BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的應(yīng)用

羅瀟姝

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000）

0 引言

在追求能源消耗更低和建筑質(zhì)量更高的背景下，綠色建筑秉承環(huán)境保護(hù)、能源節(jié)約、使用舒適的核心理念[1]，走上了全面可持續(xù)發(fā)展的道路。目前，BIM技術(shù)因其參數(shù)化、可視化、統(tǒng)計(jì)自動化、工作協(xié)同化等特點(diǎn)，已拓展應(yīng)用于綠色建筑的全生命周期中。在設(shè)計(jì)階段，BIM 技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師和工程師進(jìn)行能源模擬和分析，以評估建筑的能源消耗和環(huán)境影響；施工階段，BIM技術(shù)可以幫助施工設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理各方實(shí)現(xiàn)更高效的資源管理；建筑運(yùn)營和維護(hù)階段，通過BIM模型，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理建筑的能源消耗和環(huán)境性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。此外，BIM技術(shù)還可以幫助建筑物的維護(hù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行有效的設(shè)備管理和制定科學(xué)的維修計(jì)劃，提高建筑的使用壽命。

1 BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段，BIM 技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師和工程師進(jìn)行能源模擬和碳足跡評估，以評估建筑的能源效率和環(huán)境影響，還可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。適用于建筑設(shè)計(jì)階段的BIM軟件較多，見表1所示。

表1 建筑設(shè)計(jì)階段應(yīng)用的BIM軟件

1.1 建筑物能源模擬

BIM 技術(shù)可以通過對建筑物的能源模擬來確定建筑物的能源消耗量，為建筑師和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供優(yōu)化設(shè)計(jì)的決策依據(jù)。例如，在設(shè)計(jì)過程中可以預(yù)測建筑物的能源消耗，優(yōu)化建筑的朝向、墻體厚度、建筑外觀、窗戶設(shè)計(jì)等，以減少能源消耗。

1.2 碳足跡評估

使用BIM 技術(shù)可以計(jì)算建筑物的碳足跡并量化碳排放，為減少碳排放提供指導(dǎo)。碳足跡評估通常會在設(shè)計(jì)的早期階段進(jìn)行，以便更早地確定如何減少建筑物的碳排放。

1.3 精細(xì)化設(shè)計(jì)

使用BIM 技術(shù)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以更加精確地進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，在模擬建筑物的能源消耗時(shí)，可以更加準(zhǔn)確地模擬建筑物的細(xì)節(jié)，包括墻體的厚度和窗戶的尺寸等。這些細(xì)節(jié)可以影響建筑物的能源消耗和碳排放，通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以找到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

1.4 協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)允許設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)各個(gè)專業(yè)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，使得整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以更加高效地工作。協(xié)同設(shè)計(jì)可以促進(jìn)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間更好的溝通和合作，降低錯誤和重復(fù)工作的風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)計(jì)效率和減少浪費(fèi)。

2 BIM技術(shù)在綠色建筑施工階段的應(yīng)用

目前，市場上有許多BIM 軟件，其中一些軟件提供了較為完整的施工階段功能，包括Autodesk Navisworks，Tekla Structures 等，見表2 所示。這些軟件可以支持在施工階段進(jìn)行進(jìn)度和資源管理、施工工藝和規(guī)劃以及現(xiàn)場協(xié)調(diào)等，從而提高資源和能源的有效利用。

表2 建筑施工階段應(yīng)用的BIM軟件

2.1 施工工藝規(guī)劃

BIM 技術(shù)可以幫助施工單位進(jìn)行數(shù)字化模擬和規(guī)劃，確保施工工藝和步驟的合理性和可行性。綠色建筑的施工工藝與傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目的施工工藝存在差異，特別是綠色建筑中的裝配式建筑，其預(yù)制構(gòu)件尺寸和施工工藝的整合要求更高，由此施工單位可以根據(jù)BIM 模型進(jìn)行3D 可視化，更加精確展現(xiàn)施工流程，預(yù)先評估施工方案的可行性和安全性，從而減少設(shè)計(jì)缺陷和施工過程中的問題。

2.2 現(xiàn)場協(xié)調(diào)

在施工現(xiàn)場，經(jīng)常需要處理復(fù)雜的工程情況，而BIM 技術(shù)可以提供3D 建筑模型，幫助管理團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)全方位的協(xié)調(diào)和管理。例如，在綠色建筑施工現(xiàn)場進(jìn)行模型展示，可便于現(xiàn)場工人清楚了解建筑模型中每一個(gè)構(gòu)件的位置和相互關(guān)系，涉及多個(gè)預(yù)制構(gòu)件的組裝的，BIM 技術(shù)可以通過三維模型來預(yù)先規(guī)劃和協(xié)調(diào)構(gòu)件的位置和尺寸，確保構(gòu)件之間的空間匹配和連接的準(zhǔn)確性，施工團(tuán)隊(duì)可使用BIM 模型進(jìn)行空間碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)并解決構(gòu)件之間的沖突，避免現(xiàn)場組裝過程中的問題和延誤。同時(shí)施工團(tuán)隊(duì)可以使用BIM 模型來規(guī)劃和協(xié)調(diào)綠色建筑中各個(gè)構(gòu)件的安裝順序和時(shí)間要求，確保施工進(jìn)度的準(zhǔn)確性和合理性。

2.3 質(zhì)量控制

施工單位可通過建立的BIM 模型獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測整個(gè)施工進(jìn)度和質(zhì)量，并且預(yù)測可能出現(xiàn)的問題。綠色建筑裝配式建筑的質(zhì)量控制相對于傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目的難度更高，對各個(gè)構(gòu)件的尺寸以及連接精度要求更高，需要確保構(gòu)件的準(zhǔn)確安裝和連接。通過BIM 模型，施工團(tuán)隊(duì)可以對比實(shí)際施工情況與設(shè)計(jì)要求，更加高效及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。例如，施工團(tuán)隊(duì)可以使用BIM 模型來檢查構(gòu)件的尺寸和位置，進(jìn)行空間碰撞檢測，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

2.4 材料的準(zhǔn)確配送和使用

綠色建筑中裝配式建筑的施工過程中需要準(zhǔn)確配送和安裝各種構(gòu)件和材料。BIM 技術(shù)可以幫助施工團(tuán)隊(duì)進(jìn)行材料的管理和協(xié)調(diào)。通過BIM 模型，可以實(shí)時(shí)了解材料的需求量和供應(yīng)情況，從而優(yōu)化材料的采購和使用。此外，BIM 技術(shù)還可以幫助施工團(tuán)隊(duì)進(jìn)行材料的追蹤和管理，確保材料的準(zhǔn)確配送和使用。

3 BIM技術(shù)在綠色建筑運(yùn)營和維護(hù)階段的應(yīng)用

建筑運(yùn)營和維護(hù)階段，通過BIM 模型，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理建筑的能源消耗和環(huán)境性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題；還可以幫助建筑物的維護(hù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行有效的設(shè)備管理和制定科學(xué)的維修計(jì)劃，提高建筑的可持續(xù)性和使用壽命。適用于建筑運(yùn)營管理階段的BIM 軟件見表3所示。

表3 建筑運(yùn)營管理階段應(yīng)用的BIM軟件

3.1 建筑設(shè)備和系統(tǒng)的維護(hù)管理

通過BIM 技術(shù)，建筑管理員可以在建筑設(shè)備和系統(tǒng)中嵌入傳感器、監(jiān)測設(shè)備等，更大限度實(shí)現(xiàn)對建筑物能耗、空氣質(zhì)量、水質(zhì)、電氣設(shè)備等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)對建筑設(shè)施的精細(xì)化管理，節(jié)約能源、減少資源浪費(fèi)，同時(shí)延長建筑設(shè)備和系統(tǒng)的使用壽命，降低維修和更換成本等多個(gè)目標(biāo)。

3.2 建筑物信息管理

在建筑運(yùn)營過程中，建筑管理員需要對建筑的各項(xiàng)信息進(jìn)行管理，包括建筑物平面圖、立面圖、構(gòu)造圖、安裝圖、設(shè)備圖、保養(yǎng)維護(hù)信息等。BIM 技術(shù)可以將這些信息集成到一個(gè)建筑信息模型中，實(shí)現(xiàn)信息的高度整合和互動，從而幫助管理員更好地管理建筑信息，實(shí)現(xiàn)更加高效的運(yùn)營，提高工作效率。

3.3 建筑物保養(yǎng)和維護(hù)

通過BIM 技術(shù)，建筑管理員可以實(shí)現(xiàn)對建筑物外觀、墻體、屋面、門窗等進(jìn)行精準(zhǔn)的檢測和維護(hù)，同時(shí)可以預(yù)測建筑物保養(yǎng)和維護(hù)的周期和需求，使得建筑物的保養(yǎng)和維護(hù)更加科學(xué)、精細(xì)，減少不必要的能源和資源消耗。

4 綠色建筑項(xiàng)目全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用案例

4.1 設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)的應(yīng)用案例

宜昌市中心區(qū)水環(huán)境修復(fù)項(xiàng)目旨在通過水環(huán)境治理和景觀建設(shè)，提升城市形象和環(huán)境質(zhì)量。在設(shè)計(jì)階段，采用了BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑模型的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，同時(shí)使用BIM 技術(shù)進(jìn)行材料選擇，從而減少了碳排放和提高資源利用率。具體實(shí)施措施如下：

（1）建筑模型的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。使用BIM軟件對建筑模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，模擬建筑物在不同時(shí)間段內(nèi)的能耗情況，對建筑物進(jìn)行能源模擬和碳足跡評估。通過對建筑模型的優(yōu)化和建筑結(jié)構(gòu)的調(diào)整，降低了建筑物的能耗，減少了碳排放，契合國家雙碳目標(biāo)的要求。

（2）材料選擇。BIM 技術(shù)可以幫助建筑師選擇更加環(huán)保和節(jié)能的材料，從而減少碳排放。在該項(xiàng)目中，BIM 技術(shù)被用于評估不同材料的環(huán)保性和節(jié)能性，根據(jù)評估結(jié)果選擇了符合項(xiàng)目需求的環(huán)保和節(jié)能材料。例如使用了太陽能光伏發(fā)電和地源熱泵等新型節(jié)能材料，在符合節(jié)能的要求之下，同時(shí)考慮成本控制。

4.2 施工階段BIM技術(shù)的應(yīng)用案例

新加坡濱海灣金沙酒店項(xiàng)目采用了BIM 技術(shù)來協(xié)助施工。在施工階段，BIM 技術(shù)通過可視化模擬和協(xié)同工作來提高施工效率和質(zhì)量，同時(shí)也有助于減少碳排放和優(yōu)化資源利用率。具體而言，該項(xiàng)目采用了Revit 軟件進(jìn)行BIM 建模，并結(jié)合Navisworks 軟件進(jìn)行協(xié)同施工管理。在施工過程中，BIM 技術(shù)通過模擬建筑物的施工流程和物流運(yùn)輸，將施工過程和供應(yīng)鏈進(jìn)行整合，優(yōu)化了材料的使用和人員的分配，減少了資源浪費(fèi)和碳排放。此外，BIM 技術(shù)還可以對施工過程中的碳足跡進(jìn)行評估和監(jiān)測，幫助施工方實(shí)時(shí)了解碳排放情況，進(jìn)一步提高施工的環(huán)保性。

4.3 運(yùn)營階段BIM技術(shù)的應(yīng)用案例

英國倫敦某高層住宅項(xiàng)目使用BIM 技術(shù)在建筑運(yùn)營階段進(jìn)行能源管理，降低碳排放，提高了能源利用率。具體而言，該建筑在竣工后使用BIM軟件Autodesk Revit和IES Virtual Environment進(jìn)行了建筑能源模擬，分析了建筑能耗及碳排放。同時(shí)，運(yùn)營人員使用BIM軟件Autodesk Navisworks進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)管理，通過建筑能源模擬，確定了最優(yōu)的能源管理方案，采取采光、通風(fēng)和空調(diào)相結(jié)合等技術(shù)措施，減少了能源消耗，降低了能源成本和碳排放。同時(shí)，運(yùn)營人員使用BIM軟件進(jìn)行設(shè)備管理，提高了設(shè)施的使用效率和延長了設(shè)備壽命，進(jìn)一步減少了能源消耗和碳排放。

建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的全生命周期中，通過采用BIM 技術(shù)，有效減少了碳排放，并提高能源利用率和項(xiàng)目舒適度，并提高了管理效率。

5 結(jié)束語

BIM 技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用場景將拓寬到建筑碳排放和能耗管理、精細(xì)化設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理、裝配式建筑等各個(gè)方面。未來，BIM 技術(shù)將更加智能化，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和調(diào)整建筑的能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)更高水平的能源效率優(yōu)化；同時(shí)，BIM 技術(shù)將與供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)材料的追蹤和管理，促進(jìn)材料的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)更高水平的可持續(xù)材料管理；另外，BIM技術(shù)將與物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備的智能管理和預(yù)測性維護(hù)，提高建筑的使用壽命，實(shí)現(xiàn)更高水平的智能化運(yùn)營管理。