基于BIM的绿色建筑全寿命周期成本管理

罗甜湉 张东林 刘月君 季凡杰 黄凤玲 莫盛杰

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.秦皇岛广建工程项目管理有限公司，河北 秦皇岛066000)

0 引 言

我国建筑业每年能源消耗占比巨大[1]，为响应国家推行的绿色环保理念，建筑业也愈加重视绿色建筑的建设，以实现节能环保的目的.国内一直在推广BIM技术，它可以通过三维数字技术模拟建筑物的真实信息，实现设计之间的集成交流[2].绿色建筑是在建筑全寿命周期内，为应对全球气候变化、资源和能源短缺等问题，最大限度地利用能源、提高能源效率，建设高品质建筑以实现人与自然和谐相处.而绿色建筑的设计和评价与BIM技术结合起来更加精确高效.

1 相关概念

典型的BIM应用已经从3D(几何信息)发展到4D(时间/进度信息)、5D(成本信息)、6D(能耗信息)到nD(多维)[3].BIM技术利用已建立的BIM模型，提高设计质量、减少设计误差、获取和分析工程造价数据，为整个建筑过程提供技术援助，为项目参与者提供BIM平台，以有效地提高效率，在整个生命周期内，建筑能达到成本低、质量高、安全、高效的目的，并实现责任的可追溯性.

绿色建筑不仅包括前期策划、设计、施工阶段的绿色要求，还包括建筑运营的可持续性使用以及寿命结束时对建筑的拆除和材料的回收.利用BIM 5D、iTWO等软件，实现对绿色建筑的整个实施阶段的管理，包括3D模型、数据库、时间进度、成本管理等方面，能优化工期，控制施工及运营成本.

2 绿色建筑中项目成本管理存在的问题

关于绿色建筑的成本，有学者研究认为，其全寿命周期成本与传统建筑成本不同，要从更高的层次、全要素角度进行成本分析，并要考虑外在的、隐形的、不可量化的成本[4].

2.1 实际投资与计划目标偏离

绿色建筑的建设过程中，由于它的高要求高标准，在建设过程中往往会让成本超出预算，主要是需要使用耐久性好、易维护、可循环利用的材料，这些材料比较昂贵，并且有些需要特别的储存方式，造价自然会上涨.建设方需要遵守绿色建筑的保护环境这一原则，这也会增加比普通建筑更多的成本.

2.2 项目各参与方的协调性差

项目的各参与方或利益相关方因为信息交流不够准确、变更信息不及时，会造成一些不必要的成本增加.特别是绿色建筑的标准复杂繁多，因为交流的不准确也会造成建设额外支出.

3 应用BIM的绿色建筑的成本管理

现如今这个加快推进信息化的社会，将项目成本管理和数据信息结合起来，能解决目前成本管理所存在的许多问题.在全球倡导的节能减排口号的呼吁下，绿色建筑应运而生[5]，面对全球变暖、生态环境变差等等的问题，人类应该大力推动绿色建筑的进程.在建筑行业的发展中，应该加强对绿色建筑的管理.

绿色建筑的建设阶段，成本大于普通建筑，而在绿色建筑的后期运营维护阶段，其成本是远远低于普通建筑的，也就是说从短期看来绿色建筑投入过大，但是以长期可持续的角度来看，它的总投入并不比普通建筑高，甚至是更低的[6].

3.1 绿色建筑标准

绿色建筑评级工具是用来评估建筑物的环境可持续性，目的是在建筑物的建造、管理和运营阶段减少能源消耗和对环境的影响.将绿色建筑的评级和BIM结合起来显然更加的直观便捷高效.

自2015年1月1月起，《绿色建筑评价标准》正式实施，是可持续发展在建筑中的具体体现，是建筑全寿命过程实现绿色设计、绿色建造、绿色运营维护的导向[7].

《绿色建筑评价标准》有七项评分指标，示意表如表1：

表1 《绿色建筑评价标准》评价指标

以上七类指标的评分项得分经加权计算后与加分项得分之和为总分.“居住建筑/公共建筑”和“设计阶段/运行阶段”的权重各不相同.一星级、二星级、三星级分别对应分数是50分、60分、80分.

BIM有几种标准，其中gbXML(green building XML)就是专属于绿色建筑评价的标准格式.在选择gbXML作为BIM模型数据交换的标准时，应采用以下(图1)流程[8]：

图1 评估建筑绿色建筑等级的流程

根据《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014对结果进行评分.利用BIM相关的分析软件也能分析建筑是否符合绿色建筑标准，比如CadnaA软件可以分析建筑周边的噪声污染情况，DProfiler软件可以分析自然采光的情况等等.显然，基于BIM的绿色建筑评价是高效并且较为准确的.

由于前期建设成本是完全可控的，可以利用BIM控制成本的支出.在设计阶段，用BIM构建相关模型并且利用gbXML标准检查其绿色建筑是否符合相关标准，若符合相关的绿色建筑标准，即可导出各工程量，根据当地的计价定额等标准可得出该工程的预算成本.并且在设计阶段根据分析结果还可以进行设计的修改，减少一些可以避免的能源的消耗和成本的支出等.在建设施工阶段，对于成本的管理则需要更加严格，项目经理等管理人员严密监管，以避免不必要的支出.计划成本应该分时间段(月度或者季度)记录，和实际成本进行实时比较，及时调整其偏差，减少损失.

3.2 绿色建筑全寿命周期成本管理的控制策略

3.2.1 绿色建筑设计目标

控制绿色建筑设计目标的明确性、合理性和及时性.由开发商、设计师、承包商、物管人员控制.明确目标的准确性，需要减少投资绿色建筑带来的资金和时间风险的不确定性；对于合理性，需要考虑以下几点：(1)充分考虑绿色建筑建设和运营情况，确定设计目标；(2)与项目有关的各类人员，从一开始就介入设计过程，建立好BIM数据交流平台；(3)尽可能将利益相关者结合到目标设计过程中，通过BIM平台对项目进行查看.在理想情况下，在设计方案招标以前就应该确定好绿色建筑设计的目标[9].

3.2.2 绿色建筑预算

建立全寿命周期的成本模型，在满足绿色建筑目标的前提下，合理分配预算，控制绿色建筑的技术、设备，避免预算偏高.为保证预算满足未来绿色建筑计划的要求，运用价值工程原理，从功能和成本两个角度综合考虑和评价预算情况.

3.2.3 招标文件和合同

尽早确定绿色建筑设计目标，在招标文件和合同中清楚地描述绿色建筑的目标要求，减少因为合同变更导致的成本支出.清楚地描述绿色建筑的目标范围，选择具有绿色建筑相关经验的设计师和承包商，设计师团队要精通BIM技术，这样更能高效地进行控制，避免因为人员的不熟练导致的成本损耗.

3.2.4 项目团队建设

选择积极主动的项目经理，对决策和管理有促进的作用，并且要对BIM的使用非常熟悉，对设计方给出的模型能完美的组织调度.设计师和承包商都需要具备绿色建筑和BIM的相关经验和知识，可以准确地对建筑进行设计、建设和管理.团队要保证一体化设计的原则，提前规划好从设计阶段直到运营阶段，这样更能顺利进行绿色建筑的全寿命周期的管理，为全寿命周期成本管理提供了保证.

4 案 例

选取江苏南京某体校图文信息中心为例，主体为7层，房屋高度为32m，属于框架结构，建筑面积大约6300 m2.运用能源分析软件Ecotect对建筑进行保温、日照和采光等模拟分析，并根据结果对绿色建筑结构进行优化，减少成本的支出.在Ecotect软件中创建的简易建筑模型如图2.

图2 建筑3D图

利用Ecotect中的气象分析工具(Weatool)进行模拟分析.导入南京当地的气象资料，并选择一年中最冷和最热的月份，得出建筑的最佳朝向如图3.粗实线箭头指向为南京地区的最佳建筑朝向：南偏西17.5°.最佳建筑朝向可以让建筑物在白天获得最好的日照、冬季获得最充足的阳光，减少建筑物使用时产生的光照、采暖能耗，在建筑的使用阶段降低了大量的使用成本.

图3 最佳建筑朝向

人体的热舒适度是由空气湿度、相对湿度、气流速度与平均辐射温度这几个因素决定的，图4计算分析出了对人体来说最舒适的一个区域.它准确的提供了几种被动式策略来改善热舒适型范围.图中的粗实线框就是最舒适区域，这些根据焓湿图得到的最舒适的区域符合绿色建筑的需求.如果控制室内温度、湿度达到一个适合的区域，就能在湿热的夏天使得室内减少空调的使用，从而减少电的使用，并且能减少二氧化碳的排放.这是节能与能源利用指标里的一个节点，控制好这一节点，使得绿色建筑达到合格及以上的分数.这可以节约使用阶段的成本.

图4 焓湿图

评估立项阶段：通过BIM技术模拟土地周边情况，评估项目的可行性；应用相关BIM软件建立初期模型，把利于关系的人全部拉到模型中征求广泛的意见，对项目以实际评估的各个方案的成本、时间和可持续发展等要素进行较为准确的初步评估，保证项目的顺利进行.

项目准备阶段：BIM可以有效划分责任分区、帮助利益分配变化，对控制成本有极大帮助；在投融资环节帮助利益关系人了解资金结构，有利于各股权人控制资金的流向；在仔细勘察环节通过模拟上文所述的地形气象等数据，增强勘察的准确率，有利于控制成本.

项目实施阶段：主要应用在设计阶段和实施阶段，BIM技术在设计环节模拟好绿色节能的方案，可以有效减少工程变更，减少成本的额外支出；实施阶段指导施工，随时监控建筑的建设情况，及时纠正进度偏差，指导专业技术施工，减少不必要的成本损耗.在对管道综合的应用中，BIM技术指导施工，使得施工过程减少很多不必要的施工工序，额外增加人工和材料费.在施工过程中需要保证绿色施工，利用BIM对环境的噪声、空气情况等进行实时监控，在保证不对环境造成负担的情况下控制好成本.

运维阶段：当BIM应用达到一定精度时，便可进行建筑的运维管理.通过对建筑内能源消耗的监控，监测是否有设备损坏，及时作出措施，防止出现更多的成本损耗；在建筑的使用阶段利用BIM监控能源的消耗量，在光照充足的情况下提醒使用者，尽量使用自然光减少能源的消耗并控制使用成本.建筑里的隐蔽工程信息提前保存在BIM模型中，当改建或二次装修时可避开现有隐蔽工程位置，为维修、更换设备和定位提供便利.还可对建筑运营期间的安保、设备等进行管理，实现真正的数字化建筑.

5 结 语

经过分析，可以得出比起传统的成本管理，基于BIM的全寿命周期成本管理更能高效而准确的完成这个过程[10].住建部正在大力推广BIM这个新兴信息技术，它的应用让绿色建筑的成本管理更加方便有效和直观，相信在高速发展的信息化智能化的今天，BIM技术能够和绿色建筑有效结合起来，为全球绿色可持续发展提供更加高效、准确、经济的方案.