BIM as a smart facility management tool of university facilities

Abstract

Indoor Environmental Quality (IEQ) of building facilities plays a significant role in the occupants’ well-being and overall efficiency. Because of the expanding potential of Building Information Modelling (BIM) applications in Architecture, Engineering, Construction, and Operation (AECO) industries, the number of studies for the development of new technologies that would further contribute to its success has recently multiplied, particularly in Facility Management Systems (FMS). One of these prominent technologies is the integration of the Internet of Things (IoT) and BIM technology into the Facility Management (FM) phase, as BIM applications have been mainly implemented within the design and construction phases. Research for BIM-centered IoT deployment in FMS has come to light over the last few years with Wireless Sensor Networks (WSN) technologies that sense and communicate environmental conditions through IoT. This dissertation aims to integrate BIM models and specialized IoT devices from Arduino microcontrollers into a framework that allows for a cohesive workflow for IoT- sourced information to be monitored, analyzed, interpreted, and visualized in a BIM environment. These IoT devices would monitor IEQ aspects of university facilities during the Operations and Maintenance (O&M) stage and visualize the building’s environmental condition virtually. The designed framework looks into integrating BIM platforms (e.g., Autodesk Revit) and Online Database Services (ODS) directly into a visualization platform (e.g., Microsoft Power BI) without having to exchange information between the BIM model and the ODS beforehand. The data provided by both sources collaborate to create informative and interactive dashboards that display environmental parameters in real-time. The parameters measured by the sensors are sent to an ODS, such as MySQL, where the data is stored. The developed system regulates parameters such as temperature, humidity, lighting, and air quality according to pre-defined thresholds of comfortability according to universal standards. It is expected to develop and implement an Environmental Monitoring System to improve the building performance and control energy consumption of the Library of the Azurém Campus, University of Minho. The developed system is expected to provide a practical tool for data collection and visualization. This contributes to faster and more accurate decision-making, thus maintaining a balanced environmental quality and healthier occupants. The system can be improved by introducing a teaching-learning process that understands, predicts, and optimizes comfort variables. Such systems can be achieved with Machine Learning (ML) algorithms and the use of Artificial Intelligence (AI) and Big Data to create, through BIM technology, a Digital Twin (DT) environment that controls the physical building autonomously.

A Qualidade Ambiental Interior (IEQ) das instalações de construção desempenha um papel significativo no bem-estar dos ocupantes e na eficiência global. Devido ao potencial de expansão das aplicações de Modelação de Informação de Edifícios (BIM) nas indústrias de Arquitectura, Engenharia, Construção e Operação (AECO), o número de estudos para o desenvolvimento de novas tecnologias que contribuiriam ainda mais para o seu sucesso multiplicou-se recentemente, particularmente em Sistemas de Gestão de Instalações (FMS). Uma destas tecnologias proeminentes é a integração da Internet das Coisas (IoT) e da tecnologia BIM na fase de Gestão de Instalações (FM), uma vez que as aplicações BIM têm sido implementadas principalmente dentro das fases de concepção e construção. A investigação para a implementação da Internet das Coisas centrada em BIM em FMS tem vindo a surgir nos últimos anos com tecnologias de Redes de Sensores Sem Fios (WSN) que sentem e comunicam as condições ambientais através da Internet das Coisas (IoT). Esta dissertação visa integrar modelos BIM e dispositivos IoT especializados de microcontroladores Arduino numa estrutura que permite um fluxo de trabalho coeso para a monitorização, análise, interpretação e visualização de informação de origem IoT num ambiente BIM. Estes dispositivos IoT monitorizariam aspectos IEQ das instalações universitárias durante a fase de Operações e Manutenção (O&M) e visualizariam virtualmente a condição ambiental do edifício. A estrutura concebida procura integrar as plataformas BIM (por exemplo, Autodesk Revit) e Serviços de Bases de Dados Online (ODS) directamente numa plataforma de visualização (por exemplo, Microsoft Power BI) sem ter de trocar previamente informações entre o modelo BIM e o ODS. Os dados fornecidos por ambas as fontes colaboram para criar painéis informativos e interactivos que exibem parâmetros ambientais em tempo real. Os parâmetros medidos pelos sensores são enviados para um ODS, tal como o MySQL, onde os dados são armazenados. O sistema desenvolvido regula parâmetros tais como temperatura, humidade, iluminação e qualidade do ar de acordo com limiares pré-definidos de comodidade de acordo com normas universais. Espera-se que desenvolva e implemente um Sistema de Monitorização Ambiental para melhorar o desempenho do edifício e controlar o consumo de energia da Biblioteca do Campus de Azurém, Universidade do Minho. Espera-se que o sistema desenvolvido forneça uma ferramenta prática para a recolha e visualização de dados. Isto contribui para uma tomada de decisão mais rápida e precisa, mantendo assim uma qualidade ambiental equilibrada e ocupantes mais saudáveis. O sistema pode ser melhorado através da introdução de um processo de ensino-aprendizagem que compreende, prevê, e optimiza as variáveis de conforto. Tais sistemas podem ser alcançados com algoritmos de Machine Learning (ML) e a utilização de Inteligência Artificial (AI) e Big Data para criar, através da tecnologia BIM, um ambiente Digital Twin (DT) que controla o edifício físico de forma autónoma.