绿色建筑背景下基于BIM技术的建筑工业化发展机制研究

姜腾腾

(1.天津理工大学管理学院，天津 300384；

2.天津理工大学建筑信息集成与投资管控协同创新中心，天津 300384 )

绿色建筑背景下基于BIM技术的建筑工业化发展机制研究

姜腾腾

(1.天津理工大学管理学院，天津 300384；

2.天津理工大学建筑信息集成与投资管控协同创新中心，天津 300384 )

绿色建筑是建筑业高效、节能发展的必然趋势，建筑工业化是提高建筑业施工效率和质量的有效方式。建筑工业化是实现绿色建筑节能减排目标的有效途径之一，是建筑产业化的前提，是建筑施工理念和技术的重大变革。本文在绿色建筑背景下通过将BIM技术应用到建筑工业化领域，构建了基于先进BIM技术的建筑工业化发展模型，通过实证分析，为我国绿色建筑理念和建筑工业化发展相结合提供一个思考角度，进而为我国绿色建筑和建筑工业化研究体系的完善提供了参考。

绿色建筑；建筑工业化；建筑产业化；BIM；建筑施工理念

引言

建筑业始终是我国经济发展的支柱产业，始终关乎国民经济和人民生活水平的提高。我国经济各行业的飞速发展主要从改革开放后开始的，同样我国建筑业真正发展也是始于改革开放，到现在尽管经历了三十多年的飞速发展，各种先进技术先后运用，多种绿色节能环保技术的采用在一定程度上提高了我国绿色建筑产业实施可操作性，但是该行业的绿色建筑方面发展水平距离先进发达国家还有很大差距，特别是在绿色建筑体系中的建筑工业化实施方面起步晚发展慢，而同样的当前很多先进发达国家在绿色建筑和建筑工业化方面已经做了很多研究和实践，甚至实现了绿色建筑建筑全寿命周期的建筑工业化技术体系，例如美国绿色建筑协会制定了LEED《绿色建筑评估体系》、英国建筑研究中心制定了BREEAM《生态建筑环境评估》、日本制定了CASBEE《建筑环境效益综合评估》，在上述各国绿色建筑体系下，美国的建筑工业化已经基本实现了部品标准化、系列化、施工高机械化和工业化住宅；英国建筑工业化以预制混凝土构件体系为主，钢、木结构体系为辅的施工方式；日本实现了建筑通用部品的生产体系，形成了以盒子结构、装配建筑为主要形式的工业化建筑[1]。基于以上现状，国务院发布的《节能减排“十二五”规划》中，明确提出了要加强建筑节能技术的探索，开展了“开展绿色建筑行动”，并首次把城镇新建绿色建筑标准执行率有2010年的1%提高到2015年末的20%，作为“十二五”时期主要的节能指标之一，建筑工业化是绿色建筑实现的重要途径。国内学者和公司相关研究实践工作在最近几年呈现井喷式增长，纪颖波等[2]通过分析BIM技术在建筑行业中的应用优势和新型建筑工业化的基本特征，对BIM技术在新型建筑工业化中的应用提出了相应政策建议；刘鑫[3]通过对国内外绿色建筑的发展情况进行分析，提出了符合我国的绿色建筑的设计依据及原则；黄燕松等[4]基于回归自然的建筑理念就绿色建筑结构设计进行了分析和探讨；倪桂敏[5]通过分析国内绿色建筑和建筑工业化发展现状，提出了绿色施工的理念与策略；张建国等[6]从法规、标准、政策和监管各方面分析了我国绿色建筑发展的现状和面临的挑战，并提出政策建议。

上述国内外学者和机构都从各自研究实践角度对绿色建筑背景下的建筑工业化发展模式进行了相关研究实践工作，也都得出了各自的研究实践结论，进而完善了我国相关研究理论体系和技术体系。但是上述学者和机构都没有结合先进的BIM技术或没有深入的结合BIM技术对绿色建筑体系下的建筑工业化发展模式进行研究和分析。本文首先对绿色建筑的含义进行分析，然后对当前我国绿色建筑背景下的建筑工业化和其发展瓶颈进行分析，最后结合BIM技术构建绿色建筑背景下的建筑工业化发展模型和实证分析，为我国建筑工业化发展提供一个思考角度，进而为我国绿色建筑和建筑工业化研究体系的完善提供了参考。

1 绿色建筑的含义

绿色建筑是指建筑行业中以节约资源、减少排放、保护环境和减少污染为目的的新型建筑理念，以实现建筑和大自然的和谐统一，为人们提供舒适、健康和品质的居住空间，为大自然动植物提供低污染、高利用和低影响的共存建筑物，有别于以往与大自然对立的状态，而是作为大自然的补充的先进建造方式。绿色建筑理念和技术主要有建筑工业化理念、太阳能能源技术、智能技术、BIM技术和其他相关技术理念等，比如建筑工业化施工方式就是通过预制装配式施工技术减少施工过程中的现场浇筑环节，通过快速组装也大大减少了相应施工成本，而且当建筑物寿命终止时的拆卸也快速方便，显然，建筑工业化是实现节约资源的有效途径。上述绿色建筑理念和技术都是贯穿于建筑全寿命周期的，包括规划、设计、施工和运营管理各个阶段，具体包含节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材和材料资源利用、室内环境质量和运营管理等六个方面。

2 我国绿色建筑背景下的建筑工业化和其发展瓶颈

改革开放后我国经济的飞速发展受世界瞩目，但是不可避免的问题就是我国经济的取得的巨大成就在很大程度上是建立在劳动密集型和能耗密集型生产方式，该现象在建筑行业体现的尤为明显。传统建筑行业主要是靠大量施工工人和大量能源资源的累积发展的，改革开放后三十多年我国建筑行业的发展主要还是靠上述模式。但是随着人们生活水平的提高和整体素质的提高，越来越多的人意识到了技术密集型和环境保护的重要性，建筑的目标不再仅仅是为了居住，同时还考虑到了建筑的效率、资源的节约和与环境的统一。

简言之，绿色建筑是建筑工业化发展的目的之一，建筑工业化是绿色建筑的实现途径之一，两者相辅相成，既有所区别又相互统一，其关系如图1所示。

图1 绿色建筑与建筑工业化关系

绿色建筑背景下的建筑工业化发展继续考虑到绿色建筑节能减排、保护环境的要求，又要兼顾建筑工业化建造理念所提到的建筑业全寿命周期的预制装配式工厂化建造方式，两者一定要统筹兼顾，不能厚此薄彼。当前绿色建筑背景下的建筑工业化发展瓶颈主要有以下几个方面，如图2所示：

(1)基于绿色建筑理念的建筑工业化人才缺乏。绿色建筑是近些年随着人们环境保护意识增强而引起重视的建筑理念，在我国尚且属于萌芽期，绿色建筑理念能否有效实施和发展的前提就是是否有足够多的相关高素质人才。当前作为社会人才培养主战场的各大专院校基本都没有相应课程的设置，只有极个别老师由于兴趣组织有限学生进行相关研究，这样显然是无法满足绿色建筑理念下的建筑工业化发展方式的有效且可持续实施；

(2)基于绿色建筑理念的建筑工业化相关法律法规不完善。我国现在处于并将长期出去发展中国家，就意味着我国很多行业的法律法规都很不健全和完善，尤其是对于一些新的工作技术和理念，绿色建筑理念和建筑工业化工作方式也不例外，未来我国将结合相关发达国家在绿色建筑和建筑工业化方面的法律法规，同时根据自己的特点，进而统筹兼顾的制定绿色建筑背景下的建筑工业化领域相关法律法规；

(3)基于绿色建筑理念的建筑工业化标准缺乏。绿色建筑和建筑工业化是未来建筑业发展的方向，是提高施工速度和质量，构建建筑与自然和谐统一的有效途径之一。统一完善的基于绿色建筑的建筑工业化标准是其发展的基础，是现代市场化运行的前提，没有统一的标准，预制装配式建筑构件就无法工厂化生产，进而建筑工业化就无从谈起，最后节能减排目标就无法实现，即绿色建筑理念就无法推行；

图2 基于绿色建筑理念的建筑工业化发展瓶颈

(4)基于绿色建筑理念的建筑工业化协同设计机制不完善。绿色建筑理念是一个先进的指导性的工作思想方针，建筑工业化是一个先进的具体的工作生产模式，它们都是贯穿于建筑全寿命周期的。在相关标准统一的前提下，基于绿色建筑理念的建筑工业化工作方式在建筑设计阶段主要就体现在可以通过先进技术平台建立统一标准的协同设计工作机制，该机制的实体协同平台好比建筑工业化工作方式的实验室，可以将需要进行的绿色建筑理念的建筑工业化预制装配式构件在实验室里面预先模拟组装，从而大大提高了工作效率和降低后期的变更概率；

(5)基于绿色建筑理念的建筑工业化协同施工机制不完善。绿色建筑理念和建筑工业化工作方式的一个重要体现和实施过程就在于建筑施工阶段，绿色建筑所要求的节能减排、绿色环保和与自然协调的目的主要就是通过施工阶段体现的，同样建筑工业化所进行的预制装配式施工方法发展的一个重要目的就是降低施工过程中的时间、资源和提高施工的质量。因此必然要求需要完善相应协同化施工机制指导该阶段工作。

3 绿色建筑背景下基于BIM技术的建筑工业化发展模型

上文已经对制约绿色背景下建筑工业化工作方式发展的瓶颈进行了分析，其中人才、标准和相关法律法规都是硬性指标，制定并实施即可，没有优化价值。本文构建的绿色建筑背景下基于BIM技术的建筑工业化发展模型由协同设计机制和协同施工机制所构成，其价值就是为以后绿色建筑背景下建筑工业化工作方式提供一个参考。

BIM技术是迅速发展的计算机信息技术对传统建筑行业带来变革所兴起的新兴技术，BIM技术的中文表达是建筑信息化技术，其表现形式主要是利用先进的三维设计施工技术代替传统的二维设计施工技术，其优点在于三维设计施工技术所设计出来的建筑构件非常直观，所见即所得，同时每个构件还存在具体的相关参数信息[7]。本文假设已经存在统一相关标准，然后进行研究分析，构建绿色建筑背景下基于BIM技术的建筑工业化发展模型。

绿色建筑背景下建筑工业化协同设计模型是根据BIM技术的三维设计技术构建统一的云端集成平台，使得绿色建筑工程师和建筑工业化设计师同时在云端设计平台协同设计，使得预制装配式建筑构件可以运用BIM技术直观的协同设计出来，各个构件可以通过云端平台展示给各工程师进行修改和碰撞检查等工作，同时专业的绿色建筑工程师可以利用专业的知识对设计出来的预制构件各个过程进行咨询。而绿色建筑背景下建筑工业化协同施工模型的构建方式类似于协同设计模型，协同施工模型和协同设计模型使用同一个云端集成平台，在建筑工业化施工阶段也是通过该集成平台对具体施工工作进行指导的，设计工程师、绿色建筑工程师、施工项目经理和施工技术人员都是运用先进的BIM技术在云端平台首先进行建筑工业化施工模拟，然后根据各自的专业知识在该平台进行沟通和指导具体施工工作，然后施工进度信息也是通过集成平台实时传递给各个专业工程师。绿色建筑背景下基于BIM技术的建筑工业化发展模型具体运行机制如图3所示，该机制核心是建筑工业化信息协同云平台，该平台是基于先进“云技术”和高速宽带网络技术构建的一个集建筑工业化协同设计和协同施工两大功能为一体的多功能集成平台，该平台主要包括绿色建筑信息指导平台、建筑工业化协同设计平台和建筑工业化协同施工平台三个子平台。绿色建筑信息指导平台主要功能是收集绿色建筑工程师关于绿色建筑方面的专业咨询意见和业主关于具体某项目绿色建筑背景下的建筑工业化全寿命周期各阶段相关信息，该平台将所有获得信息通过总平台与其它子平台互传。建筑工业化协同设计平台主要功能是给设计师提供一个在线协同设计BIM预制装配式构件模型的平台，同时还具有协同碰撞检查、绿建分析、后期变更分析和能耗分析功能，而且可以将所获的信息与其它子平台互传。建筑工业化协同施工平台功能有建筑工业化协同施工模拟、施工优化、绿建施工分析、施工能耗分析和后期变更分析功能，同时将所获的信息与其它子平台互传。通过上述机制，可以很大程度上提高绿色建筑理念下新型建筑工业化工作方式效率，可以有效推进我国建筑产业化发展。

图3 绿色建筑背景下基于BIM技术的建筑工业化发展模型

图4 管理楼绿色背景基于BIM技术建筑工业化工作机制

4 实证分析

天津理工大学25号管理学院楼在建设论证初期就确定了使用绿色建筑理念进行建造，充分服从国家提出的“资源节约型和环境友好型社会”口号的理念，同时由于建筑工业化属于新兴建造方式，天津理工大学基于科学研究的考虑决定在管理楼的建造过程中对部分建筑构件进行新型建筑工业化建造方式试点。但是建筑工业化和绿色建筑理念属于新兴产物，缺乏相应案例，经过多方论证和实地调研，遂决定使用BIM技术对绿色建筑理念和建筑工业化试点项目进行辅助，BIM技术的优点就在于可以充分地进行前期的施工模拟、能耗分析、造价分析和预制装配式构件的虚拟设计，这样就避免了施工后容易出现的变更和建筑工业化预制装配式构件复杂的设计问题。

基于上述分析，学校召集了设计单位、施工单位和造价咨询单位对该楼项目从绿色建筑理念出发同时结合建筑工业化试点探索新型工作方式，该新型方式探索工作所依据的技术是当前建筑行业新兴BIM技术，随后组织相关专家从实践性和理论性相结合角度，引入先进的计算机信息技术和“云技术”理念基于该工作方式传统特点构建了绿色背景下基于BIM技术的建筑工业化发展模型，然后以该模型组织架构整合设计单位、施工单位、造价单位的相关人才资源，同时邀请相关绿色建筑专家、建筑工业化专家成立了绿色建筑团队、建筑工业化团队和BIM技术团队，在上述三个团队基础上成立了BIM能耗分析专业小组、BIM预制装配式设计专业小组、BIM造价分析专业小组和BIM建筑工业化施工优化专业小组四个技术团队，如图4所示，该组织机构运行机制描述为首先整合施工单位、设计单位和造价咨询单位的管理楼相关方案，其次通过绿色建筑团队对管理楼相关设计、施工和造价方案进行“绿色化”优化，然后通过建筑工业化团队对管理楼相关试点“绿色化方案”进行建筑工业化“包装”，再然后将各单位“绿色工业化”的设计、施工和预算方案通过BIM技术团对编制BIM解决方案，最后通过下面各个专业小组通过BIM技术平台高效完成相应任务。通过上述组织机制，充分利用了BIM技术对管理学院行政楼绿色建筑理念下建筑工业化试点区域进行了实践，节约资源率为35.67%，同时预制装配式构件使用BIM设计大大提高了相关工作效率和后面施工效率。

天津理工大学管理楼在绿色建筑理念下基于BIM技术的建筑工业化工作模式的实际探索在一定程度上会给相关研究提供参考案例，学校后续还将在学校体育馆的建设过程中适当的再次使用该工作机制。

5 结论

绿色建筑是建筑业未来发展的方向，建筑工业化是提高未来建筑业施工速度和质量的有效途径。将绿色建筑理念结合建筑工业化工作方式构建先进工作模式是我国未来建筑业发展的必然趋势。本文首先对绿色建筑的含义进行分析，然后对当前我国绿色建筑背景下的建筑工业化和其发展瓶颈进行分析，最后结合BIM技术构建绿色建筑背景下的建筑工业化发展模型和实证分析，为我国建筑工业化发展提供一个思考角度，进而为我国绿色建筑和建筑工业化研究体系的完善提供了参考。

[1]The History and Significance of Military Packaging,Defense System Management College Press,April 2011.

[2]纪颖波,周晓茗,李晓桐等.BIM技术在新型建筑工业化中的应用[J].建筑经济,2013,8:14-16.

[3]刘鑫.绿色建筑的设计依据与原则[J].企业改革与管理，2015,2:127-129.

[4]黄燕松,杨绮文等.绿色建筑结构设计探析-围绕结构选型、结构设计、绿色建材分析[J].能源环境,2014,3:118-120.

[5]倪桂敏.试论当前绿色建筑施工管理[J].科技与企业,2014,3:49-50.

[6]张建国,谷立静等.我国绿色建筑发展现状、挑战及政策建议[J].中国能源,2012,34(12):19-24.

[7]姜腾腾,钟炜等.多利益方背景下的BIM技术辅助建筑工程项目协同机制探索[J].土木建筑工程信息技术,2014,6(6):76-80.

Research on the Development Mechanism of Construction Industrialization based on BIM Technology Under the Background of Green Building

Jiang Tengteng

(1.SchoolofManagement,TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384,China;2.TheCenterofBuildingInformationIntegration&InvestmentControl,TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384,China)

The green building is an inevitable trend for the development of a high-efficient and energy-saving construction industry, and construction industrialization is an effective way for the improvement of construction efficiency and quality. Construction industrialization is one of the effective approaches to realize energy-saving and emission reduction of green buildings and is a significant change in the construction concept and technology. Under the background of the green building and through the application of BIM technology in the field of construction industrialization, this article builds the construction industrialization optimization model based on BIM technology and provides a perspective for the integration of the green building concept and the development of construction industrialization. It can also be used as reference for the improvement of the research system of green building and construction industrialization in China.

Green Building; Construction Industrialization; BIM; Building Construction Concept

天津市科技计划项目——科技创新促进天津智慧城市建设及城镇化发展的战略与关键技术研究

姜腾腾(1990-)，男，硕士研究生。主要研究方向：绿色建筑、建筑工业化、建筑信息化。

TU201.5;F407.9

A

1674-7461(2015)02-0056-05