淺談BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的應(yīng)用

摘要：鑒于當(dāng)前我國BIM和綠色建筑業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，如何在綠色建筑領(lǐng)域發(fā)揮BIM技術(shù)可視化、信息化、集成化等優(yōu)勢成為了當(dāng)代的熱門話題。文章主要論述了新時(shí)代BIM技術(shù)與綠色建筑的高度適配性及BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用價(jià)值，探究BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的具體應(yīng)用，旨在推廣綠色建筑中BIM技術(shù)的使用，推動(dòng)兩者達(dá)到新的高度。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù); 綠色建筑; 全生命周期; 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段; 施工階段; 運(yùn)營維護(hù)階段

中國分類號：TU741.2A

［定稿日期］2022-03-31

［基金項(xiàng)目］黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：202010212099）

［作者簡介］王一少（2000—），男， 在讀本科，研究方向?yàn)橥聊竟こ獭?/p>

［通信作者］朱瑩（1979—），女， 碩士，講師，研究方向?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)及其理論、BIM技術(shù)與應(yīng)用。

0 引言

隨著技術(shù)的進(jìn)步、科技的飛升，我國的建筑行業(yè)也迎來了飛速發(fā)展的時(shí)期，龐大的市場意味著更多的需求，節(jié)能環(huán)保方面的要求逐漸映入人們的視野。在過去，人們大多只注重建筑的施工質(zhì)量及其安全舒適條件而忽視了它的可持續(xù)性與環(huán)保的要求。那么如何在建筑施工中采取合理并且有效的方法來進(jìn)行綠色建筑的發(fā)展成為了當(dāng)代的熱門話題。綠色建筑相比普通建筑有著更高的環(huán)保指標(biāo)，而BIM技術(shù)可視化、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性、模擬性的特點(diǎn)可以更好地兼顧各因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量。在綠色建筑整個(gè)生命周期中，BIM技術(shù)可以收集建筑負(fù)荷、建筑采光、建筑日照、建筑通風(fēng)等相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行關(guān)聯(lián)模擬分析，從而保障其節(jié)能環(huán)保水平。即使是在早期建筑工程施工過程中，BIM技術(shù)也可以通過控制錯(cuò)誤來減少因無效的施工而造成的環(huán)境污染。本文將簡要介紹綠色建筑與BIM兩者互利互補(bǔ)的特點(diǎn)，探究BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的具體應(yīng)用，旨在推動(dòng)BIM與綠色建筑相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)共贏。

1 綠色建筑與BIM概述

1.1 綠色建筑及其發(fā)展

綠色建筑是指在建筑的生命周期內(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］。也就是說綠色建筑是要在確保建筑工程質(zhì)量安全的前提下，再充分利用資源來減少建筑工程對生態(tài)環(huán)境造成破壞的一種建筑形式。因?yàn)橐酝┕ぶ械牟划?dāng)開發(fā)與利用導(dǎo)致了大面積的生態(tài)破壞，綠色建筑則旨在將建筑與環(huán)境兩者相融合，協(xié)調(diào)發(fā)展，提高建筑對于綠色能源的利用率從而達(dá)到事半功倍的效果，推動(dòng)了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

綠色建筑源于20世紀(jì)中期保羅·索勒瑞提出的生態(tài)建筑理念，發(fā)達(dá)國家在如何治理環(huán)境污染與資源短缺方面的研究已有70余年。對于我國而言，綠色建筑雖然起步較晚，但從2012 年起，相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)體系和財(cái)政補(bǔ)貼獎(jiǎng)勵(lì)不斷出臺(tái)，國家對其財(cái)政支持力度不斷增大，在近年來一直保持迅猛發(fā)展態(tài)勢。如今我國正處于碳達(dá)峰的關(guān)鍵期，“十四五”規(guī)劃提出“推廣綠色建材、裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)住宅，建設(shè)低碳城市”“大力發(fā)展綠色金融”等要求，綠色建筑發(fā)展已從“有沒有”到“好不好”轉(zhuǎn)變。

1.2 BIM技術(shù)及其前景

BIM，全稱為建筑信息模型（Building Information Modeling），涵蓋了整個(gè)項(xiàng)目中所有專業(yè)的信息和功能性表達(dá)，將建設(shè)項(xiàng)目中所有的信息包括設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)、運(yùn)營管理環(huán)節(jié)的信息有機(jī)地整合到一個(gè)共享建筑模型中［2］。它突破性地使用三維數(shù)字技術(shù)，能夠集成建筑工程的各種信息。它還使建筑設(shè)計(jì)過程實(shí)現(xiàn)概念參數(shù)化，即“一處變，處處變”，這可以幫助設(shè)計(jì)者更有效地縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，在任何實(shí)際，任何地點(diǎn)面對客戶要求的任何修改，各類圖紙之間總是可以協(xié)調(diào)的、一致的和完整的。在施工規(guī)劃時(shí)，各個(gè)不同的部門可以利用BIM技術(shù)來對施工進(jìn)行數(shù)據(jù)修改、信息更新、施工監(jiān)管等工作，而不會(huì)互相產(chǎn)生負(fù)面的影響。

隨著全球建筑工程設(shè)計(jì)行業(yè)信息化的發(fā)展，BIM技術(shù)在國外發(fā)達(dá)國家逐步推廣和發(fā)展。在我國，BIM在建筑企業(yè)中的使用率飛速上升，《中國建筑業(yè)BIM應(yīng)用分析報(bào)告》（2020年）顯示未建立BIM組織的企業(yè)已從2014年的40.6%下降至18.09%；對BIM應(yīng)用投資10萬元以內(nèi)的企業(yè)已從2017年的82.9%下降至10.48%［3］。

1.3 BIM應(yīng)用于綠色建筑的優(yōu)勢

BIM應(yīng)用于綠色建筑最核心的優(yōu)勢是兩者的時(shí)間維度一致性。綠色建筑提倡將節(jié)能環(huán)保的理念貫穿于建筑的全生命周期，其開發(fā)、管理涵蓋建造、使用、拆除、維修等建筑全生命周期。BIM技術(shù)同樣致力于實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)不同階段的集成管理。但BIM受限于新技術(shù)問世時(shí)間段，實(shí)際多用于建造階段。兩者的結(jié)合能在互補(bǔ)的同時(shí)最大程度發(fā)揮BIM的優(yōu)勢。

與傳統(tǒng)繪圖軟件CAD相比，BIM最大的優(yōu)勢在于“BIM”中的“I”，即Information，信息。傳統(tǒng)繪圖軟件所繪制的模型都只是簡單的線條，沒有任何屬性意義，而在BIM中則完全是另一種操作邏輯，所有的構(gòu)件都可以被定義為梁、板、柱，所有的構(gòu)建根據(jù)材料的不同在采光、保溫、反射等方面都可以被定義到真實(shí)具體的屬性，這些信息可以實(shí)時(shí)的添加入模型中，可以說BIM就是實(shí)體結(jié)構(gòu)在電腦上的完美復(fù)刻。綠色建筑可持續(xù)目標(biāo)的達(dá)成需要全面系統(tǒng)地掌握不同材料、設(shè)備的完整信息，在項(xiàng)目全生命周期內(nèi)協(xié)同、優(yōu)化，從而節(jié)約能源，降低排放，BIM技術(shù)為其提供了整體解決方案。BIM與CAD的各區(qū)別詳見表1。

此外，BIM平臺(tái)具有開放性，允許導(dǎo)入相關(guān)軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列可視化操作，這將直接為“BIM+”的實(shí)現(xiàn)提供條件。綠色建筑軟件分析的基礎(chǔ)往往是建筑物的三維模型，BIM技術(shù)三維建模的特性可以做到一步到位，省去中間再建模的過程。精細(xì)到平面圖、立面圖和剖面圖上的三維模型經(jīng)過識(shí)別導(dǎo)出到相應(yīng)的軟件就可以直接進(jìn)行分析，大大節(jié)省了時(shí)間。

2 BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的應(yīng)用

2.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，綠色建筑涉及到建筑、給排水、電氣、暖通等方面，是一個(gè)完整的全產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì)過程。綠色建筑在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段中，大量地運(yùn)用了BIM技術(shù)，不僅可以加深各專業(yè)之間的溝通交流還切實(shí)提高了合作效率，從而解決因?qū)I(yè)不同而導(dǎo)致的在建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)的誤差。在進(jìn)行工程項(xiàng)目選址時(shí)，運(yùn)用BIM技術(shù)將工程選址范圍內(nèi)的地理信息輸入數(shù)據(jù)庫，從而廣泛綜合地分析該地的選址優(yōu)勢與缺陷，對該地進(jìn)行高效地評估。之后通過對規(guī)劃時(shí)的各種因素進(jìn)行綜合評價(jià)分析，以確保后期施工與環(huán)境之間更友好地融合，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型的根本目標(biāo)并制定出完善地可再生可循環(huán)的全生命周期建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)。

相較于傳統(tǒng)繪圖軟件BIM的一大優(yōu)勢在于信息，由BIM所建立的模型包含的不僅僅是建筑的外形的各種參數(shù)，還包括建筑使用材料的各種物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)，比如圖1所示的自建BIM模型，其數(shù)板定義了軟件中這些參數(shù)往往都是根據(jù)國家、地區(qū)規(guī)范直接進(jìn)行調(diào)用，但是事實(shí)上在工程中這些參數(shù)與規(guī)范無法保證完全一致，這就給分析結(jié)果帶來了誤差，也限制了根據(jù)分析建筑而進(jìn)行的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。此外，BIM所建立的模型的各種參數(shù)可以做到實(shí)時(shí)調(diào)控，將這個(gè)功能引入到綠色分析軟件中就可以對結(jié)構(gòu)全生命周期內(nèi)的表現(xiàn)進(jìn)行模擬，對建筑的未來使用情況走向做到未卜先知，確保建筑在整個(gè)生命周期內(nèi)都能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的使用效果。

從實(shí)施的角度看，BIM技術(shù)可以更好地貫徹節(jié)能的理念，保證綠色建筑在發(fā)展過程中最大限度的節(jié)能、節(jié)材，實(shí)現(xiàn)自然資源的充分利用，幫助綠色建筑設(shè)計(jì)更好地實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處。BIM技術(shù)還可以提高建筑能源的實(shí)際利用率，實(shí)現(xiàn)材料的可持續(xù)發(fā)展，使綠色建筑更好地節(jié)能降耗。

建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)王一少， 朱瑩， 宋朋飛， 等： 淺談BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的應(yīng)用

2.2 施工階段的應(yīng)用

在工程施工階段，BIM技術(shù)可以將建筑構(gòu)件數(shù)目等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度的實(shí)時(shí)追蹤，確保構(gòu)件數(shù)量以及安放位置正確，更加提高施工的安全性與準(zhǔn)確性。并且BIM技術(shù)在對工程施工的實(shí)時(shí)追蹤時(shí)，還可以建立3D模型，使施工過程可視化，確保綠色建筑施工的順利開展。一方面，每個(gè)項(xiàng)目的分包商都可以在施工之前將關(guān)鍵信息輸入模型，并在場外預(yù)制或預(yù)組裝一些系統(tǒng)。這可以最大限度地減少現(xiàn)場浪費(fèi)，使產(chǎn)品及時(shí)交付。另一方面，BIM技術(shù)可以輕松提取材料的數(shù)量和共享屬性，隔離定義工作范圍。BIM 還可以通過啟用“沖突檢測”功能來防止一些施工錯(cuò)誤，即計(jì)算機(jī)模型向團(tuán)隊(duì)突出顯示建筑物部分（如結(jié)構(gòu)框架和管道）可能錯(cuò)誤相交的地方。

與傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場布置相比，BIM模型能夠反映施工階段建筑材料、機(jī)械設(shè)備和臨時(shí)建筑之間的三維關(guān)系。運(yùn)用BIM技術(shù)，通過對建筑模型的觀測，可以優(yōu)化場地布置，隨著工程進(jìn)度合理地對建筑材料安放進(jìn)行布置，更加充分地利用空間、環(huán)境條件做到綠色施工。

無論是在傳統(tǒng)還是現(xiàn)代施工中，溝通既是建設(shè)項(xiàng)目成功的關(guān)鍵因素，也是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。借助 BIM，所有變更（例如時(shí)間安排、材料可用性和合適的專家團(tuán)隊(duì)）都可以通過數(shù)字應(yīng)用程序和移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)，讓所有利益相關(guān)者都了解情況。當(dāng)所有各方使用相同的易于訪問和最新的數(shù)字 BIM 模型工作時(shí)，也可以避免數(shù)據(jù)丟失。此外，BIM 和 AR 等技術(shù)可以采用主動(dòng)方法，幫助控制施工過程并限制潛在錯(cuò)誤。

2.3 運(yùn)營維護(hù)階段的應(yīng)用

在綠色建筑項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)階段，BIM技術(shù)的介入使維護(hù)更加便捷。因?yàn)榍捌谑┕と逃肂IM跟進(jìn)，所以關(guān)于此綠色建筑的各種參數(shù)都會(huì)十分詳細(xì)且全面，在維護(hù)時(shí)使用BIM軟件進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，可以輕松找出可能出現(xiàn)問題的關(guān)鍵點(diǎn)，提高維護(hù)的準(zhǔn)確性與高效性。尤其是當(dāng)BIM技術(shù)應(yīng)用在綠色建筑中時(shí)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控建設(shè)項(xiàng)目的使用狀況、產(chǎn)能和財(cái)務(wù)狀況；還可以彌補(bǔ)與處理項(xiàng)目相關(guān)的信息丟失，允許從設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)到施工團(tuán)隊(duì)到建筑業(yè)主/運(yùn)營商的每個(gè)團(tuán)隊(duì)添加和參考他們在為 BIM 模型做出貢獻(xiàn)期間獲得的所有信息，這可以為每一個(gè)參與者帶來好處。例如，在建筑施工完畢后進(jìn)行檢測時(shí)，建筑物所有者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)其建筑物水閥存在一系列安全等其他的問題，但建筑業(yè)主不會(huì)對建筑進(jìn)行物理性的全面檢查，而是轉(zhuǎn)向?qū)κ┕ぶ羞\(yùn)用BIM建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，并看到水閥可能出現(xiàn)問題的可疑位置。通過BIM技術(shù)，建筑的使用者還可以查到這種水閥包含的特定的信息，比如閥門尺寸、制造商、零件號等，從而使建筑業(yè)主了解到足夠的信息來解決潛在的問題。對于建筑物的動(dòng)態(tài)信息，例如來自建筑系統(tǒng)的傳感器所接收的測量值和控制信號，也可以合并到 BIM 軟件中，以支持對后期建筑運(yùn)行和維護(hù)的分析。對于舊的、已經(jīng)存在的建筑設(shè)施也可運(yùn)用BIM技術(shù)為其創(chuàng)建信息模型，其中的方法包括參考關(guān)鍵指標(biāo)：如設(shè)施狀況指數(shù)（FCI）、3D 激光掃描測量技術(shù)和攝影測量技術(shù)（單獨(dú)或組合）、使用移動(dòng)技術(shù)捕獲準(zhǔn)確的關(guān)于建筑物測量信息。但因先前的建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不全、有誤等問題，還需要對設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、建筑規(guī)范、施工方法、材料等進(jìn)行大量假設(shè)，因此比在設(shè)計(jì)期間構(gòu)建模型更為復(fù)雜。

BIM技術(shù)可以在建設(shè)項(xiàng)目的施工階段和運(yùn)維階段為施工提供準(zhǔn)確、詳細(xì)、全面的維護(hù)信息，促進(jìn)施工運(yùn)維順利進(jìn)行；在管理過程中，BIM軟件可以通過其龐大的規(guī)模數(shù)據(jù)庫來對各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算運(yùn)行，從而對設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行分析和評估。 此外，BIM技術(shù)和其他技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)諸如深度門禁系統(tǒng)的自動(dòng)化等功能，從而提高建筑的智能化和水平。

BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的應(yīng)用總結(jié)見表2。

3 結(jié)束語

綜上所述，在綠色建筑的生命周期，無論是規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、施工階段還是運(yùn)營維護(hù)階段，BIM 技術(shù)都可以提供高效控表2 BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的應(yīng)用制的方式，" 有利于建筑整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在“十四五”規(guī)劃爭取2030年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的背景下，建筑行業(yè)作為高能耗產(chǎn)業(yè)其節(jié)能減排至關(guān)重要。BIM技術(shù)可以推進(jìn)綠色建筑全生命周期信息化管理，滿足信息化的需求，提高建筑行業(yè)從規(guī)劃階段到運(yùn)營維護(hù)管理階段的技術(shù)水平，在匯總數(shù)據(jù)、減少錯(cuò)誤、節(jié)約時(shí)間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。綠色建筑和BIM兩者的結(jié)合將很大程度地促進(jìn)我國綠色建筑行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)拓寬BIM技術(shù)的應(yīng)用。期待“BIM+綠色建筑”可以加快建設(shè)一個(gè)綠色、環(huán)保、節(jié)能、低排的社會(huì)，促進(jìn)可持續(xù)性發(fā)展。

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