綠色建筑背景下基于BIM技術的建筑工業化發展機制研究

姜騰騰

(1.天津理工大學管理學院，天津 300384；

2.天津理工大學建筑信息集成與投資管控協同創新中心，天津 300384 )

綠色建筑背景下基于BIM技術的建筑工業化發展機制研究

姜騰騰

(1.天津理工大學管理學院，天津 300384；

2.天津理工大學建筑信息集成與投資管控協同創新中心，天津 300384 )

綠色建筑是建筑業高效、節能發展的必然趨勢，建筑工業化是提高建筑業施工效率和質量的有效方式。建筑工業化是實現綠色建筑節能減排目標的有效途徑之一，是建筑產業化的前提，是建筑施工理念和技術的重大變革。本文在綠色建筑背景下通過將BIM技術應用到建筑工業化領域，構建了基于先進BIM技術的建筑工業化發展模型，通過實證分析，為我國綠色建筑理念和建筑工業化發展相結合提供一個思考角度，進而為我國綠色建筑和建筑工業化研究體系的完善提供了參考。

綠色建筑；建筑工業化；建筑產業化；BIM；建筑施工理念

引言

建筑業始終是我國經濟發展的支柱產業，始終關乎國民經濟和人民生活水平的提高。我國經濟各行業的飛速發展主要從改革開放后開始的，同樣我國建筑業真正發展也是始于改革開放，到現在盡管經歷了三十多年的飛速發展，各種先進技術先后運用，多種綠色節能環保技術的采用在一定程度上提高了我國綠色建筑產業實施可操作性，但是該行業的綠色建筑方面發展水平距離先進發達國家還有很大差距，特別是在綠色建筑體系中的建筑工業化實施方面起步晚發展慢，而同樣的當前很多先進發達國家在綠色建筑和建筑工業化方面已經做了很多研究和實踐，甚至實現了綠色建筑建筑全壽命周期的建筑工業化技術體系，例如美國綠色建筑協會制定了LEED《綠色建筑評估體系》、英國建筑研究中心制定了BREEAM《生態建筑環境評估》、日本制定了CASBEE《建筑環境效益綜合評估》，在上述各國綠色建筑體系下，美國的建筑工業化已經基本實現了部品標準化、系列化、施工高機械化和工業化住宅；英國建筑工業化以預制混凝土構件體系為主，鋼、木結構體系為輔的施工方式；日本實現了建筑通用部品的生產體系，形成了以盒子結構、裝配建筑為主要形式的工業化建筑[1]。基于以上現狀，國務院發布的《節能減排“十二五”規劃》中，明確提出了要加強建筑節能技術的探索，開展了“開展綠色建筑行動”，并首次把城鎮新建綠色建筑標準執行率有2010年的1%提高到2015年末的20%，作為“十二五”時期主要的節能指標之一，建筑工業化是綠色建筑實現的重要途徑。國內學者和公司相關研究實踐工作在最近幾年呈現井噴式增長，紀穎波等[2]通過分析BIM技術在建筑行業中的應用優勢和新型建筑工業化的基本特征，對BIM技術在新型建筑工業化中的應用提出了相應政策建議；劉鑫[3]通過對國內外綠色建筑的發展情況進行分析，提出了符合我國的綠色建筑的設計依據及原則；黃燕松等[4]基于回歸自然的建筑理念就綠色建筑結構設計進行了分析和探討；倪桂敏[5]通過分析國內綠色建筑和建筑工業化發展現狀，提出了綠色施工的理念與策略；張建國等[6]從法規、標準、政策和監管各方面分析了我國綠色建筑發展的現狀和面臨的挑戰，并提出政策建議。

上述國內外學者和機構都從各自研究實踐角度對綠色建筑背景下的建筑工業化發展模式進行了相關研究實踐工作，也都得出了各自的研究實踐結論，進而完善了我國相關研究理論體系和技術體系。但是上述學者和機構都沒有結合先進的BIM技術或沒有深入的結合BIM技術對綠色建筑體系下的建筑工業化發展模式進行研究和分析。本文首先對綠色建筑的含義進行分析，然后對當前我國綠色建筑背景下的建筑工業化和其發展瓶頸進行分析，最后結合BIM技術構建綠色建筑背景下的建筑工業化發展模型和實證分析，為我國建筑工業化發展提供一個思考角度，進而為我國綠色建筑和建筑工業化研究體系的完善提供了參考。

1 綠色建筑的含義

綠色建筑是指建筑行業中以節約資源、減少排放、保護環境和減少污染為目的的新型建筑理念，以實現建筑和大自然的和諧統一，為人們提供舒適、健康和品質的居住空間，為大自然動植物提供低污染、高利用和低影響的共存建筑物，有別于以往與大自然對立的狀態，而是作為大自然的補充的先進建造方式。綠色建筑理念和技術主要有建筑工業化理念、太陽能能源技術、智能技術、BIM技術和其他相關技術理念等，比如建筑工業化施工方式就是通過預制裝配式施工技術減少施工過程中的現場澆筑環節，通過快速組裝也大大減少了相應施工成本，而且當建筑物壽命終止時的拆卸也快速方便，顯然，建筑工業化是實現節約資源的有效途徑。上述綠色建筑理念和技術都是貫穿于建筑全壽命周期的，包括規劃、設計、施工和運營管理各個階段，具體包含節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材和材料資源利用、室內環境質量和運營管理等六個方面。

2 我國綠色建筑背景下的建筑工業化和其發展瓶頸

改革開放后我國經濟的飛速發展受世界矚目，但是不可避免的問題就是我國經濟的取得的巨大成就在很大程度上是建立在勞動密集型和能耗密集型生產方式，該現象在建筑行業體現的尤為明顯。傳統建筑行業主要是靠大量施工工人和大量能源資源的累積發展的，改革開放后三十多年我國建筑行業的發展主要還是靠上述模式。但是隨著人們生活水平的提高和整體素質的提高，越來越多的人意識到了技術密集型和環境保護的重要性，建筑的目標不再僅僅是為了居住，同時還考慮到了建筑的效率、資源的節約和與環境的統一。

簡言之，綠色建筑是建筑工業化發展的目的之一，建筑工業化是綠色建筑的實現途徑之一，兩者相輔相成，既有所區別又相互統一，其關系如圖1所示。

圖1 綠色建筑與建筑工業化關系

綠色建筑背景下的建筑工業化發展繼續考慮到綠色建筑節能減排、保護環境的要求，又要兼顧建筑工業化建造理念所提到的建筑業全壽命周期的預制裝配式工廠化建造方式，兩者一定要統籌兼顧，不能厚此薄彼。當前綠色建筑背景下的建筑工業化發展瓶頸主要有以下幾個方面，如圖2所示：

(1)基于綠色建筑理念的建筑工業化人才缺乏。綠色建筑是近些年隨著人們環境保護意識增強而引起重視的建筑理念，在我國尚且屬于萌芽期，綠色建筑理念能否有效實施和發展的前提就是是否有足夠多的相關高素質人才。當前作為社會人才培養主戰場的各大專院校基本都沒有相應課程的設置，只有極個別老師由于興趣組織有限學生進行相關研究，這樣顯然是無法滿足綠色建筑理念下的建筑工業化發展方式的有效且可持續實施；

(2)基于綠色建筑理念的建筑工業化相關法律法規不完善。我國現在處于并將長期出去發展中國家，就意味著我國很多行業的法律法規都很不健全和完善，尤其是對于一些新的工作技術和理念，綠色建筑理念和建筑工業化工作方式也不例外，未來我國將結合相關發達國家在綠色建筑和建筑工業化方面的法律法規，同時根據自己的特點，進而統籌兼顧的制定綠色建筑背景下的建筑工業化領域相關法律法規；

(3)基于綠色建筑理念的建筑工業化標準缺乏。綠色建筑和建筑工業化是未來建筑業發展的方向，是提高施工速度和質量，構建建筑與自然和諧統一的有效途徑之一。統一完善的基于綠色建筑的建筑工業化標準是其發展的基礎，是現代市場化運行的前提，沒有統一的標準，預制裝配式建筑構件就無法工廠化生產，進而建筑工業化就無從談起，最后節能減排目標就無法實現，即綠色建筑理念就無法推行；

圖2 基于綠色建筑理念的建筑工業化發展瓶頸

(4)基于綠色建筑理念的建筑工業化協同設計機制不完善。綠色建筑理念是一個先進的指導性的工作思想方針，建筑工業化是一個先進的具體的工作生產模式，它們都是貫穿于建筑全壽命周期的。在相關標準統一的前提下，基于綠色建筑理念的建筑工業化工作方式在建筑設計階段主要就體現在可以通過先進技術平臺建立統一標準的協同設計工作機制，該機制的實體協同平臺好比建筑工業化工作方式的實驗室，可以將需要進行的綠色建筑理念的建筑工業化預制裝配式構件在實驗室里面預先模擬組裝，從而大大提高了工作效率和降低后期的變更概率；

(5)基于綠色建筑理念的建筑工業化協同施工機制不完善。綠色建筑理念和建筑工業化工作方式的一個重要體現和實施過程就在于建筑施工階段，綠色建筑所要求的節能減排、綠色環保和與自然協調的目的主要就是通過施工階段體現的，同樣建筑工業化所進行的預制裝配式施工方法發展的一個重要目的就是降低施工過程中的時間、資源和提高施工的質量。因此必然要求需要完善相應協同化施工機制指導該階段工作。

3 綠色建筑背景下基于BIM技術的建筑工業化發展模型

上文已經對制約綠色背景下建筑工業化工作方式發展的瓶頸進行了分析，其中人才、標準和相關法律法規都是硬性指標，制定并實施即可，沒有優化價值。本文構建的綠色建筑背景下基于BIM技術的建筑工業化發展模型由協同設計機制和協同施工機制所構成，其價值就是為以后綠色建筑背景下建筑工業化工作方式提供一個參考。

BIM技術是迅速發展的計算機信息技術對傳統建筑行業帶來變革所興起的新興技術，BIM技術的中文表達是建筑信息化技術，其表現形式主要是利用先進的三維設計施工技術代替傳統的二維設計施工技術，其優點在于三維設計施工技術所設計出來的建筑構件非常直觀，所見即所得，同時每個構件還存在具體的相關參數信息[7]。本文假設已經存在統一相關標準，然后進行研究分析，構建綠色建筑背景下基于BIM技術的建筑工業化發展模型。

綠色建筑背景下建筑工業化協同設計模型是根據BIM技術的三維設計技術構建統一的云端集成平臺，使得綠色建筑工程師和建筑工業化設計師同時在云端設計平臺協同設計，使得預制裝配式建筑構件可以運用BIM技術直觀的協同設計出來，各個構件可以通過云端平臺展示給各工程師進行修改和碰撞檢查等工作，同時專業的綠色建筑工程師可以利用專業的知識對設計出來的預制構件各個過程進行咨詢。而綠色建筑背景下建筑工業化協同施工模型的構建方式類似于協同設計模型，協同施工模型和協同設計模型使用同一個云端集成平臺，在建筑工業化施工階段也是通過該集成平臺對具體施工工作進行指導的，設計工程師、綠色建筑工程師、施工項目經理和施工技術人員都是運用先進的BIM技術在云端平臺首先進行建筑工業化施工模擬，然后根據各自的專業知識在該平臺進行溝通和指導具體施工工作，然后施工進度信息也是通過集成平臺實時傳遞給各個專業工程師。綠色建筑背景下基于BIM技術的建筑工業化發展模型具體運行機制如圖3所示，該機制核心是建筑工業化信息協同云平臺，該平臺是基于先進“云技術”和高速寬帶網絡技術構建的一個集建筑工業化協同設計和協同施工兩大功能為一體的多功能集成平臺，該平臺主要包括綠色建筑信息指導平臺、建筑工業化協同設計平臺和建筑工業化協同施工平臺三個子平臺。綠色建筑信息指導平臺主要功能是收集綠色建筑工程師關于綠色建筑方面的專業咨詢意見和業主關于具體某項目綠色建筑背景下的建筑工業化全壽命周期各階段相關信息，該平臺將所有獲得信息通過總平臺與其它子平臺互傳。建筑工業化協同設計平臺主要功能是給設計師提供一個在線協同設計BIM預制裝配式構件模型的平臺，同時還具有協同碰撞檢查、綠建分析、后期變更分析和能耗分析功能，而且可以將所獲的信息與其它子平臺互傳。建筑工業化協同施工平臺功能有建筑工業化協同施工模擬、施工優化、綠建施工分析、施工能耗分析和后期變更分析功能，同時將所獲的信息與其它子平臺互傳。通過上述機制，可以很大程度上提高綠色建筑理念下新型建筑工業化工作方式效率，可以有效推進我國建筑產業化發展。

圖3 綠色建筑背景下基于BIM技術的建筑工業化發展模型

圖4 管理樓綠色背景基于BIM技術建筑工業化工作機制

4 實證分析

天津理工大學25號管理學院樓在建設論證初期就確定了使用綠色建筑理念進行建造，充分服從國家提出的“資源節約型和環境友好型社會”口號的理念，同時由于建筑工業化屬于新興建造方式，天津理工大學基于科學研究的考慮決定在管理樓的建造過程中對部分建筑構件進行新型建筑工業化建造方式試點。但是建筑工業化和綠色建筑理念屬于新興產物，缺乏相應案例，經過多方論證和實地調研，遂決定使用BIM技術對綠色建筑理念和建筑工業化試點項目進行輔助，BIM技術的優點就在于可以充分地進行前期的施工模擬、能耗分析、造價分析和預制裝配式構件的虛擬設計，這樣就避免了施工后容易出現的變更和建筑工業化預制裝配式構件復雜的設計問題。

基于上述分析，學校召集了設計單位、施工單位和造價咨詢單位對該樓項目從綠色建筑理念出發同時結合建筑工業化試點探索新型工作方式，該新型方式探索工作所依據的技術是當前建筑行業新興BIM技術，隨后組織相關專家從實踐性和理論性相結合角度，引入先進的計算機信息技術和“云技術”理念基于該工作方式傳統特點構建了綠色背景下基于BIM技術的建筑工業化發展模型，然后以該模型組織架構整合設計單位、施工單位、造價單位的相關人才資源，同時邀請相關綠色建筑專家、建筑工業化專家成立了綠色建筑團隊、建筑工業化團隊和BIM技術團隊，在上述三個團隊基礎上成立了BIM能耗分析專業小組、BIM預制裝配式設計專業小組、BIM造價分析專業小組和BIM建筑工業化施工優化專業小組四個技術團隊，如圖4所示，該組織機構運行機制描述為首先整合施工單位、設計單位和造價咨詢單位的管理樓相關方案，其次通過綠色建筑團隊對管理樓相關設計、施工和造價方案進行“綠色化”優化，然后通過建筑工業化團隊對管理樓相關試點“綠色化方案”進行建筑工業化“包裝”，再然后將各單位“綠色工業化”的設計、施工和預算方案通過BIM技術團對編制BIM解決方案，最后通過下面各個專業小組通過BIM技術平臺高效完成相應任務。通過上述組織機制，充分利用了BIM技術對管理學院行政樓綠色建筑理念下建筑工業化試點區域進行了實踐，節約資源率為35.67%，同時預制裝配式構件使用BIM設計大大提高了相關工作效率和后面施工效率。

天津理工大學管理樓在綠色建筑理念下基于BIM技術的建筑工業化工作模式的實際探索在一定程度上會給相關研究提供參考案例，學校后續還將在學校體育館的建設過程中適當的再次使用該工作機制。

5 結論

綠色建筑是建筑業未來發展的方向，建筑工業化是提高未來建筑業施工速度和質量的有效途徑。將綠色建筑理念結合建筑工業化工作方式構建先進工作模式是我國未來建筑業發展的必然趨勢。本文首先對綠色建筑的含義進行分析，然后對當前我國綠色建筑背景下的建筑工業化和其發展瓶頸進行分析，最后結合BIM技術構建綠色建筑背景下的建筑工業化發展模型和實證分析，為我國建筑工業化發展提供一個思考角度，進而為我國綠色建筑和建筑工業化研究體系的完善提供了參考。

[1]The History and Significance of Military Packaging,Defense System Management College Press,April 2011.

[2]紀穎波,周曉茗,李曉桐等.BIM技術在新型建筑工業化中的應用[J].建筑經濟,2013,8:14-16.

[3]劉鑫.綠色建筑的設計依據與原則[J].企業改革與管理，2015,2:127-129.

[4]黃燕松,楊綺文等.綠色建筑結構設計探析-圍繞結構選型、結構設計、綠色建材分析[J].能源環境,2014,3:118-120.

[5]倪桂敏.試論當前綠色建筑施工管理[J].科技與企業,2014,3:49-50.

[6]張建國,谷立靜等.我國綠色建筑發展現狀、挑戰及政策建議[J].中國能源,2012,34(12):19-24.

[7]姜騰騰,鐘煒等.多利益方背景下的BIM技術輔助建筑工程項目協同機制探索[J].土木建筑工程信息技術,2014,6(6):76-80.

Research on the Development Mechanism of Construction Industrialization based on BIM Technology Under the Background of Green Building

Jiang Tengteng

(1.SchoolofManagement,TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384,China;2.TheCenterofBuildingInformationIntegration&InvestmentControl,TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384,China)

The green building is an inevitable trend for the development of a high-efficient and energy-saving construction industry, and construction industrialization is an effective way for the improvement of construction efficiency and quality. Construction industrialization is one of the effective approaches to realize energy-saving and emission reduction of green buildings and is a significant change in the construction concept and technology. Under the background of the green building and through the application of BIM technology in the field of construction industrialization, this article builds the construction industrialization optimization model based on BIM technology and provides a perspective for the integration of the green building concept and the development of construction industrialization. It can also be used as reference for the improvement of the research system of green building and construction industrialization in China.

Green Building; Construction Industrialization; BIM; Building Construction Concept

天津市科技計劃項目——科技創新促進天津智慧城市建設及城鎮化發展的戰略與關鍵技術研究

姜騰騰(1990-)，男，碩士研究生。主要研究方向：綠色建筑、建筑工業化、建筑信息化。

TU201.5;F407.9

A

1674-7461(2015)02-0056-05