BIM技術在綠色建筑中的應用

黃 錦 濤

(同濟大學土木工程學院，上海 200092)

BIM技術在綠色建筑中的應用

黃 錦 濤

(同濟大學土木工程學院，上海 200092)

通過比對國內外綠色BIM的發展現狀，分析BIM技術在建筑全生命周期的應用可能，探討了國內綠色BIM的發展前景和注意要點，指出將BIM技術與綠色建筑相結合是中國建筑業發展的必然趨勢。

BIM，綠色建筑，建筑全生命周期，環境

1 概述

1.1 綠色建筑概述

近年來中國的建筑業迅猛發展，然而國內單位建筑面積能耗是發達國家的兩倍以上，在總社會能耗中建筑業能耗占比約28%，給社會發展帶來了沉重的能源負擔并產生了驚人的環境污染，是國家實現可持續發展面臨的緊迫問題。放眼全球，能耗總量的40%來自建筑能耗，1/3的碳排放來自建筑[1]。在此背景下，世界各國積極找尋一種建筑與自然相互和諧的理念，于是“綠色建筑”這個概念應運而生。所謂綠色建筑，是指在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)、保護環境和減少污染，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[2]。這里所謂的全壽命周期包括了前期規劃選址、建筑設計、工程建設、運營維護、翻新改造以及最后的拆除這一整條過程，這就涉及到了多專業的工種配合，要求全行業通力合作，改變既有觀念，創新技術與施工工藝，提高建筑性能，創造出健康舒適的人居環境，又盡量維持生態環境的良好[3]。

1.2 BIM簡介

建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)是近幾年建筑界熱捧的新名詞，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[5]。BIM涵蓋了幾何學、地理信息系統、空間關系以及各建筑構件的材料、面積、體積、數量、機電參數、價格等相關數據和經濟指標，從而提供了一個關于建筑物的集成與聯動的完整信息庫。

BIM是建筑設施物理與功能特性的數字化表達；是一個共享的信息資源，分享有關這個建筑設施的信息，為該建筑從設計到拆除的全生命周期中所有決策提供可靠依據的過程；在項目不同階段，不同專業相關方通過在BIM中輸入輸出、更新和交換信息，以反映各自職責的協同工作，為多專業協同作業提供了堅實基礎，顯著提高了整個建筑工程的效率。BIM多專業協同見圖1。

2 BIM與綠色建筑

BIM的上述特性使得它一誕生就在建筑界迅速發展壯大，且非常適合與綠色建筑相結合。首先，兩者都關注建筑全生命周期的相關信息。綠色建筑關注建筑從前期規劃到運營管理全過程的“四節一環保”，而BIM技術亦覆蓋了建筑從規劃設計、施工、運營維護、拆除的全過程信息，因此這兩者在時間維度及信息周期上是可以配合的；其次，兩者都能為建筑設計和運營管理做出進一步的優化。綠色建筑強調從理念和技術的角度出發來提升建筑的品質，在BIM的基礎上可以實現更好的優化，突破信息、復雜程度和時間的制約，從多方協調、可視化的角度，結合項目設計和投資回報率分析，優化建筑設計和運營管理；最后，兩者都借助了可持續軟件進行分析。綠色建筑所關注的光照通風熱量等，有了BIM平臺就能方便地導入相關的各類綠色建筑分析軟件，可以快速校驗物理性能方面的合理性，完成建筑的綠色性能化分析和評估，降低性能化分析的時間周期，實現工作過程的優化[5]。

2.1 國外研究現狀

作為最早運用BIM的國家，美國的BIM應用程度非常高，多個州已經立法，要求州內的大型公建項目必須采用BIM。同時美國建立了國家BIM標準和相關委員會，以指導整個行業更好地應用和發展BIM技術[7]。而在綠色建筑方面，美國約20%的商業項目都已經是綠色建筑，這一比率在住宅項目中也在不斷提高(如圖2所示)。隨著這個大趨勢，以及由綠色BIM應用所帶來的成本下降與建筑增值，讓業主方更加樂于采用綠色BIM。有調查顯示，在業主方的驅動下，約75%的建筑公司考慮在未來3年內將BIM技術運用到綠色建筑項目中去。在英國，政府建設部門通過利用BIM技術將公共建設項目成本降低15%～20%，并將于2016年實現500萬英鎊以下的項目進入BIM與綠色建筑相結合的第二發展階段[8]。澳大利亞編制了國家BIM藍圖，將BIM列為教育科目，并制訂了產品數據庫。澳大利亞綠色建筑協會(GBCA)制訂了相應的評級工具，其中80%的商業辦公建筑都通過了該綠色認證，現在澳大利亞正朝著2020年實現碳排放中和的目標前進[9]。在新加坡，由政府牽頭資助企業應用BIM，啟動專業人員培訓與認證計劃，并且規劃到2015年實現80%的項目使用BIM。

2.2 國內發展狀況

在我國，2002年歐特克公司將BIM引入之后，開始了從上到下的推廣，越來越多的業界人士開始接觸學習并研究BIM應用。“十一五”規劃中BIM成為國家科技支撐計劃重點項目，“十二五”又繼續推廣BIM在工程上的應用。整個中國的建筑界都經歷著BIM的洗禮，堪比當年CAD的革新。綠色建筑方面，中國大概落后國外15年，自2001年建設部啟動綠色建筑研究，到2006年出臺《綠色建筑評價標準》定義了綠色建筑的官方解釋，直至2013年發布的《綠色建筑行動方案》，標志著綠色建筑行動上升到國家戰略層面。各地方政府亦紛紛出臺了自身的綠色建筑推廣技術指標，雖然起步晚，但發展速度很快。將BIM與綠色建筑相結合的優秀項目數量也開始快速增加。目前土建剛竣工的上海中心，通過BIM造型設計大大降低風載，減少了用鋼量，并輔以可再生材料、雨水回收、風力發電、智能照明控制、維護降噪等系統，成就了中國首個BIM運用到綠色建筑的全生命周期的超高層項目。與央視大樓對望的“中國尊”，通過搭建BIM平臺及相應的數據庫，進行了獨特的造型設計，既有鮮明的建筑風貌，也符合建筑力學的要求。同時低碳環保的設計也貫穿于“中國尊”各個細節中，在照明、保溫、用水、垃圾處理、通風等各個方面降低了能耗。深圳的萬科中心通過綠色BIM的應用，從選址、造型以及材料設備等等多角度出發，成功實現了可持續設計，從而使該建筑的能耗控制在極低的水平，最終獲得了中國LEED鉑金認證[10]。在地產一哥萬科的帶領下，朗詩、綠地、招商等等地產商也開始紛紛地謀求往綠色地產轉型，大力研發綠色BIM技術，發展出各自企業特色的綠色住宅體系。

3 BIM在綠色建筑全生命周期的應用

3.1 前期規劃階段

在建設項目的前期，要從經濟社會、城市規劃、業主需求、周圍環境等等方面進行調查研究，分析該項目的規模、類型、用地要求、周圍的景觀地貌和對環境的影響程度等等，用以決定該建筑的造型以及空間朝向等。通過對擬建建筑及周邊場地的數據資料收集，利用BIM并且結合GIS相關軟件進行建模，可以快速地得出整體性的量化分析結果，幫助項目方進行綜合性能分析，從而做出合理的場地布局、建筑造型以及周邊交通流線組織設計等關鍵性決策。

3.2 方案設計階段

建筑師可以利用BIM來分析整個建筑方案的布局造型、通風采光、熱傳導、人體工學、聲學、色彩等內容以及對相應規范的遵守情況，綜合考量建筑設計與后續的結構設計、建設施工的銜接以及其中可能需要應對的問題。例如，與Ecotect軟件相結合，將BIM模型轉化為可視化的細部分析圖，可以做到對建筑局部構件的細節推敲，同時也能對光照、太陽輻射、熱傳導、聲波等進行多種實時分析；用基于BIM的Project Vasari軟件，可以從云端模擬分析建筑物風場氣流及日照輻射的影響等。在BIM的參與下，項目各利益方關注的焦點能夠得到直觀的展現，彼此的意圖能夠得到充分的表達，并能快速進行交流與反饋，做出決策的時間也大為減少。圖3是對某建筑不同方位噪聲場的分析[11]，圖4是Ecotect對建筑物室內的光照分析。

3.3 項目施工建造階段

該階段主要應用BIM進行模型最終檢查、碰撞檢測、施工可視化以及工程量的計算。

設計師可以通過BIM模型的三維渲染來實時展現建筑物，對建筑模型的整體質量和功能完整性進行檢驗，像是建筑內部空間有無重疊、有無功能上的沖突；是否有適當的構件圍閉、結構受力傳導是否通暢合理；設計是否實現了業主的意圖、是否符合國家與行業規范的具體要求等。

隨著大型商業及綜合體項目的增多，業主方對機電管線綜合的要求越來越高。機電管線種類繁多，BIM模型可以反映所有管線和設備在建筑內的情況。傳統的CAD時代是用疊圖紙的方式比對，很容易造成信息的缺失與錯誤。利用基于BIM的三維仿真技術進行施工前的碰撞檢查(如圖5所示的流程)，設計師可以快速發現設計中的碰撞與沖突，及時在設計階段進行優化修改，減少了因施工圖紙出現的錯誤和漏洞而引起的返工復工現象，避免了材料損失、機械臺班的損失以及窩工引起的資源消耗，同時也提高了與業主溝通的能力。

在施工管理中我們可以借助BIM技術，將空間與時間整合在一個可視的4D模型中，對施工現場的管理進行模擬，能夠直觀快速地顯示任意階段的施工進度情況：對機械的擺放位置、構件的起吊部位與次序以及整個工作流程進行優化，提前反映施工難點，從而提出最佳方案，提升施工安全性，保證建筑質量。另外，通過建立BIM模型，施工企業還能在工程投標中快速測算招標清單工程量，并可制訂相應的投標報價策略，獲得競標的優勢；而評標委員會的專家組則能通過4D模型直觀地了解施工單位對投標項目施工難點的控制方法是否合理，進而對投標單位的施工經驗水平與技術實力作出科學的評估。

傳統的材料統計是根據現有圖紙和文件進行，亦或使用專門的造價軟件根據CAD圖紙或文件重新建模后進行統計。一是耗費大量人工且容易出錯，二是方案一旦變更所有數據需要重新統計，極不效率。現在基于BIM的關聯數據庫提供的詳細信息能達到構件級，可以快速對各構件進行統計分析，通過BIM模型提取材料用料，精確計算工程量，大大減少了人工操作和計算錯誤，能夠方便地實現工程量信息與設計方案的完全一致，隨時為采購計劃提供數據支撐，為現場管理提供審核依據，這就是所謂的BIM的5D應用。

3.4 運營維護階段

建筑物使用階段的耗能與成本是整個生命周期的大頭，如何在運營階段也體現可持續是BIM所關注的。建筑在投入使用前，可以先通過BIM進行先期的測試與調整。移交環節的資料文檔等也可以方便地跟隨BIM模型一起轉移。接著通過BIM制訂一個科學的維護方案，能夠提高整個建筑的運行性能并降低能耗和維護費用，從而降低總體運營的成本。能夠同步提供建筑使用情況與性能、入住人員信息與出行規律等，對一些重要設備還能跟蹤其例行維護的歷史記錄，以便對該設備的使用狀態提前作出判斷。借助BIM的智慧運行維護也能對突發事件有快速響應的能力，包括預防、報警和處理全方位，保證管理沒有盲區。BIM還可以提供一個綠色建筑評估體系，通過將BIM與物聯網結合，將傳感器與終端控制器連接起來，對建筑物進行健康監測，利用云計算平臺，將每層建筑能耗計量與節能管理系統組合起來，形成一個總的管理系統，方便住戶及物業人員進行操作管理[12]。

4 不足與應對

首先，以“四節一環保”為核心的國家綠色建筑標準側重的是在全局層面上節約資源和對環境友好，這對于普通民眾來說太過抽象，沒有滿足人們追求健康、舒適生活工作環境的核心價值需求，導致市場響應不積極。同時政府主推項目的綠色BIM運用占比最大，業主方對綠色BIM的投資熱情不足，更多只是為了評獎。實際上BIM應用的最大受益方正是業主，有意識的部分業主已經開始行動；而對于設計院而言，其價值才剛剛得到展現，BIM技術所帶來的輔助與優化設計效果是毋庸置疑的；而施工企業實施BIM的技術條件更好，回報率也很不錯。對此，希望國家能打造出“健康、舒適、低運行成本”的客戶價值，同時從鼓勵投資主體向激發市場消費轉變，以市場需求倒逼企業，讓市場真正看到回報性，認可建筑節能的價值，讓房地產企業主動追求實現綠色BIM的項目開展。

其次，綠色BIM運用上還存在誤解以及不足。綠色BIM適合用于復雜綜合型的新建項目中，但是其在改建以及翻新項目中的運用也應該得到重視，尤其是在各地的舊城改造上大有作為，這對于提高整個行業的生產率、實現地方城市規劃的節能減排目標是至關重要的。在BIM的使用中，適合中國本土的技術模式還有欠缺，例如之前提到的造價算量方面；相關的軟硬件方面的不足，很多專業功能過度依賴國外，國內所研發的軟件相互獨立，缺乏一個統一的集成環境與自主產權的軟件體系，無法保證一致性與互通性。這就要求國家在加強對IFC數據標準研究的同時，繼續鼓勵和扶持BIM技術研發與創新，制訂出符合中國國情的BIM標準，實現國內BIM的標準化，進而打造適合本國技術規范要求的核心軟件。

最后，我國將BIM技術應用于綠色建筑評價還處于起步階段，綠色BIM的相關論文與研究也很少。希望政府能在研究LEED(美)、Green Star(澳)、BREEAM(英)等相關國家綠建標準與使用成果的同時，結合我國建筑業的第一手數據資料研究，制定出符合中國國情并充分利用BIM技術的綠色建筑認證程序與評分標準。

5 結語

BIM技術與綠色建筑都是當前中國建筑業發展的大勢所趨。節能減排與可持續發展要求助力綠色建筑體系的推廣更新與發展完善，BIM則為之提供了重要的技術平臺與實現手段，而綠色建筑所關注的建筑生命周期，又恰好是BIM的管理對象，兩者可謂是相得益彰。通過國家頂層設計，地方政府積極配合，以及相關政策與軟件的完善，必將推動綠色BIM成為中國建筑界的新常態化。

[1] 清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告2008[R].北京：清華大學，2008.

[2] GB/T 50378—2006，綠色建筑評價標準[S].

[3] 劉 芳.關于BIM技術對綠色建筑產生的積極意義的探討[J].中外建筑，2013(6):60-61.

[4] 何關培.BIM總論2011[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[5] 魏慧嬌，李叢笑.應用于綠色居住建筑評價的BIM模型要點[A].第九屆國際綠色建筑與建筑節能大會論文集[C].2013.

[6] USGBC, MCAA, Autodesk. Green BIM:How Building Information Modeling is Contributing to Green Design and Construction[R].USA.2010:31-50.

[7] 程斯茉.基于BIM技術的綠色建筑設計應用研究[D].長沙：湖南大學，2013.

[8] Ganah A.， John G.. Achieving Level 2 BIM by 2016 in the UK[J].Computing in Civil and Building Engineering,2014(2)：143-150.

[9] Gandhi S.， Jupp J.. BIM and Australian Green Star Building Certification[J].Computing in Civil and Building Engineering，2014(1)：275-282.

[10] 李 驍.綠色BIM在國內建筑全生命周期應用前景分析[J].綠色建筑，2012(7)：22-28.

[11] 《中國建筑信息》編輯部.讓BIM融入建筑，讓綠色深入生活[J].中國建筑信息，2012(4)：32-39.

[12] 北京華思維泰克科技有限公司.BIM數據集成驅動可持續設計[M].北京：機械工業出版社，2014.

Application of BIM technology in green building

Huang Jintao

(CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Based on the development status of green BIM, the application of BIM technology in the entire building life cycle is analysed, and the prospect and key points of domestic green BIM’s development are discussed, point out combining BIM technology and green building together have become the inevitable trend of China’s construction industry.

BIM, green building, building life cycle, environment

2015-01-05

黃錦濤(1986- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)08-0206-04

TU201.5

A