤。超高层建筑不仅仅只是大型混凝土堆砌的结构,它们也包含着越来越多的超大型的工程系统,如:暖通系统、水处理系统、电力供应系统、电梯等。这使得这些建筑与高度自动化的流程制造业工厂越来越类似。所以,我们可以从成熟的工业体系中借鉴并学习到能运用于建筑行业的运维管理方法和经验。

  了解BIM的人应该知道,BIM其实并不是什么新鲜事物。三维设计在航空航天领域和流程制造业中(石油和天然气、化工、公用事业领域)已有数十年的应用历史。在90年代后期,当时“BIM”这一概念还尚未发明,本文的其中一位作者就将三维模型和数据管理工具与计算机化的维护管理系统进行了集成,并应用在了一家化工厂中。不仅这些技术得到成功地整合,在项目施工阶段就开展维护数据准备工作的方法论也从此得以推广,这些历经时间考验的成熟的系统实施规范便可以运用到建筑的后期运维管理中。

  在项目施工阶段就使用BIM为客户开展运维数据准备工作不只是一时的潮流,而是在不断变化的建筑行业大环境下落实最佳运维实践的强大助推力。为了落实这一最佳实践,尤其是在中国的建设项目中,应该对数据的准备过程进行详细、细致的设计,从而能在后期建设过程中帮助业主克服遇到的各种运维难点。此外,BIM在运维管理中的应用应基于现实的工程维护需求,而不是软件厂商天马行空的设想。

  3 从施工到运营维护阶段技术数据的顺利过渡

  BIM团队通常只关注于为业主和官方人员展示逼真的建筑三维模型,但这些三维模型对工厂管理团队起到的实际作用却非常少。而英国标准PAS 1192-2:2 – 2013(使用建筑信息模型对施工项目资本/交付阶段的信息管理规范)则在实际应用方面为BIM用户提供了一些有用的见解。在这一标准中描绘了一个“通用数据环境”,这一“环境”包含了所有用于过渡到运营阶段的有用信息,同时强调了非图形化数据和文档的重要性。

  图1:PAS 1192-2:2013标准中的“通用数据环境”(Mervyn Richards先生版权所有)

  至于何种数据会在实际运营中使用之类的细节问题,PAS 1192-2:2013标准只是按照现有的国际标准提供了简单的指导(主要是参考了前身为英国标准协会制定的PAS 55标准的ISO 55000资产管理体系)并以此建立实际应用。在国内现有维护意识薄弱的大环境下,这一标准并没有明确到具体的数据和使用细节,为中国市场的建筑行业带来了有趣的挑战。

  更引人注目的是,一些行业中知名的BIM标准,如:施工运营建筑物信息交换(COBie)标准、或美国建筑师协会的LOD-500标准在后期运维方面也只留下只言片语,这也表明了在BIM的相关服务中没有涉及到企业所需的运维技术。不仅如此,LOD-500标准还强调了:“通过现场验证的竣工模型可授权用于设备的运营维护”,从根本上来说是将BIM如何在实际中应用的这一难题踢给了后期运营团队,而BIM团队却依旧在做如“重新设计车轮”这类的无用功。

  相反,一些与BIM无关,且由非BIM专业人员编写的工业标准,却被证明在运维管理的应用实践中非常有用。其中最受欢迎的是ISO 55000资产管理体系,而其他标准,如:EN 15331、EN 13460和ISO 14224也提供了有效且实际的指导。工业从业者,尤其是来自流程制造业和公用事业部门的从业者,都对这些标准非常熟悉。在过去的几年里,我们注意到设备管理标准与工业维护标准之间日益趋同,前者的规范越来越接近后者,这也进一步证明了作者认为在建筑运营方面要“从工业中学习”的观点。

  4 运维数据概览

  只有基于国际标准定义了数据需求之后,才能回答需要何种IT支持工具的问题。BIM软件本身不能存储所需的运维数据,因为这些数据不仅仅只是一些参数,而是结构化的、复杂的数据。如下图所示。确实,在COBie数据和常见的BIM格式(如Revit)的使用中也证实了诸如备件、预防性维护指令等复杂的数据是不能轻易地存储在BIM模型内的。

  图2:运维数据概览(Siveco集团版权所有)

  PAS 1192-2标准给出了一个如何在运维中落实BIM的简单答案,即“通用数据环境”是基于多个软件程序的,而不仅仅是BIM三维模型一个软件。

  以深圳市建筑工务署政府公共工程BIM应用实施纲要为例证,其中就展示了现在普遍解决IT支持工具需求的方法。这一标准主要以技术为驱动,与那些以工作流程驱动的国际标准正好相反,要求BIM与各类建筑系统,如:楼宇管理系统(BMS)或管道闭路电视系统(CCTV)进行集成,以达到数据收集的作用。每个软件供应商都有自己的重点服务领域,如:空间管理、工作管理和资产管理等,但过多的集成会使得维护管理系统出现数据混乱的情况,这点也体现了集成过多的软件系统带来的复杂影响。

  从“纸上谈兵的技术人员”的角度来看,对技术的过度追求确实是此类项目的众多缺陷之一:虽然技术提供了许多可能性,但首先必须有基础(如应该收集哪些数据以及如何收集),而深圳的BIM标准并没有解决这个问题。

  5 使BIM应用于运维的各类方法

  在BIM的发展过程中,曾对集成过多造成的混乱情况进行过各种尝试。早期的方法是在BIM软件中开发额外的功能,但通常会因低估了研发的复杂程度而面临许多技术挑战。为了迎合BIM软件的局限性,业内还尝试开发了以数据库为驱动的中间系统,这种中间系统能将BIM软件与在相关数据库上运行的第三方资产管理软件进行连接。但从全球维护市场中少数活跃的几家国际软件供应商来看,这种方法也充满风险:已有的供应商们已经花费了数十年时间来改进他们的软件设计却还没有成效,此外,自20世纪80年代后期开始业内再也没有新的供应商进入市场。

  一个显而易见的替代方案是将BIM数据重新格式化并上传到计算机化的维护管理系统(CMMS)中。一些现代化的CMMS系统就可以通过调用BIM界面展示3D视图(这可能需要第三方接口模块或对软件的接口进行额外开发,但这比开发CMMS新功能简单得多)。这种通过接口进行集成的方法在业内已经取得了成功。然而,正如作者在亚洲数百个CMMS项目中所见证的那样,由于CMMS供应商通常只在建筑建设完成后才与运维团队合作,使得BIM在实际应用中遇到了障碍。

  在建筑行业中,上述的解决方案没有一个能达到令人非常满意的效果,几乎没有解决方案可以对建筑从前期建设到后期运维实施全方位管理,这主要是由于软件供应商缺乏相关经验的实际问题造成的。而其中最关键的几点因素是:缺乏施工期间的各项运维数据(通常是由于承包商的经验不足或是没有具体的合同条款造成的)、运营管理团队未在项目设计初期完全参与(很明显运营管理团队只会在多年后的项目运维期参与)、预算分配问题或建设和运营管理团队之间的目标不一致。因此,在过去几年宣布的众多概念验证项目中,几乎没有项目最后能被应用于实际日常运营中。这也验证了“智慧”往往会输给“实际”的情况。

  6 去伪存真

  正如维克多·雨果的名言:“革命是去伪存真。”特别是对于“革命性”的项目,例如将BIM应用于运维管理中,一般最现实的方法往往最有效。项目的实施方法和使用何种支持软件工具必须以解决实际情况为目的;因此,不能将项目的失败归咎于实际情况。以现实为例,当涉及到土木工程时,实际建设总是要以避免建筑物倒塌为第一目标,而在IT主导的工程项目里这一最重要的现实问题却常常被忽视。

  首先,如PAS 1192-2:2013所示,必须为业主方负责运维数据准备工作的工程师(或工程师团队)招募一个专业人员。这一角色可以由第三方专业机构担任,亦或是一家具有相关经验的维护咨询公司。根据第一部分说明的从工业中学习的理论,这些公司往往在流程制造业中具有相关经验、而非建筑行业。项目的早期准备阶段包括为数据准备定义详细的说明、格式、作用和时间表,最理想的操作时间是在主要设备合同签署之前完成。这将确保供应商提供有用的且格式正确的电子运维数据,以最大限度地减少工作量和成本。数据准备阶段过后整个建设项目开始实施,在此期间,供应商根据需要和承包商指定的检查提交文档,并打包数据以便作为完工的运维文档交付给业主。

  就软件而言,一个实际的建议是让设计和施工团队自行选择BIM软件,并让运维或设备管理团队自行选择运营管理工具。运营管理工具在最理想的状况下应在建筑开放之前就投入使用,但通常这一系统在建筑生命周期管理的后期才会出现,有时考虑到建筑运营的时间和预算限制,甚至在几年后才会投入使用这一系统。先在已建立的IT应用和各类软件之间应小心避免其之间的不协调,然后运维数据准备工作就能开始实施了。

  相反,在BIM模型上附加运维的应用层可以为构建直接连接到BIM的运维数据提供支持,如本文下一部分的案例研究所示。与上述的中间件的使用方法有些相似,这个数据准备工具必须能为促进数据收集工作提供支持,并确保一致性检查、编码规则检查和监控进度等。它可以做到BIM和运维数据之间的相互连接,并提供图形化的用户界面导航。随后,当建筑物进入使用期时,运维团队可以通过运维应用层直接从BIM访问数据,或者在CMMS准备就绪时选择将所有数据传输到CMMS。这种双赢的方式为所有参与项目的建设和运营团队、BIM和CMMS供应商带来益处。

  图3:喜科bluebee®云计算平台中的运维数据准备工具(Siveco集团版权所有)

  7 现实生活的实际应用

  这种结合了工业维护经验和有效软件支持的实用方法已在中国大陆和香港的多个项目中取得了成功。

  世界环保巨头苏伊士在其位于江苏南通的危废焚烧厂建设期间,选择喜科协助其进行运营和维护数据的准备工作。该工厂于2015年末开始运营,并使用喜科的解决方案进行日常维护。因该项目没有包含有用的三维模型数据,所以该项目没有使用到这一技术。不过,香港有机资源回收中心目前正在采用同样的策略,即在项目施工阶段就为客户开展维护工作。该设施目前正由苏伊士及其在香港北大屿山岛的当地合资伙伴安乐工程建造,在这个项目中,三维模型将与运维数据很好的关联。

  图4:在项目施工阶段就为客户开展维护工作(Siveco集团版权所有)

  中海油在其新建的北京办公大楼应用了喜科的bluebee®云平台。这一平台可以作为维护数据存储平台,将Revit图纸嵌入在系统中,把BIM数据导入,通过三维视图进行设备管理。此外,中海油还考虑将这一系统应用在其他建筑资产中。同样的解决方案还应用在了在建中的高度达530米的天津周大福金融中心项目。

  香港西九文化区(WKCDA)正在考虑为10年后文化区的建成选择一个设备管理系统。文化区内第一个建筑物:M+展亭是一座试运行的小型展览中心并于2016年完工。我们应该如何为其构建运维数据库并从该建筑物的BIM模型中提取相关信息,并将数据顺利过渡给未来的设备管理系统呢?BIM咨询公司科进|栢诚与项目组、承包商和设备管理团队之间紧密合作,在COBie的表单中寻找相关运维数据并在BIM系统中进行设备列表整理。这些Excel格式的COBie数据都将保存在通用数据环境中。在未来,无论选择何种系统或何时部署,都可以用最灵活的方式将数据过渡到设备管理系统中。

  作者

  喜科总经理浦乐诺先生及科进柏诚大中华地区副董事吴志威先生

标签:喜科 bluebee®云计算平台我要反馈
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