BIM技術在廣西智慧生態城市建設中的應用研究

□ 劉 芳 彭 來 黃海波

1 引言

隨著20世紀70年代聯合國教科文組織提出“生態城市”概念，最近幾年國內又相應提出建設“智慧城市”概念，城市規劃逐步朝著生態化、智慧化方向發展。通過智慧型高新產業支撐城市發展，采取智能化的手段解決城市運營管理問題，利用低碳環保等技術發展低碳經濟，減少資源消耗，以達到開發利用與生態的最優平衡，最終實現智慧生態城市的建立。

BIM技術（Building Information Modeling，建筑信息模型，簡稱“BIM”）是以三維數字技術為基礎，利用計算機三維軟件工具，創建建筑工程項目中完整的數字模型，并在該模型中包含詳細工程信息，能夠將這些模型和信息應用于建筑工程的設計階段、施工階段以及物業和運營管理階段等建筑全生命周期管理過程中[1]。建筑業的興起促進智慧生態城市的建設，智慧生態城市的建設為建筑業提供廣闊的發展空間。本文通過總結BIM技術應用特點，結合廣西智慧生態城市發展現狀，提出BIM技術視野下的智慧生態城市建設，以期提高廣西智慧生態城市發展水平。

2 BIM技術

2.1 BIM技術應用特點

BIM技術起源于20個世紀70年代的美國，是由“BIM之父”—喬治亞理工大學的查克伊士曼（Chuck Eastman）教授創建，于2002年引進中國，憑借著豐富的三維可視化、信息參數化以及高效率的協同工作等特性，受到建筑業各領域的工程師和學者的青睞。國家和政府也陸續出臺相關政策引導和推廣BIM技術，明確要求2020年末，申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態示范小區新立項項目勘察設計、施工、運營維護中，集成應用BIM的項目比率達到90%[2]。

BIM技術應用到工程項目的全生命周期管理的各個階段，根據不同的需求可以劃分為BIM模型創建、BIM模型共享、BIM模型管理三個不同的應用層面。在項目的不同階段，不同利益的相關方通過對BIM模型的查看、提取、更新和數據信息的存檔以支持和反映其各自職責的協同作業。通過應用分析，BIM技術應用特點可以歸納如下：

2.1.1 可視化

即項目全生命周期的可視化，在設計階段、施工階段、運營管理階段等都可以圍繞三維模型開展，BIM模型將以往的線條式的構件以一種三維的立體的實物模型展現在人們的面前，并包含了建筑物固有信息，如建筑材質、工程量等，成功實現了“所見即所得”的三維視覺的重大轉變。

2.1.2 協調性

由于在設計階段中不同專業的設計師都是獨立設計，相互之間溝通交流不到位，從而導致各專業設計圖紙出現各種碰撞，而創建BIM模型的過程中可以協同工作，對各專業的碰撞問題進行協調，生成協調數據，從而有效地解決了傳統模式下不良溝通導致后期解決設計碰撞問題的協調工作量大的現象。

2.1.3 模擬性

模擬性是BIM模型應用的重要特性，它不僅能模擬建筑物及周邊環境的真實效果，還可以進行緊急疏散模擬、日照分析、結構分析等，后期的招投標、施工以及運維階段也可進行模擬，從而預知可能發生的各種情況，達到節約成本，提高工程質量之目的。

2.1.4 優化性

BIM模型不僅包含了建筑物固有信息，也包含了建筑物施工進度、工程造價等相關信息，其優化特性主要表現為方案設計變更的提前預知，從而顯著改進工期和造價。

2.15 可出圖性

通過BIM的三維可視化、模擬性、優化性等特性，幫助業主解決日常工作中的一系列問題，還可以幫助業主自動生成圖紙，如綜合管線圖、綜合結構留洞圖等，并且圖紙的改動可實現“一處修改，處處修改”，大大提高了工作效率。

2.2 BIM與綠色建筑

綠色建筑，就是在全壽命期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共處的建筑[3]。從綠色建筑定義可以看出BIM與綠色建筑完美適配，BIM為綠色建筑的可持續發展提供分析與管理，綠色建筑為BIM技術發展提供發揮其優勢的廣闊空間。具體表現如下：

2.2.1 BIM為綠色建筑的可持續發展提供分析與管理

（1）時間維度的一致性。BIM技術致力于實現項目全生命周期內不同階段的集成管理，綠色建筑同樣提倡將節能環保的理念貫穿于建筑的全生命周期，時間維度保持一致為兩者的結合提供了便利。

（2）核心功能的互補性。綠色建筑需要全面系統地掌握不同材料、設備的完整信息，在項目全生命周期內協同、優化，從而節約能源、保護環境，BIM技術可以為其提供整體解決方案。

（3）應用平臺的開放性。“建筑內外、風光熱聲”基本涵蓋了綠色建筑的主要內容，它需要借助不同軟件實現建筑物各項指標的計算和分析，要求與其相關應用平臺具備開放性，BIM模型的建立可以實現模型的互導，根據其應用需要允許導入其相關軟件進行數據分析，避免重復建模，節省勞動力，從而提高工作效率。

2.2.2 綠色建筑為BIM技術發展提供發揮其優勢的廣闊應用空間

（1）準確分析，重于設計。通過BIM模型的軟件，導入各相關分析軟件，如結構分析、日照分析、人流量分析等，為設計人員提供科學的依據，避免重復建模，讓設計師專心做設計。

（2）節約資源，減少浪費。BIM模型包含了建筑物的所有信息，結合物聯網FRID技術，可實現對材料的制作、出庫到使用的全過程跟蹤，利用明細表功能對所需材料進行統計，預估材料用量，優化材料分配，準確下料，還可進行碰撞檢查，避免因沖突問題進行返工而造成材料的浪費。

（3）高效管理，節約成本。通過BIM模型，實現快速工程量計算（凈工程量），4D模型（3D模型+時間進度軸）導入造價軟件，可控制成本和施工進度，于此同時在運營管理中，通過調取BIM模型，查看相關信息，可以實現快速定位，實現高效管理，節約運營成本。

（4）統籌規劃，科學決策。通過BIM模型的創建，對建筑周圍環境及建筑物空間進行模擬分析，得出最合理的場地規劃、交通物流組織，對項目前期的規劃與決策提供科學依據。

3 智慧生態城市

3.1 智慧生態城市提出及內涵

隨著黨的十八屆五中全會提出了綠色發展的理念，讓“生態城市”的建設提升到一個新的層次。為解決交通擁堵、能源緊張、垃圾圍城等一系列城市問題，新一代信息技術正逐漸影響人們的日常生活，改善人們的生活質量，使得“生態城市”和“智慧城市”的建設成為學界和實務界的前沿問題。2012年3月寇有觀首次公開提出建設“智慧生態城市”，認為智慧生態城市超越城市建設與環境保護相協調的層次，更多地融合社會、文化、歷史、經濟、產業等因素，向更加全面的方向發展，成為社會、經濟、文化和自然高度和諧的復合生態系統[4]。沈清基從哲學、功能、經濟、社會、空間等幾個角度分別提出了智慧生態城市的若干內涵，認為將智慧、生態與文明三個因素進行融合研究是一項重要課題[5]。與“生態城市”相比，“智慧生態城市”是“生態城市”的升級，但不能等同于“智慧城市”和“生態城市”簡單的結合，而是應該以生態城市為發展方向，以“智慧”為特征，把信息化元素和人文關懷融進城市建設的理念中，最終達到城市建設與市民的自由全面發展相適應的和諧狀態[6]。

3.2 廣西智慧生態城市發展現狀以及存在的問題

3.2.1 發展現狀

廣西地處中、南亞熱帶季風氣候區，土地總面積23.76萬km2，水域面積約8026km2，有著“山清水秀生態美”的美譽。作為中國—東盟合作的前沿陣地，廣西正處于跨越式發展階段。隨著人口和經濟的快速發展，廣西的生態同樣面臨著嚴峻考驗，如空氣質量下降、水資源污染問題、土壤退化等，在一定程度上制約了生態城市的建設。自治區黨委、政府高度重視生態文明建設，2006年開始啟動實施生態省區建設；2010年提出“生態立區，綠色崛起”發展戰略；將生態文明示范區建設納入廣西“十二五”國民經濟和社會發展規劃，先后開展“美麗廣西·清潔鄉村”“美麗廣西·生態鄉村”等一系列活動，對“村屯綠化”“飲水凈化”“道路硬化”實施了重點專項行動，取得了一定的成效。隨著科技的進步以及“智慧城市”的提出，信息化技術廣泛應用促進了人們的工作效率和生活質量的提高，廣西政府也高度重視智慧城市的建設。目前為止，南寧、柳州、桂林、貴港、欽州、柳州、玉林、柳州市魚峰區、柳州市鹿寨縣等“六市一區一縣”獲批成為國家智慧城市試點，智慧城市試點建設，融合了物聯網、云計算、移動互聯網等新一代信息與通信技術，有效提高政府管理效率和公共服務水平，使得城市生活變得更方便，更快捷。

3.2.2 存在的問題

盡管目前沒有出臺關于智慧生態城市建設的政策文件，但廣西一直重視生態城市與智慧城市的建設和結合，并出臺了相關政策與文件，在一定程度上取得較好的成效，但隨著科技進步，城市的發展，人們生活不斷改善，廣西城市建設也存在一些問題，一是城鎮規劃建設沒能抓住自身的特色和實質，城市建設信息化程度不高，有的將智慧城市片面理解為數字城市的包裝，有的城市被企業營銷牽著鼻子走；二是市場主導作用不足，個人、企業、社會參與度不夠，基本靠政府相關部門推動；三是缺乏相關政策保障，城市建設以住房城鄉建設部為主，其他部門支持力度不夠；四是沒有形成以“建設”興“產業”的思維[7]。“智慧城市”和“生態城市”兩者相互促進，相輔相成，互不沖突，一旦傳統途徑無法解決所面臨的生態問題，“智慧”元素必須介入其中，探索新思路。而就現階段而言，在提高“智慧”水平的基礎上探索商業模式的構筑，是目前生態城市建設的當務之急[8]。

4 BIM技術助力廣西智慧生態城市的建設

4.1 BIM與智慧生態城市的吻合點

4.1.1 數據信息的全面共享

數據信息集成共享是智慧城市的重要特征。寬帶網絡技術為城市中物與物之間、人與物之間、人與人之間的全面互聯、互通提供技術支持。BIM模型高度集成建筑物所有的信息，結合IT技術，提供多維數據，方便查詢、調用、存檔，極大增強了智慧城市作為自適應的信息獲取、實時反饋、隨時隨地智能服務的能力。

4.1.2 感知性能的全面提升

通過傳感技術，實現對城市管理各方面的監測和全面的感知。各種感知設備、智能化系統對城市的環境、狀態、位置等信息進行智能識別，對于動態數據可進行實時更新、匯總、上傳、分析與處理，促進城市各個關鍵系統和諧高效運行。作為全開放的可視化多維數據庫，BIM是智慧城市各類數據集成的最佳平臺。

4.1.3 智能應用的融合與拓展

基于大數據的集成應用可以對城市海量數據進行分析和計算，而作為全開放的可視化多維數據，BIM可以不斷進行數據的更新和擴展，結合“云”計算無縫對接，保證數據隨時隨地查看和調用，科學決策，同時實現可持續的應用拓展。

4.2 BIM在智慧生態城市的應用

4.2.1 BIM技術在基礎設施建設領域中的應用

目前BIM技術較為成熟的應用領域是基礎設施建設領域。在基礎設施建設領域中，運用BIM技術可以實現設計階段中的建筑性能分析、安全疏散模擬、lumion室外布景體驗、虛擬樣板間VR漫游、管線綜合深化設計以及施工階段中三維場地布置、4D進度模擬、復雜區域安裝模擬、BIM快速工程量和樣板間AR增強交底等應用[9]，在智能樓宇、智能建筑中通過利用BIM運維管理數據庫提升智能水平，解決原有依賴人力難以控制的問題。

4.2.2 BIM技術在市政工程建設領域中的應用

市政地下管線錯綜復雜，又具有隱蔽性，一旦出現問題十分麻煩，運用BIM技術可以建立一個完整透明的城市地下管網的專業信息數據庫，實現燃氣、熱力、供水、排水、電力、電信等地下管線的三維空間展示，能夠更好地解決城市管網后期的運營及改造工程；建立BIM交通模型不僅解決項目上的協調問題，還可進行交通流量模擬，為實現智慧交通提供可靠依據。

4.2.3 BIM技術在城市規劃管理中的應用

將基礎設施BIM模型和市政工程BIM模型結合起來，可以初步整合成一座城市BIM模型，不僅在形式上實現更全面更宏觀的集合，而且在數據信息上承載更多可分析的價值，成為新興城市規劃管理的一個范本。從單體到小區，從單個公建到整個公建群，BIM的應運而生為城市規劃管理提供大數據平臺。

5 BIM技術視野下廣西智慧生態城市建設的技術策略

5.1 政府層面

政府各部門密切配合，積極推動智慧生態城市的建設，住房城鄉建設部抓建設，工信部抓信息技術應用，科技部抓科研與應用，發展改革委抓經濟、社會效益等，共同創建智慧生態城市；建立合理的智慧生態城市評價標準；完善城市管理機制，重建設的同時也要重視管理；積極推廣BIM技術，開展BIM講座或觀摩大賽，組織編制BIM相關標準，主持和引導各BIM聯盟建設，讓BIM技術更好地服務于社會。

5.2 企業層面

企業應將BIM列為企業發展戰略，逐步落實到項目中，積極組織編寫本企業的BIM實施標準；開展BIM培訓，組建BIM團隊，并逐步向各崗位人員均能直接應用過渡。

5.3 高校層面

BIM技術是建筑行業未來發展的必然趨勢，各大高校應積極探索BIM課程體系的建設，開展BIM科研活動，一方面BIM作為重要的教學手段，促進學生對知識點的理解，另一方面作為一項技能，讓學生更好地實現就業。與此同時，高校應該積極與企業展開密切合作，以校企聯合的形式推動BIM技術的應用。

6 結語

藍天白云、空氣清新、智能科學、和諧共處的智慧生態城市是每個廣西市民的共同愿望。智慧生態城市的建立一定要順應城市發展規律，適應時代潮流，將智慧核心特征與生態核心特征融為一體并予以升華，建立起新型的人類宜居環境。而BIM技術的出現迎來了建筑業第二次信息化產業革命，為智慧生態城市建設提供全新的思路和信息化手段，相信不久的將來，隨著BIM技術的不斷深入與應用，廣西綠色建筑群將拔地而起，廣西智慧生態城市建設水平也將提升至新的高度。