BIM技术在绿色建筑中的应用研究

万圆

（南京审计大学）

1 引言

近年来，随着我国经济的快速崛起，建筑行业也随之迅猛发展，因而，能源消耗量显著增加，建筑业的能源消耗总量已从1970年末的10%增加至2015年末的33%。为了解决建筑业能耗过大的问题，实现可持续发展，我国致力于推进绿色建筑的发展。绿色建筑的兴起是大势所趋,建设项目全生命周期的节能环保是绿色建筑的追求目标。然而随着工程项目参与单位逐渐增多、建筑体量逐渐庞大，传统技术手段失去其优势，难以满足如今的市场需求。与此同时，现有技术也无法满足建筑全生命周期中信息的准确传递。

但BIM技术的出现，为解决上述难题带来了希望。相比传统二维模式下的CAD技术，BIM三维技术的出现是建筑行业的一次史无前例的革命。BIM能够解决传统建筑建设过程中存在的一系列技术问题，如信息传递的断层、各专业间协同性差、建模工作量大且重复量多等。

因此，通过对绿色建筑在项目建设生命周期中存在的一系列问题进行研究，结合BIM的原理及功能，将绿色建筑与BIM技术进行有机的结合，分析BIM技术在绿色建筑中的应用，并提出相关建议。

2 BIM技术与绿色建筑界定

2.1 BIM技术

建筑信息模型（Building Information Modeling）是一个包含了建筑全生命周期中所有信息的数字模型，通过立体的建模方式，建立三维模型，使建设过程更直观，实现建筑过程的动态化及各阶段数据信息的共享，对工程全生命周期中各种需求进行调和。

确切地说，BIM是先运用各类数字模型及参数的输入，对工程设计施工建造管理物理或功能性进行数字表达，再将其与工程管理全生命周期中的各个环节分享，在不同的阶段，不同的参与者，不同的专业之间，选用不同的数据信息，做到协同作业，并且上一个阶段的成果作为下一阶段的前提不断导入和更新、共享和传递，从而使得信息在项目策划、实施和维护过程中的利用率达到最大化，为建设过程中的决策提供有效的方法和可靠的保证，让设计单位、施工单位及运营单位的技术工作人员在应对突发情况时能够及时沟通，作出正确的判断并合理解决，避免发生不必要的事故和财产损失，做到建设成本的控制和生产效率的提高。

2.2 绿色建筑

绿色建筑在提倡可持续发展的今天具有重要的意义，它是可持续发展理念的具体实践，是建筑行业未来的发展方向。由于世界各地经济发展水平、价值观念以及技术水平存在着差异，当今并没有绿色建筑明确而统一的定义。当前在我国受到普遍认可的绿色建筑的定义出自《绿色建筑评价》，定义指出：绿色建筑是指在建筑的全生命周期内，最大限度的节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，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。绿色建筑应当在环境友好以及合理利用各项资源的基础上进行。

从定义中就可看出，绿色建筑与传统建筑之间存在着明显的差异：

①绿色建筑在建筑建设的全生命周期（即从工程项目的勘察设计阶段到具体施工阶段，再到项目后期的运营维护阶段，一直到最终的拆除阶段的全过程）中均提倡贯彻落实可持续发展的观念，在建设过程中运用先进的绿色技术，相比于传统建筑而言，大大降低了建筑建设过程中的能耗；

②绿色建筑在建设过程中充分利用自然资源，比如光照、风向等，注重工程项目周围的生态系统，因此,绿色建筑不存在明确的建筑模式，与封闭的传统建筑布局相比，绿色建筑更多的是采用开放性的布局。

③绿色建筑提倡因地制宜、就地取材，因此，在满足人们对可持续建筑设计的各类要求的基础之上，还能够不影响自然生态系统的有序发展，从而节约各类资源，保护自然环境。

3 BIM技术在绿色建筑中的应用分析

在住建部编制的“十二五”建筑业蓝图中，重点提出要不断加强BIM协同工作技术的应用，进一步强化建筑信息模型中信息的作用，为建筑工程项目中各项信息数据的采集打好夯实的基础，建立起三维建筑模型，利用得到的虚拟数字信息，通过计算机软件仿真模拟出具体建筑物所具备的实体信息。

在国务院印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》中明确要求：“到2020年，城镇绿色建筑建设面积占新建建筑面积比重超过50%”。

根据美国Mc Graw-Hill公司在2010年所作的有关BIM的市场调研报告显示，BIM技术以及绿色建筑已经成为美国建筑业中两个最重要的发展方向。BIM在绿色建筑中得以应用最主要的推动力是业主的要求，除此之外，通过对工程项目综合价值的考察，可以预见的是，在未来的建筑行业中，绿色建筑将占据更加重要的地位，其比例将不断增长。

虽然绿色建筑及BIM技术在我国近些年才逐渐发展起来，然而随着当今资源与环境问题日益加剧，推动建筑行业中节能环保的发展，重视绿色建筑在现实中的应用，实现保护自然环境、节能减排的目标已是大势所趋，绿色建筑已然成为我国建筑业未来最主要的发展方向。

4 BIM技术在绿色建筑中的优势分析

在绿色建筑建设的生命周期中，合理利用BIM技术，存在着大量的优势。由于BIM注重建筑全生命期的概念，因此能够将项目从开始到完工阶段所有相关信息传输到BIM模型中，以保证建筑模型中建筑信息的完整性，同时还能够保证其准确性。因此，在传统的绿色建筑中存在的信息繁杂以及传递率低等问题，通过BIM技术都能够得到有效的解决。BIM模型中包含着绿色建筑的设计信息、施工过程中使用的材料品种规格、属性以及材料设备的厂家等所有信息。为了使业主更加全面的了解工程建设中的各类信息，BIM能够将完整无误的信息传递到工程运营阶段，从而进行科学节能的运营管理。

4.1 BIM技术在绿色建筑设计阶段的优势

1）人员协同设计

绿色建筑涉及很多学科，如建筑学、能源学、材料学、土地规划学、设备工程学、人文社科学、生态学等，设计过程也贯穿了工程项目的多个阶段，因此，在绿色建筑设计过程之间，需要业主、建筑设计师、结构师、给水工程师、暖通工程师、电气工程师、管网设计师等各专业人员的积极参与、配合以及沟通，从而能使项目各部门人员在项目中能够坚持统一的绿色可持续理念，注重建筑物内外系统间的关系。

通过使用BIM 软件，能够随时对项目设计方案的更改进行跟踪，提高各部门在项目全过程中的参与度，并且能够关注到各个专业之间的相互联系，例如，在绿色建筑中安装新型节能窗，相比于常规的窗户，这种窗户在冬天具有更加优越的保温性能，在夏天遮阳通风等功能也很好，那么在安装了这种窗户的建筑中，就需要与设备专业进行沟通，减少空调设备的安装，以降低电的消耗量，节约能源。

利用BIM技术协同设计的优势，能够很好地增强各参与方对绿色建筑的了解，从而解决建设项目咨询团队和设计师、结构师等各参与人员之间沟通的问题，同时，使得工程建设项目各参与方能够随时地跟进了解项目，从而建造出更好的绿色建筑。

2）建筑性能分析对比

在以往，要想进行绿色建筑的性能分析模拟，需要使用相关的性能分析软件，而这些软件只能由专业人员进行操作，并且软件中所有的数据都必须进行手工输入，工作量巨大。如果需要使用多种不同的性能分析软件，由于数据信息不能共享，就需要进行再次建模来分析数据；当设计发生变更时，需要进行数据的重新录入比对以及重新建立模型，出现大量重复劳动，耗费人力物力，正是由于这些原因，在传统的模式下，绿色建筑设计阶段的性能模拟大多是象征性的工作，并未落到实处。

然而，在BIM技术的协助下，这个难题便能够迎刃而解。这是因为在建筑师的设计过程中，所有的设计信息都已经包含在BIM模型中，包括了建筑的几何信息、材料性能、构建属性等等。因而，在性能模拟时无须重新建立模型，只需要将BIM软件转换格式到性能分析所需要用的数据格式上，就能很快地得到想要的性能分析结果，减少建筑性能分析对比所耗费的时间。

此外，运用BIM技术对建筑场地的环境气候等进行分析模拟，能够让建筑师在场地设计时更加理性和科学，从而能够设计出可持续的绿色建筑，能够与周围的环境和谐共生。在对多个方案进行比对时，通过BIM软件建立体量模型，进而对不同建筑体量进行能耗的模拟，对建筑场地风环境、声环境、日照、人流量等性能进行模拟分析，最终选定最优方案；在初步设计阶段，再次利用性能模拟来深化最优方案，从而能够实现绿色建筑的设计目的。

4.2 BIM在绿色建筑施工阶段的优势

1）施工模拟以及可视化

在绿色建筑建设项目施工阶段，通过BIM技术，进行施工模拟，能够在可视化的条件下，检测各部门的工作间是否存在冲突摩擦以及重合，能够更加方便快捷地看到下一道工序按原定计划进行可能会造成的过错，以及因为这些过错而导致的损失或者延期。还能够通过BIM对施工现场布置、人员配置等进行优化，从可视化的角度对工程项目施工过程进行指导。

2）碰撞检查

通过BIM软件，能够对参建各专业的信息模型进行提前的碰撞检查，包括安装各专业之间及安装工程和结构工程之间。对查找出的碰撞点的施工过程进行模拟，在三维模式下观看施工过程，从而使得技术人员能够更加直观便捷地了解碰撞产生的具体原因，并制定相应的解决方案。

3）施工进度管理

充分利用BIM的可视化手段，可以将BIM软件中的模型信息和进度计划相关联，对处于关键路线的工程项目施工计划以及施工的过程进行仿真模拟，对非关键路线的重要工作进行提前检查，对有可能会存在的一些影响因素提前做好防范工作。还可以对通过BIM软件模拟之后的信息和当前已完工的工程进行比对，更加及时高效地发现施工过程中存在的错误。合理有效地分配项目施工过程中需要的各类施工设施，合理调度各项资源，以此保证施工现场的进度能够正常推进。

4）节约资源

①节约土地资源。在对整个施工场地充分调研之后，在BIM技术的协助下，需要对施工场地进行模拟布置，使得现场施工的便利程度大大增加，提高场地布置的容纳空间，从而能够提高建筑用地的利用效率。

②节约水资源。利用BIM技术，对现场各部门以及各种施工设备等的用水量进行仿真模拟，统计设备的正常水资源使用量及其损耗，对施工用水量进行控制。并且，对现场各部门以及各种施工设备的用水量进行汇总，在BIM技术的协助下，对施工现场的施工用水以及给排水情况进行技术协调，避免造成水资源的浪费。

③节约材料。通过对施工方案的设计深化、碰撞检查以及三维可视交底、虚拟建造、工程量统计等，能够保证在工程施工过程中建筑材料供应量在合理范围之内（限额领料），并且能在使用过程中进行跟踪控制，以此减少由于设计、协调等各方面原因造成的材料浪费或者工程返工等，从而达到节约建材的目标。

④节约能源。通过BIM技术，能够对能源进行优化使用。我们在建立3D模型时，设置了许多的能源控制参数，在工程项目实际施工之前，对施工过程中可能会出现的关键功能现象以及物理现象进行数字化探索，从而对参建各部门的能源使用进行优化分析，进而有效降低能源的消耗量。

4.3 BIM在绿色建筑竣工决算阶段的优势

对工程竣工结算相关资料的完整性和准确性的审查是一个庞大的工程。

建设工程项目往往有规模大、周期长的特点，因此不可避免地会出现大量的设计变更、现场签证以及相关的法律法规政策的变化问题，这样产生的工程资料十分繁多，更关键大多资料是以纸质形式保存，这就直接导致工程竣工资料审核的任务十分艰巨。况且在建筑业相关专业人员的流动性大，在交接过程中信息容易混乱、易流失，大大降低了工程竣工结算工作实施的效率。

此外工程量的审查通常由于存在缺少高效的工具，存在着审查耗时长、工作量大、效率低下等问题，在核对工程量的过程中，经常因为甲乙双方计算方法上的区别，导致工程量的核对工作进展迟缓，甚至因为主观因素最终导致工程量的失真。

单价合同中，针对单价的审查主要以投标报价中的综合单价为基础，同时根据招投标文件、合同中的相应价格条款，对单价在允许变动范围的进行调整，并最终以调整后的单价进入竣工结算。而费用的审查重点是判断取费依据是否符合国家现行法律法规的规定以及相关的费用调整是否符合合同约定。但调整费用的相关政策文件具有很强的时效性，这就需要及时的更新掌握全面的相关法律法规以及政策资料。这些都将给工程竣工结算带来很大的麻烦。

目前，国内外已经有许多基于BIM技术的算量软件，如广联达、鲁班等。这些软件在工程项目竣工结算阶段中已有较多运用。在整个工程造价管理的过程中，BIM 模型数据库是不断更新、修改完善的，与模型有关的合同、设计变更、施工管理、材料管理等相关信息也随着相应的变化录入更新，这样到竣工结算阶段时，其信息量已经足以表达竣工工程的整个实体。所以运用BIM技术的工程能够极大地缩短结算审查前期准备工作的时间，最终提高结算工程的质量与效率。

5 BIM技术在绿色建筑中的应用障碍分析

在绿色建筑中使用BIM技术在我国仍然处于起步阶段，因而BIM技术在我国绿色建筑行业的应用有以下障碍：

1）BIM技术发展大环境仍不够成熟

与西方发达国家相比，我国目前的建筑行业缺少相对完善的BIM技术应用标准，再加上在业内，BIM的法律责任界限不够清晰，因而，在建筑业领域大力推广BIM技术应用的环境还不成熟。许多业内专家认为，现阶段，我国推广BIM技术亟待突破的障碍是现存的行业制度、国内建筑业标准、规范间存在的差异。

2）缺少BIM技术在绿色建筑选材方面的运用

现有的实践中，大多数是利用BIM技术进行能耗、采光方面的分析，从而对设计方案进行优化，但很少将BIM用于建筑选材方面，现有的选材软件大多都是专门的工具式软件，很少能与BIM技术结合进行使用。

3）BIM在运用过程中，各阶段缺少合理有效的集成化管理

BIM贯穿工程项目全生命周期，不仅让项目实现了可视化，而且对项目前期设计、中期建造、后期运营的集成化具有深远意义。但BIM在国内的应用仍处于一个转型的阶段，相比于很多非BIM版本的绿色软件来说，BIM的应用费用高昂、应用软件相对来说培训难度大、建模较困难，在短期内工作效率低下。这些因素使得BIM在绿色建筑中的推广十分困难。

4）项目应用类型的局限性

当前BIM技术主要运用在大型复杂的绿色建筑项目中，而在运营维护类工程或改建项目中却极少运用BIM技术。但如果将BIM技术应用到运营维护类工程中，能够减少项目能源消耗，节约资金，在市场中取得优势。

6 解决措施

针对BIM技术在绿色建筑中应用的障碍，有以下解决措施：

①完善我国建筑行业制度、国内建筑业标准、规范，建立规范的BIM技术应用标准；完善相关法律法规，明确BIM的法律责任界限。

②将BIM技术应用于建筑选材中。BIM技术拥有准确、完备的信息库，能够记载建设过程中建筑所使用的材料属性和能耗情况。利用BIM技术进行选材，对材料的属性等进行分析，选取能耗较低的可循环利用的材料，从而节约能源，降低建设成本。

③研发出更加适用于我国建筑行业的操作性、实用性强的BIM软件，提高BIM软件的界面友好性，降低BIM软件应用费用；建立不同软件间的数据传输标准，以便与BIM间进行数据传输，提高工作效率。

④扩大BIM技术的应用范围，除了大型复杂项目外，将BIM技术应用到更多工程项目中去。