綠色建筑與BIM技術(shù)的高效整合及應(yīng)用研究

宋永朋，張艷

（青海省創(chuàng)業(yè)發(fā)展孵化器有限公司）

1 引言

1.1 BIM技術(shù)的內(nèi)容及特點(diǎn)

BIM是依據(jù)建筑工程所有信息及多方位數(shù)據(jù)作為模型基礎(chǔ)建立出來(lái)的三維建筑模型[1]，可應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維中[2]。利用BIM 技術(shù)，將模擬進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，管理人員可快速了解施工過(guò)程存在的偏差和亟待改進(jìn)的工序和資源配備[3]。

1.2 綠色建筑的定義及要求

綠色建筑為人們提供舒適、高效的空間，在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中很注重建筑與環(huán)境的和諧共生，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材及節(jié)水，為人們創(chuàng)造更加健康、舒適的建筑空間[4]。

2 綠色建筑全生命周期的BIM 技術(shù)應(yīng)用

2.1 綠色建筑設(shè)計(jì)階段的BIM技術(shù)應(yīng)用

在綠色建設(shè)全生命周期中，設(shè)計(jì)階段是主要部分。在方案設(shè)計(jì)的同時(shí)需要判定建筑所在環(huán)境能否達(dá)到建筑正常使用要求，且能維持長(zhǎng)期適用性。而這些判定工作需要進(jìn)行大量的計(jì)算和分析，這個(gè)過(guò)程不僅繁瑣而且準(zhǔn)確性難以保證。BIM模型可以導(dǎo)入各類模擬軟件，通過(guò)設(shè)定各個(gè)相關(guān)參數(shù)和屬性，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。

BIM 軟件具有的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)提取和分析功能，可以快速準(zhǔn)確地獲得建筑構(gòu)件的位置和數(shù)量，滿足項(xiàng)目施工中深化設(shè)計(jì)的要求，為組件的精確加工和組裝提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持[5]（見(jiàn)圖1）。

圖1 BIM中建筑構(gòu)件詳細(xì)信息圖表

將建筑所在城市和位置的氣候、環(huán)境信息輸入到BIM 模型中進(jìn)行日照分析和通風(fēng)分析，優(yōu)化建筑的整體設(shè)計(jì)。在節(jié)能方面，通過(guò)對(duì)冷熱負(fù)荷和能量損耗方面進(jìn)行模擬，可以為能源節(jié)約提供參考。

通過(guò)BIM 技術(shù)碰撞檢查的應(yīng)用，可以減少設(shè)計(jì)過(guò)程中多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，降低后期修改和變更的數(shù)量[6]。經(jīng)過(guò)前期分析得到的數(shù)據(jù)和反饋，可以很大程度上改善設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量，同時(shí)提高施工圖紙的準(zhǔn)確性、適用性和安全性等。

2.2 綠色建筑施工階段的BIM技術(shù)應(yīng)用

在項(xiàng)目的綠色建筑施工管理過(guò)程中，BIM 技術(shù)主要有幾個(gè)方面的應(yīng)用。

1）施工方案模擬及交底

針對(duì)方案的整體設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，制作BIM 模型和模擬過(guò)程，對(duì)方案的可行性進(jìn)行模擬試驗(yàn)，達(dá)到要求后進(jìn)行全體成員可視化交底。

2）場(chǎng)地布置模擬

對(duì)塔吊、生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)、臨時(shí)建筑、物流等在整個(gè)施工過(guò)程中總體布局位置進(jìn)行合理預(yù)判，運(yùn)用BIM 三維可視化布置，實(shí)際模擬施工過(guò)程，提前發(fā)現(xiàn)并解決施工場(chǎng)地布置中的問(wèn)題。

3）施工工序及進(jìn)度模擬

按照施工工序和流水作業(yè)要求對(duì)多個(gè)施工段和多個(gè)工序進(jìn)行進(jìn)度關(guān)聯(lián)的模擬，形成有效銜接的施工過(guò)程。

4）施工材料管理

通過(guò)BIM 模型可以很快導(dǎo)出施工材料清單，并對(duì)施工材料進(jìn)行分類整理，方便項(xiàng)目采購(gòu)安排資金的進(jìn)度計(jì)劃。由于在建模階段已經(jīng)把每個(gè)構(gòu)件的信息都輸入到BIM模型中，與傳統(tǒng)的預(yù)算相比，BIM模型可以一鍵導(dǎo)出材料清單，大大提高了施工材料管理的效率（見(jiàn)圖2）。

圖2 BIM模型導(dǎo)出的施工材料清單

2.3 綠色建筑運(yùn)維階段的BIM技術(shù)應(yīng)用

在綠色建筑全生命周期中，相比設(shè)計(jì)和施工階段，運(yùn)營(yíng)管理與維護(hù)階段的時(shí)間是最長(zhǎng)的。BIM 運(yùn)維平臺(tái)可以通過(guò)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)處理，短時(shí)間內(nèi)處理大量的繁雜數(shù)據(jù)，形成三維空間和運(yùn)維數(shù)據(jù)的有效統(tǒng)一。把運(yùn)維期間需要控制和維護(hù)的參數(shù)以變量形式存儲(chǔ)于BIM運(yùn)維平臺(tái)中，結(jié)合PLC/DCS和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，即可快速獲取所有建筑實(shí)時(shí)信息，并可對(duì)建筑能耗等進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，提前部署能源消費(fèi)策略，從而達(dá)到節(jié)能和減少能耗費(fèi)用的目標(biāo)[7]。

通過(guò)將BIM 技術(shù)生成的數(shù)據(jù)庫(kù)與運(yùn)維系統(tǒng)結(jié)合，能夠把BIM技術(shù)特有的優(yōu)勢(shì)（信息存儲(chǔ)與空間定位）充分給予展示，大大提升整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)管理信息化水平，保持最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

3 綠色建筑BIM技術(shù)應(yīng)用整合

3.1 成本控制方面的整合

3.1.1 設(shè)計(jì)造價(jià)與施工管理

BIM模型可附加的造價(jià)信息從前期設(shè)計(jì)到后期運(yùn)維過(guò)程，都能起到很高的參考價(jià)值和管理價(jià)值。結(jié)合建立的BIM 模型，可獲取任意工程量和成本信息，詳細(xì)地反映項(xiàng)目實(shí)施流程，對(duì)施工資源和成本進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和精細(xì)管理[8]。利用BIM 技術(shù)模型對(duì)工程預(yù)算進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，避免出現(xiàn)成本偏差及進(jìn)度偏差，準(zhǔn)確掌握施工中各個(gè)環(huán)節(jié)的造價(jià)及整體施工成本。自動(dòng)生成符合國(guó)家工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的工程量清單及報(bào)表，又好又快地完成投資核算工作。

3.1.2 變更管理的應(yīng)用

BIM技術(shù)在變更管理方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是前期控制，一個(gè)是過(guò)程管理。

前期控制階段，BIM 技術(shù)通過(guò)以下措施減少工程變更：碰撞檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)模擬、進(jìn)度模擬[9]。BIM技術(shù)保證任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)修改其他節(jié)點(diǎn)跟隨進(jìn)行修正，減少人工全盤(pán)修改的繁瑣，避免各種碰撞（碰撞檢查見(jiàn)圖3）。

圖3 項(xiàng)目中典型的BIM模型碰撞

過(guò)程管理階段如果發(fā)生變更，就利用BIM 技術(shù)進(jìn)行管理，對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，可以實(shí)時(shí)有效地進(jìn)行管理和觀察變更之后的準(zhǔn)確效果。減少項(xiàng)目參建各方的不理解，實(shí)現(xiàn)綠色建筑的進(jìn)度管控和有序管理。

3.2 性能優(yōu)化方面的整合

3.2.1 過(guò)程模擬的應(yīng)用

通過(guò)BIM 建立的綠色建筑信息模型，可以對(duì)綠色建筑的相關(guān)環(huán)境和能源參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算和分析，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。為確保綠色建筑的安全性、節(jié)能性等，對(duì)模型進(jìn)行BIM技術(shù)的各項(xiàng)模擬設(shè)置的測(cè)驗(yàn)，以保證綠色建筑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)模型與施工過(guò)程的交互，可以更好地控制項(xiàng)目能耗，節(jié)約資源和成本（見(jiàn)圖4）。

圖4 基于BIM模型的室外風(fēng)環(huán)境模擬

3.2.2 材料選擇與管理

在綠色建筑的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，要盡量減少能耗高的建筑材料的使用。借助于BIM技術(shù)完成項(xiàng)目所有材料的統(tǒng)計(jì)工作，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果反饋給相關(guān)材料供應(yīng)商，供應(yīng)商根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)即可按需配送，從而有效減少材料使用過(guò)程中的偏差，避免不必要的資源浪費(fèi)與成本浪費(fèi)。同時(shí)，借助BIM 技術(shù)的相關(guān)軟件進(jìn)行主要材料的性能模擬，真實(shí)反映建筑材料的應(yīng)用效果。提前進(jìn)行預(yù)判和模擬，在材料選用方面提供可參考的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)控制方面的整合

在充分應(yīng)用BIM 所構(gòu)建出的綠色建筑模型之后，任何變動(dòng)信息都能達(dá)到提前預(yù)判和模擬計(jì)算的程度，不僅節(jié)省人工和時(shí)長(zhǎng)，還能準(zhǔn)確地對(duì)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警[10]。BIM技術(shù)的災(zāi)害模擬工具也能對(duì)災(zāi)害發(fā)生的原因進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)提醒相關(guān)部門采取應(yīng)急預(yù)案。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)還能針對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息快速給救援團(tuán)隊(duì)提供有效指引。

4 結(jié)語(yǔ)

綠色建筑要做到的不僅是“四節(jié)一環(huán)?！崩砟畹膫鬟f，還應(yīng)該形成一套完整的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，用于推動(dòng)建筑行業(yè)全生命周期管理的提升。近年來(lái)，國(guó)家和行業(yè)在推進(jìn)建筑信息化方面開(kāi)展了多項(xiàng)活動(dòng)和舉措，力求BIM技術(shù)和綠色建筑有效融合，加快設(shè)計(jì)到施工，再到運(yùn)維周期性的無(wú)縫連接。本文從綠色建筑和BIM 技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行了探討，分階段研究了兩者相互促進(jìn)和作用的過(guò)程，并從BIM 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和突出作用角度探討了BIM技術(shù)和綠色建筑的整合渠道，將BIM 技術(shù)真正落地使用到綠色建筑中去，有效促進(jìn)綠色建筑全生命周期的管理。