既有建筑BIM运维实现方法分析

摘要：相比于BIM技术在新建项目工程设计、施工阶段的广泛应用，BIM技术在既有建筑改造和运维方面的应用还比较少。该文对既有建筑信息采集需求和特点进行分析，对如何建立既有建筑BIM模型并应用于既有建筑运行维护和管理进行了探讨。

关键词：既有建筑；三维扫描；BIM技术；运维管理

引言

国家大力推进建筑业BIM技术应用，相比于BIM技术在新建项目工程设计、施工阶段的应用越来越广泛，BIM技术在既有建筑改造和运维方面的应用还比较少。与新建建筑BIM技术应用相比，既有建筑建筑信息模型表达及应用等方面的需求有很大不同，如何采用BIM技术获得完整和精细的建筑物信息化数字模型，并应用于既有建筑的后期运维管理，本文对此进行了探讨。

1既有建筑的BIM需求

信息化是建筑产业现代化的主要特征之一，BIM应用作为建筑业信息化的重要组成部分，是促进建筑业持续健康发展和转型升级的重要手段。住建部《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》要求，2020年末，建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。在住建部和各地相关政策的推动下，BIM技术在新建项目设计和施工阶段已得到广泛应用并取得了较好的效果。我们现在周边的既有建筑，大部分没有采用BIM技术，不论在上海外滩的历史建筑，还是在重庆（图1），以及全国其他地方的建筑，都没有建立数字信息模型。而这些建筑中有很大一部分属于或即将成为文物建筑，还要继续使用或保护100年以上，因此必须与时代接轨，使用BIM技术进行余下年代的维护管理。“城市更新与既有建筑改造”的建设方针，取代了以前通过大拆大建改变城市面貌和人居环境的做法。这是城市发展的正确方向，利国利民。因此，一些保留下来的既有建筑因使用功能的变化和面积的需求，与新建建筑的“结合”就成了一种必然方式。新建建筑的设计、施工、运营过程需要利用BIM技术来完成，而既有建筑部分则需要通过建立三维建筑模型，数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，这样新旧建筑才能有机地形成一体，实现工程监理、物业管理、设备管理、数字化加工、工程化管理等功能。我们身边的既有建筑，其中一部分属于文物建筑，它是前人留下的宝贵财富，它承载着优美的历史故事和传说，展现了建筑的民族风格、精湛的工艺水平和很高的艺术价值。但是，这些建筑没有留下设计图纸，一些著名建筑后来补充的主要是建筑图，维护修缮也是“脚疼医脚，头痛医头”，缺乏整体认识和规划。而采用了BIM技术，使文物建筑的信息更综合、全面，对它进行全方位妥善地保护和科学利用成为可能。

2数字模型的建立

既有建筑的数字化是能够利用BIM技术的重要一步。新修建筑首先是通过设计建立数字化模型，然后再对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此进行施工、运营。既有建筑本身已经建成，虽然有些建筑也有当初的设计图纸，但那是二维的，若既有建筑使用年代较长的，可能还做了改动，已不是图纸上的模样，因此，既有建筑数字模型的建立是根据实体来进行。目前为既有建筑建立数字模型这项技术是成熟的。首先通过3D数字扫描仪对建筑内外进行激光扫描，然后利用扫描数据建立点云模型，最后利用专业软件生成既有建筑的CAD线画图、三维展示浏览文件、3D点云漫游视频、3D模型建立的应用信息。图2是正在用3D扫描仪对重庆曾家岩周公馆的内部进行扫描作业。建筑高处不方便去的地方，或3D扫描仪看不见的地方，如屋面，可以通过无人机（图3）拍照后，将照片转换为点云模型，然后与扫描仪数据相接形成整体。随着BIM技术的深入推广应用，既有建筑数字信息模型的建立必然会提上议事日程。这是一个多么巨大的机遇，即使是其中的一小部分建筑建立模型，如大型的公用建筑、工业建筑、历史建筑和文物建筑，也需要大量的技术操作人员花费较长时间才能完成。

3既有建筑信息分类

既有建筑的相关资料是建筑成型和使用期间最真实的记录，是利用BIM技术进行后期使用过程管理的重要依据。3D扫描获得既有建筑的实体数字模型是其中的一步，接下来还要把设计、施工过程中的资料收集完整作为修建信息。由于既有建筑已经使用（即运营），有的甚至使用了很长时间，并产生了社会价值，已有深远的影响，这些使用信息也需要收集完善，否则信息模型不完整。既有建筑的所有信息资料可分为两类。一类是建筑实体信息，这与新建建筑的信息类似；另一类是文物价值的信息，这是一般新建建筑所不具有的，对一般既有建筑也不需要这些信息，主要是历史建筑和文物建筑需要这些信息。它们的内容及关系见图4。虽然，一般既有建筑建立数字信息模型只需要地勘报告、设计图纸、施工资料，使用阶段的功能改变、损伤修复、维修改造记录或档案，用以完善建筑前期过程的信息情况。但是，2000年前的建筑这些资料很多都没有，2000年后的建筑，资料缺失的也不少。因此需要通过调查、检测来补充这些资料。历史建筑把它归为文物建筑来完善资料，是因为一般历史建筑修建的时间较长，带有那个时代的印迹，有些历史建筑设计很有特色，被评为“优秀建筑”或“优秀历史建筑”，随着时间的推移，历史价值增加，它们也会成为文物建筑。文物建筑主要是从历史价值、科学价值、艺术价值三个方面进行评价。每幢建筑不一定三个价值俱全，要根据具体情况进行分析评价。收集资料进行正确评估是一个很细致、时间很长的工作，有时需要查阅大量档案，不同时代的影像、照片与建筑实物进行对比作出判断，甚至需要引经据典进行说明。

4既有建筑信息收集

既有建筑虽然可以用3D扫描仪建立空间的数字模型，但是要满足BIM技术的应用，还是有很大的距离。既有建筑直接建立的数字模型，省掉了设计和施工两个阶段，即省掉了在这两个过程中数据的积累。既有建筑是使用了一段时间，甚至有很长一段时间的建筑，在这个过程中，可能有很多事情会发生，这些情况都不清楚，不利于建筑余下过程的管理。下面对已建数字模型的既有建筑需要了解的内容做分类说明。

4.1关于建筑

3D扫描仪不能看见建筑的实体内的情况，因此很多资料要补充完善，为使数据准确，还需要现场检测。建筑构造及性能：建筑构造，如屋面的做法、材料；外墙保温的做法、材料；门窗的细部及构造；建筑热环境与耗能；建筑光环境、声环境、风环境、日照分析；建筑装饰等。建筑结构：地基及基础情况；结构构件尺寸，使用的材料及强度；结构连接的细部构造；混凝土结构的配筋情况等。管线情况：给排水管线、天然气管线、供暖管线的布置，供电线路的布置，以及连接位置等。

4.2关于施工

以前施工过程中发生的事情，基本上是文字记录，近年来，有些工程施工档案中也有了图像、声频、视频记录。为便于BIM的使用，有一部分要转为电子文档。如施工组织设计，设计更改，事故及处理情况，隐蔽工程视频，试验资料等。

4.3关于使用

既有建筑一般都已经使用了一些年份，因此需要调查了解的情况有：其间使用功能发生改变没有，如何改变的；有没有进行过维修或改造，怎么设计、施工的；若出现过意外灾害对结构造成损伤，如何处理的；建筑的耐久性怎么样，如何检测、评定的等等问题。

4.4文物价值

文物建筑虽然属于既有建筑，但是它不但具有一般建筑的特性，还有重要的历史价值、科学价值、艺术价值，即社会价值。既有建筑的历史价值，一般是指对历史发展所产生的积极影响或者是事物本身所具有的特殊意义，能为后人提供可以用来指导方向的导航图。既有建筑的科学价值，是指从建筑的角度反映出了不同时代的科技水平和生产力水平，对促进或推动科学技术的进步所起到的作用。既有建筑的艺术价值，是指建筑上及周边环境中的雕像、塑像、壁画、题字的艺术价值，以及建筑构造的风格所反映的民族性和地域性、个性等特点。建筑价值的发现和整理，需要技术人员懂得历史发展过程、地理环境、民族特性，懂得建筑、结构、材料以及使用的年代和作用，懂得雕塑、绘画、音乐、舞蹈的基本知识。为了获得准确的信息，需要去查找相关的资料，实地考察和调查，对建筑进行细致的对比分析。

5既有建筑的BIM运维管理

国外的运维管理已经成为一个专门的学科体系，称之为FM体系（FacilityManagement）。在行业划分上，FM与传统建设行业AEC并称为AEC/FM产业，大致相当于我们的建筑业和物业等产业的总和。近半个世纪以来，FM已经逐渐发展成为一个高度整合的建筑全生命周期管理模式，FM相关知识领域的关系如图4所示[1]。BIM在FM领域中的应用一般被称为“BIM+FM解决方案”。从图4可以看出，既有建筑与这些相关领域之间都有关联，因此BIM运维管理软件应综合考虑这些因素。既有建筑的数字模型和收集的相关信息必须通过运维管理软件才能发挥作用，对该建筑进行运行维护管理。BIM在运维中的应用在一定程度上取决于运维管理软件的发展。国外在这方面称为CAFM（Computer-AidedFacilityManagement）软件行业，这是与CAD（Computer-AidedDesign）同时诞生的术语。美国运营管理软件ArchiBUS是最有市场影响的软件之一。但因国情的差异，采用国产运维软件进行物业的维修管理更合适，一些知名企业和公司已在探索使用，如万科建研基地，建筑竣工移交使用方的同时提供BIM信息数据，BIM信息作为资产管理工具，对空间、使用、维护进行系统性管理。目前BIM技术的相关国家标准和应用软件主要是针对新建建筑，既有建筑相对于新建建筑，设计、施工过程已经完成，运营阶段也进行了一段时间，不是建设工程及设施的全生命期。因此，既有建筑与新建建筑数字信息化表达存在差异，把新建建筑的运营应用软件直接用于既有建筑显然是不合适的。需要BIM模型将分散的材料设备进行整合，将三维可视模型与综合智能建筑监控系统结合起来，达到高效管理。如何将市场现有的运维软件与当前既有建筑的运维管理有机结合，根据既有建筑现状模型中心文件，在三维可视化协同条件下，实现建筑运维方案优化；基于BIM技术和RFID技术物流管理信息系统，实现对构件的跟踪管理，监督结构整体状态等，这是我们需要进行研究的工作。既有建筑中的历史建筑与文物建筑承载的信息是新建建筑所没有的，甚至需要很长的时间才有。这些宝贵的信息如何与运营过程相结合，也就是说，如何利用BIM技术来实现，现在还没有提上议事日程。但是，这是一个值得认真研究的领域，它为历史建筑与文物建筑的保护，对城市更新与既有建筑改造是不可或缺的部分。

6结语

本文针对既有建筑尤其是历史、文物建筑维护的特点，对既有建筑信息采集需求和特点进行了分析，通过3D扫描、无人机摄影等技术与BIM技术结合，建立既有建筑信息模型，与智能运维和监控等技术相结合，可以实现既有建筑的科学维护和管理。

参考文献：

[1]刘荣桂.BIM技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.住房城乡建设部关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知[EB/OL].[2015-06-16].

[3]邵元阳，吴誉宏.BIM技术在既有建筑检测中的应用分析[J].环球市场，2019（12）.

[4]张洪歌.BIM技术在既有建筑改造中的应用探究[D].成都：西南交通大学，2016.

作者：林文修 袁兵 张超 单位：重庆市建筑科学研究院有限公司