數(shù)字建筑發(fā)展及其深化思考

張建

中國新興集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100084

數(shù)字建筑的基本理念指的是利用 BIM 和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，它結(jié)合先進(jìn)的精益建造理論方法，集成人員、流程、數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑的全過程，全要素、全參與方的數(shù)字化、在線化、智能化，從而構(gòu)建項(xiàng)目、企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的平臺(tái)生態(tài)新體系。這也是我國新時(shí)代新基建下的一種全新建筑理念的提升。在數(shù)字建筑的發(fā)展過程中要時(shí)刻關(guān)注科技發(fā)展，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，滿足新時(shí)期發(fā)展需求的同時(shí)也要展現(xiàn)出良好的數(shù)字賦能應(yīng)用前景。

1 數(shù)字建筑的發(fā)展背景

1.1 政策背景

2020年9月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》，2021年全國兩會(huì)上發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提出，“以數(shù)字化轉(zhuǎn)型整體驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式變革”[1]。2022年7月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十三部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展指導(dǎo)意見》，將提升建筑數(shù)字化、智能化作為新的發(fā)展目標(biāo)。

從國家層面上由于推動(dòng)當(dāng)今產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求，將產(chǎn)業(yè)數(shù)字化作為當(dāng)前整個(gè)社會(huì)的發(fā)展建設(shè)熱點(diǎn)。新的發(fā)展階段，在國有建筑企業(yè)“十四五”數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略制定和實(shí)施中，如何將國有企業(yè)改革和數(shù)字化結(jié)合起來，已經(jīng)成為建筑業(yè)未來規(guī)劃發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。

在雙循環(huán)經(jīng)濟(jì)新發(fā)展要求的背景下，建筑業(yè)作為當(dāng)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，在數(shù)字化新時(shí)代浪潮下剛剛起步，前景依然誘人。我們知道這個(gè)前景絕不是靠從事傳統(tǒng)的建樓房、修高鐵路來實(shí)現(xiàn)的，新時(shí)代下推動(dòng)建筑業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，只有通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

1.2 現(xiàn)實(shí)背景

以新一代數(shù)字技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等手段給傳統(tǒng)建筑業(yè)深度給力，數(shù)字建筑是社會(huì)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的必然結(jié)果，通過資本的支持，研發(fā)新材料的應(yīng)用、科技力量的聯(lián)合、充分考慮產(chǎn)業(yè)的頂層設(shè)計(jì)、規(guī)劃、施工、運(yùn)營等各個(gè)領(lǐng)域。高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的生產(chǎn)、交易、監(jiān)管等各流程的經(jīng)濟(jì)效益，最大程度地保障工程施工質(zhì)量、杜絕不良事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)低碳綠色型，環(huán)保友好型、資源節(jié)約型的需要，給力建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)價(jià)值再創(chuàng)新高。

最近以來，顯然我國建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)取得明顯發(fā)展，但還是依靠以資源要素的大投入、以實(shí)現(xiàn)社會(huì)投資拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，數(shù)字化程度偏低的現(xiàn)象是普遍存在。建筑業(yè)數(shù)字化必須要跳出傳統(tǒng)的思維方式，才能實(shí)現(xiàn)走向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)思維。當(dāng)今的建筑業(yè)系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜分散單一項(xiàng)目的設(shè)計(jì)建筑過程。這個(gè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和流程都是單一串聯(lián)化的社會(huì)生產(chǎn)方式：業(yè)主甲方與建筑設(shè)計(jì)咨詢等單位、項(xiàng)目與各子項(xiàng)目之間，材料商之間及建筑施工乙方都是。這種產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)模型，企業(yè)之間數(shù)據(jù)庫無法共享，產(chǎn)生了數(shù)字信息的社會(huì)浪費(fèi)，從而造成了項(xiàng)目效益的浪費(fèi)和產(chǎn)能的滯后。未來的建筑產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)通過數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化和集約化的高效經(jīng)濟(jì)行為。建造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使建造企業(yè)信息與互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合（CPSS），通過網(wǎng)絡(luò)化及智能化從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)建造。通過分享數(shù)據(jù)、信息和解決方案，人和物，物和物信息對(duì)稱，為建筑商，材料供應(yīng)商，其他物流商，設(shè)計(jì)單位，開發(fā)商，物業(yè)業(yè)主及流程監(jiān)管者帶來透明的管理方便。從而全程高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)建設(shè)工期的如期化和建造造價(jià)的合理性掌控。

2 數(shù)字建筑發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

2.1.1 生產(chǎn)率低下

建筑業(yè)是世界上最大的產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)鏈占全球GDP的13%，但在過去的20年中，建筑業(yè)的生產(chǎn)率僅以每年1%的速度緩慢增長(zhǎng)，年生產(chǎn)率的增長(zhǎng)僅為整個(gè)經(jīng)濟(jì)平均增長(zhǎng)水平的三分之一。盡管建筑行業(yè)存在明顯的經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，工期和造價(jià)超支是常態(tài)，但息稅前利潤(rùn)（EBIT）也僅為5%左右。

圖1 建筑相關(guān)支出占全球GDP比例圖

2.1.2 數(shù)字化進(jìn)程滯后

建筑業(yè)內(nèi)參與方對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避、工程項(xiàng)目及工期碎片化等特點(diǎn)使得該行業(yè)難以吸引數(shù)字化專業(yè)人才，減緩了創(chuàng)新的進(jìn)程；建筑行業(yè)的數(shù)字化水平幾乎低于其他任何行業(yè)，如建筑信息建模（BIM）的采用率在35年內(nèi)僅達(dá)到60%到70%。相比之下，許多技術(shù)（如云客戶關(guān)系管理、磁共振成像、腹腔鏡手術(shù)、鋰離子電池和微波爐）在上市后的8到28年內(nèi)達(dá)到了90%的采用率。

2.1.3 疫情沖擊

2020年的新冠肺炎疫情是又一個(gè)危機(jī)，它給所有周期性行業(yè)造成了嚴(yán)重破壞，如經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩、需求延遲，和施工限制以及安全作業(yè)程序。新冠肺炎疫情正在逐步發(fā)展并加速產(chǎn)生影響，推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)向“下一個(gè)新的業(yè)態(tài)”。

2.2 存在挑戰(zhàn)

一是由于建筑產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、參與從業(yè)方眾、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營周期久。產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)流程產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)及信息難以良性流動(dòng)，故信息容易形成單極不對(duì)稱。

二是在總項(xiàng)目下的各子項(xiàng)目數(shù)量繁雜，各施工隊(duì)伍整體素質(zhì)高低不一，管理層面上大都是勞動(dòng)密集型經(jīng)濟(jì)粗放型偏多，使得信息化管理難以實(shí)現(xiàn)。

三是除了建筑產(chǎn)業(yè)落后的文化及管理體系之外，整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)存在工業(yè)化、數(shù)字化、智能化等各方面素養(yǎng)水平普遍偏低。

四是建筑技術(shù)工程師及產(chǎn)業(yè)技術(shù)工人的短缺，物聯(lián)網(wǎng)利用和商業(yè)經(jīng)濟(jì)安全，數(shù)據(jù)和數(shù)字流程方法論不一等問題，特別是傳統(tǒng)建筑企業(yè)的生產(chǎn)方式出于對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)營成本考慮，市場(chǎng)缺乏創(chuàng)新性以及企業(yè)之間的無序競(jìng)爭(zhēng)，彼此缺乏價(jià)值認(rèn)同和理解，使得建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的應(yīng)用困難重重。

3 數(shù)字建筑總體思路

3.1 總體思路及框架

中國建筑業(yè)在當(dāng)今新時(shí)代全社會(huì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)環(huán)境下，要充分把握產(chǎn)業(yè)科技進(jìn)步的空間時(shí)機(jī)，認(rèn)真學(xué)習(xí)貫通新時(shí)代下的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化對(duì)建筑工程智造的飛越性進(jìn)步，制定高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的自身行業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)工程建造良好的轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)工程智造業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益高穩(wěn)快發(fā)展。

3.2 工作思路

（1）產(chǎn)品形態(tài)：從實(shí)物產(chǎn)品到實(shí)物產(chǎn)品+數(shù)字產(chǎn)品。

（2）經(jīng)營理念：從產(chǎn)品建造到服務(wù)建造。

（3）市場(chǎng)形態(tài)：從產(chǎn)品交易到平臺(tái)經(jīng)濟(jì)。

（4）建造方式：從建筑施工到“制造+建造”。

（5）行業(yè)管理：從管理到治理。

圖3 建筑產(chǎn)業(yè)規(guī)劃工作思路

3.3 全生命周期集成

所有建筑建造行業(yè)的前、中、后三期段中，我們可把它的流程細(xì)化為四個(gè)時(shí)段：項(xiàng)目的規(guī)劃期、工程的設(shè)計(jì)期、項(xiàng)目施工期、運(yùn)營管理期。項(xiàng)目的規(guī)劃期，主要是項(xiàng)目的立項(xiàng)前期，建筑建模、資金概算、環(huán)境規(guī)劃、國土熟化、空間布局等；工程的設(shè)計(jì)期，主要是對(duì)工程內(nèi)容方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)辯論，包括設(shè)計(jì)方案總評(píng)、工程造價(jià)分析、項(xiàng)目對(duì)環(huán)境能耗評(píng)估、工程規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施等；項(xiàng)目施工期，主要是業(yè)主方，施工方，設(shè)計(jì)方及監(jiān)理方三方協(xié)調(diào)施工的過程，包括施工場(chǎng)地、勞務(wù)系統(tǒng)合理安排、材料綜合調(diào)配、數(shù)字化管理維度的調(diào)控等；在運(yùn)營管理期，主要是施工過程資料收集及建模記錄，包括施工過程的維護(hù)方案、對(duì)建筑整體系統(tǒng)流程的集約化、資產(chǎn)管理經(jīng)營、安全生產(chǎn)的事前事中事后管理跟蹤、防止災(zāi)害及突發(fā)事件的發(fā)生等。充分發(fā)揮數(shù)字建筑產(chǎn)業(yè)化科學(xué)化，有利提升建筑業(yè)業(yè)務(wù)管理水平，降低運(yùn)營成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，在建筑過程周期中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)高質(zhì)量發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用為建筑項(xiàng)目全生命周期價(jià)值穩(wěn)健創(chuàng)造帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

4 數(shù)字建筑關(guān)鍵技術(shù)及策略

4.1 建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)

（1）建筑領(lǐng)域的信息化理念及平臺(tái)

BIM技術(shù)平臺(tái)信息化的層次由低到高是：產(chǎn)品信息化——企業(yè)信息化——產(chǎn)業(yè)信息化——國民經(jīng)濟(jì)信息化——社會(huì)生活信息化的全過程信息化。信息化的關(guān)鍵和基礎(chǔ)是產(chǎn)品信息化和產(chǎn)業(yè)信息化。因此，建筑信息化需要集成整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)組織活動(dòng)，需要相應(yīng)匹配的產(chǎn)品，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的信息化。BIM技術(shù)（建筑信息模型技術(shù)）就是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)產(chǎn)品的信息化的技術(shù)，它是建筑領(lǐng)域的信息化平臺(tái)和實(shí)現(xiàn)工具。我們應(yīng)該廣泛地推廣和應(yīng)用BIM技術(shù)[2]，BIM技術(shù)平臺(tái)信息化打破了信息孤島，為項(xiàng)目全生命周期帶來了根本性變革，有效實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，從而有效提升了建筑品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)生產(chǎn)組織方式上突破性改進(jìn)。通過有效集成人力、材料、設(shè)備和信息，提升工作現(xiàn)場(chǎng)效率。更多使用預(yù)加工、預(yù)裝配、模塊化技術(shù)，以及非現(xiàn)場(chǎng)的制造技術(shù)。更有效地進(jìn)行績(jī)效測(cè)量，驅(qū)動(dòng)效率提升。最終通過BIM技術(shù)打造整個(gè)建筑生態(tài)的BIM平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)的信息化。

（2）從制造業(yè)發(fā)展獲得的借鑒與啟發(fā)

2015年9月，西門子編寫《工業(yè)4.0實(shí)戰(zhàn)：裝備制造業(yè)數(shù)字化之道》，以基于模型的數(shù)字化產(chǎn)品（ Model Based Definition，MBD） ）和數(shù)字化企業(yè)（Model Based Enterprise，MBE）為主線，全面闡述數(shù)字模型技術(shù)在企業(yè)全流程和全產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用。

其中MBE技術(shù)是基于模型定義技術(shù)，將產(chǎn)品的所有相關(guān)設(shè)計(jì)定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產(chǎn)品三維模型中的先進(jìn)的數(shù)字化定義方法。MBD技術(shù)是基于現(xiàn)代產(chǎn)品制造過程對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化建模、模擬仿真和產(chǎn)品定義，然后對(duì)產(chǎn)品的定義數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)的上游向零件制造、部件裝配、產(chǎn)品總裝和測(cè)量檢驗(yàn)的下游進(jìn)行傳遞、拓延和加工處理的過程。這一過程同樣可以應(yīng)用于建筑產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)施過程。如今，我們可以將BIM技術(shù)與MBD、MBE的技術(shù)相結(jié)合，建立建筑數(shù)字孿生模型。通過建筑產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)的全數(shù)字化的建模和仿真，在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用大數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)性工程分析技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)建筑智慧工廠的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)向建筑數(shù)字化和智能制造的轉(zhuǎn)型。這是建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要方向[2]。

4.2 建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的路徑

（1）建筑產(chǎn)品數(shù)字化

提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品數(shù)字化主要意義一方面是提升產(chǎn)品的服務(wù)價(jià)值，另一方面是創(chuàng)新。降本增效是傳統(tǒng)制造業(yè)大國的思維模式，要變成制造業(yè)強(qiáng)國，需要的是創(chuàng)新能力。建筑企業(yè)將BIM技術(shù)運(yùn)用于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)到建筑產(chǎn)品生產(chǎn)全工程中，實(shí)現(xiàn)建筑模式創(chuàng)新的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了建筑管理模式的改善和提升，從而獲得了數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來的新價(jià)值，提升了行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）企業(yè)數(shù)字化

提升企業(yè)敏捷性建筑行業(yè)進(jìn)行基于建筑模型（BIM）的數(shù)字化產(chǎn)品（MBD）和數(shù)字化企業(yè)（MBE）為主線的技術(shù)革新，全面提升數(shù)字模型技術(shù)在建筑企業(yè)全流程和全產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用。運(yùn)用上述技術(shù)革新全面提升建筑企業(yè)的敏捷性，體現(xiàn)以客戶為中心、市場(chǎng)為核心的快速反應(yīng)能力。無論在銷售、服務(wù)，還是產(chǎn)品迭代上企業(yè)能從數(shù)字化轉(zhuǎn)型中獲益。同時(shí)通過管理革新，從超強(qiáng)的感知能力、明智的決策能力和快速的執(zhí)行能力來提升企業(yè)組織的敏捷性。建筑企業(yè)只有擁有了良好的敏捷性，才能適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)形勢(shì)，甚至提前預(yù)知市場(chǎng)的變化，搶得先機(jī)；建筑企業(yè)也可以維護(hù)自己的核心市場(chǎng)，主動(dòng)向客戶提供有吸引力的價(jià)值主張，在數(shù)字化中求生存和先機(jī)[2]。

（3）人員數(shù)字化

人員數(shù)字化是提升企業(yè)里每個(gè)員工的積極性和生產(chǎn)力，對(duì)于高語境、尊重層級(jí)的文化和國家而言尤其具有挑戰(zhàn)性。層級(jí)制的企業(yè)文化容易扼殺創(chuàng)造力，降低效率，喬布斯：“企業(yè)應(yīng)該由創(chuàng)意和想法來管理，讓最佳的創(chuàng)意和想法脫穎而出”。完善培養(yǎng)企業(yè)員工基礎(chǔ)素養(yǎng)管理及從業(yè)技能力提升，數(shù)字化管理是實(shí)現(xiàn)員工創(chuàng)新的保證，加強(qiáng)員工新技能的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理能力和實(shí)踐應(yīng)用能力，最終提高員工主觀能動(dòng)性和智創(chuàng)能力。加強(qiáng)數(shù)字化管理能力的提升，減少層級(jí)和內(nèi)圈，充分發(fā)揮企業(yè)整體的核心競(jìng)爭(zhēng)力起到積極作用。

（4）建筑交易平臺(tái)數(shù)字化

建筑標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、產(chǎn)業(yè)渠道標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)資源共享為目的，從項(xiàng)目的立項(xiàng)審批，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，建筑材料采購統(tǒng)一化、建材價(jià)格數(shù)據(jù)的透明化、建筑企業(yè)資信數(shù)據(jù)化、第三方質(zhì)量監(jiān)督平臺(tái)的數(shù)字化，整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息平臺(tái)，設(shè)立公平公正“去中心化的數(shù)字交易中心”平臺(tái)，服務(wù)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的市場(chǎng)資源交易中心，優(yōu)化工程交易途徑，把業(yè)務(wù)流程、施工規(guī)范和質(zhì)量監(jiān)督有機(jī)統(tǒng)一起來，降低企業(yè)運(yùn)營管理成本，建立一個(gè)規(guī)范合法的信用體系：在可溯源，可復(fù)制，可核查的數(shù)字化交易平臺(tái)上各利益方所有交易效益最大化，從而確保建筑業(yè)市場(chǎng)交易穩(wěn)健高效發(fā)展。

5 數(shù)字建筑應(yīng)用場(chǎng)景

5.1 設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

（1）多專業(yè)協(xié)同

使用BIM對(duì)三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行建模和仿真，同時(shí)可以隨時(shí)跟蹤模型的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)信息的多方協(xié)同共享，可以通過底圖參照、合并工程、模型之間的鏈接等多種方式，滿足專業(yè)內(nèi)和專業(yè)之間的互相提升，有效促進(jìn)參與者之間的工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，有利于規(guī)范化對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理，同時(shí)也有助于避免由于施工滯后產(chǎn)生的沖突問題。

（2）軟件互操性

利用BIM技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)化模型數(shù)據(jù)中心的協(xié)同方式，可以有效進(jìn)行軟件之間的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)軟件之間的數(shù)據(jù)交流和溝通，有利于對(duì)專業(yè)化的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行監(jiān)控和塑造。

5.2 施工階段應(yīng)用

（1）人員管理

勞務(wù)人員實(shí)名制度化管理系統(tǒng)：對(duì)勞務(wù)人員實(shí)名制度化管理系統(tǒng)的建立應(yīng)用，對(duì)所有入場(chǎng)的勞務(wù)人員對(duì)其勞動(dòng)技能、從業(yè)時(shí)間以及資格證書等各方面進(jìn)行制度化登記，從而系統(tǒng)地建立起勞務(wù)信息數(shù)據(jù)庫，科學(xué)地系統(tǒng)化對(duì)人員管理監(jiān)督。

（2）設(shè)備管理

建筑行業(yè)也順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，將智慧工地系統(tǒng)引進(jìn)到建筑施工管理之中，利用信息化技術(shù)提升施工管理工作效率與質(zhì)量，并逐漸規(guī)范建筑施工的管理工作。

傳統(tǒng)的建筑工地往往缺少對(duì)機(jī)械設(shè)備怠速、油耗等的有效監(jiān)控，而智慧工地系統(tǒng)內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將“物”，也就是施工機(jī)械進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，人工智能算法則把傳感器采集的繁多數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，將可靠的結(jié)果輸出給管理者。兩者相結(jié)合，將機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)字化、數(shù)據(jù)化，由此改變傳統(tǒng)設(shè)備人員現(xiàn)場(chǎng)直管的粗獷模式。智慧工地承載的數(shù)字化物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)以建設(shè)工地的信息化管理為工程機(jī)械的核心，通過信息化的技術(shù)讓機(jī)械設(shè)備的操作得到狀態(tài)的監(jiān)控，有效提升工作效率、降低項(xiàng)目成本。在使用的過程中如果遇到異常情況會(huì)及時(shí)警報(bào)，不僅能夠提高管理效率，還能有效減少機(jī)械設(shè)備的安全事故發(fā)生。

（3）安全管理

運(yùn)用數(shù)字建筑領(lǐng)域技術(shù)手段，實(shí)時(shí)監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)監(jiān)管要素的狀態(tài)，通過VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過三維動(dòng)態(tài)的方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)景進(jìn)行模擬，體驗(yàn)者利用VR眼鏡等先進(jìn)設(shè)備對(duì)施工流程進(jìn)行熟悉和了解，通過對(duì)所“發(fā)生”的安全事故進(jìn)行體驗(yàn)，來加深對(duì)安全生產(chǎn)的感受和理解[3]。實(shí)現(xiàn)快速發(fā)現(xiàn)安全隱患信息，有效防止安全事故的發(fā)生。

5.3 運(yùn)維階段應(yīng)用

（1）生態(tài)可視化

例如環(huán)境揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用了無線傳感器技術(shù)，配備激光粉塵測(cè)試設(shè)備，有效實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)揚(yáng)塵的各項(xiàng)指數(shù)。設(shè)備還能通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸各測(cè)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后臺(tái)，便于通過數(shù)據(jù)視圖直觀了解項(xiàng)目環(huán)境數(shù)據(jù)情況，提升建筑品質(zhì)，將綠色和生態(tài)的方式和數(shù)字建筑融為一體。

（2）一體化運(yùn)維管理

目標(biāo)考核與評(píng)價(jià)是目標(biāo)管理的重要一環(huán)，核心內(nèi)容包括目標(biāo)完成情況、數(shù)量、質(zhì)量和時(shí)限等。韓建峰告訴記者，目前目標(biāo)考核將過程管理和結(jié)果管理相結(jié)合，形成了日?？己撕湍杲K考核。

以BIM為三維可視化載體，將隱蔽工程在內(nèi)的項(xiàng)目實(shí)際竣工狀態(tài)可視化，精確完整體現(xiàn)施工過程中的深化設(shè)計(jì)信息；以建設(shè)工程項(xiàng)目為內(nèi)容，有效集成設(shè)計(jì)、施工、竣工交付過程中的多源信息，完善建筑生態(tài)環(huán)境信息，形成孿生的數(shù)字資產(chǎn)[4]，為智慧運(yùn)維打下良好基礎(chǔ)。后續(xù)的運(yùn)維階段，以工單為流程運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)，將整個(gè)運(yùn)維工作納入平臺(tái)進(jìn)行線上管理，平臺(tái)將提供詳細(xì)的運(yùn)維指導(dǎo)信息：?jiǎn)栴}描述、問題影響、原因診斷、費(fèi)用估算、運(yùn)維建議等，將管理人員和運(yùn)維人員的日常工作以流程化的業(yè)務(wù)體系進(jìn)行呈現(xiàn)，使得各個(gè)業(yè)務(wù)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)，使運(yùn)維工作有計(jì)劃、易執(zhí)行。

6 數(shù)字技術(shù)賦能綠色建造

6.1 使用BIM技術(shù)的原因

建設(shè)項(xiàng)目中BIM建筑信息模型在各階段都適用。它應(yīng)用于項(xiàng)目全程領(lǐng)域。為了更好的發(fā)展建筑行業(yè)我們必須掌握BIM技術(shù)。發(fā)展低碳綠色建筑是未來建筑業(yè)發(fā)展的方向及責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

（1） BIM技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持

綠色建筑體系建立，必定需要在各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)施和各項(xiàng)工作的推進(jìn)中，通過科學(xué)的信息統(tǒng)計(jì)，在成本的計(jì)算和資金的應(yīng)用上進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，有了BIM技 術(shù)的支持,整個(gè)建筑項(xiàng)目施工中的各個(gè)細(xì)節(jié)和具體環(huán)節(jié)都能夠在有由數(shù)據(jù)支持 背景下構(gòu)建起來的模型的模擬觀察和實(shí)驗(yàn)下的得到最細(xì)致的觀察和控制。反過 來講，每一個(gè)施工的細(xì)節(jié)都可以視作是一個(gè)數(shù)據(jù)信息庫的集合?？梢?，對(duì)于整個(gè)的建筑工程項(xiàng)目來說，BIM技術(shù)可以通過精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，為提高項(xiàng)目的綠色環(huán)保建設(shè)程度提供依據(jù)[5]。

二者融合技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用效果，建筑數(shù)字化給項(xiàng)目施工和管理提供了更科學(xué)更便捷的技術(shù)支持；在項(xiàng)目施工管控中提供了動(dòng)態(tài)模型參考依據(jù)；利用網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)，充分利用BIM技術(shù)更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)低碳綠色建筑愿景。

（2）綠色建筑、建筑產(chǎn)業(yè)化與BIM技術(shù)聯(lián)系緊密

綠色建筑、建筑產(chǎn)業(yè)化、BIM技術(shù)作為近年來建筑行業(yè)的新興話題和轉(zhuǎn)型目標(biāo)，之間存在著千絲萬縷的關(guān)系，從某種程度上講，其結(jié)合發(fā)展將早日實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型。依據(jù)十八屆三中全會(huì)提出的全面深化改革目標(biāo)，及綠色建筑發(fā)展趨勢(shì)，可以窺見綠色建筑、建筑產(chǎn)業(yè)化與BIM技術(shù)之間存在著千絲萬縷的關(guān)系。這也在國內(nèi)掀起了對(duì)于BIM技術(shù)與綠色建筑的融合研究、BIM技術(shù)在裝配式建筑上的應(yīng)用研究熱潮，但究其最終目標(biāo)和發(fā)展方向，他們是一致且密不可分的。他們的發(fā)展是必定聯(lián)系在一起的。

① 生命周期趨于一致

從建筑生命周期上來看，三者均關(guān)注建筑的全生命周期。BIM的概念不斷擴(kuò)展，對(duì)建筑生命周期的關(guān)注就差建筑死亡這部分了。我國的綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)和LEED等國外綠建標(biāo)準(zhǔn)也都覆蓋了建筑生命周期的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行階段;德國的DGNB綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)更加擴(kuò)展，其關(guān)注的建筑全生命周期是從搖籃到墳?zāi)?，向上擴(kuò)展到建筑材料的生產(chǎn)和原料，向下擴(kuò)展到建筑壽命終結(jié)時(shí)的拆除、回收和利用，似乎比目前BIM關(guān)心的周期更長(zhǎng)[6];而項(xiàng)目前期開發(fā)，方案的設(shè)計(jì)、施工生產(chǎn)、驗(yàn)收交工等形成建筑業(yè)完整的系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈條，完成了建筑業(yè)一個(gè)集約型流程全過程。從現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景來看，BIM技術(shù)和低碳綠色、建筑成本節(jié)約化整個(gè)生命周期將同步，如表1所示。

表1 建筑全生命周期工作過程

② 信息集中管理

從信息管理角度來講，BIM是最好的建筑信息載體，利用這個(gè)載體可以將建筑在各階段需要的信息集中管理。BIM的建模方法和信息概念目標(biāo)是信息的完整度、準(zhǔn)確度、一致性和可控性，用于控制造價(jià)、保證質(zhì)量和提高效率;綠色建筑也要求各種建筑材料、設(shè)備和系統(tǒng)信息的完整、準(zhǔn)確和可控，以便得到更加節(jié)約資金、材料、能源、土地、水源和降低總體碳排放量[6]。而建筑產(chǎn)業(yè)化作為以信息化管理為主要特征的生產(chǎn)方式，需要強(qiáng)大的信息載體。因此，相對(duì)而言，BIM類似于實(shí)現(xiàn)手段，綠色建筑、建筑產(chǎn)業(yè)化類似于一種期望目標(biāo)，盡管角度不同，兩者的方向和目的基本是一致的。

③ 研究方法相關(guān)聯(lián)

從研究方法來講，BIM用模型作為信息的載體，綠色建筑、建筑產(chǎn)業(yè)化要求的模擬預(yù)測(cè)以模型為基礎(chǔ)。BIM模型技術(shù)和綠色建筑、建筑產(chǎn)業(yè)化的模擬技術(shù)將是完美的結(jié)合。如果BIM模型只作為信息載體而不是模擬基礎(chǔ)，就僅是一種三維統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)庫，其對(duì)信息利用只是簡(jiǎn)單的粗放利用;從而喪失了其作為計(jì)算依據(jù)和模擬載體的大部分優(yōu)勢(shì)，意義必將大打折扣。綠色建筑、裝配式建筑如果沒有一個(gè)統(tǒng)一可靠的信息模型作為載體，性能模擬的基礎(chǔ)都建立在各種簡(jiǎn)化模型上，不同人建立的簡(jiǎn)化模型的區(qū)別將造成模擬結(jié)果的區(qū)別，所以其成果將只能作為一種相對(duì)的參考[6]。

④ 總結(jié)

總而言之，利用BIM技術(shù)作為信息載體，是實(shí)現(xiàn)綠色建筑、建筑產(chǎn)業(yè)化的手段，綠色建筑的發(fā)展趨勢(shì)是建筑產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)低碳綠色建筑的保證是建筑產(chǎn)業(yè)化。在低碳綠色建筑的整個(gè)中都可以采用BIM技術(shù)。如圖2為BIM工作過程及綠色建筑工作階段對(duì)應(yīng)圖。

圖2 新冠肺炎疫情對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)影響分布圖

圖4 BIM工作過程及綠色建筑工作階段對(duì)應(yīng)圖

6.2 BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的應(yīng)用

（1）設(shè)計(jì)階段① 設(shè)計(jì)階段所遇問題

近年來我國的建筑設(shè)計(jì)一直注重外觀而忽視了建筑物的能效設(shè)計(jì)，建筑物的能效設(shè)計(jì)是一種被動(dòng)式的節(jié)能設(shè)計(jì)，即：通過建筑設(shè)計(jì)初期對(duì)建筑物進(jìn)行的能效設(shè)計(jì)形成的不同方案模擬分析結(jié)果進(jìn)行比較，最終選出最合適的方案[7]。設(shè)計(jì)對(duì)于建筑的生產(chǎn)、使用、排棄、再活用的全過程的資源的消耗，水和空氣的污染，排棄物的發(fā)生有著直接的影響。

這就要求設(shè)計(jì)師對(duì)于環(huán)境有著深刻性的認(rèn)識(shí)并積極找尋解決對(duì)策，利用BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)初期實(shí)現(xiàn)親環(huán)境設(shè)計(jì)。但目前國內(nèi)親環(huán)境建筑設(shè)計(jì)的情況，親環(huán)境重要技術(shù)及技法部分的導(dǎo)入的親環(huán)境建筑設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)大眾化，對(duì)于親環(huán)境分析業(yè)體和人力的不足，分析結(jié)果的信賴性不足以及活用方案的困難等分散著。并且因?yàn)樾枰罅康馁M(fèi)用和時(shí)間的親環(huán)境分析和設(shè)計(jì)期間的不足等一些問題點(diǎn)從設(shè)計(jì)階段一開始就帶有問題。如圖5為親環(huán)境設(shè)計(jì)所遇瓶頸。

圖5 親環(huán)境設(shè)計(jì)所遇瓶頸

② BIM技術(shù)解決的問題

為了上述親環(huán)境設(shè)計(jì)所遇問題，BIM方案能針對(duì)性的有效解決這些問題。將BIM靈活運(yùn)用的綠色建筑設(shè)計(jì)的最大的優(yōu)點(diǎn)是能從設(shè)計(jì)階段實(shí)時(shí)的對(duì)建筑物的能源消費(fèi)性能進(jìn)行分析，可使建筑物的環(huán)境性能增加，特別是從以自然能源設(shè)計(jì)的側(cè)面使建筑物外表面的能源性能增加。具體可表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

一、將綠色設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)及技法從設(shè)計(jì)階段開始就統(tǒng)合起來。通過BIM對(duì)建筑物的整個(gè)生命周期生成的信息和過程進(jìn)行統(tǒng)合的管理，以效率極大化的過程，構(gòu)筑活用3D個(gè)體模型的合作團(tuán)體，通過統(tǒng)合的設(shè)計(jì)追求最適的效果。因?yàn)锽IM廣范圍的包含建筑物的整個(gè)生命周期的所有信息，過程和參與者間的行為，靈活運(yùn)用這些特征進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)與現(xiàn)存的方法相比來看是更統(tǒng)合的，更具效率的。

二、提高效率，節(jié)約時(shí)間。一般項(xiàng)目很難有時(shí)間和費(fèi)用對(duì)建筑各種性能指標(biāo)進(jìn)行多方案分析模擬，BIM技術(shù)為建筑性能分析的普及應(yīng)用提供了可能性。將BIM工具及分析/模擬實(shí)驗(yàn)裝置工具、3維假象模型靈活運(yùn)用在綠色建筑設(shè)計(jì)過程中，能使設(shè)計(jì)案的模型和可持續(xù)分析同時(shí)快速的實(shí)現(xiàn)；從而大大的提高效率，節(jié)約時(shí)間。

三、而對(duì)于可持續(xù)分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)案的修正和設(shè)計(jì)變更案的可持續(xù)分析需要花費(fèi)的努力也減少了，這大大減輕了設(shè)計(jì)師自身的消極影響，使得結(jié)果更加科學(xué)合理，自然就增強(qiáng)了結(jié)果的可信賴性。

如表2，為親環(huán)境設(shè)計(jì)所遇問題與使用BIM技術(shù)解決問題對(duì)應(yīng)關(guān)系表：

表2 使用BIM技術(shù)親環(huán)境設(shè)計(jì)所遇問題對(duì)應(yīng)表

③ BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

綠色建筑不斷發(fā)展，在綠色建筑設(shè)計(jì)的過程中各項(xiàng)目參與方之間的聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)配合至關(guān)重要，在建筑的設(shè)計(jì)初級(jí)階段，結(jié)構(gòu)工程師、暖通工程師、設(shè)備工程師等將起到更加積極的作用。工程師們通過自己的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)再加上專家的意見將對(duì)初級(jí)階段綠色建筑的設(shè)計(jì)起到積極的作用，有利于在控制工程投入的同時(shí)提高建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量。結(jié)合 BIM技術(shù)進(jìn)行的綠色建筑設(shè)計(jì)是以各階段的設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，以各階段的設(shè)計(jì)結(jié)論作為完成的目標(biāo)。

結(jié)合《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》提出的七大指標(biāo)，在設(shè)計(jì)初期，各方建筑師協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，如表3，為我國綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)階段P-BIM數(shù)據(jù)的分專業(yè)拆解及BIM技術(shù)支撐。

表3 我國綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)階段P-BIM數(shù)據(jù)的分專業(yè)拆解及BIM支撐

根據(jù)各專業(yè)情況，將BIM進(jìn)行分組，各組設(shè)計(jì)師協(xié)調(diào)工作，以BIM軟件作為信息平臺(tái)，根據(jù)實(shí)際需要建立信息轉(zhuǎn)換接口，實(shí)現(xiàn)信息的共享互通及利用。但這一切需要滿足以下條件，第一，支持中國綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，第二，不改變中國設(shè)計(jì)師的習(xí)慣，第三，只要建好一次模，綠色指標(biāo)全覆蓋，第四提供綠色建筑集成化設(shè)計(jì)。也就是說，數(shù)據(jù)的輸出及轉(zhuǎn)換需要共同的標(biāo)準(zhǔn)，NBIMS 的 IFC 標(biāo)準(zhǔn)在BIM 技術(shù)中發(fā)展最為成熟，IFC 標(biāo)準(zhǔn)是被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）認(rèn)證為“建筑和設(shè)施管理產(chǎn)業(yè)共享數(shù)據(jù)的工業(yè)基礎(chǔ)類”的 OPENBIM 國際標(biāo)準(zhǔn)，包括了四個(gè)主要的層面，利用 EXPRESS 數(shù)據(jù)定義進(jìn)度、造價(jià)、空間等概念模式，并利用該數(shù)據(jù)定義建筑物的構(gòu)配件，如：門、窗、墻等構(gòu)件。IFC 標(biāo)準(zhǔn)一方面促進(jìn)了各應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交流的發(fā)展，另一方面也對(duì)建筑項(xiàng)目的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了全生命周期內(nèi)的管理。在建筑模型建立成功之后可以將模型數(shù)據(jù)的文件拓展名改為 DXF、IFC、Gbxml 等形式，導(dǎo)入 Autodesk Ecotect Analysis、PHOENICS 等一系列綠色建筑能耗分析軟件中進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境分析，最后以圖表的形式直觀的顯示出分析結(jié)果，根據(jù)分析結(jié)果確定建筑的設(shè)計(jì)方案。

之后根據(jù)建筑性能化分析，進(jìn)行環(huán)境模擬，如表4為利用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑性能化模擬及其效果對(duì)應(yīng)表：

表4 BIM技術(shù)建筑性能化模擬及其效果對(duì)應(yīng)表

圖6 P-BIM數(shù)據(jù)綠色在綠色建筑設(shè)計(jì)軟件中的傳遞流程

（2） 施工階段

施工階段綠色建筑的目標(biāo)主要是落實(shí)模型，保證工程完成。根據(jù)最終版施工圖，建立包含建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等完整的BIM模型，且模型深度滿足施工圖深度規(guī)范要求后，進(jìn)行碰撞檢查、提出優(yōu)化建議給項(xiàng)目公司，根據(jù)設(shè)計(jì)院提交的更新后圖紙復(fù)核更新模型。

這樣就可在施工前提前將相關(guān)問題發(fā)現(xiàn)并解決，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，有利于項(xiàng)目成本和工期的控制。

（3）運(yùn)維和推廣階段

由于基于施工圖的BIM模型是工程在設(shè)計(jì)階段的信息集成，可以為后續(xù)深化設(shè)計(jì)調(diào)整提供準(zhǔn)確的各專業(yè)匯總信息，更新模型為重大工程調(diào)整和中小工程調(diào)整提供信息整合的數(shù)據(jù)平臺(tái)和工作節(jié)點(diǎn)，有助于工程各相關(guān)方在準(zhǔn)確的項(xiàng)目信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化調(diào)整、施工研討、成本預(yù)估，作出準(zhǔn)確的決策。

6.3 結(jié)論

國內(nèi)的綠色建筑工相關(guān)研究起步較晚，但近年來綠色建筑工程項(xiàng)目呈現(xiàn)出不斷增多的態(tài)勢(shì)。BIM技術(shù)與綠色建筑在關(guān)注建筑全生命周期、研究方法、信息集成度上具有高度一致性，因而，以BIM技術(shù)為手段，能針對(duì)性突破綠色建筑工程項(xiàng)目瓶頸。因此，設(shè)計(jì)人員可在綠色建筑設(shè)計(jì)中，對(duì) BIM 技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，在提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的同時(shí)，使綠色建筑發(fā)揮出節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于推動(dòng)我國建筑業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。