BIM 在綠色建筑運營階段中的效益分析

朱海明ZHU Hai-ming；劉長華LIU Chang-hua；邊金BIAN Jin

（廣東海洋大學海洋工程與能源學院，湛江 524005）

0 引言

近年來，由于全球范圍內的CO2排放問題，氣候變化問題一直是人們爭論的焦點。過度消耗能量，直接導致了二氧化碳的大量產生[1]。在許多西方發達國家，建筑業幾乎占全球能源消耗的50%。研究表明，房屋施工在整個生命周期能耗中所占比例已經達到46.5%，并且這個比例還在逐年上升，這意味著中國的建筑業所導致的碳排放問題越來越嚴峻。只有必須強化對建筑節能和環境保護的管理，才能實現中國建筑業的可持續發展[2]。綠色建筑的概念是以降低資源消耗、保護環境、經濟效益最大化為目標的新型建筑。建筑行業可持續發展理念及BIM 在綠色建筑運營階段的效益分析對于推動建筑可持續發展的應用至關重要。將BIM 集成到綠色建筑運營中，既可以提高管理效率，又能減少能源浪費，增強可持續性，從而帶來環境和經濟上的益處。因此開展關于我國綠色建筑與BIM 技術結合的研究工作顯得尤為重要。

1 BIM 技術

1.1 BIM 技術的優勢

BIM 技術以3D 數字技術為基礎，將技術數據模型與一系列相關信息相結合，提供協調一致、內部一致且可操作的設計、施工和運營信息。BIM 并不是單一模型概念，而是從項目的全生命周期角度出發的若干模型的綜合。[3]其中BIM 技術特點如圖1 所示。

①模擬性。傳統的計算機輔助設計軟件只能提供有限的建筑模擬，無法全面考慮現實世界中的各種復雜因素。相比之下，BIM 技術可以更加全面地模擬和分析建筑項目，綜合考慮諸如能源、環境、材料等因素。這種技術可以幫助設計師更好地預測建筑的性能和效果，并提高整個設計過程的效率和質量。[4]

②可視性。傳統的計算機設計方式只能使用簡單的線條來描繪建筑工程構造，無法提供詳盡的信息。相比之下，BIM 技術可以創建建筑項目模型，并提供包括結構設計、暖通空調和排水系統、電氣設計在內的大量信息。這種技術可以促進不同專業設計人員之間的溝通和交流，使設計方案更加合理，提高建筑設計的效率，從而實現更好的可視性。[4]

1.2 BIM 技術應用的阻礙

①BIM 標準的多樣化一直是阻礙BIM 發展的主要因素。鑒于我國獨特的背景，國家主導的推廣政策是BIM 能否得到普遍的應用的前提條件。政府及相關部門應該與眾多利益相關者接觸，認真聆聽他們的意見，共同制定一套統一、完整的BIM 標準，從而有利于建筑業各生命周期的工作人員之間的溝通交流。要實現BIM 在建筑行業的徹底革新，政府還需要發布更多的標準，涵蓋設計標準、文件交付標準等。

②建筑行業中不同軟件之間的互操作性仍需改善，而中國建筑業中由于多種BIM 軟件的存在，信息孤島問題更加嚴重。因此應制定數據交換標準并加以管理，以實現不同軟件之間的信息交流。同時，企業也應意識到BIM 技術的優勢和好處，以促進該技術的廣泛應用。

③從BIM 培訓方面來看，企業對員工智慧建筑信息軟件技術培訓的投入率不足一半，其中BIM 軟件操作技術的培訓率最低。考慮到經濟因素可能是激勵企業積極使用BIM 的最大動力，因此，政府應在經濟上支持應用BIM的企業，減輕企業的前期投入，定期邀請BIM 專家對其進行培訓和輔導，邀請專家進行專題講座，開展經驗交流會等方式，以加強對BIM 的普及和推廣。

④初始投資高、經濟回報不可控，是企業應用BIM 技術時面臨的普遍問題。雖然BIM 技術應用有助于提高建筑效率和質量，但其需要大量的初步投資，使得建筑企業很難控制成本和風險。因此，需要制定合理的投資計劃和風險控制策略，以確保綠色建筑BIM 技術的經濟回報能夠達到預期效果。[5]

1.3 BIM 技術的應用現狀

由于BIM 技術可以為建筑項目帶來巨大的效益，BIM技術近幾年在建筑領域得到了廣泛的認可。目前BIM 技術主要應用于前期設計階段，運營階段應用尚少，其可以大大優化施工各環節開發完成度，并可以有效預測投資風險對施工過程產生重大影響。此外，BIM 技術還可以為綠色建筑的發展創造有利的環境，包括提高施工標準、預防施工事故、降低投資成本等優勢[5]。又因為國家近幾年大力推進建筑信息軟件的應用，因此BIM 技術被越來越多的企業了解和使用，應用情況如圖2 所示。

圖2 BIM 技術應用情況

1.4 BIM 技術在綠色建筑運營管理的特點

傳統的建筑運營和維護管理只在項目完全驗收后才開始，而“綠色建筑”要求運營維護管理者從規劃和設計階段就確定建筑運營和維護管理目標和策略，并隨著項目進展不斷完善，以實現可持續發展的概念。

在綠色建筑的運營管理中，綠色住宅和綠色公共建筑的專注點存在差異，如圖3 所示。綠色住宅建筑的運營和維護管理的重點是社區綠化、信息管理和能源控制，而綠色公共建筑的運營維護管理側重于設備自動控制系統的運行從而降低物業管理的運營成本。BIM 技術在綠色住宅運營階段的主要價值體現在對建筑的空間、資產、設備、能耗和公共安全等方面的管理。通過BIM 技術，可以實現對建筑空間的精準管理，對資產和設備的全生命周期管理，對能耗的實時監控和調控，以及對公共安全的風險評估和預警。這些管理手段可以幫助業主和物業管理公司實現高效、精準、智能的運營管理，提升建筑的品質和價值。[6]在綠色公共建筑的運營階段，運營目標既體現在“環保”上，也體現在物業管理的實施控制上。BIM 技術能夠實現綠色公共建筑的運營目標。它可以通過對噴水灌溉系統的控制，節約水資源，從而降低能源消耗，減少大氣污染；通過操作和維護平臺，統一操作建筑物中的空調、新風系統、照明設備、控制電梯系統和其他電氣燃氣設備，從而有效減少能源浪費，并簡化物業管理流程，消除潛在的安全風險，降低物業管理的運營成本。

圖3 BIM 技術在綠色建筑運營階段的效用

2 BIM 技術在綠色建筑運營階段中的效益分析

2.1 效益評價指標體系建立原則

利用BIM 技術，運營商可以更好地控制綠色建筑的運營，而評價指標則是衡量綜合效益的基礎。雖然不同地區的綠色建筑評價標準各不相同，但是建立指標體系時需要注意，指標體系的建立會直接影響評價結果的準確性、真實性和科學性。因此，在效益評價過程中，需要特別注重指標體系的合理性。指標體系建立原則有科學性、完整性、統籌協調性、獨立性，可行性等，如圖4 所示。

圖4 效益評價指標體系建立原則

2.2 層次分析法構建效益評價指標體系

層次分析法是將決策問題按總目標、各層子目標、評價準則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結構，然后用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優先權重，最后再加權和的方法遞階歸并各備擇方案對總目標的最終權重，此最終權重最大者即為最優方案。層次分析法比較適合于具有分層交錯評價指標的目標系統，而且目標值又難于定量描述的決策問題。[7]

①筆者邀請專家對經濟效益、社會效益、環境效益進行打分。本文利用層次分析法確定指標之間的權重。指標之間比較量化規定如表1 所示。

表1 指標之間比較量化規定

表2 目標層和指標層判斷矩陣

表3 歸一化后各指標的權重矩陣

②打分結果為：經濟效益比社會效益稍微重要、經濟效益比環境效益較強重要，社會效益比環境效益稍微重要。筆者將數據轉化為Z 的判斷矩陣。

③將其歸一化后得到權重ω。

通過權重可看出經濟效益指標的權重大于社會效益和環境效益指標，因此筆者在此著重分析經濟效益指標及其可能的二級指標。通過大量的文獻收集工作以后筆者得出其二級指標分別為：節水效益、節能效益、提高效率的效益和節約成本的效益。

經濟效益客觀反映了在綠色建筑運營階段中使用BIM 技術的經濟效果。其包括了在運營階段中在節約用水、節約能源、提高工作效率、節約成本等可能會產生經濟收益。

①節約水資源的效益。

在運營階段中綠色建筑的用水情況比較多，包括生活用水、花園綠化用水等。運用BIM 技術可以對綠色建筑進行模擬和優化，利用集成化的控制平臺精確控制各類型的用水。

②節約能耗的效益。

在建筑中耗能主要包括有照明用電、供水用電、電梯用電等情況。運用BIM 技術可以通過能耗傳感器和數據對接口更好地檢測用能情況，通過BIM 平臺進行數據統計并加以管控，從而達到節約能源的效果。

③提高效率的效益。

以往建筑運營過程中出現異常情況時，通常都是安保人員于監控室中發現異常情況，再電話通知維護人員，其到達現場再對異常情況進行確認，最后再采取相應措施。運用BIM 技術后其會整合監控、定位、報警系統，為維護人員提供高效的管理平臺，提高效率，從而取得一定的經濟效益。

④節約成本的效益。

綠色建筑運營中物業公司難免會支出一些必要的日常運行成本，如設備的更新、維護、日常運行消耗、養護、清潔、處置垃圾、檢測等費用。BIM 技術在設備日常運行消耗費用的節約上與傳統的運營管理有相當大的區別，BIM 的高效、協調、模擬、優化性可以在運營階段中發揮作用，減少運營成本。

2.3 效益評價

BIM 技術可以幫助設計師和建筑師更好地進行綠色建筑設計，從而實現經濟、環境和社會效益的最大化。而效益分析則是一種重要的決策工具，可以幫助項目決策者在不同的設計方案中選擇最優的方案，從而確保項目的可行性和經濟性。需要注意的是，在確定成本和效益措施時，必須應用比較原則，以確定不完整的計劃和已實現的計劃之間的差異，并考慮計劃中對其他社會成員的經濟水平及其直接和間接效益。在確定綠色建筑運營階段應用BIM 技術的成本效益指數時，需要考慮到可能存在支付轉移的條件。例如，城市內外的環境效益無法貨幣化，因此需要采用間接計算的方法。為此，應結合成本效益分析理論，提出一種具體方法來量化貨幣化指數，并計算BIM 技術的成本效益指數，以評估經濟可行性。[3]

2.4 案例分析——綠色住宅建筑運營階段效益分析

據中國綠色建筑技術經濟成本效益分析研究報告[8]。截至2012 年8 月全國一至三星級綠色住宅面積分別為1499 萬平方米、1576 萬平方米和821 萬平方米。圖5 為各星級綠色建筑在運營階段的節能節水數據，基于上文的經濟分析指標可以計算出直接效益：全國綠色住宅運營階段每年可以節水269.82-517.2（萬噸）水、節能7420-11132（萬）kWh，減排47968-50081（噸）二氧化碳。

圖5 數據來源：中國綠色建筑技術經濟成本效益分析

2.5 案例分析——公共建筑基于BIM 技術智慧運營節能改造案例

2.5.1 基本情況

某數據中心2006 年啟用，總面積達16000 多平方米，為華東地區大型專業數據中心之一。由于規模較大，用電量較高，改造前平均每天的設備用電為25.8 萬度，平均每天的總用電為36.6 萬度。目前，數據中心平均電價為0.6465 元/度，降低電費成為數據中心的迫切需求。

2.5.2 改造情況

數據中心改造的對象是空調系統，運用制冷系統智慧節能控制技術，結合先進的信息技術及BIM 大數據技術實現對冷源系統設備的統一監管和控制，實現中央空調制冷站系統的集中化、智能化、節能化管控，現場的智能管控設備通過遠程通訊傳輸到能源管理云平臺，可實現其對中央空調制冷站現場控制柜、本地控制中心、云平臺三位一體同步智能管控。

2.5.3 改造效果

如表4 所示，通過投入約728 萬元進行制冷系統智慧節能改造，數據中心在運營階段結合BIM 技術等智慧軟件年可實現節約電量560 萬kWh，節約電費超過364 萬元，節能率達到15%。

表4 節能改造效益情況

3 結語

BIM 技術在建筑行業發揮著愈發重要的作用，是一個重要的變革趨勢。雖然它已經顯示出了自身的優勢，但仍處在發展的起步階段，存在許多挑戰。本文研究探討了BIM 技術的特點，BIM 技術的應用現狀，BIM 在綠色建筑運營階段的應用特點，探討并利用層次分析法構建效益分析體系以及對綠色建筑運營階段進行效益分析，經研究分析后筆者認為BIM 技術如今在運營階段運用尚不普遍的原因主要是前期企業投資過大、溝通成本高等。但這對中國建筑業的轉型具有重要意義，對世界可持續發展具有十分重大的貢獻。在技術、管理、經濟和社會環境等方面，BIM 還存在著一些挑戰，包括缺乏統一的BIM 標準、BIM軟件之間的信息交流效果不佳、企業人員培訓不足，政府和公司管理辦法不完善、初始投資高，經濟回報不可控等。為了解決這些障礙，筆者提出了一些建議和措施，包括改變管理模式、對企業員工加強BIM 培訓、政府加快財政支持、支持公司改善BIM 使用的激勵措施等。通過這些措施，可以更好地支持BIM 在運營和維護階段的使用，從而實現更好的效益和成果。同樣，本研究可以使其他國家更好地加速BIM 的發展，為全球建筑綠色化做出貢獻。