淺析BIM技術(shù)在綠色智能建筑全生命周期中的應(yīng)用

孫云欣

孫云岳2

丁云蕭1

胡慧芬1

1.浙江樹(shù)人學(xué)院，浙江 杭州 3100152.浙江農(nóng)林大學(xué)暨陽(yáng)學(xué)院，浙江 諸暨 311800

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境和減少污染，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［1］。大力發(fā)展綠色建筑，就是要堅(jiān)持“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”五大發(fā)展理念，逐步扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)建筑業(yè)高消耗、低效率的發(fā)展模式，在減少環(huán)境污染、節(jié)約資源的同時(shí)，為人民提供健康、安全、宜居的生活場(chǎng)所，從而使人與自然和諧共存，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》明確提出：到2025年，城鎮(zhèn)新建建筑全面執(zhí)行綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)。

近年來(lái)，信息科技取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，智能化技術(shù)在各領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，建筑領(lǐng)域也不例外。“雙碳”目標(biāo)的提出和相應(yīng)政策的逐步落地實(shí)施，對(duì)作為減碳重點(diǎn)領(lǐng)域的建筑行業(yè)提出了新的要求和挑戰(zhàn)，以信息化、智能化技術(shù)為手段促進(jìn)建筑綠色指標(biāo)落地，將成為綠色建筑領(lǐng)域新的研究方向，綠色智能建筑也應(yīng)時(shí)而生。

1 BIM 技術(shù)與綠色智能建筑

1.1 BIM 技術(shù)及其特點(diǎn)

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型。BIM 技術(shù)由美國(guó)Autodesk 公司于2002年首次提出，是近年來(lái)新興的一種可用于建筑工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理全過(guò)程的可視化工具。它通過(guò)對(duì)建筑參數(shù)信息的整合，形成數(shù)據(jù)化信息模型，并在建筑全生命周期進(jìn)行共享和傳遞。BIM技術(shù)主要具有以下特點(diǎn)：

1）信息資源的完整性

BIM 技術(shù)體系可以將數(shù)字技術(shù)整合工程中所有的物理數(shù)據(jù)特點(diǎn)及功能體現(xiàn)出來(lái)。目前建筑工程在BIM 技術(shù)體系下可以進(jìn)行完整且較詳細(xì)的建筑工程信息的描述以及反映出三維仿真幾何信息。

2）信息資源的互通共享性

BIM 技術(shù)可在建造施工前期對(duì)各專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)匯總，將可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行合理協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，并將信息數(shù)據(jù)匯總出來(lái)，實(shí)現(xiàn)BIM 平臺(tái)上實(shí)時(shí)傳達(dá)，使相關(guān)工作人員能夠詳細(xì)地了解建筑的全生命周期。信息資源的互通共享使參與建筑工程的不同部門(mén)、不同專業(yè)的工作人員在一定的程度上提高協(xié)同作業(yè)效率，且提升了有效資源的利用率。

3）數(shù)據(jù)的仿真性和協(xié)同性

基于傳統(tǒng)的CAD 設(shè)計(jì)模型需要大量的設(shè)計(jì)師來(lái)協(xié)調(diào)和修改多次完成，交付的圖紙沒(méi)有過(guò)程數(shù)據(jù)，空間信息很難詳細(xì)說(shuō)明組件參數(shù)和其他數(shù)據(jù)。但BIM 技術(shù)可以很好地解決這些問(wèn)題，該技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聚合和集成，設(shè)計(jì)過(guò)程回顧性闡述，實(shí)時(shí)協(xié)作工作和其他內(nèi)容［2］。

BIM 技術(shù)由于其鮮明的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在建筑行業(yè)引起了高度重視和廣泛關(guān)注，從國(guó)家層面到地方政府正在加大力度推廣BIM 技術(shù)在建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并出臺(tái)了一系列的政策文件：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在“十三五發(fā)展綱要”中就指出要強(qiáng)化BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)、招采、施工、運(yùn)維全過(guò)程全生命周期的應(yīng)用；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 51212—2016）》，首次將BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用寫(xiě)入規(guī)范當(dāng)中。因此，當(dāng)前已具備了BIM 技術(shù)應(yīng)用的政策和技術(shù)條件。

1.2 BIM 技術(shù)與綠色智能建筑

綠色智能建筑是綠色建筑與智能建筑在技術(shù)上的有機(jī)結(jié)合，是信息化技術(shù)和智能控制技術(shù)在綠色建筑中升華應(yīng)用的結(jié)果。它將智能、綠色的理念貫穿于綠色建筑的全生命周期，在使建筑滿足“四節(jié)一環(huán)?！币蟮耐瑫r(shí)，智能化水平得到顯著提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)操作的簡(jiǎn)單化和便捷化［3］，良好地解決了人和自然環(huán)境及人和建筑之間和諧發(fā)展的關(guān)系。

當(dāng)前，BIM技術(shù)在我國(guó)建筑各領(lǐng)域、各環(huán)節(jié)已逐步開(kāi)始鋪開(kāi)應(yīng)用。由于綠色智能建筑的發(fā)展目前仍處于探索階段，BIM技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用并不多見(jiàn)。但貫穿綠色智能建筑全生命周期的綠色、智能理念和BIM技術(shù)基于建筑全生命周期的信息分享和信息傳遞功能不謀而合。因此，綠色智能建筑的實(shí)施更需要充分利用BIM技術(shù)，將BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色智能建筑全生命周期設(shè)計(jì)、施工建造和運(yùn)營(yíng)管理等各環(huán)節(jié)，不僅可為綠色智能建筑實(shí)施全過(guò)程提供高效的溝通平臺(tái)，而且更有助于相關(guān)綠色指標(biāo)的落地和綠色智能理念的最終呈現(xiàn)。

2 BIM 技術(shù)在綠色智能建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 基于BIM 技術(shù)的場(chǎng)地模型的構(gòu)建與分析

場(chǎng)地設(shè)計(jì)是確保建筑實(shí)現(xiàn)綠色、智能至關(guān)重要的一步。借助BIM 技術(shù)，建立綠色智能建筑場(chǎng)地模型，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)場(chǎng)地實(shí)際情況有更直觀的了解，從而能制定合理的建筑設(shè)計(jì)方案，對(duì)相關(guān)細(xì)節(jié)作出科學(xué)的調(diào)整。具體而言，就是技術(shù)人員先收集建設(shè)場(chǎng)地相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)，然后將整理好的參數(shù)輸入BIM 軟件，創(chuàng)建與之相適應(yīng)的建筑場(chǎng)地模型。由于BIM 技術(shù)的仿真性和可視化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員可以在創(chuàng)建的場(chǎng)地模型上，全面了解建設(shè)項(xiàng)目場(chǎng)地的實(shí)際情況，并進(jìn)行必要的分析。

2.2 基于BIM 技術(shù)的建筑體型設(shè)計(jì)

超大規(guī)模、體型奇特的建筑不斷涌現(xiàn)，對(duì)綠色智能建筑的建設(shè)要求也提出了新的挑戰(zhàn)。為了進(jìn)行科學(xué)合理的綠色智能建筑體型設(shè)計(jì)，建筑設(shè)計(jì)從業(yè)人員開(kāi)始將目光投向BIM 技術(shù)。由于BIM 技術(shù)的仿真性和可視化的特性，借助BIM 技術(shù)，在BIM 模型上對(duì)綠色智能建筑的體型構(gòu)造進(jìn)行分析，繼而在保證建筑物構(gòu)造平穩(wěn)性和安全性的基礎(chǔ)下，實(shí)行綠色智能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來(lái)進(jìn)一步達(dá)到設(shè)計(jì)目的［3］。

2.3 基于BIM 技術(shù)的建筑布局設(shè)計(jì)

合理的建筑布局設(shè)計(jì)，也是綠色智能建筑綠色和智能特性能否最終完美呈現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建筑的布局將對(duì)建筑內(nèi)部的采光效果和通風(fēng)性能帶來(lái)不可逆的影響。借助BIM技術(shù)，建筑設(shè)計(jì)師可以依靠相應(yīng)的模型信息，并結(jié)合相應(yīng)的分析手段，對(duì)建筑項(xiàng)目進(jìn)行全面探析，以此來(lái)保證布局設(shè)計(jì)的客觀程度，確保通風(fēng)、采光等都擁有較高的水平［4］。

2.4 基于BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)

綠色智能建筑涉及綠色技術(shù)和自動(dòng)化智能控制技術(shù)的綜合運(yùn)用，需要多種技術(shù)、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)才能完成。BIM 技術(shù)作為信息共享和傳遞平臺(tái)，可以方便地進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)同步協(xié)作，專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間以及階段間的圖紙、數(shù)據(jù)同步協(xié)作工作，消除傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式圖紙帶來(lái)的錯(cuò)、漏、碰、缺等設(shè)計(jì)缺陷。對(duì)于裝配式綠色智能建筑，在深化設(shè)計(jì)階段，采用參數(shù)化將構(gòu)件的配套開(kāi)洞、預(yù)留、預(yù)埋完全標(biāo)準(zhǔn)化，各類型的裝配式構(gòu)件通過(guò)參數(shù)化的模式，提高部品部件的標(biāo)準(zhǔn)化。

3 BIM 技術(shù)在綠色智能建筑建造施工過(guò)程中的應(yīng)用

3.1 基于BIM 技術(shù)的智能制造

未來(lái)的綠色智能建筑將大部分采用工業(yè)化的形式完成，這就需要我們加快建筑業(yè)智能制造的發(fā)展進(jìn)程。2020年7月，住建部等13 個(gè)部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與建筑工業(yè)化技術(shù)協(xié)同發(fā)展，在建造全過(guò)程加大建筑信息模型（BIM）、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)通信、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)的集成與創(chuàng)新應(yīng)用。“浙江省建筑業(yè)發(fā)展‘十四五’規(guī)劃”明確浙江省要積極推行智能建造。以此為契機(jī)，充分發(fā)揮當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”、BIM 技術(shù)、3D 打印、智能智造等新一代信息化技術(shù)在綠色智能建筑中的應(yīng)用，推廣應(yīng)用智能制造生產(chǎn)線，加快部品部件生產(chǎn)數(shù)字化智能化升級(jí)。

3.2 基于BIM 技術(shù)的信息化施工

一方面，綠色智能建筑是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，在施工過(guò)程中，管線碰撞現(xiàn)象非常普遍。為解決這個(gè)問(wèn)題，往往需要對(duì)管線進(jìn)行逐一檢查，工作效率十分低下，而且容易出現(xiàn)漏查的問(wèn)題。而利用BIM 技術(shù)的可視化特征，可以快速了解管線之間的空間關(guān)系，迅速找出問(wèn)題所在，從而實(shí)現(xiàn)三維碰撞檢查。另一方面，利用BIM 技術(shù)將施工方案與BIM 模型進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)行真實(shí)的施工模擬過(guò)程，并與施工進(jìn)度計(jì)劃結(jié)合，真實(shí)模擬每天的工程進(jìn)度，直觀地觀測(cè)進(jìn)度進(jìn)展，從而達(dá)到控制工期的目的［5］。

3.3 基于BIM 技術(shù)的建造過(guò)程智能化管理

對(duì)于裝配式綠色智能建筑，其在施工全過(guò)程中，管理人員必須考慮整體性、全局性，針對(duì)材料采購(gòu)、構(gòu)件設(shè)計(jì)、加工制造、運(yùn)輸和安裝等諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行全面管理。只有進(jìn)行精細(xì)化現(xiàn)場(chǎng)管理，方可從根本上提高裝配式綠色智能建筑施工質(zhì)量和施工管理效果。結(jié)合BIM 模型和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可方便地構(gòu)建智能化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式綠色智能建筑成品構(gòu)件的全流程、可視化、信息化的管控，包括構(gòu)件的生產(chǎn)、入庫(kù)、運(yùn)輸、吊裝。通過(guò)建造過(guò)程的智能化管理平臺(tái)，使得項(xiàng)目各個(gè)參與方，能夠通過(guò)云端隨時(shí)獲得構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等實(shí)時(shí)推薦情況，共享項(xiàng)目信息，解決成品構(gòu)件發(fā)貨配套、到貨不及時(shí)、安裝不到位等諸多管理協(xié)調(diào)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)成品構(gòu)件從工廠備料到現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝完成的全周期管控。

4 BIM 技術(shù)在綠色智能建筑運(yùn)維管理中的應(yīng)用

4.1 基于BIM 技術(shù)的安全管理

建筑安全是綠色智能建筑實(shí)施的基本底線。在綠色智能建筑的運(yùn)營(yíng)管理中，主要涉及的是結(jié)構(gòu)安全和消防安全等方面。一方面以BIM技術(shù)為依托，結(jié)合相應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)手段，可以讓管理者實(shí)時(shí)了解建筑關(guān)鍵部位當(dāng)前結(jié)構(gòu)安全狀況，對(duì)出現(xiàn)超限行為的部位作出正確決策；另一方面，將BIM 技術(shù)與消防智能報(bào)警系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，對(duì)出現(xiàn)消防問(wèn)題的部位及時(shí)作出提示，并標(biāo)明安全疏散通道的位置。

4.2 基于BIM 技術(shù)的能源管理

綠色智能建筑的根本源于綠色技術(shù)，這就要求綠色建筑在全生命周期貫徹節(jié)能環(huán)保的理念。對(duì)建筑內(nèi)部能源使用進(jìn)行管理就是落實(shí)綠色智能建筑節(jié)能環(huán)保理念的最好體現(xiàn)。將BIM 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)智能建筑室內(nèi)的溫度、濕度等情況，進(jìn)行能耗的自動(dòng)分析。若溫度太高，則打開(kāi)冷氣；若溫度適中，則關(guān)閉空調(diào)；若溫度太低，則打開(kāi)暖風(fēng)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)綠色智能建筑的舒適性與綠色環(huán)保。

4.3 基于BIM 技術(shù)的設(shè)備維護(hù)管理

對(duì)建筑內(nèi)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)管理也是綠色智能建筑全生命周期不可或缺的環(huán)節(jié)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)，把建筑物中各獨(dú)立運(yùn)行的智能弱電子系統(tǒng)完成高度集成，利用BIM技術(shù)去呈現(xiàn)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和掌握各個(gè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。采取隨機(jī)查閱的方式檢查設(shè)備的信息。同時(shí)還要對(duì)設(shè)備的使用周期進(jìn)行維護(hù)管理，對(duì)快要到期的設(shè)備或需要更換的配件應(yīng)予以預(yù)警提示，避免發(fā)生事故之后不能及時(shí)修復(fù)所帶來(lái)的危險(xiǎn)影響［6］。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM 技術(shù)和綠色智能建筑在全生命周期的管理理念中具有相當(dāng)高的契合度。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于綠色智能建筑相關(guān)環(huán)節(jié)，對(duì)綠色智能建筑相關(guān)綠色指標(biāo)的落地和綠色智能理念的最終呈現(xiàn)大有裨益，同時(shí)還能起到提高工作效率，減少成本消耗的作用。