BIM技術(shù)與綠色建筑可持續(xù)發(fā)展分析

中國建筑設(shè)計院有限公司·BIM設(shè)計研究中心主任 于潔

中國建筑設(shè)計院有限公司·BIM設(shè)計研究中心 石磊

背景

21世紀(jì)以來，建筑業(yè)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。我國建筑業(yè)快速發(fā)展，建造能力不斷增強，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，吸納了大量農(nóng)村轉(zhuǎn)移勞動力，帶動了大量關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)，對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、城鄉(xiāng)建設(shè)和民生改善作出了重要貢獻(xiàn)。但同時也要看到，建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，消耗了巨大的自然資源，淡水、可耕地、天然材料、不可再生能源等日益枯竭，帶來溫室氣體、污染物等的排放量卻大幅增加。在我國，建筑的總能耗已經(jīng)占到全社會總能耗的25.5%左右。同時，建筑造成的惡劣空氣質(zhì)量也危及到了公眾日常生活與健康。為應(yīng)對能源危機、人口增長等問題，綠色、低碳等可持續(xù)發(fā)展理念逐漸深入人心，而以有效提高建筑物資源利用效率、降低建筑對環(huán)境影響為目標(biāo)的綠色建筑成為全世界的關(guān)注重點。環(huán)境友好型綠色建筑成為世界各國建筑發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

隨著《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2017〕19號）和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》（建質(zhì)函[2015]159號）等政策文件的出臺，為行業(yè)貫徹實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，培育和發(fā)展工程建設(shè)領(lǐng)域“新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)”，促進(jìn)工程建設(shè)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動綠色城鎮(zhèn)化、數(shù)字城市和智慧城市建設(shè)提供了政策支撐。其中，BIM技術(shù)作為建筑業(yè)的新技術(shù)、新理念和新手段，在已成為受到業(yè)界廣泛關(guān)注和認(rèn)可的綠色建筑可持續(xù)發(fā)展實施系統(tǒng)性方案，是推進(jìn)綠色建筑可持續(xù)發(fā)展——降低建筑業(yè)資源消耗、減少建筑垃圾排放、消除環(huán)境污染、實現(xiàn)節(jié)能減排的重要舉措。

BIM與綠色建筑可持續(xù)發(fā)展關(guān)系

從中國建設(shè)科技集團(tuán)股份有限公司多年的綠色建筑實踐經(jīng)驗來看，標(biāo)準(zhǔn)體系是反映、評估與實現(xiàn)綠色建筑規(guī)范、有序、健康、可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)與保證。

目前，世界上已經(jīng)有近30個國家或地區(qū)推出了建筑節(jié)能、綠色建筑以及可持續(xù)建筑的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，讓建造綠色節(jié)能、可持續(xù)性的建筑切實落地。例如，英國皇家測量師學(xué)會定義有效利用資源、減少污染物排放、提高室內(nèi)空氣及周邊環(huán)境質(zhì)量的建筑即為綠色建筑。美國國家環(huán)境保護(hù)局定義綠色建筑是在全生命周期內(nèi)（從選址到設(shè)計、建設(shè)、運營、維護(hù)、改造和拆除）始終以環(huán)境友好和資源節(jié)約為原則的建筑。中國《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》定義綠色建筑為在全生命周期內(nèi)，最大限度節(jié)約資源、保護(hù)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。

從各國對綠色建筑的定義不難看出，綠色建筑提倡將節(jié)能環(huán)保的理念貫穿于建筑的全生命周期；主張在提供健康、適用和高效的使用空間的前提條件下節(jié)約能源、降低排放，在較低的環(huán)境負(fù)荷下提供較高的環(huán)境質(zhì)量；提倡在技術(shù)與形式上須體現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的相關(guān)特點，即合理利用信息化、自動化、新能源、新材料等先進(jìn)技術(shù)。

圖1 基于BIM技術(shù)的中國本土綠色設(shè)計評估體系

BIM技術(shù)與綠色建筑全生命周期發(fā)展理念相吻合，作為建筑業(yè)的新技術(shù)、新理念和新手段，BIM技術(shù)勢必對綠色建筑的發(fā)展起到重要的推動作用，引導(dǎo)建筑業(yè)傳統(tǒng)思維方式、技術(shù)手段和商業(yè)模式的全面變革，引發(fā)建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈全面整合與再造。在我國，依據(jù)BIM技術(shù)數(shù)字建模與仿真的特點，BIM技術(shù)將成為綠色建筑科學(xué)規(guī)劃和持續(xù)發(fā)展的基石，其作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

一是BIM技術(shù)與綠色建筑可持續(xù)目標(biāo)在時間維度的一致性。BIM技術(shù)致力于實現(xiàn)全生命周期內(nèi)不同階段的集成管理；而綠色建筑的開發(fā)、管理涵蓋建造、使用、拆除、維修等建筑全生命周期。時間維度對應(yīng)為兩者的結(jié)合提供了便利。

二是BIM技術(shù)與綠色建筑可持續(xù)目標(biāo)在核心功能的互補性。綠色建筑可持續(xù)目標(biāo)的達(dá)成需要全面系統(tǒng)地掌握不同材料、設(shè)備的完整信息，在項目全生命周期內(nèi)協(xié)同、優(yōu)化，從而節(jié)約能源、降低排放，BIM技術(shù)為其提供了整體解決方案。

三是BIM技術(shù)與綠色建筑可持續(xù)目標(biāo)在應(yīng)用平臺的開放性。綠色建筑需借助不同軟件來實現(xiàn)建筑物的能耗、采光、通風(fēng)等分析，并要求與其相關(guān)的應(yīng)用平臺具備開放性。BIM平臺具備開放性的特點，允許導(dǎo)入相關(guān)軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列可視化操作，為其在綠色建筑中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

圖2 中國本土綠色建筑設(shè)計理論方法路線

BIM技術(shù)促進(jìn)綠色建筑生產(chǎn)方式的改變，促進(jìn)建筑行業(yè)的工業(yè)化發(fā)展

建設(shè)項目本質(zhì)上都是工業(yè)化制造和現(xiàn)場施工安裝結(jié)合的產(chǎn)物，提高工業(yè)化制造在建設(shè)項目中的比例是建筑行業(yè)工業(yè)化的發(fā)展方向和目標(biāo)，同時也是實現(xiàn)可持續(xù)綠色建筑生產(chǎn)方式的有效途徑。

基于BIM技術(shù)可以實現(xiàn)建筑工程項目在規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工和運營維護(hù)全過程的集成應(yīng)用，實現(xiàn)工程建設(shè)項目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理，通過虛擬建造與仿真模擬功能，易于為項目方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù)，促進(jìn)建筑業(yè)提質(zhì)增效，從而減少建筑全生命期的資源消耗與浪費，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

前期規(guī)劃設(shè)計、建造階段，合理利用BIM技術(shù)，對建筑周圍環(huán)境及建筑物空間進(jìn)行仿真模擬分析，得出最合理的場地規(guī)劃、交通物流組織、建筑物及大型設(shè)備布局等方案。利用虛擬施工建造，避免建造過程中碰撞或沖突導(dǎo)致的管網(wǎng)漏損；提升建筑使用功能及節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材和環(huán)保等要求；后期運管階段，借助BIM信息模型整合建筑相關(guān)設(shè)備設(shè)施的使用情況及性能進(jìn)行實時跟蹤和監(jiān)測，在動態(tài)數(shù)據(jù)庫中做到全方位、無盲區(qū)基于BIM進(jìn)行能耗分析與管理。為使用者提供功能適用、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境協(xié)調(diào)的建筑設(shè)計產(chǎn)品。

圖3 基于BIM技術(shù)的綠色可持續(xù)設(shè)計

同時，BIM技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將大大推動和加快建筑行業(yè)工業(yè)化進(jìn)程，堅持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用，推動建造方式創(chuàng)新，大力發(fā)展裝配式混凝土和鋼結(jié)構(gòu)建筑，不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。建筑的工業(yè)化實施必將助力推進(jìn)綠色建筑可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程，減少工程建設(shè)行業(yè)的污染排放與能源粗放式消耗。

此外，還應(yīng)在新建建筑和既有建筑改造中推廣普及智能化應(yīng)用，完善智能化系統(tǒng)運行維護(hù)機制，實現(xiàn)建筑舒適安全、節(jié)能高效。

圖4 BIM技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用與建筑工業(yè)化進(jìn)程

BIM技術(shù)促進(jìn)綠色建筑的產(chǎn)業(yè)融合與社會化推廣

我國工程項目建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈龐大，具有項目類型多、項目數(shù)量多、項目規(guī)模大、參建方眾多等特點，加之綠色施工、節(jié)能減排等建設(shè)理念，對項目管理工作、產(chǎn)業(yè)融合與新技術(shù)的社會化推廣和應(yīng)用提出了很大的挑戰(zhàn)。建立基于信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈融合與推廣途徑成為建筑業(yè)發(fā)展的內(nèi)因需要與外因動力，也成為深化建筑業(yè)“放管服”改革、完善監(jiān)管體制機制、優(yōu)化市場環(huán)境、提升工程質(zhì)量安全水平、強化隊伍建設(shè)、增強企業(yè)核心競爭力、促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展、打造“中國建造”品牌的重要支撐。

完善工程建設(shè)組織模式及監(jiān)管體制機制，提升工程質(zhì)量安全水平

借助BIM技術(shù)的信息協(xié)同模式可以把工程項目設(shè)計、建造過程中的分散、人工管理的信息集中，用分級、分類的信息安全自動管理方式進(jìn)行管理，建設(shè)相關(guān)方協(xié)同工作，信息交流通暢，可以保證工程項目管理效率的大幅提高。例如，借助BIM信息技術(shù)，建設(shè)方以及各相關(guān)方監(jiān)管部門可以全面監(jiān)視、管控工程項目的品質(zhì)、成本、工期和效率。通過BIM精確算量、算價，實現(xiàn)投資成本的精確控制，實現(xiàn)項目精細(xì)化管理。

深化建筑業(yè)“放管服”改革，優(yōu)化市場環(huán)境，促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展

建設(shè)工程項目的審批、管理與服務(wù)過程中，往往與當(dāng)?shù)卣?wù)局辦、財政等部門之間存在緊密的業(yè)務(wù)聯(lián)系。目前，傳統(tǒng)工程建設(shè)項目審批過程中，缺少以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的多部門協(xié)同的流程化、標(biāo)準(zhǔn)化審批體系，難以滿足工程建設(shè)項目高強度的審批需求，通過建立“基于BIM技術(shù)的建設(shè)協(xié)同管理平臺”，與政務(wù)數(shù)據(jù)共享、傳遞與對接，實現(xiàn)“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”的管理機制，推動政府行政管理理念和模式進(jìn)步，以基于數(shù)據(jù)的科學(xué)決策實現(xiàn)協(xié)同化協(xié)作、管理與服務(wù)模式，支撐政務(wù)精細(xì)化管理和服務(wù)，為建筑業(yè)企業(yè)提供公平市場環(huán)境。同時，政府投資工程項目對信息安全有較高要求，涉及到公共利益、公共安全的工程項目必須保證工程建設(shè)的信息安全，按照“數(shù)、云、網(wǎng)、端”融合創(chuàng)新趨勢及電子政務(wù)集約化建設(shè)需求，依托統(tǒng)一的國家電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)加快建設(shè)可持續(xù)性政務(wù)數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)（安全防護(hù)、共享交換、數(shù)據(jù)分析、更新備份），實現(xiàn)關(guān)鍵城市公共基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)共享匯聚。

圖5 BIM促進(jìn)綠色建筑的產(chǎn)業(yè)融合

此外，建立完善全國建筑市場監(jiān)管公共服務(wù)平臺，加快實現(xiàn)與全國信用信息共享平臺和國家企業(yè)信用信息公示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享交換。建立建筑市場主體黑名單制度，依法依規(guī)全面公開企業(yè)和個人信用記錄，接受社會監(jiān)督。

BIM、GIS技術(shù)融合促進(jìn)綠色園區(qū)、區(qū)域級綠色城市、社會化互動的建立

如果將綠色建筑延伸至綠色建筑群，即綠色園區(qū)或綠色區(qū)域城市，在建立孿生數(shù)字園區(qū)、孿生數(shù)字區(qū)域級城市方面，需要應(yīng)用到建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）。BIM技術(shù)通過建筑信息模型去開展各項虛擬建造、模擬工作，將綠色仿真功能應(yīng)用于建筑工程及市政工程設(shè)計、建造、管理，不僅僅可以使建筑工程、市政工程在其整個進(jìn)程中得出最合理的場地規(guī)劃、交通組織、建筑物及大型設(shè)備布局等方案，科學(xué)化、數(shù)據(jù)化提質(zhì)增效，并通過虛擬建造功能在真實施工過程前發(fā)現(xiàn)“錯、漏、碰、缺”等錯誤和遺漏，減少建筑全生命期的資源消耗與浪費。GIS技術(shù)已經(jīng)由以往單一的導(dǎo)航工具，逐漸通過與多種智能化技術(shù)的融合，實現(xiàn)區(qū)域級、城市級的時空仿真數(shù)字孿生園區(qū)與區(qū)域級城市信息模型（CIM），可提取園區(qū)、區(qū)域級城市的地物類型信息，包括城市建筑物、道路、綠地、水體等，還可以借助城市數(shù)字孿生模型（CIM）推演城市的生態(tài)環(huán)境特征進(jìn)行分析，包括城市的熱島情況、地表不透水條件等。

這兩項技術(shù)結(jié)合就能夠生成含有豐富孿生數(shù)字信息的園區(qū)或區(qū)域城市三維信息模型，實現(xiàn)綠色園區(qū)、綠色區(qū)域城市的三維規(guī)劃、場景的優(yōu)化與系統(tǒng)集成，進(jìn)而為綠色園區(qū)、綠色區(qū)域級城市規(guī)劃、施工建造與運營管理工作始終同周邊環(huán)境緊密結(jié)合提供條件，可使用戶從微觀和宏觀多個空間尺度充分考慮任一設(shè)計單元自身特點及與周邊環(huán)境的相互關(guān)系，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的模擬和分析，從而實現(xiàn)綠色園區(qū)、綠色區(qū)域級城市科學(xué)規(guī)劃。此外，BIM與GIS技術(shù)的結(jié)合更為綠色區(qū)域級城市制定防災(zāi)規(guī)劃、建立預(yù)警機制以及制定緊急應(yīng)對措施，盡量避免災(zāi)害發(fā)生，降低災(zāi)害造成的損失。科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為隨時監(jiān)控災(zāi)害的形成和發(fā)展提供了越來越大的可能。因此，BIM技術(shù)與GIS技術(shù)的融合應(yīng)用與發(fā)展，為綠色園區(qū)、綠色區(qū)域級城市走向數(shù)據(jù)化、信息化帶來契機，是未來的發(fā)展方向。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和移動通訊技術(shù)的發(fā)展，日益豐富的數(shù)據(jù)源為研究園區(qū)、區(qū)域級城市空間特征提供了新的視角和方法，利用這些數(shù)據(jù)不僅可以對城市物質(zhì)空間特征信息進(jìn)行提取，還可以分析綠色建筑、綠色園區(qū)、綠色區(qū)域級城市使用者在城市空間中活動的時空特征。例如，利用手機信令數(shù)據(jù)模擬人群的時空動態(tài)分布，提取居住地、就業(yè)地等各種人群活動的特征空間，分析各類型人群空間的分布特征，平衡區(qū)域級的綠色規(guī)劃體系等。區(qū)域級的城市孿生數(shù)字模型（CIM）在城市規(guī)劃、環(huán)境仿真模擬等領(lǐng)域有巨大潛在價值，為揭示動態(tài)城市生態(tài)演變系統(tǒng)帶來遐想。

圖6 區(qū)域級、城市級的數(shù)字孿生園區(qū)與區(qū)域級城市信息模型

結(jié)語

從過去幾年的綠色建筑可持續(xù)發(fā)展實踐來看，強調(diào)更多的是實現(xiàn)綠色建筑可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)手段，忽略了綠色建筑可持續(xù)發(fā)展的本質(zhì)是綠色建筑建造、運維管理的本質(zhì)，忽略了城市群的綠色建筑低能耗運維管理帶來的更大利益，忽略了建筑工業(yè)化、建筑信息化、綠色建筑與使用者、管理者之間，乃至整個園區(qū)、整個區(qū)域級城市的互動關(guān)系。同時在推進(jìn)過程中，由于缺乏基于城市整體考慮與可持續(xù)發(fā)展的頂層設(shè)計體系，導(dǎo)致現(xiàn)有的綠色建設(shè)可持續(xù)實踐更像是單個的綠色化項目（如某項目綠色認(rèn)證等級評選等），未能全面有效地解決城市發(fā)展所面臨的各類問題，對城市居民生活的改善也效果甚微。

相信隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、下一代互聯(lián)網(wǎng)、無線寬帶等新一輪信息技術(shù)發(fā)展，信息技術(shù)智能化、集成化特征凸顯，信息網(wǎng)絡(luò)也進(jìn)一步向?qū)拵А⑷诤戏较蜻~進(jìn)。同時，信息技術(shù)與其他產(chǎn)業(yè)技術(shù)的融合會不斷加深，并且將進(jìn)一步培育和促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點，為信息時代的到來奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用對于實現(xiàn)綠色建筑生命期可持續(xù)發(fā)展與管理，甚至從城市群（CIM）的發(fā)展與應(yīng)用角度，推進(jìn)建筑業(yè)“兩化（工業(yè)化+信息化）融合”進(jìn)程，具有巨大的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景，我們應(yīng)把握信息技術(shù)發(fā)展的新機遇，加快推進(jìn)綠色建筑，搶占先發(fā)優(yōu)勢，確保在城市新一輪發(fā)展中，把握主動權(quán)。