從最新綠建標(biāo)準(zhǔn)看BIM 的應(yīng)用與發(fā)展

張 迪 郝之鵬

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

引言

綠色建筑與建筑信息模型有先天的共通和交匯之處，那就是它們關(guān)注的焦點(diǎn)都是項(xiàng)目全生命周期的效能最大化，資源利用率最大化以及可持續(xù)發(fā)展。如何把BIM 技術(shù)更好的與綠色建筑結(jié)合是我們迫切需要解決的問題。本文就基于BIM 技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用及發(fā)展方向進(jìn)行一些初淺探討。

1 BIM 技術(shù)與《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》

綠色建筑是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑，即:“四節(jié)一環(huán)?！钡慕ㄖ＃?］。新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》已于2015 年1月1 日正式實(shí)施，新《標(biāo)準(zhǔn)》中保持原有“控制項(xiàng)”不變，取消“一般項(xiàng)”和“優(yōu)選項(xiàng)”，二者合并成為“評分項(xiàng)”;新標(biāo)準(zhǔn)的判定級別形態(tài)借鑒了美國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)(LEED)，對各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)行量化打分制并新增了“施工管理”和“提高創(chuàng)新”兩項(xiàng)指標(biāo)。新標(biāo)準(zhǔn)改變了以前綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)只注重綠色建筑性能評價，缺少對施工過程“綠色”評價的不足。另外，值得關(guān)注的是新的《標(biāo)準(zhǔn)》中增設(shè)了提高與創(chuàng)新項(xiàng)作為加分項(xiàng)，并且明確提出應(yīng)用建筑信息模型(BIM)技術(shù)可以作為加分的內(nèi)容?？梢?，BIM 技術(shù)在綠色建筑建造過程中應(yīng)用已經(jīng)上升為國家層面的政策導(dǎo)向。

《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》作為綠色建筑發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，為了更好的研究BIM 技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用，我們有必要結(jié)合新版綠建評價標(biāo)準(zhǔn)對BIM 在綠色建筑中的應(yīng)用點(diǎn)做一個系統(tǒng)梳理。

筆者一共梳理出38 項(xiàng)較為常用的應(yīng)用點(diǎn)。其中對建筑性能分析的應(yīng)用點(diǎn)最多一共有26 項(xiàng)占到總數(shù)近70%，這樣的結(jié)果其實(shí)一點(diǎn)都不意外，《標(biāo)準(zhǔn)》的制定對象是綠色建筑，它側(cè)重的是綠色建筑建成后各項(xiàng)性能指標(biāo)的綠色程度，關(guān)注的是建筑建成后的狀態(tài)，所以《標(biāo)準(zhǔn)》的評分點(diǎn)大都集中在對綠色建筑性能改善方面的考量。此外，從圖表分析來看，BIM 在綠色建筑中的應(yīng)用點(diǎn)還有信息管理、施工模擬、碰撞檢查、質(zhì)量、安全管理、構(gòu)件預(yù)制加工等。

下面結(jié)合新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》以及實(shí)際的建造過程重點(diǎn)選取綠色優(yōu)化設(shè)計(jì)、物資精細(xì)化管理、虛擬建造、裝配式建筑四個方面對BIM 在綠色建筑建造過程中的應(yīng)用點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 BIM 技術(shù)與綠色優(yōu)化設(shè)計(jì)

《評價》條文溯源:4.2.6 場地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于冬季室外行走舒適及過渡季、夏季的自然通風(fēng)。(綠色建筑性能分析條文不一一列出共26 項(xiàng))

圖1 《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》與BIM 實(shí)現(xiàn)途徑一覽表

9.2.3 制定并實(shí)施施工廢棄物減量化、資源化計(jì)劃

9.2.10 嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)文件變更，避免出現(xiàn)降低建筑綠色性能的重大變更

對建筑物的綠色設(shè)計(jì)要綜合考慮人、建筑以及經(jīng)濟(jì)與環(huán)境三方面因素，其中人的需求是最基本的，它包括視覺舒適、社會交往、心情和氛圍、健康、安全和愉悅等方面的內(nèi)容;建筑的要求包括形式、構(gòu)圖風(fēng)格標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)等方面的內(nèi)容;經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的要求則包括設(shè)備、維護(hù)、運(yùn)行、能量和環(huán)境等方面的內(nèi)容也包括了很多復(fù)雜的心理和生理方面的主客觀評價內(nèi)容。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)相比，基于BIM 的綠色建筑設(shè)計(jì)最直觀的不同之處在于其設(shè)計(jì)過程應(yīng)用了各種性能模擬軟件，設(shè)計(jì)人員使用這些軟件對建筑的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、日照、流體、造價、人員疏散、施工方案以及設(shè)備運(yùn)行方案的等方面進(jìn)行精確模擬和分析，為綠色建筑決策提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)和技術(shù)支持。［2］首先，由Revit 構(gòu)建各專業(yè)3D 模型。然后，對于結(jié)構(gòu)模型以IFC 數(shù)據(jù)格式傳遞給SAP2000，進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修正。對于建筑模型以gbXML 數(shù)據(jù)格式傳遞給Ecotect 進(jìn)行建筑日照、可視度、光環(huán)境及熱環(huán)境性能分析，以及傳遞PHOENICS 軟件進(jìn)行CFD 風(fēng)環(huán)境模擬，為室內(nèi)外空間人員舒適度評價提供基礎(chǔ)依據(jù)。最后各專業(yè)模型以DWF 數(shù)據(jù)格式整合到Navisworks 中進(jìn)行碰撞分析、漫游、管線綜合布線優(yōu)化。

圖2 BIM 在《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中的應(yīng)用點(diǎn)分布圖

圖3 綠色建筑設(shè)計(jì)流程圖

圖4 分區(qū)域?qū)С鑫镔Y量［4］

圖5 基于BIM 的物資管理流程圖

圖6 施工進(jìn)度模擬

3 BIM 技術(shù)與精細(xì)化物資管理

《標(biāo)準(zhǔn)》條文溯源:9.2.7 采取措施降低鋼筋損耗

眾所周知，建筑工程施工成本構(gòu)成中，建筑材料成本所占比重最大，約占工程總成本的60%～70%。因此，對建筑材料的精細(xì)化管理是綠色施工的迫切要求。以控制鋼筋用量為例，基于BIM 技術(shù)的鋼筋翻樣軟件使下料工作變得準(zhǔn)確高效。通過鋼筋翻樣軟件建立鋼筋結(jié)構(gòu)模型，也可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件或者算量模型進(jìn)行導(dǎo)入。鋼筋翻樣軟件內(nèi)置鋼筋平法通過設(shè)置模數(shù)、可以提供多套原材料長度自動優(yōu)化方案，最終達(dá)到降低廢料余料，從而節(jié)省鋼筋的目的。另外，通過BIM 模型與進(jìn)度計(jì)劃計(jì)價文件關(guān)聯(lián)形成BIM5D 模型，使項(xiàng)目管理人員能夠準(zhǔn)確的按照時間、樓層、流水段統(tǒng)計(jì)所需的資源量，實(shí)現(xiàn)三個維度的8 算對比［3］。而且，利用BIM5D 管理平臺快速形成項(xiàng)目總控物資計(jì)劃、月備料計(jì)劃和日提量計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)精確備料，避免現(xiàn)場材料積壓或是因材料未及時進(jìn)場產(chǎn)生窩工，提高了資源利用率，優(yōu)化了物資管理流程，對節(jié)省工期和成本有很大的促進(jìn)作用。

基于BIM 技術(shù)的物資管理流程如下:

4 BIM 技術(shù)與虛擬建造

《標(biāo)準(zhǔn)》條文溯源:8.2.9 進(jìn)行綠色建筑重點(diǎn)內(nèi)容的專項(xiàng)交底

9.1.4 施工前應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)文件中綠色建筑重點(diǎn)內(nèi)容的專業(yè)會審

建造的過程是一個非常復(fù)雜的過程。綠色建筑基于建筑性能的考慮，在建筑形體、以及建筑結(jié)構(gòu)的選型方面考慮會更加的細(xì)致和多元化，出現(xiàn)了越來越多的大型建筑及異形結(jié)構(gòu)建筑，建筑難度越來越大，因此，順暢的進(jìn)行施工交底，使施工人員深刻的理解施工工藝變得非常重要。利用BIM 模型對關(guān)鍵的的施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)交底，把復(fù)雜的施工過程直觀的呈現(xiàn)在大家面前。提高了專項(xiàng)交底的效率和準(zhǔn)確性。另外，傳統(tǒng)施工方案基于二維圖紙以及以往的施工經(jīng)驗(yàn)編制，其施工性缺少針對性的模擬，都是邊施工邊優(yōu)化的模式，這種模式往往帶有事后處置特點(diǎn)。若施工方案存在重大問題，對項(xiàng)目施工造成的損害是不可估量的?；贐IM 技術(shù)的施工模擬的核心理念是先優(yōu)化后施工，即基于Synchro 或者Navisworks 施工模擬軟件，在工程實(shí)際開工前，進(jìn)行項(xiàng)目全過程的施工模擬，方案論證，直至獲得最佳的施工方案，從而指導(dǎo)真實(shí)的施工。這一理念的實(shí)施，將大大降低返工成本和管理成本，成為建筑施工提質(zhì)增效的重要保證。

基于BIM 技術(shù)的施工模擬流程:

5 BIM 技術(shù)與裝配式建筑

《標(biāo)準(zhǔn)》條文溯源:7.2.5 采用工廠化生產(chǎn)的預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件

裝配式建筑是指將建筑的構(gòu)件、部品、材料在工廠中預(yù)制，再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行安裝，最后通過漿錨或后澆混凝土的方式連接形成的建筑產(chǎn)品。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式相比，裝配式建筑施工方式具有縮短工期、減少現(xiàn)場勞動力、提高建筑質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，是綠色建筑的發(fā)展方向［5-7］?，F(xiàn)階段比較成熟的裝配式建造技術(shù)主要有以下兩種:①PC(precast concrete)技術(shù)，該技術(shù)主要用于全預(yù)制混凝土構(gòu)件，如陽臺、樓梯、空調(diào)板、部分內(nèi)隔墻板等;②PCF(precast concrete form)技術(shù)，即預(yù)制混凝土模板技術(shù)，該技術(shù)主要用于預(yù)制混凝土剪力墻外墻模以及疊合樓板的預(yù)制板等。其PC 構(gòu)件及現(xiàn)場PCF 墻板安裝如圖所示［8］。

圖7 基于BIM 技術(shù)的施工進(jìn)度模擬流程圖

圖8 預(yù)制構(gòu)件

由于裝配式建筑信息模型包括了預(yù)制裝配構(gòu)件的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，因此可以把模型直接提交給加工廠進(jìn)行加工制作。裝配式建筑的設(shè)計(jì)過程，是建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)人員、構(gòu)件生產(chǎn)人員、構(gòu)件裝配人員、后期的構(gòu)件維護(hù)人員共同協(xié)調(diào)優(yōu)化的過程。裝配式構(gòu)件的設(shè)計(jì)流程如下［9］:

圖9 裝配式構(gòu)件的設(shè)計(jì)流程

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)后，通過RFID 芯片植入，實(shí)現(xiàn)BIM 模型與相應(yīng)構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)。構(gòu)件出廠時，通過RFID 手持設(shè)備掃描構(gòu)件獲取構(gòu)件信息，然后直接輸入構(gòu)件的出廠時間、運(yùn)輸車次等信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞至預(yù)制構(gòu)件信息管理系統(tǒng)同BIM 模型中構(gòu)件信息進(jìn)行比對，確保運(yùn)輸正確工序的構(gòu)件。待構(gòu)件系統(tǒng)到達(dá)施工場地后，利用RFID 手持設(shè)備掃描構(gòu)件信息，并輸入構(gòu)件進(jìn)場信息，確保構(gòu)件在規(guī)定時間到達(dá)制定的堆放地點(diǎn)，確保裝配施工的供給。BIM與RFID 技術(shù)的完美結(jié)合，優(yōu)化了構(gòu)件場外加工、場內(nèi)安裝的流程，加快了構(gòu)件流轉(zhuǎn)速度，節(jié)省了施工場地，提高了施工精度。［10］

另外，在構(gòu)件安裝階段，利用Navisworks 施工模擬軟件進(jìn)行吊裝模擬，優(yōu)化吊裝方案，對降低吊裝施工的難度，提高吊裝施工的效率是很有必要的。

圖10 基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑建造流程圖

圖11 綠色建筑為核心的新型工業(yè)化、信息化建造體系

6 綠色建筑的發(fā)展暢想

如果說建筑工業(yè)化是我國建筑業(yè)未來的發(fā)展方向，那么綠色建筑就是建筑工業(yè)化的核心內(nèi)容。國家發(fā)展改革委與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2013 年發(fā)布的《綠色建筑行動方案》文件中已經(jīng)明確將推動建筑工業(yè)化作為一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。把綠色建筑理念與建筑工業(yè)化、信息化(BIM)的深度融合，構(gòu)建新型建造模式是我國未來建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在此筆者結(jié)合建筑工業(yè)化的特點(diǎn)，以及前文對BIM 技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用分析，構(gòu)建了以綠色建筑為核心的新型工業(yè)化、信息化建造體系模型，希望對以后我國綠色建筑的發(fā)展提供參考。

7 總結(jié)

本文從《綠色建筑的評價標(biāo)準(zhǔn)》中分析提煉出了一系列BIM 在綠色建筑上的應(yīng)用點(diǎn)，重點(diǎn)梳理了BIM 技術(shù)在綠色設(shè)計(jì)、物資管理、虛擬建造、裝配式建筑方面的綠色應(yīng)用，并對BIM 技術(shù)與綠色建筑的結(jié)合進(jìn)行了合理展望。從國家的政策、法律條文來解讀新技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)，能夠更好的把握建筑業(yè)的發(fā)展方向，對我們以后開展BIM 實(shí)施是有啟發(fā)作用的。

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