BIM 技術(shù)在優(yōu)化建筑可持續(xù)發(fā)展評(píng)估中的應(yīng)用

楊 志（中國(guó)建筑第八工程局有限公司，海南 ?？?570100）

環(huán)境問題與建筑業(yè)之間的關(guān)系已經(jīng)被科學(xué)界所證實(shí)和確定[1]。在國(guó)內(nèi)，95% 以上的建筑都屬于高能耗建筑，建筑業(yè)的終端能耗已接近全社會(huì)能耗的 30%。建筑活動(dòng)造成的污染約占全部污染的 34%，建筑垃圾占總垃圾的 40%[2-3]?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》中提出對(duì)綠色規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行，并促進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀建筑的發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展的概念在過去幾年內(nèi)被廣泛地討論與更新。1987年，《布倫特蘭報(bào)告》將可持續(xù)發(fā)展定義為“既滿足當(dāng)代人的需要，同時(shí)又不能損害后代人滿足其需要的能力的發(fā)展”[4]。隨后兩次聯(lián)合國(guó)大會(huì)（1992 年巴西里約熱內(nèi)盧，2002 年約翰內(nèi)斯堡）就是圍繞著環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展主題展開的，建立了可持續(xù)發(fā)展與建設(shè)的 3 個(gè)主要維度即環(huán)境維度、經(jīng)濟(jì)維度和社會(huì)文化維度，將可持續(xù)發(fā)展理念融入建筑的全壽命周期中。發(fā)展綠色建筑，已成為我國(guó)今后城鄉(xiāng)建設(shè)和建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)，是貫徹執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要手段[5]。

1 綠色建筑可持續(xù)發(fā)展

1.1 可持續(xù)發(fā)展基本原則

查爾斯·吉伯特在 1994 年佛羅里達(dá)舉行的世界大會(huì)上首次提出了可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策即創(chuàng)建和管理一個(gè)健康的建筑環(huán)境。該對(duì)策考慮到生態(tài)原則和資源的有效利用，為可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)確定以下原則。減少資源損耗，最大限度地重復(fù)利用資源，使用可再生可循環(huán)的資源，保護(hù)自然環(huán)境，創(chuàng)建健康無毒的環(huán)境，在建造環(huán)境中追求質(zhì)量。

建筑物對(duì)于環(huán)境的影響已經(jīng)廣為人知。一些公司提出了評(píng)估建筑可持續(xù)的方法，可用來評(píng)估與監(jiān)控建筑性能，并收集相關(guān)信息，可用以支持工程師和設(shè)計(jì)師在項(xiàng)目不同階段的決策。BSA（建筑可持續(xù)發(fā)展評(píng)估）方法的使用為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)展現(xiàn)了他們?cè)O(shè)計(jì)的建筑對(duì)于周邊環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的影響的機(jī)會(huì)[6]。

1.2 可持續(xù)發(fā)展評(píng)估概述

在過去 20 年內(nèi)，世界各地的公司、組織以及政府當(dāng)局相繼提出了幾種 BSA 方法[7]。有些方法已在全世界得到使用和發(fā)展，還有一些方法只適用于特定地區(qū)[6]。這些方法的共同特點(diǎn)就是評(píng)估建筑的部分特征，并將結(jié)果匯總成環(huán)境評(píng)級(jí)和可持續(xù)發(fā)展的評(píng)分。最早為人所知的 BSA 方法是 BREEAM（建筑研究機(jī)構(gòu)環(huán)境評(píng)估）方法，可以追溯到 1990 年，由英國(guó)的建筑研究機(jī)構(gòu) BRE 提出。這種 BSA 方法與可持續(xù)建筑環(huán)境國(guó)際主題活動(dòng)（iiSBE）和美國(guó)綠色建筑委員會(huì)（USGBC）開發(fā)的能源和環(huán)境設(shè)計(jì)指導(dǎo)（LEED）和綠色建筑評(píng)價(jià)系統(tǒng)（SBTool）一起，為全世界的其他 BSA 方法的提出提供了基礎(chǔ)[7]。

2 建筑信息模型（BIM）

2.1 建筑信息模型概述

建筑工程正在變得越來越復(fù)雜。為了優(yōu)化建筑工程， 相應(yīng)的技術(shù)被推出。BIM 的出現(xiàn)使得傳統(tǒng) AEC（建筑、工程和建筑）行業(yè)邁向自動(dòng)化和現(xiàn)代化，并且改變了當(dāng)前項(xiàng)目建設(shè)的情況。由于它比傳統(tǒng)的技術(shù)更加具有優(yōu)勢(shì)，在不同的國(guó)家有多個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正在使用。此外，一些國(guó)家正在推廣[8]。

BIM 技術(shù)可以被定義為一種關(guān)于制度策略、過程、構(gòu)思方法的技術(shù)。其出現(xiàn)使得以數(shù)字化管理 3 D 圖紙和其他項(xiàng)目數(shù)據(jù)成為可能。在項(xiàng)目整個(gè)建造周期內(nèi)，數(shù)字模擬工程的實(shí)際施工、管理項(xiàng)目是一個(gè)整體的過程[9]。這種模式的改變不僅對(duì)建筑部門產(chǎn)生影響，而且有利于整個(gè)社會(huì)的發(fā)展。比如建設(shè)同樣的建筑比以前消耗更少的材料、需要更少的人力和財(cái)力資源[7]。

BIM 的本質(zhì)在于方便項(xiàng)目所有相關(guān)者在項(xiàng)目整個(gè)建造周期內(nèi)共享信息，與混亂無序和缺乏信息共享的傳統(tǒng)方法相比，其是井然有序的。BIM 既讓項(xiàng)目每個(gè)利益相關(guān)者獨(dú)立自主，又使他們始終圍繞著一個(gè)核心行動(dòng)。該模型包含所有與建筑相關(guān)的信息，即建筑設(shè)計(jì)和項(xiàng)目技術(shù)管理等方面的信息。這使得設(shè)計(jì)人員能夠快速識(shí)別錯(cuò)誤和不兼容之處，促進(jìn)決策和優(yōu)化成本。

當(dāng)其應(yīng)用于建筑項(xiàng)目時(shí)，這種方法會(huì)產(chǎn)生一個(gè)包含所有項(xiàng)目特征的虛擬模型（BIM 模型）。該模型采用面向目標(biāo)的參數(shù)調(diào)制方法，利用參數(shù)描述目標(biāo)之間的關(guān)系。為了創(chuàng)建虛擬模型，建議使用 BIM 平臺(tái)—一種可生成具有多種用途的信息并創(chuàng)建和編輯 BIM 模型的軟件。經(jīng)過調(diào)制之后，BIM 模型可以應(yīng)用于整個(gè)建筑生命周期的可視化、文檔化、管理、成本規(guī)劃、維護(hù)、運(yùn)營(yíng)、詳細(xì)分析、物流、拆除等環(huán)節(jié)[8]。這些功能的實(shí)現(xiàn)大多需要附加的 BIM 工具—執(zhí)行特定類型分析的不同的軟件配合。這些工具與 BIM 平臺(tái)之間的信息交換可以通過不同的方式進(jìn)行。根據(jù)分析目標(biāo)的不同，可以使用不同的 .fle 交換格式，如行業(yè)基準(zhǔn)分類 （IFC）和綠色建筑 XML (gbXML)。對(duì)于一些 BIM 平臺(tái)和工具來說，已經(jīng)存在的鏈接即可用來連接它們。BIM 分析軟件能夠模擬綠色建筑的性能，而且模型攜帶大量信息，軟件的計(jì)算能力強(qiáng)，更容易得到與評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)的結(jié)果[10]。

2.2 建筑業(yè)可持續(xù)化與 BIM 應(yīng)用

為了滿足日益增長(zhǎng)的對(duì)可持續(xù)建筑的需求，如降低能源消耗、項(xiàng)目成本、CO2排放量，縮短建設(shè)工期，減少垃圾廢物的產(chǎn)生等，業(yè)內(nèi)已研究出了多種方法。其中，BIM 是一種新興的方法。通過將多學(xué)科信息相互疊加并組合成一個(gè)單一的模型，BIM 創(chuàng)造了一個(gè)絕佳的方式，將可持續(xù)的措施納入項(xiàng)目的不同階段。BIM 技術(shù)在建筑可持續(xù)性設(shè)計(jì)和建造過程中的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)降低能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)社會(huì)生活環(huán)境的保護(hù)[11]。

2018 年，Krygiel 和 Nies 列出了 BIM 的一些可用于改善項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展水平的運(yùn)用。構(gòu)建取向，構(gòu)建集合，日光分析，水回收利用率，可再生能源，能源模型，可持續(xù)材料。

BIM 技術(shù)提供的直接或者間接與可持續(xù)性有關(guān)的方法包括自動(dòng)準(zhǔn)確的材料清單和成本估算、減少資源的利用、建筑/解構(gòu)/修復(fù)廢物利用、項(xiàng)目修改的自動(dòng)更新，促進(jìn)精益施工技術(shù)的實(shí)施。

3 綠色建筑可持續(xù)化評(píng)估

目前國(guó)際建筑可持續(xù)工具（SBTool）被認(rèn)為是所有 BSA 方法中用到的最全面、最具有靈活性的工具，可以根據(jù)每個(gè)地區(qū)的當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行調(diào)整[6,8]。這一特點(diǎn)使得該工具可以用來比較不同國(guó)家建筑的可持續(xù)性。本文重點(diǎn)對(duì) SBToolPT-H 方法進(jìn)行分析。

SBToolPT-H 開發(fā)的目的在于創(chuàng)建一種通用方法，以評(píng)估現(xiàn)有的、更新的建筑的可持續(xù)性。除可持續(xù)評(píng)估之外，該方法還能支持項(xiàng)目早期階段的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工作，提升建筑工程相關(guān)人員對(duì)采用可持續(xù)解決方案的效益的認(rèn)識(shí)[6]。

3.1 建筑可持續(xù)化評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

在 SBToolPT-H 中，可持續(xù)發(fā)展的三個(gè)維度為環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)。每個(gè)維度都定義了類別，而這又由一系列的可持續(xù)標(biāo)準(zhǔn)定義。

SBToolPT-H 總共有 25 個(gè)可持續(xù)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)其重要性和可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)先次序把這些標(biāo)準(zhǔn)分為一個(gè)又一個(gè)序列。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)都有不同的權(quán)重。每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有一個(gè)量化的“分?jǐn)?shù)”來分類，這個(gè)分?jǐn)?shù)來自兩個(gè)基準(zhǔn)相互比較，兩個(gè)基準(zhǔn)即最佳實(shí)行可持續(xù)發(fā)展和實(shí)行傳統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。在權(quán)衡了所有的標(biāo)準(zhǔn)之后，對(duì)建筑進(jìn)行了可持續(xù)分類[6]。

目前，使用 SBToolPT-H 方法對(duì)建筑物進(jìn)行評(píng)估是有效的。但是這個(gè)過程既耗時(shí)又效率低下，因?yàn)樗枰嘟M數(shù)據(jù)和對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，主要是一個(gè)基于人機(jī)交互的過程。通常在設(shè)計(jì)階段，SBToolPT-H 難以使用。此外，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)于提高其設(shè)計(jì)的可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)無能為力，因?yàn)槿魏卧O(shè)計(jì)的修正只是重復(fù)整個(gè)評(píng)估過程。

3.2 BIM 技術(shù)在綠色建筑可持續(xù)評(píng)估中的應(yīng)用

運(yùn)用 BIM 可以使建筑合理化和減少使用 SBToolPT-H 完成評(píng)估所需的時(shí)間。當(dāng)引入不同的可持續(xù)措施時(shí)，BIM 可以為設(shè)計(jì)師提供更快的數(shù)據(jù)評(píng)估和建筑整體分析方面的支持。引入 SBToolPT-H 將減少完成評(píng)估所需的時(shí)間并有助于將 BIM 工作流程進(jìn)行整合。這將促進(jìn)建筑的向著低耗能方面發(fā)展，從而有助于創(chuàng)造一個(gè)更可持續(xù)的建筑環(huán)境。SBToolPT-H 的類別如表 1 所示，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量與性質(zhì)如表 2 所示。

表1 SBToolPT—H 的類別

表2 SBToolPT—H 的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表

4 結(jié) 語(yǔ)

在 AEC 行業(yè)中使用 BIM 技術(shù)是優(yōu)化建筑性能并減少對(duì)環(huán)境影響的必不可少途徑。為了建設(shè)更好的可持續(xù)建筑，重要的是要建立整合和在 BIM 環(huán)境中自動(dòng)執(zhí)行 BSA 方法。 如果項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠在項(xiàng)目的早期階段識(shí)別并比較不同的可持續(xù)設(shè)計(jì)方案，就無須花費(fèi)太多時(shí)間、金錢和其他資源。

隨著 SBTool-BIM 的發(fā)展，其主要的貢獻(xiàn)是提高建筑的可持續(xù)性水平。這是一種基于 BIM 的方法。BIM 整合的好處和使用 BSA 方法的好處都可以通過項(xiàng)目和公司實(shí)現(xiàn)的。通過將 BSA 整合，可持續(xù)發(fā)展評(píng)估將與所有其他項(xiàng)目規(guī)程，幫助涉眾實(shí)現(xiàn)信息共享。在項(xiàng)目的早期階段，設(shè)計(jì)師將能夠評(píng)估他們的建筑可持續(xù)性。通過支持設(shè)計(jì)師的決策，可以在較短的時(shí)間內(nèi)引入可持續(xù)的措施，并與較低的成本和資源消耗相比較。