BIM 技术在优化建筑可持续发展评估中的应用

杨 志（中国建筑第八工程局有限公司，海南 海口 570100）

环境问题与建筑业之间的关系已经被科学界所证实和确定[1]。在国内，95% 以上的建筑都属于高能耗建筑，建筑业的终端能耗已接近全社会能耗的 30%。建筑活动造成的污染约占全部污染的 34%，建筑垃圾占总垃圾的 40%[2-3]。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中提出对绿色规划、设计、施工标准的实行，并促进适用、经济、绿色、美观建筑的发展。可持续发展的概念在过去几年内被广泛地讨论与更新。1987年，《布伦特兰报告》将可持续发展定义为“既满足当代人的需要，同时又不能损害后代人满足其需要的能力的发展”[4]。随后两次联合国大会（1992 年巴西里约热内卢，2002 年约翰内斯堡）就是围绕着环境与可持续发展主题展开的，建立了可持续发展与建设的 3 个主要维度即环境维度、经济维度和社会文化维度，将可持续发展理念融入建筑的全寿命周期中。发展绿色建筑，已成为我国今后城乡建设和建筑发展的必然趋势，是贯彻执行可持续发展战略的重要手段[5]。

1 绿色建筑可持续发展

1.1 可持续发展基本原则

查尔斯·吉伯特在 1994 年佛罗里达举行的世界大会上首次提出了可持续发展的对策即创建和管理一个健康的建筑环境。该对策考虑到生态原则和资源的有效利用，为可持续发展的建设确定以下原则。减少资源损耗，最大限度地重复利用资源，使用可再生可循环的资源，保护自然环境，创建健康无毒的环境，在建造环境中追求质量。

建筑物对于环境的影响已经广为人知。一些公司提出了评估建筑可持续的方法，可用来评估与监控建筑性能，并收集相关信息，可用以支持工程师和设计师在项目不同阶段的决策。BSA（建筑可持续发展评估）方法的使用为设计团队提供了一个展现了他们设计的建筑对于周边环境、经济、社会效益的影响的机会[6]。

1.2 可持续发展评估概述

在过去 20 年内，世界各地的公司、组织以及政府当局相继提出了几种 BSA 方法[7]。有些方法已在全世界得到使用和发展，还有一些方法只适用于特定地区[6]。这些方法的共同特点就是评估建筑的部分特征，并将结果汇总成环境评级和可持续发展的评分。最早为人所知的 BSA 方法是 BREEAM（建筑研究机构环境评估）方法，可以追溯到 1990 年，由英国的建筑研究机构 BRE 提出。这种 BSA 方法与可持续建筑环境国际主题活动（iiSBE）和美国绿色建筑委员会（USGBC）开发的能源和环境设计指导（LEED）和绿色建筑评价系统（SBTool）一起，为全世界的其他 BSA 方法的提出提供了基础[7]。

2 建筑信息模型（BIM）

2.1 建筑信息模型概述

建筑工程正在变得越来越复杂。为了优化建筑工程， 相应的技术被推出。BIM 的出现使得传统 AEC（建筑、工程和建筑）行业迈向自动化和现代化，并且改变了当前项目建设的情况。由于它比传统的技术更加具有优势，在不同的国家有多个设计团队正在使用。此外，一些国家正在推广[8]。

BIM 技术可以被定义为一种关于制度策略、过程、构思方法的技术。其出现使得以数字化管理 3 D 图纸和其他项目数据成为可能。在项目整个建造周期内，数字模拟工程的实际施工、管理项目是一个整体的过程[9]。这种模式的改变不仅对建筑部门产生影响，而且有利于整个社会的发展。比如建设同样的建筑比以前消耗更少的材料、需要更少的人力和财力资源[7]。

BIM 的本质在于方便项目所有相关者在项目整个建造周期内共享信息，与混乱无序和缺乏信息共享的传统方法相比，其是井然有序的。BIM 既让项目每个利益相关者独立自主，又使他们始终围绕着一个核心行动。该模型包含所有与建筑相关的信息，即建筑设计和项目技术管理等方面的信息。这使得设计人员能够快速识别错误和不兼容之处，促进决策和优化成本。

当其应用于建筑项目时，这种方法会产生一个包含所有项目特征的虚拟模型（BIM 模型）。该模型采用面向目标的参数调制方法，利用参数描述目标之间的关系。为了创建虚拟模型，建议使用 BIM 平台—一种可生成具有多种用途的信息并创建和编辑 BIM 模型的软件。经过调制之后，BIM 模型可以应用于整个建筑生命周期的可视化、文档化、管理、成本规划、维护、运营、详细分析、物流、拆除等环节[8]。这些功能的实现大多需要附加的 BIM 工具—执行特定类型分析的不同的软件配合。这些工具与 BIM 平台之间的信息交换可以通过不同的方式进行。根据分析目标的不同，可以使用不同的 .fle 交换格式，如行业基准分类 （IFC）和绿色建筑 XML (gbXML)。对于一些 BIM 平台和工具来说，已经存在的链接即可用来连接它们。BIM 分析软件能够模拟绿色建筑的性能，而且模型携带大量信息，软件的计算能力强，更容易得到与评价指标相关的结果[10]。

2.2 建筑业可持续化与 BIM 应用

为了满足日益增长的对可持续建筑的需求，如降低能源消耗、项目成本、CO2排放量，缩短建设工期，减少垃圾废物的产生等，业内已研究出了多种方法。其中，BIM 是一种新兴的方法。通过将多学科信息相互叠加并组合成一个单一的模型，BIM 创造了一个绝佳的方式，将可持续的措施纳入项目的不同阶段。BIM 技术在建筑可持续性设计和建造过程中的应用，可实现降低能源消耗，从而实现对社会生活环境的保护[11]。

2018 年，Krygiel 和 Nies 列出了 BIM 的一些可用于改善项目的可持续发展水平的运用。构建取向，构建集合，日光分析，水回收利用率，可再生能源，能源模型，可持续材料。

BIM 技术提供的直接或者间接与可持续性有关的方法包括自动准确的材料清单和成本估算、减少资源的利用、建筑/解构/修复废物利用、项目修改的自动更新，促进精益施工技术的实施。

3 绿色建筑可持续化评估

目前国际建筑可持续工具（SBTool）被认为是所有 BSA 方法中用到的最全面、最具有灵活性的工具，可以根据每个地区的当地情况进行调整[6,8]。这一特点使得该工具可以用来比较不同国家建筑的可持续性。本文重点对 SBToolPT-H 方法进行分析。

SBToolPT-H 开发的目的在于创建一种通用方法，以评估现有的、更新的建筑的可持续性。除可持续评估之外，该方法还能支持项目早期阶段的设计团队的工作，提升建筑工程相关人员对采用可持续解决方案的效益的认识[6]。

3.1 建筑可持续化评估标准

在 SBToolPT-H 中，可持续发展的三个维度为环境、社会和经济。每个维度都定义了类别，而这又由一系列的可持续标准定义。

SBToolPT-H 总共有 25 个可持续发展标准。依据其重要性和可持续发展的优先次序把这些标准分为一个又一个序列。根据国家标准，每个可持续性标准都有不同的权重。每一个标准都有一个量化的“分数”来分类，这个分数来自两个基准相互比较，两个基准即最佳实行可持续发展和实行传统可持续发展。在权衡了所有的标准之后，对建筑进行了可持续分类[6]。

目前，使用 SBToolPT-H 方法对建筑物进行评估是有效的。但是这个过程既耗时又效率低下，因为它需要多组数据和对其进行运算，主要是一个基于人机交互的过程。通常在设计阶段，SBToolPT-H 难以使用。此外，设计团队对于提高其设计的可持续性标准无能为力，因为任何设计的修正只是重复整个评估过程。

3.2 BIM 技术在绿色建筑可持续评估中的应用

运用 BIM 可以使建筑合理化和减少使用 SBToolPT-H 完成评估所需的时间。当引入不同的可持续措施时，BIM 可以为设计师提供更快的数据评估和建筑整体分析方面的支持。引入 SBToolPT-H 将减少完成评估所需的时间并有助于将 BIM 工作流程进行整合。这将促进建筑的向着低耗能方面发展，从而有助于创造一个更可持续的建筑环境。SBToolPT-H 的类别如表 1 所示，标准的数量与性质如表 2 所示。

表1 SBToolPT—H 的类别

表2 SBToolPT—H 的评估标准

续表

4 结 语

在 AEC 行业中使用 BIM 技术是优化建筑性能并减少对环境影响的必不可少途径。为了建设更好的可持续建筑，重要的是要建立整合和在 BIM 环境中自动执行 BSA 方法。 如果项目团队能够在项目的早期阶段识别并比较不同的可持续设计方案，就无须花费太多时间、金钱和其他资源。

随着 SBTool-BIM 的发展，其主要的贡献是提高建筑的可持续性水平。这是一种基于 BIM 的方法。BIM 整合的好处和使用 BSA 方法的好处都可以通过项目和公司实现的。通过将 BSA 整合，可持续发展评估将与所有其他项目规程，帮助涉众实现信息共享。在项目的早期阶段，设计师将能够评估他们的建筑可持续性。通过支持设计师的决策，可以在较短的时间内引入可持续的措施，并与较低的成本和资源消耗相比较。