淺談BIM技術在綠色建筑全生命周期中的應用

摘要：鑒于當前我國BIM和綠色建筑業的發展現狀，如何在綠色建筑領域發揮BIM技術可視化、信息化、集成化等優勢成為了當代的熱門話題。文章主要論述了新時代BIM技術與綠色建筑的高度適配性及BIM技術在綠色建筑中的應用價值，探究BIM技術在綠色建筑全生命周期中的具體應用，旨在推廣綠色建筑中BIM技術的使用，推動兩者達到新的高度。

關鍵詞：BIM技術; 綠色建筑; 全生命周期; 規劃設計階段; 施工階段; 運營維護階段

中國分類號：TU741.2A

［定稿日期］2022-03-31

［基金項目］黑龍江省大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：202010212099）

［作者簡介］王一少（2000—），男， 在讀本科，研究方向為土木工程。

［通信作者］朱瑩（1979—），女， 碩士，講師，研究方向為建筑設計及其理論、BIM技術與應用。

0 引言

隨著技術的進步、科技的飛升，我國的建筑行業也迎來了飛速發展的時期，龐大的市場意味著更多的需求，節能環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量及其安全舒適條件而忽視了它的可持續性與環保的要求。那么如何在建筑施工中采取合理并且有效的方法來進行綠色建筑的發展成為了當代的熱門話題。綠色建筑相比普通建筑有著更高的環保指標，而BIM技術可視化、優化性、協調性、模擬性的特點可以更好地兼顧各因素，優化設計質量。在綠色建筑整個生命周期中，BIM技術可以收集建筑負荷、建筑采光、建筑日照、建筑通風等相關數據并進行關聯模擬分析，從而保障其節能環保水平。即使是在早期建筑工程施工過程中，BIM技術也可以通過控制錯誤來減少因無效的施工而造成的環境污染。本文將簡要介紹綠色建筑與BIM兩者互利互補的特點，探究BIM技術在綠色建筑全生命周期中的具體應用，旨在推動BIM與綠色建筑相互促進，實現共贏。

1 綠色建筑與BIM概述

1.1 綠色建筑及其發展

綠色建筑是指在建筑的生命周期內，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［1］。也就是說綠色建筑是要在確保建筑工程質量安全的前提下，再充分利用資源來減少建筑工程對生態環境造成破壞的一種建筑形式。因為以往施工中的不當開發與利用導致了大面積的生態破壞，綠色建筑則旨在將建筑與環境兩者相融合，協調發展，提高建筑對于綠色能源的利用率從而達到事半功倍的效果，推動了建筑行業的可持續發展。

綠色建筑源于20世紀中期保羅·索勒瑞提出的生態建筑理念，發達國家在如何治理環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，相關政策、標準體系和財政補貼獎勵不斷出臺，國家對其財政支持力度不斷增大，在近年來一直保持迅猛發展態勢。如今我國正處于碳達峰的關鍵期，“十四五”規劃提出“推廣綠色建材、裝配式建筑和鋼結構住宅，建設低碳城市”“大力發展綠色金融”等要求，綠色建筑發展已從“有沒有”到“好不好”轉變。

1.2 BIM技術及其前景

BIM，全稱為建筑信息模型（Building Information Modeling），涵蓋了整個項目中所有專業的信息和功能性表達，將建設項目中所有的信息包括設計環節、施工環節、運營管理環節的信息有機地整合到一個共享建筑模型中［2］。它突破性地使用三維數字技術，能夠集成建筑工程的各種信息。它還使建筑設計過程實現概念參數化，即“一處變，處處變”，這可以幫助設計者更有效地縮短設計時間，提高設計質量，在任何實際，任何地點面對客戶要求的任何修改，各類圖紙之間總是可以協調的、一致的和完整的。在施工規劃時，各個不同的部門可以利用BIM技術來對施工進行數據修改、信息更新、施工監管等工作，而不會互相產生負面的影響。

隨著全球建筑工程設計行業信息化的發展，BIM技術在國外發達國家逐步推廣和發展。在我國，BIM在建筑企業中的使用率飛速上升，《中國建筑業BIM應用分析報告》（2020年）顯示未建立BIM組織的企業已從2014年的40.6%下降至18.09%；對BIM應用投資10萬元以內的企業已從2017年的82.9%下降至10.48%［3］。

1.3 BIM應用于綠色建筑的優勢

BIM應用于綠色建筑最核心的優勢是兩者的時間維度一致性。綠色建筑提倡將節能環保的理念貫穿于建筑的全生命周期，其開發、管理涵蓋建造、使用、拆除、維修等建筑全生命周期。BIM技術同樣致力于實現全生命周期內不同階段的集成管理。但BIM受限于新技術問世時間段，實際多用于建造階段。兩者的結合能在互補的同時最大程度發揮BIM的優勢。

與傳統繪圖軟件CAD相比，BIM最大的優勢在于“BIM”中的“I”，即Information，信息。傳統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，所有的構件都可以被定義為梁、板、柱，所有的構建根據材料的不同在采光、保溫、反射等方面都可以被定義到真實具體的屬性，這些信息可以實時的添加入模型中，可以說BIM就是實體結構在電腦上的完美復刻。綠色建筑可持續目標的達成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，降低排放，BIM技術為其提供了整體解決方案。BIM與CAD的各區別詳見表1。

此外，BIM平臺具有開放性，允許導入相關軟件數據進行一系列可視化操作，這將直接為“BIM+”的實現提供條件。綠色建筑軟件分析的基礎往往是建筑物的三維模型，BIM技術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。精細到平面圖、立面圖和剖面圖上的三維模型經過識別導出到相應的軟件就可以直接進行分析，大大節省了時間。

2 BIM技術在綠色建筑全生命周期中的應用

2.1 規劃設計階段的應用

在規劃設計過程中，綠色建筑涉及到建筑、給排水、電氣、暖通等方面，是一個完整的全產業鏈設計過程。綠色建筑在規劃設計階段中，大量地運用了BIM技術，不僅可以加深各專業之間的溝通交流還切實提高了合作效率，從而解決因專業不同而導致的在建筑設計規劃時的誤差。在進行工程項目選址時，運用BIM技術將工程選址范圍內的地理信息輸入數據庫，從而廣泛綜合地分析該地的選址優勢與缺陷，對該地進行高效地評估。之后通過對規劃時的各種因素進行綜合評價分析，以確保后期施工與環境之間更友好地融合，從而實現環境友好型的根本目標并制定出完善地可再生可循環的全生命周期建筑規劃設計。

相較于傳統繪圖軟件BIM的一大優勢在于信息，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，還包括建筑使用材料的各種物理化學性質的參數，比如圖1所示的自建BIM模型，其數板定義了軟件中這些參數往往都是根據國家、地區規范直接進行調用，但是事實上在工程中這些參數與規范無法保證完全一致，這就給分析結果帶來了誤差，也限制了根據分析建筑而進行的創新設計。此外，BIM所建立的模型的各種參數可以做到實時調控，將這個功能引入到綠色分析軟件中就可以對結構全生命周期內的表現進行模擬，對建筑的未來使用情況走向做到未卜先知，確保建筑在整個生命周期內都能達到設計所要求的使用效果。

從實施的角度看，BIM技術可以更好地貫徹節能的理念，保證綠色建筑在發展過程中最大限度的節能、節材，實現自然資源的充分利用，幫助綠色建筑設計更好地實現人與自然的和諧共處。BIM技術還可以提高建筑能源的實際利用率，實現材料的可持續發展，使綠色建筑更好地節能降耗。

建筑論壇與建筑設計王一少， 朱瑩， 宋朋飛， 等： 淺談BIM技術在綠色建筑全生命周期中的應用

2.2 施工階段的應用

在工程施工階段，BIM技術可以將建筑構件數目等參數進行數據輸入，實現工程進度的實時追蹤，確保構件數量以及安放位置正確，更加提高施工的安全性與準確性。并且BIM技術在對工程施工的實時追蹤時，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，每個項目的分包商都可以在施工之前將關鍵信息輸入模型，并在場外預制或預組裝一些系統。這可以最大限度地減少現場浪費，使產品及時交付。另一方面，BIM技術可以輕松提取材料的數量和共享屬性，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誤，即計算機模型向團隊突出顯示建筑物部分（如結構框架和管道）可能錯誤相交的地方。

與傳統的施工現場布置相比，BIM模型能夠反映施工階段建筑材料、機械設備和臨時建筑之間的三維關系。運用BIM技術，通過對建筑模型的觀測，可以優化場地布置，隨著工程進度合理地對建筑材料安放進行布置，更加充分地利用空間、環境條件做到綠色施工。

無論是在傳統還是現代施工中，溝通既是建設項目成功的關鍵因素，也是一項艱巨的挑戰。借助 BIM，所有變更（例如時間安排、材料可用性和合適的專家團隊）都可以通過數字應用程序和移動設備進行實時協調，讓所有利益相關者都了解情況。當所有各方使用相同的易于訪問和最新的數字 BIM 模型工作時，也可以避免數據丟失。此外，BIM 和 AR 等技術可以采用主動方法，幫助控制施工過程并限制潛在錯誤。

2.3 運營維護階段的應用

在綠色建筑項目運行維護階段，BIM技術的介入使維護更加便捷。因為前期施工全程用BIM跟進，所以關于此綠色建筑的各種參數都會十分詳細且全面，在維護時使用BIM軟件進行大數據分析，可以輕松找出可能出現問題的關鍵點，提高維護的準確性與高效性。尤其是當BIM技術應用在綠色建筑中時，可以實時監控建設項目的使用狀況、產能和財務狀況；還可以彌補與處理項目相關的信息丟失，允許從設計團隊到施工團隊到建筑業主/運營商的每個團隊添加和參考他們在為 BIM 模型做出貢獻期間獲得的所有信息，這可以為每一個參與者帶來好處。例如，在建筑施工完畢后進行檢測時，建筑物所有者可能會發現其建筑物水閥存在一系列安全等其他的問題，但建筑業主不會對建筑進行物理性的全面檢查，而是轉向對施工中運用BIM建立的模型進行檢驗，并看到水閥可能出現問題的可疑位置。通過BIM技術，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，從而使建筑業主了解到足夠的信息來解決潛在的問題。對于建筑物的動態信息，例如來自建筑系統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行和維護的分析。對于舊的、已經存在的建筑設施也可運用BIM技術為其創建信息模型，其中的方法包括參考關鍵指標：如設施狀況指數（FCI）、3D 激光掃描測量技術和攝影測量技術（單獨或組合）、使用移動技術捕獲準確的關于建筑物測量信息。但因先前的建筑設計數據不全、有誤等問題，還需要對設計標準、建筑規范、施工方法、材料等進行大量假設，因此比在設計期間構建模型更為復雜。

BIM技術可以在建設項目的施工階段和運維階段為施工提供準確、詳細、全面的維護信息，促進施工運維順利進行；在管理過程中，BIM軟件可以通過其龐大的規模數據庫來對各項參數計算運行，從而對設備的運行情況進行分析和評估。 此外，BIM技術和其他技術還可以實現諸如深度門禁系統的自動化等功能，從而提高建筑的智能化和水平。

BIM技術在綠色建筑全生命周期中的應用總結見表2。

3 結束語

綜上所述，在綠色建筑的生命周期，無論是規劃設計階段、施工階段還是運營維護階段，BIM 技術都可以提供高效控表2 BIM技術在綠色建筑全生命周期中的應用制的方式，" 有利于建筑整體目標的實現。在“十四五”規劃爭取2030年實現“碳達峰”，2060年前實現“碳中和”的背景下，建筑行業作為高能耗產業其節能減排至關重要。BIM技術可以推進綠色建筑全生命周期信息化管理，滿足信息化的需求，提高建筑行業從規劃階段到運營維護管理階段的技術水平，在匯總數據、減少錯誤、節約時間的基礎上實現節能減排。綠色建筑和BIM兩者的結合將很大程度地促進我國綠色建筑行業的發展，同時拓寬BIM技術的應用。期待“BIM+綠色建筑”可以加快建設一個綠色、環保、節能、低排的社會，促進可持續性發展。

參考文獻

［1］ 綠色建筑評價標準：GB/T 50378-2019［S］.中國建筑工業出版社，2019.

［2］ 何關培，BIM總論［M］.北京：中國建筑工業出版社，2002.

［3］ 中國建筑業協會、廣聯達、MagiCAD Group，中國建筑業BIM應用分析報告［M］.北京：中國建筑工業出版社，2020.

［4］ 閆莉，張蓉芳，淺析BIM技術在可持續綠色建筑全壽命周期中的應用［J］.信息記錄材料，2019，20（9）：147-148.

［5］ 鹿巍，淺談BIM技術在綠色建筑全壽命周期中的應用［J］.居舍，2018（17）：35+26.