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設備管理與維護

是否使用BIM三維模型就能實現真正的智慧運維?

  2019年01月03日  

  概覽

  在項目運維階段利用所謂“智能BIM三維模型”來管理建築的全生命周期是目前行業內最讓人津津樂道的話題。這個看似不錯的想法,在實際操作上卻會遭遇許多挑戰。尤其是在許多國內業主和運營管理團隊連基本的日常設備維護都無法落實到位的情況下,再華麗的前沿技術也只能淪爲擺設。

  借鑒相關經驗,結合業內衆多管理標准,要達成BIM在運維階段使用的這一想法,重點在于如何豐富BIM模型在竣工數據方面的短板。由此,業主需要開展一項針對運維數據准備的長期工作,即在設備采購前就事先與設備供應商定義好運維所需的設備參數、數據格式、項目進程,隨後在施工建設階段由業主或其委派單位來監督整個准備流程。

  至于模型本身,較爲可行的方案是盡量避免在早期將BIM設計的過爲龐大和複雜,從而牽涉到太多無關人員或組織。可以考慮在BIM模型上額外添加適用于運維管理的應用層,以此延伸BIM的使用價值。下文將會詳細敘述在中國大陸和中國香港的部分環保企業和建築項目中應用BIM技術的案例。

  1 紙上談BIM

  目前,各地政府都在加緊出台與BIM相關的政策,規定在建築建設領域必須使用BIM作爲主要的設計和施工輔助工具。因此,花了重金的業主們開始考慮起如何利用BIM來輔助建築後期的運營和維護管理。這也使得“BIM在設備管理中的應用”和“BIM在建築全生命周期管理的應用”這類話題在全球範圍內火速升溫,受到廣泛熱議。

  供應商爲了賣出更多的軟件許可證,不斷地向BIM從業人員“畫餅”,演示BIM在運維階段的酷炫操作。比較常見的例子包括,利用VR眼鏡導航三維模型,遙感選擇特定的設備並讀取其相關的維護信息,有可能還會模擬創建一個所謂的“維護工單”。而專業的工程人員深知,這些虛擬場景只是美好的概念上的假想,與現實的維護工作存在著天壤之別。

  軟件要用的好,數據起著關鍵的作用。想要BIM模型發揮更大的運維價值,就要豐富其與運維相關的數據的積累。如引言所述,數據的缺失讓BIM的實際應用變得更加困難。尤其是在中國市場,業主幾乎很難獲取建築的竣工圖紙和數據。而設備供應商也無法按要求提供正確的技術文檔,且他們本身對運維管理亦缺乏實際的操作經驗(這一點也符合了喜科與上海大學合作發布的“中國維護調查報告”中提出的結論)。因此,從運維的角度來看,大多數BIM技術的應用仍然只是一紙空談,可我們還是經常能聽到某些自诩“智能”的軟件供應商將這些項目的失敗歸咎于從業人員的“愚鈍”。

  2 從工業中借鑒

  隨著建築物越建越高,技術越來越複雜,在項目施工准備階段就開始爲運維做准備已成爲了必要的步驟。超高層建築不僅僅只是大型混凝土堆砌的結構,它們也包含著越來越多的超大型的工程系統,如:暖通系統、水處理系統、電力供應系統、電梯等。這使得這些建築與高度自動化的流程制造業工廠越來越類似。所以,我們可以從成熟的工業體系中借鑒並學習到能運用于建築行業的運維管理方法和經驗。

  了解BIM的人應該知道,BIM其實並不是什麽新鮮事物。三維設計在航空航天領域和流程制造業中(石油和天然氣、化工、公用事業領域)已有數十年的應用曆史。在90年代後期,當時“BIM”這一概念還尚未發明,本文的其中一位作者就將三維模型和數據管理工具與計算機化的維護管理系統進行了集成,並應用在了一家化工廠中。不僅這些技術得到成功地整合,在項目施工階段就開展維護數據准備工作的方法論也從此得以推廣,這些曆經時間考驗的成熟的系統實施規範便可以運用到建築的後期運維管理中。

  在項目施工階段就使用BIM爲客戶開展運維數據准備工作不只是一時的潮流,而是在不斷變化的建築行業大環境下落實最佳運維實踐的強大助推力。爲了落實這一最佳實踐,尤其是在中國的建設項目中,應該對數據的准備過程進行詳細、細致的設計,從而能在後期建設過程中幫助業主克服遇到的各種運維難點。此外,BIM在運維管理中的應用應基于現實的工程維護需求,而不是軟件廠商天馬行空的設想。

  3 從施工到運營維護階段技術數據的順利過渡

  BIM團隊通常只關注于爲業主和官方人員展示逼真的建築三維模型,但這些三維模型對工廠管理團隊起到的實際作用卻非常少。而英國標准PAS 1192-2:2 – 2013(使用建築信息模型對施工項目資本/交付階段的信息管理規範)則在實際應用方面爲BIM用戶提供了一些有用的見解。在這一標准中描繪了一個“通用數據環境”,這一“環境”包含了所有用于過渡到運營階段的有用信息,同時強調了非圖形化數據和文檔的重要性。

  圖1:PAS 1192-2:2013標准中的“通用數據環境”(Mervyn Richards先生版權所有)

  至于何種數據會在實際運營中使用之類的細節問題,PAS 1192-2:2013標准只是按照現有的國際標准提供了簡單的指導(主要是參考了前身爲英國標准協會制定的PAS 55標准的ISO 55000資産管理體系)並以此建立實際應用。在國內現有維護意識薄弱的大環境下,這一標准並沒有明確到具體的數據和使用細節,爲中國市場的建築行業帶來了有趣的挑戰。

  更引人注目的是,一些行業中知名的BIM標准,如:施工運營建築物信息交換(COBie)標准、或美國建築師協會的LOD-500標准在後期運維方面也只留下只言片語,這也表明了在BIM的相關服務中沒有涉及到企業所需的運維技術。不僅如此,LOD-500標准還強調了:“通過現場驗證的竣工模型可授權用于設備的運營維護”,從根本上來說是將BIM如何在實際中應用的這一難題踢給了後期運營團隊,而BIM團隊卻依舊在做如“重新設計車輪”這類的無用功。

  相反,一些與BIM無關,且由非BIM專業人員編寫的工業標准,卻被證明在運維管理的應用實踐中非常有用。其中最受歡迎的是ISO 55000資産管理體系,而其他標准,如:EN 15331、EN 13460和ISO 14224也提供了有效且實際的指導。工業從業者,尤其是來自流程制造業和公用事業部門的從業者,都對這些標准非常熟悉。在過去的幾年裏,我們注意到設備管理標准與工業維護標准之間日益趨同,前者的規範越來越接近後者,這也進一步證明了作者認爲在建築運營方面要“從工業中學習”的觀點。

  4 運維數據概覽

  只有基于國際標准定義了數據需求之後,才能回答需要何種IT支持工具的問題。BIM軟件本身不能存儲所需的運維數據,因爲這些數據不僅僅只是一些參數,而是結構化的、複雜的數據。如下圖所示。確實,在COBie數據和常見的BIM格式(如Revit)的使用中也證實了諸如備件、預防性維護指令等複雜的數據是不能輕易地存儲在BIM模型內的。

  圖2:運維數據概覽(Siveco集團版權所有)

  PAS 1192-2標准給出了一個如何在運維中落實BIM的簡單答案,即“通用數據環境”是基于多個軟件程序的,而不僅僅是BIM三維模型一個軟件。

  以深圳市建築工務署政府公共工程BIM應用實施綱要爲例證,其中就展示了現在普遍解決IT支持工具需求的方法。這一標准主要以技術爲驅動,與那些以工作流程驅動的國際標准正好相反,要求BIM與各類建築系統,如:樓宇管理系統(BMS)或管道閉路電視系統(CCTV)進行集成,以達到數據收集的作用。每個軟件供應商都有自己的重點服務領域,如:空間管理、工作管理和資産管理等,但過多的集成會使得維護管理系統出現數據混亂的情況,這點也體現了集成過多的軟件系統帶來的複雜影響。

  從“紙上談兵的技術人員”的角度來看,對技術的過度追求確實是此類項目的衆多缺陷之一:雖然技術提供了許多可能性,但首先必須有基礎(如應該收集哪些數據以及如何收集),而深圳的BIM標准並沒有解決這個問題。

  5 使BIM應用于運維的各類方法

  在BIM的發展過程中,曾對集成過多造成的混亂情況進行過各種嘗試。早期的方法是在BIM軟件中開發額外的功能,但通常會因低估了研發的複雜程度而面臨許多技術挑戰。爲了迎合BIM軟件的局限性,業內還嘗試開發了以數據庫爲驅動的中間系統,這種中間系統能將BIM軟件與在相關數據庫上運行的第三方資産管理軟件進行連接。但從全球維護市場中少數活躍的幾家國際軟件供應商來看,這種方法也充滿風險:已有的供應商們已經花費了數十年時間來改進他們的軟件設計卻還沒有成效,此外,自20世紀80年代後期開始業內再也沒有新的供應商進入市場。

  一個顯而易見的替代方案是將BIM數據重新格式化並上傳到計算機化的維護管理系統(CMMS)中。一些現代化的CMMS系統就可以通過調用BIM界面展示3D視圖(這可能需要第三方接口模塊或對軟件的接口進行額外開發,但這比開發CMMS新功能簡單得多)。這種通過接口進行集成的方法在業內已經取得了成功。然而,正如作者在亞洲數百個CMMS項目中所見證的那樣,由于CMMS供應商通常只在建築建設完成後才與運維團隊合作,使得BIM在實際應用中遇到了障礙。

  在建築行業中,上述的解決方案沒有一個能達到令人非常滿意的效果,幾乎沒有解決方案可以對建築從前期建設到後期運維實施全方位管理,這主要是由于軟件供應商缺乏相關經驗的實際問題造成的。而其中最關鍵的幾點因素是:缺乏施工期間的各項運維數據(通常是由于承包商的經驗不足或是沒有具體的合同條款造成的)、運營管理團隊未在項目設計初期完全參與(很明顯運營管理團隊只會在多年後的項目運維期參與)、預算分配問題或建設和運營管理團隊之間的目標不一致。因此,在過去幾年宣布的衆多概念驗證項目中,幾乎沒有項目最後能被應用于實際日常運營中。這也驗證了“智慧”往往會輸給“實際”的情況。

  6 去僞存真

  正如維克多·雨果的名言:“革命是去僞存真。”特別是對于“革命性”的項目,例如將BIM應用于運維管理中,一般最現實的方法往往最有效。項目的實施方法和使用何種支持軟件工具必須以解決實際情況爲目的;因此,不能將項目的失敗歸咎于實際情況。以現實爲例,當涉及到土木工程時,實際建設總是要以避免建築物倒塌爲第一目標,而在IT主導的工程項目裏這一最重要的現實問題卻常常被忽視。

  首先,如PAS 1192-2:2013所示,必須爲業主方負責運維數據准備工作的工程師(或工程師團隊)招募一個專業人員。這一角色可以由第三方專業機構擔任,亦或是一家具有相關經驗的維護咨詢公司。根據第一部分說明的從工業中學習的理論,這些公司往往在流程制造業中具有相關經驗、而非建築行業。項目的早期准備階段包括爲數據准備定義詳細的說明、格式、作用和時間表,最理想的操作時間是在主要設備合同簽署之前完成。這將確保供應商提供有用的且格式正確的電子運維數據,以最大限度地減少工作量和成本。數據准備階段過後整個建設項目開始實施,在此期間,供應商根據需要和承包商指定的檢查提交文檔,並打包數據以便作爲完工的運維文檔交付給業主。

  就軟件而言,一個實際的建議是讓設計和施工團隊自行選擇BIM軟件,並讓運維或設備管理團隊自行選擇運營管理工具。運營管理工具在最理想的狀況下應在建築開放之前就投入使用,但通常這一系統在建築生命周期管理的後期才會出現,有時考慮到建築運營的時間和預算限制,甚至在幾年後才會投入使用這一系統。先在已建立的IT應用和各類軟件之間應小心避免其之間的不協調,然後運維數據准備工作就能開始實施了。

  相反,在BIM模型上附加運維的應用層可以爲構建直接連接到BIM的運維數據提供支持,如本文下一部分的案例研究所示。與上述的中間件的使用方法有些相似,這個數據准備工具必須能爲促進數據收集工作提供支持,並確保一致性檢查、編碼規則檢查和監控進度等。它可以做到BIM和運維數據之間的相互連接,並提供圖形化的用戶界面導航。隨後,當建築物進入使用期時,運維團隊可以通過運維應用層直接從BIM訪問數據,或者在CMMS准備就緒時選擇將所有數據傳輸到CMMS。這種雙贏的方式爲所有參與項目的建設和運營團隊、BIM和CMMS供應商帶來益處。

  圖3:喜科bluebee®雲計算平台中的運維數據准備工具(Siveco集團版權所有)

  7 現實生活的實際應用

  這種結合了工業維護經驗和有效軟件支持的實用方法已在中國大陸和香港的多個項目中取得了成功。

  世界環保巨頭蘇伊士在其位于江蘇南通的危廢焚燒廠建設期間,選擇喜科協助其進行運營和維護數據的准備工作。該工廠于2015年末開始運營,並使用喜科的解決方案進行日常維護。因該項目沒有包含有用的三維模型數據,所以該項目沒有使用到這一技術。不過,香港有機資源回收中心目前正在采用同樣的策略,即在項目施工階段就爲客戶開展維護工作。該設施目前正由蘇伊士及其在香港北大嶼山島的當地合資夥伴安樂工程建造,在這個項目中,三維模型將與運維數據很好的關聯。

  圖4:在項目施工階段就爲客戶開展維護工作(Siveco集團版權所有)

  中海油在其新建的北京辦公大樓應用了喜科的bluebee®雲平台。這一平台可以作爲維護數據存儲平台,將Revit圖紙嵌入在系統中,把BIM數據導入,通過三維視圖進行設備管理。此外,中海油還考慮將這一系統應用在其他建築資産中。同樣的解決方案還應用在了在建中的高度達530米的天津周大福金融中心項目。

  香港西九文化區(WKCDA)正在考慮爲10年後文化區的建成選擇一個設備管理系統。文化區內第一個建築物:M+展亭是一座試運行的小型展覽中心並于2016年完工。我們應該如何爲其構建運維數據庫並從該建築物的BIM模型中提取相關信息,並將數據順利過渡給未來的設備管理系統呢?BIM咨詢公司科進|栢誠與項目組、承包商和設備管理團隊之間緊密合作,在COBie的表單中尋找相關運維數據並在BIM系統中進行設備列表整理。這些Excel格式的COBie數據都將保存在通用數據環境中。在未來,無論選擇何種系統或何時部署,都可以用最靈活的方式將數據過渡到設備管理系統中。

  作者

  喜科總經理浦樂諾先生及科進柏誠大中華地區副董事吳志威先生

標簽:喜科 bluebee®雲計算平台我要反饋
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