BIM技術(shù)在綠色建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用

王奕翔

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）

1 引言

綠色建筑具有低能耗、低污染的優(yōu)點(diǎn)，完美符合未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，逐漸受到學(xué)者與國(guó)家的關(guān)注，已經(jīng)成為我國(guó)建筑行業(yè)的主要發(fā)展方向。但在綠色建筑施工過(guò)程中，傳統(tǒng)的建筑施工和管理技術(shù)無(wú)法滿足現(xiàn)代化建設(shè)的需求。建設(shè)系統(tǒng)實(shí)施新技術(shù)和新理念，縮短施工時(shí)間，提高工程性能和質(zhì)量已經(jīng)成為迫在眉睫的問(wèn)題。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，建筑業(yè)能否重視策劃、設(shè)計(jì)以及施工數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)的整合與再利用；能否打破數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的健全發(fā)展、企業(yè)的高效運(yùn)行……這些問(wèn)題的解決都需要建筑策劃過(guò)程中對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新利用[1]。

BIM 技術(shù)的廣泛運(yùn)用，為上述問(wèn)題提供了解決方案。BIM 技術(shù)是一種信息模型技術(shù)，作用是結(jié)合建筑工程圖紙生成三維建模，將工程項(xiàng)目可視化[2]，通過(guò)BIM技術(shù)構(gòu)造的三維模型可以直觀反映建筑工程中的所有構(gòu)件信息及相關(guān)參數(shù)，同時(shí)可以動(dòng)態(tài)演示施工過(guò)程，直觀地將工程信息和過(guò)程參數(shù)傳遞給管理人員，增強(qiáng)了對(duì)工程的總體掌握能力，提高了管理效率[3]。運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程管理為傳統(tǒng)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型提供了突破口[4]。2018年以來(lái)各地紛紛出臺(tái)了落地政策，接近80%的省市自治區(qū)發(fā)布了省級(jí)BIM專項(xiàng)政策。2019年3月7日住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于印發(fā)2019年部機(jī)關(guān)及直屬單位培訓(xùn)計(jì)劃的通知》，將BIM 技術(shù)列入面向從領(lǐng)導(dǎo)干部到設(shè)計(jì)院、施工單位人員、監(jiān)理等不同人員的培訓(xùn)內(nèi)容“。十四五”規(guī)劃中，提出要加快推進(jìn)BIM技術(shù)在工程全壽命期的集成應(yīng)用，要求推進(jìn)BIM 與現(xiàn)有技術(shù)融通聯(lián)動(dòng)，提高信息化監(jiān)管能力。

本文主要論述綠色建筑發(fā)展過(guò)程中面臨的問(wèn)題及BIM技術(shù)為解決問(wèn)題提供的對(duì)策，闡明BIM技術(shù)對(duì)于綠色建筑發(fā)展的重要性和必要性。此外還會(huì)基于現(xiàn)階段取得的成果，總結(jié)出BIM 技術(shù)在綠色建筑領(lǐng)域發(fā)展的規(guī)律，嘗試判斷將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，為下一階段的研究方向提供建議。

2 綠色建筑領(lǐng)域發(fā)展中存在的一些問(wèn)題

2.1 綠色建筑概述

綠色建筑的目的是使建筑達(dá)到“四節(jié)一環(huán)保”的使用標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染、同時(shí)為使用者提供高質(zhì)量的使用空間，引導(dǎo)城市向低碳、環(huán)保的方向可持續(xù)地發(fā)展，在城市建設(shè)發(fā)展的同時(shí)兼顧人與自然的和諧共生。

我國(guó)綠色建筑雖然起步晚，但發(fā)展迅速，已基本形成了目標(biāo)清晰、政策配套、標(biāo)準(zhǔn)完善、管理到位的體系[5]。20 世紀(jì)80年代，傳統(tǒng)建筑業(yè)的巨大資源消耗成為迫在眉睫的問(wèn)題，綠色建筑的概念開(kāi)始在我國(guó)建筑領(lǐng)域占據(jù)一席之地，關(guān)于相關(guān)技術(shù)的研究以及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的建立被提上日程，建筑節(jié)能工作在全國(guó)范圍內(nèi)展開(kāi)。2006年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部出臺(tái)了《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，為綠色建筑提供了首個(gè)具有權(quán)威性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)；之后的《綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則》和《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)管理辦法》，逐步完善了綠色建筑評(píng)價(jià)體系。2020年，住建部、發(fā)改委等多部門(mén)共同發(fā)布的《綠色建筑創(chuàng)建行動(dòng)方案》中提出目標(biāo)：到2022年，當(dāng)年城鎮(zhèn)新建建筑中綠色建筑面積占比達(dá)到70%，為綠色建筑的全面推廣吹響了號(hào)角[6]。

2.2 綠色建筑領(lǐng)域面臨的問(wèn)題

2.2.1 成本因素

《大數(shù)據(jù)在綠色建筑領(lǐng)域的探索與應(yīng)用》一文，對(duì)阻礙我國(guó)綠色建筑發(fā)展的原因一一進(jìn)行分析，然后運(yùn)用層次分析法找出主要原因，最終得出結(jié)論：消費(fèi)支出是制約綠色建筑發(fā)展的關(guān)鍵因素[5]。綠色建筑由于建設(shè)成本大幅度增加使投資者望而卻步，而對(duì)成本增加最大的影響因素是綠色技術(shù)和綠色建材，解決這一問(wèn)題需要在設(shè)計(jì)階段通過(guò)平面形狀、建筑物的尺寸、層高與層數(shù)、材料的選擇、窗墻面積比、使用面積系數(shù)、結(jié)構(gòu)類型等方面控制成本，合理使用綠色技術(shù)，避免重復(fù)使用效果類似或成本高昂的技術(shù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理因素

在傳統(tǒng)建筑領(lǐng)域，對(duì)綠色建筑各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)評(píng)需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)收集參數(shù)，之后通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。但是由于建筑是多領(lǐng)域、多周期的，現(xiàn)在不同領(lǐng)域間和不同周期間的信息交流不完善，導(dǎo)致很多現(xiàn)有數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，難以直觀反映出不規(guī)則的空間位置關(guān)系。且綠色建筑運(yùn)行效果受居住者使用習(xí)慣及氣候條件等因素影響較大，某些影響因素?zé)o法取得有意義的測(cè)量值。

2.2.3 運(yùn)行管理因素

傳統(tǒng)建筑技術(shù)也對(duì)建筑過(guò)程缺乏有效的管理。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)雖然在一定程度上指導(dǎo)設(shè)計(jì)，但由于模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳統(tǒng)建筑方法難以提供準(zhǔn)確有效的參數(shù)，使得建筑實(shí)際運(yùn)行效果往往與設(shè)計(jì)差距較大。

2.2.4 信息反饋因素

綠色建筑在實(shí)際投入使用后，維護(hù)和監(jiān)控往往會(huì)取得海量的數(shù)據(jù)，但是由于自動(dòng)化技術(shù)水平有限，信息共享不及時(shí)，導(dǎo)致許多數(shù)據(jù)無(wú)法被及時(shí)解析，大大降低了系統(tǒng)的使用效率；伴隨著綠色建筑理念的實(shí)際應(yīng)用，以上問(wèn)題逐漸浮出水面，成為阻礙綠色建筑進(jìn)一步深化發(fā)展的障礙。如何系統(tǒng)高效地分析、處理這些大數(shù)據(jù)，并揭開(kāi)表象看到其中蘊(yùn)含的規(guī)律，是建筑行業(yè)亟需思考的問(wèn)題。

3 利用BIM 技術(shù)解決綠色建筑發(fā)展中的困境

3.1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

隨著科技的發(fā)展，BIM 技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用成為處理海量數(shù)據(jù)的可行手段之一，為上述問(wèn)題提供了突破點(diǎn)，成為綠色建筑發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

BIM 操作簡(jiǎn)單、快速、高效，可以協(xié)助建筑過(guò)程的中心項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)管理，并提供比傳統(tǒng)的2D設(shè)計(jì)更直觀、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)。在超高層建筑物中應(yīng)用深層埋設(shè)BIM 設(shè)計(jì)可以有效縮短建筑周期，為多個(gè)設(shè)計(jì)和建設(shè)鏈接提供可靠的基礎(chǔ)。

步入高速發(fā)展時(shí)代，建筑在運(yùn)行過(guò)程中的每一項(xiàng)參數(shù)都有值得研究的價(jià)值。BIM技術(shù)可以收集和存儲(chǔ)綠色建筑運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)深入挖掘，分析研究，得到數(shù)據(jù)內(nèi)部潛在的規(guī)律，將其應(yīng)用到綠色建筑的進(jìn)一步發(fā)展中。相比于傳統(tǒng)建筑業(yè)，BIM技術(shù)擁有巨大的信息優(yōu)勢(shì)，在綠色建筑領(lǐng)域能耗預(yù)測(cè)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、能源調(diào)度等方面提供了新的方法與思路，為提高能源使用效率和用戶體驗(yàn)做出了巨大的貢獻(xiàn)[7]，并將持續(xù)為綠色建筑的深化發(fā)展增加可能性。

3.2 利用BIM技術(shù)解決綠色建筑面臨的問(wèn)題

3.2.1 降低綠色建筑的建設(shè)成本

通過(guò)引入BIM 模型，可以及時(shí)為設(shè)計(jì)方案進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，對(duì)方案進(jìn)行有效的調(diào)整優(yōu)化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，BIM模型可以讓抽象的數(shù)據(jù)直觀體現(xiàn)出來(lái)，更容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，也方便修改，從而避免頻繁更改設(shè)計(jì)導(dǎo)致的材料浪費(fèi)。BIM 模型具有準(zhǔn)確、直觀的高層建筑技術(shù)對(duì)照和數(shù)據(jù)驗(yàn)證優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)相應(yīng)的模型和軟件，可以在短時(shí)間內(nèi)完成有效的計(jì)算[8]。

《BIM技術(shù)在綠色建筑運(yùn)營(yíng)階段的效益分析》一文從國(guó)民經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，結(jié)合費(fèi)用效益分析BIM 技術(shù)需投入的費(fèi)用指標(biāo)和產(chǎn)出的效益指標(biāo)，確定了BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑運(yùn)營(yíng)階段的經(jīng)濟(jì)合理性[9]。

3.2.2 使數(shù)據(jù)處理更精確

在建筑設(shè)計(jì)中，模型通過(guò)一定的參數(shù)來(lái)定義，而B(niǎo)IM技術(shù)使其中每一個(gè)數(shù)據(jù)都更精確、更科學(xué)；這種方法不僅可以構(gòu)造科學(xué)一致的設(shè)計(jì)模型，還可以減少設(shè)計(jì)人員的工作量，降低整個(gè)項(xiàng)目的成本。

在《基于BIM 技術(shù)的綠色建筑集成設(shè)計(jì)優(yōu)化研究》一文中，結(jié)合BIM 的應(yīng)用技術(shù)，對(duì)綠色建筑在設(shè)計(jì)階段做了探討，通過(guò)建立BIM-GRA模型對(duì)建筑方案決策進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，并通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證了模型及方法的實(shí)用性[10]。

3.2.3 簡(jiǎn)化施工管理

應(yīng)用于高層建筑的BIM技術(shù)可以提供高層建筑的管理支持。BIM技術(shù)為項(xiàng)目創(chuàng)新管理的實(shí)施提供有效的基礎(chǔ)，可以利用BIM 技術(shù)進(jìn)行細(xì)化管理工作的機(jī)制與細(xì)節(jié)，從而生成相應(yīng)管理協(xié)議，使整體管理水平和建設(shè)質(zhì)量得到改善。它提供了有效且不規(guī)則的空間位置關(guān)系的表示信息，并且能夠參考過(guò)程疊加的效果。

《基于BIM 技術(shù)的綠色建筑施工項(xiàng)目進(jìn)度優(yōu)化研究》一文指出：BIM技術(shù)的引入對(duì)現(xiàn)有階段的進(jìn)度管理理論進(jìn)行了系統(tǒng)性的補(bǔ)充，對(duì)施工作業(yè)模擬、項(xiàng)目碰撞檢查、進(jìn)度計(jì)劃參數(shù)信息化管理等提供了技術(shù)性支持，極大程度上優(yōu)化了進(jìn)度計(jì)劃管理效率[11]。

3.2.4 使信息傳遞更高效

BIM 技術(shù)可以建立特定的信息模型，利用給定的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和稱重，使響應(yīng)更快、更具體。三維模型結(jié)構(gòu)可以利用BIM 技術(shù)的繪制更加層次化，可以加速數(shù)據(jù)的共享和轉(zhuǎn)換，三維設(shè)計(jì)圖更直觀、更生動(dòng)。BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以更好地實(shí)現(xiàn)信息共享，使得系統(tǒng)的使用效率提高。它可以將計(jì)劃作為性能圖簡(jiǎn)化之后的產(chǎn)物，使施工參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)之間的有效關(guān)系可以更好地被理解，明確設(shè)計(jì)目的，令施工過(guò)程更精準(zhǔn)。

《BIM技術(shù)在建筑方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究》一文闡述了BIM 在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中的可行性，并對(duì)比傳統(tǒng)建筑方案設(shè)計(jì)工作流程，提出基于BIM 平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)[12]。

4 探索BIM 技術(shù)在綠色建筑領(lǐng)域中的新方向

4.1 建立相應(yīng)的安全指標(biāo)

現(xiàn)如今BIM技術(shù)在我國(guó)建筑業(yè)應(yīng)用得越來(lái)越廣泛。想要保證BIM技術(shù)在施工安全管理方面的優(yōu)越性，需要我們根據(jù)實(shí)際發(fā)展情況制定對(duì)應(yīng)的指標(biāo)。根據(jù)建筑物生命周期的準(zhǔn)確計(jì)算，可以為建筑安全施工指標(biāo)提供一定的數(shù)據(jù)。至于安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就應(yīng)該根據(jù)建筑物的實(shí)際情況制定，建筑物的壽命可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行預(yù)估，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息列出，利用數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，制定對(duì)應(yīng)的安全管理方案。由此看來(lái)，想要安全管理工作更好地進(jìn)行，有序促進(jìn)建筑安全管理的發(fā)展，最終達(dá)到保質(zhì)保量的目的，利用BIM技術(shù)建立相應(yīng)的安全指標(biāo)是不二之選。

4.2 利用BIM技術(shù)管理工程、安全、質(zhì)量

BIM在各項(xiàng)施工過(guò)程中將被使用在現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)管理工作當(dāng)中，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的質(zhì)量安全問(wèn)題被反饋給工程管理人員，通過(guò)使管理者更易于決定最為適配的方案達(dá)到了保證施工整體質(zhì)量以及減少安全事故的發(fā)生頻率的目的。在實(shí)際應(yīng)用程序中利用BIM設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)管理，保證建筑物整體質(zhì)量。及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題，應(yīng)用BIM 技術(shù)的可視化功能研究現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，最終解決問(wèn)題。

4.3 加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人員的教育

安全管理主要是為了提高施工者的安全意識(shí)，因此，相應(yīng)企業(yè)應(yīng)增強(qiáng)對(duì)人員的培訓(xùn)，強(qiáng)化信息技術(shù)的應(yīng)用，更全面地進(jìn)行安全教育。通過(guò)建立安全數(shù)據(jù)庫(kù)、導(dǎo)入安全數(shù)據(jù)，保證施工有效安全地進(jìn)行。

4.4 BIM 技術(shù)在綠色建筑領(lǐng)域當(dāng)中的安全管理研究

傳統(tǒng)安全管理系統(tǒng)難以及時(shí)為安全事故提出預(yù)警，也缺乏針對(duì)不同事故的保護(hù)措施，嚴(yán)重威脅施工人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重?fù)p害。BIM系統(tǒng)包含有關(guān)高層建筑的各種技術(shù)信息，能夠形成數(shù)字模型，有效識(shí)別建筑的潛在危險(xiǎn)，系統(tǒng)地評(píng)估建筑的安全指標(biāo)，制定風(fēng)險(xiǎn)信息對(duì)策，令建筑的安全性得到保證。

在傳統(tǒng)的安全管理建設(shè)中，安全管理措施通常是基于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和書(shū)面規(guī)范。但是在實(shí)際安全管理中，這種方法難以靈活的判斷安全管理的誤區(qū)和不穩(wěn)定性。sops 是利用BIM 技術(shù)開(kāi)發(fā)的安全管理平臺(tái)，通過(guò)數(shù)字模型分析各類安全管理對(duì)策，sops可以輸出安全管理對(duì)策的系統(tǒng)公式。因此可以從安全管理部門(mén)的重要基準(zhǔn)sops 中提取相關(guān)規(guī)范，制定安全管理對(duì)策。利用這一技術(shù)制定的安全管理對(duì)策還可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行調(diào)整和更新，靈活應(yīng)對(duì)高溫、強(qiáng)風(fēng)、暴雨、寒冷、污染以及其他天氣的影響，保證建筑建設(shè)過(guò)程的安全。

某項(xiàng)目位于上海市奉賢區(qū)，為經(jīng)濟(jì)保障房項(xiàng)目，采用裝配式建筑工程技術(shù)。工程總用地面積約3.7萬(wàn)m2，項(xiàng)目主要建設(shè)6 幢高層住宅。項(xiàng)目混凝土預(yù)制構(gòu)件總數(shù)超過(guò)3 萬(wàn)塊。針對(duì)本項(xiàng)目裝配式的特點(diǎn)，采用基于BIM 的數(shù)字建造方案。以自主研發(fā)的BIM工程管理平臺(tái)為工具，以基于BIM的全過(guò)程PC構(gòu)件信息為主要成果和管理對(duì)象，以BIM 模型及應(yīng)用為核心，實(shí)施數(shù)字化建造。

在設(shè)計(jì)階段，BIM主要應(yīng)用于BIM模型的創(chuàng)建、PC構(gòu)件的劃分、協(xié)同平臺(tái)的搭建。設(shè)計(jì)時(shí)從庫(kù)中選取構(gòu)件進(jìn)行組裝，最終建立成為整體建筑模型。

在生產(chǎn)階段，BIM 技術(shù)為預(yù)制構(gòu)件加工提供了更好的信息化技術(shù)手段，充分實(shí)現(xiàn)了信息共享，更好地支持設(shè)計(jì)方與構(gòu)件廠的溝通對(duì)接。

在施工階段，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以模擬現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件的吊裝及施工過(guò)程，對(duì)施工流程進(jìn)行優(yōu)化；可以優(yōu)化場(chǎng)地布置和車輛路線，以提高吊裝效率，加快施工進(jìn)度。

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題或安全隱患，通過(guò)定制化的BIM 質(zhì)量安全流程及時(shí)反饋給責(zé)任人，要求其限期解決，整改后將相關(guān)信息返回到BIM模型，以保證問(wèn)題解決的跟蹤效率及過(guò)程數(shù)據(jù)的可追溯性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)建筑方式正面臨著巨大挑戰(zhàn)，但也正是挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化成的機(jī)遇促使其升級(jí)優(yōu)化。BIM的出現(xiàn)是時(shí)代發(fā)展的必然結(jié)果，為建筑業(yè)在各環(huán)節(jié)面臨的各種問(wèn)題提供了較好的解決方案。在未來(lái)，BIM 技術(shù)一定會(huì)繼續(xù)發(fā)揮特長(zhǎng)，促進(jìn)綠色建筑行業(yè)繼續(xù)發(fā)展。在BIM 技術(shù)的幫助下，建筑與環(huán)境的適應(yīng)性、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、綠色建筑的運(yùn)營(yíng)與管理等課題也一定會(huì)被納入綠色建筑的考慮范圍，進(jìn)一步充實(shí)其內(nèi)涵。因此，如何為綠色建筑引入更充實(shí)的內(nèi)容才能充分發(fā)揮BIM技術(shù)的性能或?qū)⒊蔀槲磥?lái)的研究方向之一。