BIM技術在優化H項目工程建筑設備運維管理中的應用研究

來源: www.0887184.live 作者:vicky 發布時間:2020-02-09 論文字數:48566字
論文編號: sb2020012520150829277 論文語言:中文 論文類型:書評
本文是一篇工程碩士論文,本文旨在研究 BIM 技術在優化 H 項目建筑設備運維管理中的應用,H 項目為政府大力推進的公共建筑,因此建設單位在建筑設備運維管理上有較高的要求。
本文是一篇工程碩士論文,本文在對建筑設備管理價值點總結的基礎上,總結歸納了現有 BIM 技術應用于建筑設備管理的相關文獻,并以 H 項目建筑設備運維管理為案例,對該項目的建筑設備運維管理應用展開了研究。運用 BIM 效果評價相關指標,對 H 項目建筑設備運維管理的 BIM 應用效果進行了評價。最后,總結了 BIM 技術應用于建筑設備運維管理的障礙,分析了 BIM技術應用于建筑設備運維管理的保障措施。

第 1 章  緒論

1.1 研究背景及意義
1.1.1  研究背景
工程管理的意義是將工程技術與管理相結合,因此綠色建筑產業聯盟把 BIM 工程技術對建筑工程全生命周期工程管理應用劃分為前期決策階段管理、設計階段管理、中期施工階段管理和后期的運維階段管理四個階段[1],如圖 1.1 所示。一個項目從規劃設計階段到竣工驗收完畢,總體時間也在 3-5 年,而后期運維階段建筑設備管理(簡稱建筑設備運維管理)的時間可以說占了工程項目管理全生命周期中的絕大數時間。因此就建筑工程管理成本而言,后期建筑設備運維管理的成本要占到項目建設總成本的 83%[2]。從能耗來看,后期建筑設備運維管理的能耗要占到項目總能耗的 70-80%[3]。所以,建設項目運維建筑設備管理階段具有時間長、成本比例高、能耗大等特點。
圖 1-1 BIM 工程技術在工程管理全過程中的應用
在建設項目運維管理階段中建筑設備的運維管理消耗了大量的人力、物力和財力,對建筑設備的管理水平和運行效率都有著極大的考驗。過去建筑設備運維管理主要是通過紙質資料和電子版圖紙來保存信息,進行建筑設備管理,但存在諸多的問題,比如信息十分分散,很容易丟失,不能實現無損實時共享;查詢信息可能需要翻閱大量的圖紙和資料,且無法找到成套的建筑設備相關信息;維修方案制定時,由于缺乏成套的建筑設備相關信息,無法確保維修的及時性、準確性和完好性。因此,依靠 BIM 技術優化建筑設備運維管理已經顯得十分重要。鑒于此,有必要解決過去建筑設備管理手段中存在的問題,以此來提升建筑設備管理效率,這也是本課題的研究意義所在。
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1.2 國內外現狀概述
1.2.1 國外研究現狀
自從美國提出了專業化的建筑設備管理以來,全世界各地開始重視建筑設備的管理,特別是歐美國家已經有大量的專業建筑設備管理組織成立,并為單位及個人提供專業化的建筑設備管理外包服務和技術支持。近年來,BIM 技術的不斷成熟,越來越多的組織將 BIM技術引入到建筑設備運維管理中,學者們也加大了基于 BIM 技術的建筑設備運營管理的研究力度,并取得了豐碩的成果。
(1)BIM 技術應用于建筑設備管理應用的研究
Eric M.Wetzel 提出將 BIM 技術應用于建筑設備維修實踐中,可以讓管理人員獲得更加全面的信息,從而高校管理建筑設備的安全[3]。Ju-Hung Lan 在深入研究了建筑設備管理的需求基礎上,提出了構建基于 BIM 的建筑設備管理系統,該系統能夠比較準確的呈現建筑設備的 2D 圖紙和 3D 模型,明確各建筑設備之間的位置關系,從而發現建筑設備運行存在的問題[6]。Christaline Wijekoon 認為,基于 BIM 的建筑設備信息價值矩陣,能夠為建筑設備管理人員評估 BIM 信息的可用性及可靠性,并合理使用相關信息,確保信息的正確性[5]。Rui&Liu 采用問卷調查的形式,評估了建筑設備運維階段可能出現的各種維修類型,并總結歸納如何應用 BIM 技術提升維修類型的效率[7]。Perrine Pittet 提出了應當從建筑設備管理經理視角,來思考運用 BIM 進行建筑設備管理,以滿足建筑設備管理業務需求[8]。Motawa I 研究的主要方向是將 BIM 技術和己建成的建筑運維管理系統有機的整合在一起,能夠達到最優化的建筑物設施管理,實現智能建筑[9]。Shelbourn 認為,建筑設備管理中采用 BIM技術時,能夠提升員工的工作效率,最為典型的例子是引入 BIM 技術以后,建筑設備管理人員將減少在辦工桌上的時間[10]。Wang S H 等運用 BIM  技術構建了一個包含應急疏散模擬、逃生路線規劃、安全教育和建筑設備維護保養 4 個應用模塊的運維系統,該系統支持安全管理和建筑管理信息存儲,能夠有效地進行消防安全評估并提供可視化運維信息[11]。Subramaniam 認為,建筑設備管理中運用 BIM 技術,能夠有效提升公共場所的生活質量,讓大樓使用者對物業服務的滿意度顯著提升[12]。Mohamad Kassem 等通過文獻研究和實證研究,指出 BIM 技術在建筑運維階段的價值主要體現在:手動信息切換的轉變、運維數據精確度提升、信息可用性等方面[13]。

表 1-1  知網部分論文列表............................

第2章 BIM 與建筑設備運維管理理論

2.1 BIM 概念及特征
2.1.1 BIM 的定義
1957 年,為了解決建筑圖紙冗余、圖紙更新程序復雜、人工檢索圖紙成本高等問題, Chuck Eastman 提出采用數據庫構建建筑信息模型,即 BIM(Building Information Modeling)[35],對圖紙進行規范化管理。隨著 BIM 概念研究的不斷深入,越來越多的機構或學者給出了 BIM 技術的定義,如:美國建筑師學會(AIA)認為,將建筑物的工程項目資訊資料結合在一起,采用信息化的手段進行管理[36]。“BIM 之父”查理·伊斯特曼認為 BIM 技術是可以將建筑各個階段過程所有信息立體的集合在一起的建筑信息模型  [37]。“BIM”教父杰里·萊賽琳教授認為,BIM 是一個業務流程的匯總,并非是一個構建建筑信息模型的軟件或者系統[38]。
綜上所述,盡管各大機構、學者就 BIM 概念給出了定義,但并未統一思想??傮w來看,他們將 BIM 概念劃分為建筑模型結果和建筑建模過程兩部分。所以,綜合學者們的意見得出,BIM 不僅僅包含建筑全生命周期的物理特性與功能特性的建筑數字模型,也能夠實現建筑相應的特性的共享和互用,為項目提供決策和信息資源。
2.1.2 BIM 的特征與優勢
將 BIM 技術應用于建筑設備的管理,必須要囊括建筑本身各階段的數據,并服務與不同的參與主體,并將建筑工程相關信息全面可靠的存儲與表達。所以,BIM 應用于建筑設備管理必須具有模型信息的完備性、關聯性、一致性、協同性等特點,最終實現工程信息的積累拓展和完備的集成應用,實現建筑物全生命周期的服務與管理[39]。
(1)信息的完整性:BIM 模型不僅能將信息與三維匹配在一起,也能將工程信息進行儲存與傳遞,比如:項目周邊的水、電、交通等市政建筑設備信息;建筑所包含構建的類型、名稱、數量、性能、參數等信息;施工節點、施工質量、施工造價、施工全過程的相關人、機、料、法、環等信息及信息之間的拓撲關系。
(2)信息聯動性:BIM 模型是參數化模型,修改其中一個參數相匹配其它構件會相應更新,達到自動更新聯動性的構建,這就使得建筑物各構件之間有較強的關聯性,提升了設計運行效率,也確保了信息更新的及時性及準確性。
(3)信息的一致性:參與建筑的建設和運營的各方都可以進行信息的提取、錄入和修改,模型內存儲了建設工程項目全生命周期的信息。當相應的信息錄入后,系統自動保存,減少后期重復錄入造成信息不匹配等錯誤,讓各個階段的信息保證一致性。
(4)信息的協同性:由于建筑項目的建設與運維參與單位眾多,各方都可以在 BIM 模型中修改和關聯信息,從而保證信息的直接性,利用 BIM 模型的協同性,將各方信息進行共享與傳遞,提高信息調用的效率。
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2.2 建筑設備運維管理的基本理論
2.2.1  建筑設備運維管理的定義
各國立足于不同角度就建筑設備的運維管理提出了自己的見解,雖然表述略有差異,但管理目的和思路是一致的。綜上,本文認為,所謂的建筑設備管理是指建筑物使用期間,人為進行建筑設備的集成結合管理,提升建筑設備的使用效率,滿足房屋使用者對房屋建筑設備的使用需求,提高居住環境品質。
2.2.2  建筑設備運維管理的職能
建筑物建筑設備主包含建筑物、暖通建筑設備、給排水建筑設備、機電建筑設備信息維護等與建筑物的生活環境相關的內容。房屋運維管理機構針對不同的服務目的制定不同的建筑設備運維管理職能。本文借鑒曹吉鳴,繆莉莉等[43]學者就建筑物設備運維管理確定的基本職能,主要包含以下幾部分的內容:
(1)不動產的設備運維管理:包括不動產的租賃、買賣等服務;
(2)辦公支持的建筑設備運維管理:包括支撐辦公服務的建筑設備的運維管理;
(3)建筑設備運維管理:包括對建筑物主體、建筑物所有建筑設備在后期的運維服務和運行進行管理的活動。
(4)整合組織的建筑設備運維管理:包括在建筑物后期運維管理階段的建筑設備運維管理計劃、組織的確定、運維管理活動開展的所有活動。
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第 3 章  H 項目建筑設備運維管理現狀及應用需求 ..................................... 14
3.1 H 項目建筑設備運維管理現狀及問題 ...................................... 14
3.1.1 H 項目簡介 ................................... 14
3.1.2 H 項目建筑設備運維管理現狀 ................................ 15
第 4 章  BIM 在優化 H 項目建筑設備運維管理中的應用 .................................... 22
4.1 BIM 模型的創建 ................................. 22
4.1.1 項目前期準備 ......................................... 22
4.1.2 繪制軸網及標高 .................................... 24
第 5 章  BIM 優化后建筑設備運維管理應用效果研究 ............................... 56
5.1  評價指標的選取與測算 ............................. 56
5.1.1  基于文獻統計的評價指標選擇 ............................ 56
5.1.2  評價指標的篩選與分類 ............................................ 57

第 5 章  BIM 優化后建筑設備運維管理應用效果研究

5.1  評價指標的選取與測算
5.1.1  基于文獻統計的評價指標選擇
BIM 技術已經具備適用于不同類型工程建筑設備運維管理,但是,BIM 技術應用評價仍然缺乏一套完整的標準體系。為此,本文試圖分析整理國內外現有關于 BIM 技術的應用效果評價體系,結合 H 項目建筑設備運維管理需求,構建適合于 H 項目建筑設備運維管理評價指標。本文查找了 2018 年 12 月前公開在國內外核心權威期刊發布的學術論文,以及Dodge  Data&Analytics 等數據統計公司發布的報告,對獲取的 42 篇文獻及報告分析得出:有 24 篇文獻采用案例分析、調研統計和數學模型進行 BIM 模型績效評價,11 篇文獻采用調研評價方法,17 篇文獻采用數學模型方法進行研究。如李欣蘭,黃瑋征分析了 BIM  技術在建筑工程中的應用情況,從質量、進度、投資控制三個維度提出了價值量化評價指標,最終形成 BIM  應用價值評價指標體系。應用該評價體系驗證了通過 BIM  技術的應用,能夠最大幅度提升業主滿意度[47]。進一步分析得知,現有文獻立足于業主、施工方、設計方等展開了評價,也有文獻從設計階段、施工階段、乃至全生命周期展開了 BIM 應用績效評價。但并未有專門的文章就運維階段基于 BIM 技術的建筑設備管理應用效果展開評價,僅有部分文獻在全生命周期 BIM 效果評價有所提及。
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第 6 章  結論與展望

6.1  結論
在建設項目的全生命周期中,運維階段的時間最長、成本最高。建筑設備運維管理是多項交叉型工作,建筑設備運維工作的好壞將對建筑物品質有著重要的影響。因此,建筑設備管理工作是工程管理全過程中的重要組成部分。以往很多建筑設備運維管理決策全憑建筑設備管理人員的工作經驗,無法進行精細化管理?,F有大量的案例證明,BIM 技術對建筑行業有著較高的價值。為此,本文主要探討基于 BIM 技術進行建筑設備管理。 本文在對建筑設備管理價值點總結的基礎上,總結歸納了現有 BIM 技術應用于建筑設備管理的相關文獻,并以 H 項目建筑設備運維管理為案例,對該項目的建筑設備運維管理應用展開了研究。運用 BIM 效果評價相關指標,對 H 項目建筑設備運維管理的 BIM 應用效果進行了評價。最后,總結了 BIM 技術應用于建筑設備運維管理的障礙,分析了 BIM技術應用于建筑設備運維管理的保障措施。通過本文的研究,得出以下幾點結論:
(1)歸納了 BIM 技術應用于建筑設備管理的價值點。在大量閱讀現有文獻的基礎上,得出 BIM 技術在建筑設備管理中有廣泛的應用,對建筑設備管理的信息能夠全面記錄整合,對于建筑設備管理的決策有很大幫助,提升運維管理效率,降低運維成本,讓管理更加靈活。
(2)H 項目運用 BIM 技術進行建筑設備管理的業務需求。通過分析得知,
H 項目建筑設備運維管理存在管理信息相互割裂、無法聯動更新和關聯,建筑設備信息管理缺乏統一平臺造成資料保存難度大且查詢比較困難,維修不及時,故障率居高不下等問題,H 項目建筑設備引入 BIM 模型進行管理顯得十分重要。在此基礎上,通過查閱文獻、與運維管理人員溝通、參與項目建筑設備實際運維等方法,對建筑設備運維管理需求進行分析、歸納和總結,得出基于 BIM 技術的 H 項目建筑設備運維管理業務需求有運維管理、空間管理、能源管理、財務管理和安全管理。
(3)BIM 在優化 H 項目建筑設備管理中的具體應用。本文 H 項目建筑設備的全生命周期運維管理模式基礎上,設計了建筑設備運維管理系統的總體架構,就運維管理、空間管理、能源管理、財務管理和安全管理等展開了具體的管理應用。
(4)對 BIM 優化后 H 項目建筑設備管理應用效果進行了評價。在總結歸納現有文獻的基礎上,總結了 BIM 應用效果評價指標體系,并運用該指標體系就 H 項目建筑設備管理的 BIM 應用效果進行評價。通過對 H 項目建筑設備管理的 BIM 應用效益測算,總體來說,BIM 的應用效果顯著。
參考文獻(略)


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