綠色建筑背景下可持續(xù)性工業(yè)化建筑體系(SIBS)模型的構(gòu)建研究

趙 暉，謝偉雙

(長春工程學(xué)院建筑與設(shè)計學(xué)院,長春 130021)

綠色建筑背景下可持續(xù)性工業(yè)化建筑體系(SIBS)模型的構(gòu)建研究

趙 暉，謝偉雙

(長春工程學(xué)院建筑與設(shè)計學(xué)院,長春 130021)

通過詮釋和分析的方法對以往的工業(yè)化建筑體系(Industrialized Building Systems,IBS)的研究進行全面回顧，提出新的定義和講解，并指出建筑工業(yè)化的新方向。在可持續(xù)性發(fā)展方向上，闡述了一個基于3個層次的特征和4組目標(biāo)的概念模型，論述了可持續(xù)工業(yè)化建筑體系是一種新趨勢，并給出了一些實用的建議。進一步描述了BIM技術(shù)在工業(yè)化建筑全生命周期管理中的應(yīng)用，以助于可持續(xù)工業(yè)化建筑體系的發(fā)展。

綠色建筑；可持續(xù)性；工業(yè)化建筑體系(IBS)；BIM(建筑信息化模型)

0 引言

工業(yè)化建筑不僅僅包括工廠預(yù)制，還包括簡單的和傳統(tǒng)的預(yù)制方法在內(nèi)的多種方法。改革開放以來，人們的住房條件和居住環(huán)境均得到了較大的改善，住宅建設(shè)中的建筑工業(yè)化也發(fā)生了相應(yīng)的變化?，F(xiàn)在的工業(yè)化目標(biāo)不僅僅是經(jīng)濟要求，還包括質(zhì)量提高在內(nèi)的一些重要品質(zhì)，同時也是工業(yè)化系統(tǒng)的關(guān)注中心。所以，一些其他的關(guān)于工業(yè)化的定義相應(yīng)地被提出，新的態(tài)度和概念也出現(xiàn)了，提出了新的想法和目標(biāo)?；诠I(yè)化的定義及發(fā)展方向，給出可持續(xù)工業(yè)化建筑體系模型構(gòu)想方案。

1 綠色建筑背景下可持續(xù)性工業(yè)化建筑體系(SIBS)概述

1.1 建筑工業(yè)化的定義及概念

工業(yè)化是一個社會經(jīng)濟過程，通過工業(yè)化的過程，社會從前工業(yè)化變?yōu)楹蠊I(yè)化。工業(yè)制造通過集中大量的生產(chǎn)力，基于集中化和生產(chǎn)有序化、操作機械化手段來實現(xiàn)工業(yè)化。建筑工業(yè)化是采用社會化大生產(chǎn)的方式進行住宅生產(chǎn)和經(jīng)營的組織形式，通過將建筑生產(chǎn)全過程中的設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、施工建造、銷售和售后服務(wù)等各個環(huán)節(jié)相連成為一個工業(yè)化建筑體系，從而實現(xiàn)建筑的全生命周期管理[1]。在建筑工業(yè)化中也許一個完成的產(chǎn)品不是一個標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，因為每個案例中的最終用戶和相關(guān)的基地是完全不同的。完成的產(chǎn)品更傾向于是一個建筑體系，即在建筑體系中我們有相同的細部，但是有完全不同的建筑物。換句話說，建筑系統(tǒng)是擁有相關(guān)規(guī)則的不同部件的集合，而細部在真實的建筑設(shè)計之前已經(jīng)解決好。在表1中列舉了一些工業(yè)化建筑體系的定義。

相比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工，工業(yè)化建筑體系的特征主要有以下5個方面：1)建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化；2)部品生產(chǎn)工廠化；3)現(xiàn)場施工裝配化；4)結(jié)構(gòu)裝修一體化；5)過程管理信息化[2]。在綠色建筑的背景下，通過建筑技術(shù)體系的創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)化建筑體系是建設(shè)環(huán)境友好型的建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從根本上改變建筑業(yè)高能耗、高污染、低產(chǎn)出的現(xiàn)狀的必由之路。2017年上半年，李克強總理在《政府工作報告》中明確要求推進建筑業(yè)改革發(fā)展，提高設(shè)計水平和工程質(zhì)量。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部也要求提高行業(yè)創(chuàng)新能力，加大推行先進管理制度、建造方式及技術(shù)，從而推進傳統(tǒng)建筑業(yè)生產(chǎn)方式的升級。這也與綠色建筑設(shè)計的要求相吻合，所以，這些政策也進一步推進了可持續(xù)建筑工業(yè)化的發(fā)展因素。

1.2 綠色建筑的定義及其運用原則

綠色建筑是指在全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護環(huán)境、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。綠色建筑相關(guān)理念和技術(shù)主要由工業(yè)化建筑體系、智能技術(shù)、BIM 技術(shù)、太陽能能源技術(shù)和其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)理念等[3]組成。遵循健康舒適以及環(huán)境保護的原則，將綠色設(shè)計理念應(yīng)用在建筑設(shè)計中。同時有效利用可再生資源，減少資源的浪費。并且要關(guān)注建筑設(shè)計中所遵循的經(jīng)濟高效以及節(jié)能的原則，將建筑的整體性能提高，最大限度地減少非可持續(xù)能源的消耗。

表1 當(dāng)代部分關(guān)于IBS的定義

隨著人口的不斷增長和對資源需求的不斷增加，可持續(xù)發(fā)展正迅速成為這個時代的主題，美國建筑師協(xié)會(AIA)定義可持續(xù)為“社會繼續(xù)在未來發(fā)揮作用的能力，這個能力不會因為該系統(tǒng)所依賴的關(guān)鍵資源的耗盡或超載而被迫降低”。1998年，英國學(xué)者約翰·埃爾金頓(John Elkington)提出“三重底線”理論[4]，雖然可持續(xù)建設(shè)的定義沒有達成共識，但是可持續(xù)在建筑業(yè)的共識是通過較少的材料和能源以及產(chǎn)生更少的污染和浪費來生產(chǎn)建筑物(如圖1)。

圖1 三重底線(Triple bottom line)

2 綠色建筑背景下工業(yè)化建筑體系(IBS)的新方向

當(dāng)代工業(yè)化建筑體系將集中于可持續(xù)發(fā)展作為新的綜合性方向。對于可持續(xù)發(fā)展方向，提出一個概念模型來說明SIBS是一個新的趨勢，并提出一些實用的建議。

2.1 綠色建筑下建筑工業(yè)化的要求：質(zhì)量和經(jīng)濟

我國的工業(yè)化建筑發(fā)展之初，是適應(yīng)我國工業(yè)化住宅建筑體系的，對我國住宅建設(shè)產(chǎn)生較大的影響。新世紀(jì)開始，建筑工業(yè)化的目標(biāo)不僅是經(jīng)濟理想，還包括通過在設(shè)計、生產(chǎn)和制造中應(yīng)用先進的技術(shù)來提升建筑質(zhì)量和改善建筑品質(zhì)，以及再生產(chǎn)大規(guī)模定制和工業(yè)化產(chǎn)品的個性化等。理想的工業(yè)化建筑體系有很多高品質(zhì)的工業(yè)化產(chǎn)品單元，這也會減少建造過程中的程序和讓它更簡單和便于維護。這么做的結(jié)果是像其他工業(yè)那樣擁有更好的質(zhì)量和更低的成本。因此，工業(yè)化建筑產(chǎn)品完成的順序盡可能簡單并配備和結(jié)合更高級別的定制生產(chǎn)。

2.2 綠色建筑下建筑工業(yè)化的社會趨勢

除了提供高質(zhì)量和經(jīng)濟實惠的住宅外，如個性化、社會認同、群體參與等因素是當(dāng)前在建筑業(yè)中需要考慮的問題。以往工業(yè)化建筑系統(tǒng)因為過度強調(diào)低成本和大規(guī)模生產(chǎn)而減少或者消除了對社會問題的關(guān)注，由此產(chǎn)生的問題已經(jīng)成為許多工業(yè)化建筑系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)和基本問題。本文探索性地研究了如何運用工業(yè)化建筑系統(tǒng)及在這些建筑中加入個性化和群眾參與等因素。工業(yè)化產(chǎn)品的一個良好的特性是給客戶提供更好的方向和選擇，它可以作為最重要和最合適的設(shè)施呈現(xiàn)，一個完整的產(chǎn)品意味著所有住戶有權(quán)在接受產(chǎn)品之前去嘗試。建筑的個性化意味著個體身份創(chuàng)造和凸顯，所有的組成成員擁有符合各自期望和條件的個人空間。而先前建筑工業(yè)化階段住宅戶型缺乏靈活性和可變性，且選擇空間有限，并且住戶很難參與到工業(yè)化住宅的設(shè)計中來，這使得個性化的需求不能得到滿足[5]。這些問題是先前建筑工業(yè)化階段的最主要的弱點，同時也是這些年以來工業(yè)化建筑體系進入可持續(xù)工業(yè)化建筑體系的原因。通過其他行業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造出個性化，這里有4個指導(dǎo)方針：產(chǎn)品的靈活性、工具和設(shè)備的靈活性、多用途的框架和組合性。

2.3 綠色建筑下可持續(xù)工業(yè)化建筑體系的展望

建筑可持續(xù)性發(fā)展的認識和解讀在這幾年來發(fā)生了變化。起初的重點是強調(diào)能源的限制和減少它對自然環(huán)境的影響，在過去幾十年，重點是建筑和建造的問題，比如：材料、建筑零部件、建造技術(shù)和能源。今天，大多數(shù)非技術(shù)問題都納入考慮，經(jīng)濟問題和社會發(fā)展被提高到可持續(xù)發(fā)展的地位。優(yōu)化所使用的建筑材料，使原材料的消耗量最小化且可回收，建筑工業(yè)化生產(chǎn)以最低的成本維護建筑是影響建筑工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的因素。建設(shè)環(huán)境中可持續(xù)發(fā)展的一個最重要方向是適應(yīng)社會、經(jīng)濟和社會條件，其重要特征之一是有效規(guī)劃，促進適應(yīng)性和可變性，為減少成本、保護和改善自然環(huán)境提供有價值的指引。

3 綠色建筑背景下可持續(xù)工業(yè)化建筑體系(SIBS)模型

3.1 綠色建筑背景下建筑工業(yè)化模型的提出

若依托質(zhì)量增長理念，與環(huán)境相協(xié)調(diào)，更靈活、更好地設(shè)計和規(guī)劃，工業(yè)化建筑體系可以實現(xiàn)可持續(xù)性的目標(biāo)。根據(jù)當(dāng)今的研究，IBS有很多特征是與可持續(xù)發(fā)展互相符合的，所以工業(yè)化是可持續(xù)發(fā)展的一個推動力。工業(yè)化建筑體系作為可持續(xù)建造的指南，可持續(xù)工業(yè)化建筑體系(SIBS)將包含其他的一些建筑特征?？梢钥吹浇ㄖI(yè)化對個性化、社會認同等的關(guān)注。此外，經(jīng)濟、技術(shù)和工藝問題都被考慮。所以工業(yè)化方法是一種整體和全面的方法[6]。

可持續(xù)性工業(yè)化建筑的特征可以根據(jù)基本特征、互補特征和可行性特征3類來進行評估。基本特征通常以不同的程度存在于工業(yè)化系統(tǒng)之中，而且諸如減少廢物降解的時間，優(yōu)化消耗等的特征，可以通過工業(yè)化思想被看到。第2個特征，互補特征應(yīng)當(dāng)存在于這些建筑系統(tǒng)之中以取得可持續(xù)性。在互補特征的領(lǐng)域，提出了與可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的主要優(yōu)勢?？尚行蕴卣骺纱_保工業(yè)化系統(tǒng)能在建筑中應(yīng)用。如果這些特征沒有提出或者沒有達到特定值，就沒有辦法應(yīng)用，并且使用這些方法也是不合理的。SIBS是包括這3個主要特征的系統(tǒng)。

一般來說SIBS的特點與社會、經(jīng)濟、技術(shù)與工藝、環(huán)境4個目標(biāo)相關(guān)。這4個目標(biāo)包括加強財政和經(jīng)濟節(jié)約，減少對環(huán)境的影響和提高環(huán)境容納量，提高社會效益和實用性，提高質(zhì)量，優(yōu)化建筑(如圖2)。在這個模型中，所有的特征都可以歸納到經(jīng)濟、社會、環(huán)境、技術(shù)和工藝4個類別，而且這些類別存在于所有的級別中。這個模型通常表示工業(yè)化建筑系統(tǒng)應(yīng)具有的特征以實現(xiàn)可持續(xù)性[7]。

圖2 可持續(xù)工業(yè)化建筑體系模型(SIBS)

3.2 BIM技術(shù)在可持續(xù)建筑工業(yè)化體系中的運用

BIM來源于建筑全生命周期管理理念，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，將建筑在全生命周期內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈中的各個環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)起來并集成為項目相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型[8]。由建筑部件組成的工業(yè)化建筑在某些方面十分適合BIM的運用，柱、梁、板、窗戶、樓梯、陽臺等構(gòu)件在工業(yè)化建筑體系中被“零件化”了，所以工業(yè)化建筑是和傳統(tǒng)制造業(yè)接近的一種建筑產(chǎn)品，并且符合制造業(yè)的管理方法。利用BIM在設(shè)計階段進行精細化建模，拆分模型；利用BIM的模塊化設(shè)計來制造出可重復(fù)利用的構(gòu)件并建立自由組合的模塊庫；利用BIM技術(shù)的自動統(tǒng)計功能和加工圖功能實現(xiàn)工廠的精細化生產(chǎn)；利用BIM技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場吊裝和施工模擬優(yōu)化裝配式施工。所以，采用BIM技術(shù)對可持續(xù)性工業(yè)化建筑體系的運作是十分契合的，在整個的設(shè)計流程中，對如建筑空間的優(yōu)化、減少構(gòu)件的錯漏、減少構(gòu)件搭接的碰撞、深化施工設(shè)計、施工吊裝優(yōu)化和仿真、項目建設(shè)成本控制等都有積極的作用。

運用BIM技術(shù)可以模擬項目的全生命模型，對建筑的外觀、功能、施工和造價等信息進行考察，最大限度地，使用建筑地使能源的效率最大化。同時，BIM能保證從設(shè)計到工業(yè)化建筑部件生產(chǎn)信息的完備性與時效性。借助BIM的數(shù)據(jù)信息集中化儲存處理的特點，保證建筑項目全生命周期的管理，使得項目各階段的信息能準(zhǔn)確、及時、有效地傳遞，保障工業(yè)化部件的精準(zhǔn)生產(chǎn)。BIM技術(shù)使得建筑項目的信息在規(guī)劃、設(shè)計、建造、運營維護甚至改造拆除的過程中能夠共享，使得信息的損失最小(如圖3)，為建筑全生命周期管理提供充分的支持[6]。

圖3 可持續(xù)工業(yè)化建筑體系模型(SIBS)

4 結(jié)語

隨著社會需求和經(jīng)濟要求的增加，建筑工業(yè)化在不同的時期以不同的狀態(tài)呈現(xiàn)出來。本文通過相關(guān)研究，對工業(yè)化建筑體系的新定義和態(tài)度進行了論述，以提取包括經(jīng)濟社會在內(nèi)的工業(yè)化建筑體系新動向和可持續(xù)的社會學(xué)方法。依靠提高質(zhì)量、適應(yīng)環(huán)境、增加靈活性、合理規(guī)劃和優(yōu)化理念，使IBS可以融入可持續(xù)建造定義的范圍內(nèi)。作為建筑工業(yè)化的最新的全面方向，基于它的3個不同層次的特征和4組目標(biāo)，SIBS模型都呈現(xiàn)了出來，并提出了工業(yè)化建筑體系為實現(xiàn)可持續(xù)性而應(yīng)該具有的特征。同時，將BIM技術(shù)運用于工業(yè)化建筑體系中，以輔助可持續(xù)工業(yè)化建筑體系的發(fā)展。伴隨著我國工業(yè)化建筑體系的日益完善，建筑科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，一定會建立起基于綠色建筑的可持續(xù)工業(yè)化建筑體系。

[1] 溫宇.適應(yīng)工業(yè)化建設(shè)的城市住宅建筑體系研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2005.

[2] 葉明.建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化及其發(fā)展[C]//我國建筑工業(yè)化實踐與經(jīng)驗文集.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017：1-9.

[3] 姜騰騰.綠色建筑背景下基于BIM技術(shù)的建筑工業(yè)化發(fā)展機制研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2015(2):56-60.

[4] Wong K,Fan Q.Building information modelling(BIM)for sustainable building design[J].Facilities,2013,31(3/4):138-157.

[5] 蘭顯榮.適應(yīng)居住者需求的工業(yè)化住宅設(shè)計初探[D].重慶：重慶大學(xué),2016.

[6] Zabihi H,Habib F,Mirsaeedie L.Definitions,concepts and new directions in Industrialized Building Systems(IBS)[J].KSCE Journal of Civil Engineering,2013,17(6):1199-1205.

[7] 張超.基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京：東南大學(xué),2016.

[8] 周文波,蔣劍,熊成.BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù),2012,41(22):72-74.

TheResearchontheEstablishmentofSustainableIndustrializedBuildingSystems(SIBS)ModelundertheBackgroundofGreenBuilding

ZHAO Hui，et al.

(SchoolofArchitecture&Design，ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130021，China)

In this paper，new definitions and attitudes are presented by comprehensive review of previous researches with an explanatory and analytical method to extract new directions in building industrialization.For sustainability direction，based on three different levels of its features and four groups of objectives，a conceptual model is presented to explain the Sustainable Industrialized Building Systems (SIBS) as a new trend and some practical suggestions have also been presented.Furthermore，the application of BIM technology in the whole life cycle management of industrial buildings has been discussed to help the development of sustainable industrialized building systems.

green building；sustainability；Industrialized Building Systems(IBS)；BIM(Building Information Modelling)

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.022

2017-03-20

趙暉(1967-)，男(漢)，長春，副教授 主要研究建筑設(shè)計及其理論、建筑技術(shù)。

TU201.5

A

1009-8984(2017)03-0092-05