BIM技术在可持续绿色建筑全寿命周期中的应用

BIM技术在可持续绿色建筑全寿命周期中的应用

柯颖锋1李玲玲2

1.深圳市中深装建设集团有限公司广东深圳518000；2.华南理工大学建筑学院广东广州510000

摘要：BIM技术在可持续绿色建筑全寿命周期中得到广泛的应用，对促进建筑行业的可持续发展具有十分重要的意义。本文对BIM技术的概念以及相关理论进行了介绍，并分析了BIM技术在可持续绿色建筑全寿命周期中的应用。

关键词：BIM技术；绿色建筑；全寿命周期；应用

引言

随着自然资源的日益短缺，绿色可持续发展理念日益深入人心，可持续绿色建筑也成为了我国建筑行业发展的重要方向。而BIM技术具有创新建筑设计和施工效率的潜力，对达成我国可持续绿色建筑发展的目标具有重要的促进作用。基于此，笔者展开了相关介绍。

1.BIM概念及其相关理论

1.1BIM概念及特点

BIM指的是整个项目维护、施工、设计的综合型处理技术，其英文缩写为BuildingInformationModeling，目前在绿色建筑项目工程中应用较多。利用该项技术设计建筑信息模型，并将此模型作为总施工方案，管理人员借助资源共享平台可以搜索到此模型，下载此资源作为知识资源[1]。本文之所以会选择BIM技术作为可持续发展绿色建筑研究，是因为该项技术存在以下6个特点，包括：（1）较强的项目优化特性；（2）协调性良好；（3）支持方案模拟；（4）可视化强；（5）信息数字化；（6）应用面较广[2]。

1.2BIM的应用理论分析

全生命周期指的是项目规划、项目方案设计、项目投标、项目施工、项目运维，而BIM技术在此过程中的应用就被称作全生命周期BIM技术[3]。将该项技术应用到不同施工阶段当中，与各个项目应用方之间建立共享关系，使得BIM模型得以完善，从而达到解决信息断层问题。在科学技术快速发展的时代背景下，促进了BIM技术的发展，经过多年改进，逐渐成熟，在建筑项目中应用较多，覆盖了不同方面项目生命周期，通过引进此先进科学技术，来促进行业快速发展[4]。为了进一步提高建筑工程质量，部分研究学者将施工技术、可持续发展技术、BIM技术等有效结合到一起，应用到项目工程设计当中，形成可靠性较高的设计方案。在实际应用当中，不同类型软件对建筑项目造成的影响不同，如图1所示为BIM类型软件中信息互用关系图。

图1BIM类型软件中信息互用关系图

2.基于BIM技术的建筑工程可持续发展应用分析

建筑施工、方案设计、设备维护、项目规划、项目运行等操作当中，均采用BIM技术完成操作[5]。通过调查分析可知，BIM技术得到了产品制造与设计的认可，具有节约能源优势，能够在一定程度上推动建筑工程发展，所以，该技术必将占据未来发展的主导地位。本文将从以下几个方面类论述不同阶段下的BIM技术应用。

2.1基于BIM技术的不同阶段绿色建筑工程应用分析

建筑工程的主要阶段为环境设计阶段、能源使用阶段、可持续性发展阶段，由于这三个阶段容易受到项目规划决策的影响，如果该决策出现错误，则这3个阶段项目实施将很难展开。为了提高项目规划决策准确性，本文利用BIM技术完成现场分析，并对场地数据整合处理，以此完善建筑外观、扩大空间范围、保护项目施工周围环境。另外，本文在对绿色建筑工程展开研究分析时，选取地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）作为建模工具，构建项目场地模型，并对建筑空间数据进行计算处理，将其作为项目规划的主要依据，在现有基础设施基础上，添加建筑物、交通设施、基础设施、绿化设施等[6]。为了更好地发挥BIM技术功效，本文将该项技术与GIS技术有效结合起来，形成综合性技术开发软件，利用该软件模拟设计建筑三维模型，采取数据交换处理，从而获取GIS软件中的地理信息数据，通过对比分析，探究建筑模型性能。另外，开展辅助项目，通过对项目规划阶段的特点与具备的条件进行评估，从而做出可靠性较高的决策结果，包括建筑布局、交通流线、场地规划等[7]。完成建筑模型创建操作以后，在GIS系统中创建文件夹，用于存储BIM技术处理结果数据，为GIS系统提供数据支撑。

可持续发展为环境保护提供了有利保障，在建筑项目初期，利用BIM技术施工，能够减少变更成本，避免资源浪费，有助于环境可持续发展[8]。另外，通过使用BIM技术，可以促进经济发展，提升建筑工程施工效率。

2.2设计阶段环境可持续应用分析

绿色建筑工程中的关键阶段为设计阶段，该阶段提出的设计方案将作为经济发展、社会进步、环境保护的决定性因素。大量实验研究表明，对于可持续建筑设计来说，在设计阶段使用BIM技术来构建方案有助于建筑工程质量的提升[9]。在实际应用当中，利用BIM技术创建设计方案，不仅可以探究当前工程方案对绿色建筑物的影响，而且还可以计算出能源消耗量和建筑性能情况。

本文在研究BIM技术时，考虑到客户需求，严格按照设计规范，设计了基于web的集成系统，用于建筑能源信息采集与分析，如图2所示为基于Web的能量相关信息。利用图2中的架构完成能量分析数据提取操作。

基于Web服务框架，本文利用BIM技术设计了一套综合型信息管理系统，根据建筑设计信息，结合绿色评估结果，系统自动完成建筑评估操作，系统中数据随着操作情况自动更新。建筑规划人员根据更新结果，对建筑设计方案进行优化处理，为数据处理分析节省了大量时间。

另外，本文利用物理建模方法设计了一套建筑能量模拟分析数据库，该数据库采用了BIM技术，用于采集热量、声能量、光能量等数据，通过对比分析，提出环境可持续发展角度下的构建和材料选购与规划方案。利用BIM技术管理信息，使得数据完整性得以保障。

图2基于Web的能量相关信息

除了上述应用以外，还可以采取直接访问法，来计算生命周期评估绩效。目前，大部分开发人员将BIM技术与其他软件技术相结合，构建集成软件，并利用能源模拟工具、Revit模型，完成建筑经济效益与环境保护效果评价分析，经过整理分析，这些评价结果将为能源消耗设置方案与材料选取决策方案提供参考依据，使得设计出的方案满足可靠性要求。在实践应用当中，将生命周期法与LCA理论结合，并利用BIM技术，构建低碳消耗方案，通过测试分析，判断该设计方案是否对建筑环境产生影响。如果存在影响，则根据实际应用情况，提出碳排放控制方案，将绿色环保作为建筑发展的前提条件。本文在对此展开研究时，将性能分析模拟软件与BIM技术结合到一起，对建筑设计质量进行研究分析，使得建筑工程质量得以提升，以此实现环境可持续发展。

2.3施工阶段环境可持续应用分析

在此阶段，需要鼓励承包商构建可视化模型，要求该模型顺序满足顺序执行要求，除此之外，4D模拟和5D模拟的应用也很重要。例如，将模拟方案应用到项目预测当中，可以帮助用户计划后勤管理方案和接口设置方案[10]。另外，承包商和设计师之间应该保持良好的合作关系，经过协商，维护设计模型，并根据实际情况，实时更新该模型。如果施工期间发生异常，则需要对此模型进行更改。

利用BIM技术来查看三维设计模型，可以简化操作步骤，将查看到的模型与设计的二维施工图纸进行对比，能够在一定程度上提高读图的精度与效率，降低返工损失。根据评估材料供应商的报价，构建框架模型，在其基础上，将项目单价成本数据与BIM数据有效结合起来，作为绩效评估的主要依据，为供应商提供一份准确的估算报告。另外，施工工地制造也可以使用BIM技术。在实际施工中，利用BIM技术，借助Web开发平台，将结构预制混凝土构件与该项技术相结合，为结构件的设计与组装提供操作平台。

除了以上施工规划项目以外，施工进度的监测也很重要。本文将BIM技术投入到施工实时监测当中，采集建筑结构、安装、机电碰撞、结构变化、管道翻折等信息，利用这些信息来完成模拟检测操作，以此降低安全事故发生频率，避免工程延误，造成不必要的损失。如图3所示为基于BIM技术的MEP管线综合优化方案。

图3基于BIM技术的MEP管线综合优化方案

对于BIM技术在制造阶段的应用，本文将该项技术与虚拟现实技术有效结合起来，形成可视化操作综合技术，用于管道组装，从而提高安装效率。与此同时，考虑到项目实施的安全性，本文利用BIM软件发送可视化信息，让工作人员查看到所有信息，避免信息遗漏情况发生。通过分析可视化信息，判断项目实施是否出现安全问题，如果发现异常，则自动发出危险报警信号，并计算危险源地理信息。为了便于管理建筑施工进度，提高建筑施工质量，降低建筑成本，本文利用BIM技术对清单中的材料进行预算，并制定不同阶段材料信息与成本报告单，从而实现高效生产，逐渐向无纸化加工生产方向发展。另外，将制造业和建筑业两者的数据传输到共享平台，可以帮助工作人员掌握更加全面的资料性，促进自动化和工业化发展，实现可持续化发展，为绿色环保建设提供了保障。

2.4运营阶段环境可持续应用分析

据相关部门报道，整个建筑物生命周期能源分布比例中较大的是运营阶段能源，利用BIM软件作为该阶段评估工具，采取措施如下：第一，分析冷却系统要求，同时掌握建筑加热系统运行要求；第二，根据项目实施情况，制定降低电气照明热能负荷方案；第三，根据实际情况合理选取建筑设备。

除了BIM软件以外，根据用户需求，还可以利用AutodeskGreenBuildingStudio软件来分配建筑能源，从而达到提高能源利用率的目的。这种软件具有计算碳排放量和能源消耗量作用，除此之外，还可以准确评估可再生能源潜力。考虑到开发成本，大部分投资者选取BIM技术作为高效开发工具，用于评估建筑投资，从而获取可持续发展效益，使得能源使用成本得到有效控制。

对于建筑实施管理，本文同样采用BIM技术作为核心管理技术，通过构建BIM模型，获取更加精准的运营管理数据，实现智能建筑施工，有助于环境保护工作的开展。另外，在建筑管理中应用BIM技术，能够在一定程度上提高建筑运营效率，并且可以为客户提供高质量服务，提高资源利用率，创造更多安全绩效，避免安全事故发生。

2.5检修阶段与维护阶段环境可持续应用分析

对于建筑维修保养阶段，通过改造当前已经建设好的建筑物，有助于自然资源保护工作的开展，减少能源消耗，构建安全居住环境。由于人们对能源利用率的要求越来越高，采用普通的管理方法无法达到要求，所以，如何走可持续发炸道路，提高能源利用率成为了当前重要解决问题。针对上述问题的解决方案包括限制建筑对环境造成的影响、降低运营成本、分析可持续化发展需求等。

依据可持续化发展要求，本文将BIM技术应用到其中，通过运行知识共享系统，获取建筑施工相关知识与施工原则，结合以往工作经验，采用调查法记录建筑物施工信息，并将这些信息存储到数据库中，便于用户查看，促进可持续化建筑改造发展。

2.6拆除阶段环境可持续应用分析

近年来，我国建筑活动越来越多，虽然促进了经济发展，但是给环境造成了很大影响，包括拆除工程和施工工程，这些工程的开展均对环境保护造成了巨大影响。可持续化发展理论推出以后，国家建筑企业必须要对当前施工管理方案进行改革，有效利用废物，并加强管理。与此同时，其他国家的城市也面临着环境保护下建筑废物利用开发难题，部分研究学者尝试开发一些建筑拆除工程废物工具，设计了TECOREP等系统，用来模拟高层拆除安全和施工效果。

截止到2017年底，我国对建筑寿命末期拆迁阶段的重视度较小，监测得到的环境绩效较低，为此，急需开发一套该阶段下的高效管理系统。本文利用BIM技术，结合可视化工具开发一套装置，用来模拟拆除建筑废物，并提高识别率。管理人员可以通过分析装置中的数据，制定建筑废物回收规划，使得资源利用率得以提升。另外，采用BIM技术，构建建筑信息模型，该模型包括建筑物不同元素材料和体积信息，综合分析这些信息，对卡车运输行程数量进行预测，从中获取能源消耗影响因素和碳排放影响因素。

2.7全生命周期中产品与材料的消耗分析

对于全生命周期中产品与材料的消耗计算，要求严格按照可持续标准评估要求，对建筑项目性能、材料进行评估，除此之外，还包括建筑施工、建筑规划、运营项目的构造。经过多年研究改进，研究人员已经开发出一些评估方法，利用这些方法来获取材料与产品碳含量影响因素。其中一种方法是将碳估算模型与BIM技术有效结合起来，对建筑物的碳排放量数据进行分析，总结出其中存在的问题。为了更好地控制能源消耗量，本文提出LCA与BIM技术的结合应用方式，用于评估建筑能源消耗。如图4所示为基于全生命周期管理的建筑环境可持续发展。

图4基于全生命周期管理的建筑环境可持续发展

例如，采用LCA开发工具和BIM开发工具来判断材料是否满足可持续发展要求，通过评估物质受混凝土的影响做出准确判断。例如，臭氧消耗、富营养化、全球变暖等问题。国外学者利用遗传算法，借助AutodeskRevit软件，构建了建筑环境影响模型，利用该模型计算得出相关参数，将其作为建筑构件选取主要依据。另外，对4D模型和3D模型采取可视化处理，可以在原有基础上，促进可持续化发展。

2.8全生命周期中建筑能源的消耗分析与相关建议

施工过程中，工程师利用BIM技术，结合能源模拟软件，构建能源消耗模型，依据模型设计标准，合理设置建筑工程现场实际情况与区域气候。通过观察模型构建结果可知，根据不同类型建筑变量来优化建筑方案，可以提高建筑工程质量。本次研究，依据可持续化发展思想，利用BIM技术，组建综合分析法，通过能源计算，从而预先确定建筑施工能源消耗情况，简化模型结构，便于建筑工程可持续化开展。另外，利用能源模拟工具分析能源性能，例如，虚拟环境、EnergyPlus等，为企业创造更多效益。

3.基于BIM技术的环境可持续发展研究

与其他产业先比，建筑产业消耗的能源更多一些，产生的温室气体较多，对环境造成了严重影响。在未来的发展当中，需要充分考虑建筑施工对环境造成的影响，并将一些重要科学知识融入到其中。如图5所示为建筑环境未来发展框架。

图5建筑环境未来发展框架

在图5中，以图例分析的形式展现了可持续化发展标准，对材料选取和能源利用要求。与此同时，在未来发展中，应将BIM技术融入到其中，开发一些新的功能，按照绿色评估标准，结合可再生能源应用要求，构建未来建筑环境发展蓝图。

3.1基于BIM的可持续性评估研究

依据BIM标准与指南，对项目可持续化发展进行评估成为了当前重点研究内容，通过构建协调模型，来开展可持续化发展工作。但是在实际工作当中，不是所有指南或者标准都需要输入绿色评估体系中，而是要根据阶段不同进行合理评估。规划阶段重视选址评估、运行阶段重视能源效率使用评估、设计阶段重视绿色建筑材料选取评估、维护阶段重视通风系统选择评估，严格按照BIM标准完成上述评估操作，从而满足改善建筑环境可持续发展。所以，BIM战略的实施，有助于生态指标的研究，是今后重点开展项目。

3.2BIM技术在建筑翻新和拆除的改进运用

通过查找文献资料可知，建筑翻新与拆除方面应用BIM技术来研究的标准较少，采用绿色施工与材料回收利用，可以在一定程度上提高建筑资源利用率，为环境保护提供保障。利用BIM技术，可以准确评估建筑物拆迁废料，将估算结果作为拆迁模型构建依据。对于施工阶段，按照图纸设计方案，结合施工现场情况，对原方案进行修改，导致构建的新产品与工作人员设计的模型产生差异。根据客户的想法，创建新的工作模式，通过建筑物现场验证，完成拆除工程模型的创建，使其满足可持续发展要求，循环利用拆除废弃物，不仅可以提高资源利用率，同时可以达到保护环境的目的。

3.3能量模拟工具BIM软件之间的互操作性研究

传统能量模拟方法是利用嵌入式建筑能量模型来模拟分析建筑施工能源利用率与环境影响情况，这种模拟方法容易丢失材料数据，需要立即优化。本文针对此问题，将能量仿真工具与BIM技术有效结合起来，采用可扩展标记语言和基础信息类语言来设计模型。根据开放数据模式中缺少的能源，构建综合能源模型，利用该模型来解决互操作问题。所以，需要经过多次实证分析来完成能量模拟操作，使其满足热舒适度和开放数据标准。

4.结语

综上所述，本文主要对BIM技术在建筑全生命周期中的应用展开全面研究分析，通过探究BIM技术应用方案，来控制建筑施工成本、提高建筑能源利用率，实现可持续发展。面对当前建筑生命周期情况，需要进一步挖掘BIM技术在建筑全生命周期中的应用方案，经过多次改进，形成高效、安全应用方案，使其满足可持续发展要求，促进建筑行业健康、快速发展。

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作者简介：柯颖锋（1979年）男；广东省汕头市；汉；高级经济师、高级工程师；在职博士。