绿色建筑背景下可持续性工业化建筑体系(SIBS)模型的构建研究

赵 晖，谢伟双

(长春工程学院建筑与设计学院,长春 130021)

绿色建筑背景下可持续性工业化建筑体系(SIBS)模型的构建研究

赵 晖，谢伟双

(长春工程学院建筑与设计学院,长春 130021)

通过诠释和分析的方法对以往的工业化建筑体系(Industrialized Building Systems,IBS)的研究进行全面回顾，提出新的定义和讲解，并指出建筑工业化的新方向。在可持续性发展方向上，阐述了一个基于3个层次的特征和4组目标的概念模型，论述了可持续工业化建筑体系是一种新趋势，并给出了一些实用的建议。进一步描述了BIM技术在工业化建筑全生命周期管理中的应用，以助于可持续工业化建筑体系的发展。

绿色建筑；可持续性；工业化建筑体系(IBS)；BIM(建筑信息化模型)

0 引言

工业化建筑不仅仅包括工厂预制，还包括简单的和传统的预制方法在内的多种方法。改革开放以来，人们的住房条件和居住环境均得到了较大的改善，住宅建设中的建筑工业化也发生了相应的变化。现在的工业化目标不仅仅是经济要求，还包括质量提高在内的一些重要品质，同时也是工业化系统的关注中心。所以，一些其他的关于工业化的定义相应地被提出，新的态度和概念也出现了，提出了新的想法和目标。基于工业化的定义及发展方向，给出可持续工业化建筑体系模型构想方案。

1 绿色建筑背景下可持续性工业化建筑体系(SIBS)概述

1.1 建筑工业化的定义及概念

工业化是一个社会经济过程，通过工业化的过程，社会从前工业化变为后工业化。工业制造通过集中大量的生产力，基于集中化和生产有序化、操作机械化手段来实现工业化。建筑工业化是采用社会化大生产的方式进行住宅生产和经营的组织形式，通过将建筑生产全过程中的设计、构件生产、施工建造、销售和售后服务等各个环节相连成为一个工业化建筑体系，从而实现建筑的全生命周期管理[1]。在建筑工业化中也许一个完成的产品不是一个标准的产品，因为每个案例中的最终用户和相关的基地是完全不同的。完成的产品更倾向于是一个建筑体系，即在建筑体系中我们有相同的细部，但是有完全不同的建筑物。换句话说，建筑系统是拥有相关规则的不同部件的集合，而细部在真实的建筑设计之前已经解决好。在表1中列举了一些工业化建筑体系的定义。

相比传统的现浇施工，工业化建筑体系的特征主要有以下5个方面：1)建筑设计标准化；2)部品生产工厂化；3)现场施工装配化；4)结构装修一体化；5)过程管理信息化[2]。在绿色建筑的背景下，通过建筑技术体系的创新发展工业化建筑体系是建设环境友好型的建筑产业结构，从根本上改变建筑业高能耗、高污染、低产出的现状的必由之路。2017年上半年，李克强总理在《政府工作报告》中明确要求推进建筑业改革发展，提高设计水平和工程质量。住房城乡建设部也要求提高行业创新能力，加大推行先进管理制度、建造方式及技术，从而推进传统建筑业生产方式的升级。这也与绿色建筑设计的要求相吻合，所以，这些政策也进一步推进了可持续建筑工业化的发展因素。

1.2 绿色建筑的定义及其运用原则

绿色建筑是指在全生命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。绿色建筑相关理念和技术主要由工业化建筑体系、智能技术、BIM 技术、太阳能能源技术和其他相关科学技术理念等[3]组成。遵循健康舒适以及环境保护的原则，将绿色设计理念应用在建筑设计中。同时有效利用可再生资源，减少资源的浪费。并且要关注建筑设计中所遵循的经济高效以及节能的原则，将建筑的整体性能提高，最大限度地减少非可持续能源的消耗。

表1 当代部分关于IBS的定义

随着人口的不断增长和对资源需求的不断增加，可持续发展正迅速成为这个时代的主题，美国建筑师协会(AIA)定义可持续为“社会继续在未来发挥作用的能力，这个能力不会因为该系统所依赖的关键资源的耗尽或超载而被迫降低”。1998年，英国学者约翰·埃尔金顿(John Elkington)提出“三重底线”理论[4]，虽然可持续建设的定义没有达成共识，但是可持续在建筑业的共识是通过较少的材料和能源以及产生更少的污染和浪费来生产建筑物(如图1)。

图1 三重底线(Triple bottom line)

2 绿色建筑背景下工业化建筑体系(IBS)的新方向

当代工业化建筑体系将集中于可持续发展作为新的综合性方向。对于可持续发展方向，提出一个概念模型来说明SIBS是一个新的趋势，并提出一些实用的建议。

2.1 绿色建筑下建筑工业化的要求：质量和经济

我国的工业化建筑发展之初，是适应我国工业化住宅建筑体系的，对我国住宅建设产生较大的影响。新世纪开始，建筑工业化的目标不仅是经济理想，还包括通过在设计、生产和制造中应用先进的技术来提升建筑质量和改善建筑品质，以及再生产大规模定制和工业化产品的个性化等。理想的工业化建筑体系有很多高品质的工业化产品单元，这也会减少建造过程中的程序和让它更简单和便于维护。这么做的结果是像其他工业那样拥有更好的质量和更低的成本。因此，工业化建筑产品完成的顺序尽可能简单并配备和结合更高级别的定制生产。

2.2 绿色建筑下建筑工业化的社会趋势

除了提供高质量和经济实惠的住宅外，如个性化、社会认同、群体参与等因素是当前在建筑业中需要考虑的问题。以往工业化建筑系统因为过度强调低成本和大规模生产而减少或者消除了对社会问题的关注，由此产生的问题已经成为许多工业化建筑系统中的挑战和基本问题。本文探索性地研究了如何运用工业化建筑系统及在这些建筑中加入个性化和群众参与等因素。工业化产品的一个良好的特性是给客户提供更好的方向和选择，它可以作为最重要和最合适的设施呈现，一个完整的产品意味着所有住户有权在接受产品之前去尝试。建筑的个性化意味着个体身份创造和凸显，所有的组成成员拥有符合各自期望和条件的个人空间。而先前建筑工业化阶段住宅户型缺乏灵活性和可变性，且选择空间有限，并且住户很难参与到工业化住宅的设计中来，这使得个性化的需求不能得到满足[5]。这些问题是先前建筑工业化阶段的最主要的弱点，同时也是这些年以来工业化建筑体系进入可持续工业化建筑体系的原因。通过其他行业的大规模生产创造出个性化，这里有4个指导方针：产品的灵活性、工具和设备的灵活性、多用途的框架和组合性。

2.3 绿色建筑下可持续工业化建筑体系的展望

建筑可持续性发展的认识和解读在这几年来发生了变化。起初的重点是强调能源的限制和减少它对自然环境的影响，在过去几十年，重点是建筑和建造的问题，比如：材料、建筑零部件、建造技术和能源。今天，大多数非技术问题都纳入考虑，经济问题和社会发展被提高到可持续发展的地位。优化所使用的建筑材料，使原材料的消耗量最小化且可回收，建筑工业化生产以最低的成本维护建筑是影响建筑工业实现可持续发展的因素。建设环境中可持续发展的一个最重要方向是适应社会、经济和社会条件，其重要特征之一是有效规划，促进适应性和可变性，为减少成本、保护和改善自然环境提供有价值的指引。

3 绿色建筑背景下可持续工业化建筑体系(SIBS)模型

3.1 绿色建筑背景下建筑工业化模型的提出

若依托质量增长理念，与环境相协调，更灵活、更好地设计和规划，工业化建筑体系可以实现可持续性的目标。根据当今的研究，IBS有很多特征是与可持续发展互相符合的，所以工业化是可持续发展的一个推动力。工业化建筑体系作为可持续建造的指南，可持续工业化建筑体系(SIBS)将包含其他的一些建筑特征。可以看到建筑工业化对个性化、社会认同等的关注。此外，经济、技术和工艺问题都被考虑。所以工业化方法是一种整体和全面的方法[6]。

可持续性工业化建筑的特征可以根据基本特征、互补特征和可行性特征3类来进行评估。基本特征通常以不同的程度存在于工业化系统之中，而且诸如减少废物降解的时间，优化消耗等的特征，可以通过工业化思想被看到。第2个特征，互补特征应当存在于这些建筑系统之中以取得可持续性。在互补特征的领域，提出了与可持续发展相关的主要优势。可行性特征可确保工业化系统能在建筑中应用。如果这些特征没有提出或者没有达到特定值，就没有办法应用，并且使用这些方法也是不合理的。SIBS是包括这3个主要特征的系统。

一般来说SIBS的特点与社会、经济、技术与工艺、环境4个目标相关。这4个目标包括加强财政和经济节约，减少对环境的影响和提高环境容纳量，提高社会效益和实用性，提高质量，优化建筑(如图2)。在这个模型中，所有的特征都可以归纳到经济、社会、环境、技术和工艺4个类别，而且这些类别存在于所有的级别中。这个模型通常表示工业化建筑系统应具有的特征以实现可持续性[7]。

图2 可持续工业化建筑体系模型(SIBS)

3.2 BIM技术在可持续建筑工业化体系中的运用

BIM来源于建筑全生命周期管理理念，是以三维数字技术为基础，将建筑在全生命周期内的产业链中的各个环节关联起来并集成为项目相关信息的数据模型[8]。由建筑部件组成的工业化建筑在某些方面十分适合BIM的运用，柱、梁、板、窗户、楼梯、阳台等构件在工业化建筑体系中被“零件化”了，所以工业化建筑是和传统制造业接近的一种建筑产品，并且符合制造业的管理方法。利用BIM在设计阶段进行精细化建模，拆分模型；利用BIM的模块化设计来制造出可重复利用的构件并建立自由组合的模块库；利用BIM技术的自动统计功能和加工图功能实现工厂的精细化生产；利用BIM技术实现现场吊装和施工模拟优化装配式施工。所以，采用BIM技术对可持续性工业化建筑体系的运作是十分契合的，在整个的设计流程中，对如建筑空间的优化、减少构件的错漏、减少构件搭接的碰撞、深化施工设计、施工吊装优化和仿真、项目建设成本控制等都有积极的作用。

运用BIM技术可以模拟项目的全生命模型，对建筑的外观、功能、施工和造价等信息进行考察，最大限度地，使用建筑地使能源的效率最大化。同时，BIM能保证从设计到工业化建筑部件生产信息的完备性与时效性。借助BIM的数据信息集中化储存处理的特点，保证建筑项目全生命周期的管理，使得项目各阶段的信息能准确、及时、有效地传递，保障工业化部件的精准生产。BIM技术使得建筑项目的信息在规划、设计、建造、运营维护甚至改造拆除的过程中能够共享，使得信息的损失最小(如图3)，为建筑全生命周期管理提供充分的支持[6]。

图3 可持续工业化建筑体系模型(SIBS)

4 结语

随着社会需求和经济要求的增加，建筑工业化在不同的时期以不同的状态呈现出来。本文通过相关研究，对工业化建筑体系的新定义和态度进行了论述，以提取包括经济社会在内的工业化建筑体系新动向和可持续的社会学方法。依靠提高质量、适应环境、增加灵活性、合理规划和优化理念，使IBS可以融入可持续建造定义的范围内。作为建筑工业化的最新的全面方向，基于它的3个不同层次的特征和4组目标，SIBS模型都呈现了出来，并提出了工业化建筑体系为实现可持续性而应该具有的特征。同时，将BIM技术运用于工业化建筑体系中，以辅助可持续工业化建筑体系的发展。伴随着我国工业化建筑体系的日益完善，建筑科学技术水平的不断提高，一定会建立起基于绿色建筑的可持续工业化建筑体系。

[1] 温宇.适应工业化建设的城市住宅建筑体系研究[D].西安：西安建筑科技大学,2005.

[2] 叶明.建筑产业现代化及其发展[C]//我国建筑工业化实践与经验文集.北京：中国建筑工业出版社，2017：1-9.

[3] 姜腾腾.绿色建筑背景下基于BIM技术的建筑工业化发展机制研究[J].土木建筑工程信息技术,2015(2):56-60.

[4] Wong K,Fan Q.Building information modelling(BIM)for sustainable building design[J].Facilities,2013,31(3/4):138-157.

[5] 兰显荣.适应居住者需求的工业化住宅设计初探[D].重庆：重庆大学,2016.

[6] Zabihi H,Habib F,Mirsaeedie L.Definitions,concepts and new directions in Industrialized Building Systems(IBS)[J].KSCE Journal of Civil Engineering,2013,17(6):1199-1205.

[7] 张超.基于BIM的装配式结构设计与建造关键技术研究[D].南京：东南大学,2016.

[8] 周文波,蒋剑,熊成.BIM技术在预制装配式住宅中的应用研究[J].施工技术,2012,41(22):72-74.

TheResearchontheEstablishmentofSustainableIndustrializedBuildingSystems(SIBS)ModelundertheBackgroundofGreenBuilding

ZHAO Hui，et al.

(SchoolofArchitecture&Design，ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130021，China)

In this paper，new definitions and attitudes are presented by comprehensive review of previous researches with an explanatory and analytical method to extract new directions in building industrialization.For sustainability direction，based on three different levels of its features and four groups of objectives，a conceptual model is presented to explain the Sustainable Industrialized Building Systems (SIBS) as a new trend and some practical suggestions have also been presented.Furthermore，the application of BIM technology in the whole life cycle management of industrial buildings has been discussed to help the development of sustainable industrialized building systems.

green building；sustainability；Industrialized Building Systems(IBS)；BIM(Building Information Modelling)

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.022

2017-03-20

赵晖(1967-)，男(汉)，长春，副教授 主要研究建筑设计及其理论、建筑技术。

TU201.5

A

1009-8984(2017)03-0092-05