BIM技术在绿色建筑领域中的应用

王奕翔

（哈尔滨工业大学）

1 引言

绿色建筑具有低能耗、低污染的优点，完美符合未来发展的趋势，逐渐受到学者与国家的关注，已经成为我国建筑行业的主要发展方向。但在绿色建筑施工过程中，传统的建筑施工和管理技术无法满足现代化建设的需求。建设系统实施新技术和新理念，缩短施工时间，提高工程性能和质量已经成为迫在眉睫的问题。在“互联网+”时代，建筑业能否重视策划、设计以及施工数据，形成数据的整合与再利用；能否打破数据壁垒，实现行业的健全发展、企业的高效运行……这些问题的解决都需要建筑策划过程中对大数据技术的创新利用[1]。

BIM 技术的广泛运用，为上述问题提供了解决方案。BIM 技术是一种信息模型技术，作用是结合建筑工程图纸生成三维建模，将工程项目可视化[2]，通过BIM技术构造的三维模型可以直观反映建筑工程中的所有构件信息及相关参数，同时可以动态演示施工过程，直观地将工程信息和过程参数传递给管理人员，增强了对工程的总体掌握能力，提高了管理效率[3]。运用BIM 技术进行工程管理为传统建筑行业的转型提供了突破口[4]。2018年以来各地纷纷出台了落地政策，接近80%的省市自治区发布了省级BIM专项政策。2019年3月7日住房城乡建设部发布《关于印发2019年部机关及直属单位培训计划的通知》，将BIM 技术列入面向从领导干部到设计院、施工单位人员、监理等不同人员的培训内容“。十四五”规划中，提出要加快推进BIM技术在工程全寿命期的集成应用，要求推进BIM 与现有技术融通联动，提高信息化监管能力。

本文主要论述绿色建筑发展过程中面临的问题及BIM技术为解决问题提供的对策，阐明BIM技术对于绿色建筑发展的重要性和必要性。此外还会基于现阶段取得的成果，总结出BIM 技术在绿色建筑领域发展的规律，尝试判断将来的发展趋势，为下一阶段的研究方向提供建议。

2 绿色建筑领域发展中存在的一些问题

2.1 绿色建筑概述

绿色建筑的目的是使建筑达到“四节一环保”的使用标准，节约资源、保护环境、减少污染、同时为使用者提供高质量的使用空间，引导城市向低碳、环保的方向可持续地发展，在城市建设发展的同时兼顾人与自然的和谐共生。

我国绿色建筑虽然起步晚，但发展迅速，已基本形成了目标清晰、政策配套、标准完善、管理到位的体系[5]。20 世纪80年代，传统建筑业的巨大资源消耗成为迫在眉睫的问题，绿色建筑的概念开始在我国建筑领域占据一席之地，关于相关技术的研究以及评估标准的建立被提上日程，建筑节能工作在全国范围内展开。2006年，住房和城乡建设部出台了《绿色建筑评价标准》，为绿色建筑提供了首个具有权威性的评估标准；之后的《绿色建筑评价技术细则》和《绿色建筑评价标识管理办法》，逐步完善了绿色建筑评价体系。2020年，住建部、发改委等多部门共同发布的《绿色建筑创建行动方案》中提出目标：到2022年，当年城镇新建建筑中绿色建筑面积占比达到70%，为绿色建筑的全面推广吹响了号角[6]。

2.2 绿色建筑领域面临的问题

2.2.1 成本因素

《大数据在绿色建筑领域的探索与应用》一文，对阻碍我国绿色建筑发展的原因一一进行分析，然后运用层次分析法找出主要原因，最终得出结论：消费支出是制约绿色建筑发展的关键因素[5]。绿色建筑由于建设成本大幅度增加使投资者望而却步，而对成本增加最大的影响因素是绿色技术和绿色建材，解决这一问题需要在设计阶段通过平面形状、建筑物的尺寸、层高与层数、材料的选择、窗墙面积比、使用面积系数、结构类型等方面控制成本，合理使用绿色技术，避免重复使用效果类似或成本高昂的技术。

2.2.2 数据处理因素

在传统建筑领域，对绿色建筑各项指标的测评需要通过现场测试来收集参数，之后通过计算机进行模拟。但是由于建筑是多领域、多周期的，现在不同领域间和不同周期间的信息交流不完善，导致很多现有数据不准确，难以直观反映出不规则的空间位置关系。且绿色建筑运行效果受居住者使用习惯及气候条件等因素影响较大，某些影响因素无法取得有意义的测量值。

2.2.3 运行管理因素

传统建筑技术也对建筑过程缺乏有效的管理。计算机模拟技术虽然在一定程度上指导设计，但由于模型设计过程中，传统建筑方法难以提供准确有效的参数，使得建筑实际运行效果往往与设计差距较大。

2.2.4 信息反馈因素

绿色建筑在实际投入使用后，维护和监控往往会取得海量的数据，但是由于自动化技术水平有限，信息共享不及时，导致许多数据无法被及时解析，大大降低了系统的使用效率；伴随着绿色建筑理念的实际应用，以上问题逐渐浮出水面，成为阻碍绿色建筑进一步深化发展的障碍。如何系统高效地分析、处理这些大数据，并揭开表象看到其中蕴含的规律，是建筑行业亟需思考的问题。

3 利用BIM 技术解决绿色建筑发展中的困境

3.1 BIM技术的优势

随着科技的发展，BIM 技术的发展与广泛应用成为处理海量数据的可行手段之一，为上述问题提供了突破点，成为绿色建筑发展的转折点。

BIM 操作简单、快速、高效，可以协助建筑过程的中心项目进行技术管理，并提供比传统的2D设计更直观、准确的设计。在超高层建筑物中应用深层埋设BIM 设计可以有效缩短建筑周期，为多个设计和建设链接提供可靠的基础。

步入高速发展时代，建筑在运行过程中的每一项参数都有值得研究的价值。BIM技术可以收集和存储绿色建筑运行过程中产生的大数据，并对这些数据深入挖掘，分析研究，得到数据内部潜在的规律，将其应用到绿色建筑的进一步发展中。相比于传统建筑业，BIM技术拥有巨大的信息优势，在绿色建筑领域能耗预测、优化设计、能源调度等方面提供了新的方法与思路，为提高能源使用效率和用户体验做出了巨大的贡献[7]，并将持续为绿色建筑的深化发展增加可能性。

3.2 利用BIM技术解决绿色建筑面临的问题

3.2.1 降低绿色建筑的建设成本

通过引入BIM 模型，可以及时为设计方案进行查漏补缺，对方案进行有效的调整优化。在设计过程中，BIM模型可以让抽象的数据直观体现出来，更容易发现问题，也方便修改，从而避免频繁更改设计导致的材料浪费。BIM 模型具有准确、直观的高层建筑技术对照和数据验证优点。通过相应的模型和软件，可以在短时间内完成有效的计算[8]。

《BIM技术在绿色建筑运营阶段的效益分析》一文从国民经济角度出发，结合费用效益分析BIM 技术需投入的费用指标和产出的效益指标，确定了BIM技术应用于绿色建筑运营阶段的经济合理性[9]。

3.2.2 使数据处理更精确

在建筑设计中，模型通过一定的参数来定义，而BIM技术使其中每一个数据都更精确、更科学；这种方法不仅可以构造科学一致的设计模型，还可以减少设计人员的工作量，降低整个项目的成本。

在《基于BIM 技术的绿色建筑集成设计优化研究》一文中，结合BIM 的应用技术，对绿色建筑在设计阶段做了探讨，通过建立BIM-GRA模型对建筑方案决策进行设计优化，并通过工程实例验证了模型及方法的实用性[10]。

3.2.3 简化施工管理

应用于高层建筑的BIM技术可以提供高层建筑的管理支持。BIM技术为项目创新管理的实施提供有效的基础，可以利用BIM 技术进行细化管理工作的机制与细节，从而生成相应管理协议，使整体管理水平和建设质量得到改善。它提供了有效且不规则的空间位置关系的表示信息，并且能够参考过程叠加的效果。

《基于BIM 技术的绿色建筑施工项目进度优化研究》一文指出：BIM技术的引入对现有阶段的进度管理理论进行了系统性的补充，对施工作业模拟、项目碰撞检查、进度计划参数信息化管理等提供了技术性支持，极大程度上优化了进度计划管理效率[11]。

3.2.4 使信息传递更高效

BIM 技术可以建立特定的信息模型，利用给定的信息进行存储和称重，使响应更快、更具体。三维模型结构可以利用BIM 技术的绘制更加层次化，可以加速数据的共享和转换，三维设计图更直观、更生动。BIM 技术的应用可以更好地实现信息共享，使得系统的使用效率提高。它可以将计划作为性能图简化之后的产物，使施工参数和设计参数之间的有效关系可以更好地被理解，明确设计目的，令施工过程更精准。

《BIM技术在建筑方案设计中的应用研究》一文阐述了BIM 在方案设计过程中的可行性，并对比传统建筑方案设计工作流程，提出基于BIM 平台进行项目设计的优势[12]。

4 探索BIM 技术在绿色建筑领域中的新方向

4.1 建立相应的安全指标

现如今BIM技术在我国建筑业应用得越来越广泛。想要保证BIM技术在施工安全管理方面的优越性，需要我们根据实际发展情况制定对应的指标。根据建筑物生命周期的准确计算，可以为建筑安全施工指标提供一定的数据。至于安全技术标准就应该根据建筑物的实际情况制定，建筑物的寿命可以利用BIM技术进行预估，并将相应的数据信息列出，利用数据的进一步分析，制定对应的安全管理方案。由此看来，想要安全管理工作更好地进行，有序促进建筑安全管理的发展，最终达到保质保量的目的，利用BIM技术建立相应的安全指标是不二之选。

4.2 利用BIM技术管理工程、安全、质量

BIM在各项施工过程中将被使用在现场的各项管理工作当中，现场发生的质量安全问题被反馈给工程管理人员，通过使管理者更易于决定最为适配的方案达到了保证施工整体质量以及减少安全事故的发生频率的目的。在实际应用程序中利用BIM设备进行现场数据收集，实现现场管理，保证建筑物整体质量。及时发现现场的问题，应用BIM 技术的可视化功能研究现场问题，最终解决问题。

4.3 加强相关技术人员的教育

安全管理主要是为了提高施工者的安全意识，因此，相应企业应增强对人员的培训，强化信息技术的应用，更全面地进行安全教育。通过建立安全数据库、导入安全数据，保证施工有效安全地进行。

4.4 BIM 技术在绿色建筑领域当中的安全管理研究

传统安全管理系统难以及时为安全事故提出预警，也缺乏针对不同事故的保护措施，严重威胁施工人员的生命和财产安全，对施工企业的经济效益造成严重损害。BIM系统包含有关高层建筑的各种技术信息，能够形成数字模型，有效识别建筑的潜在危险，系统地评估建筑的安全指标，制定风险信息对策，令建筑的安全性得到保证。

在传统的安全管理建设中，安全管理措施通常是基于个人经验和书面规范。但是在实际安全管理中，这种方法难以灵活的判断安全管理的误区和不稳定性。sops 是利用BIM 技术开发的安全管理平台，通过数字模型分析各类安全管理对策，sops可以输出安全管理对策的系统公式。因此可以从安全管理部门的重要基准sops 中提取相关规范，制定安全管理对策。利用这一技术制定的安全管理对策还可以根据施工现场的实时情况进行调整和更新，灵活应对高温、强风、暴雨、寒冷、污染以及其他天气的影响，保证建筑建设过程的安全。

某项目位于上海市奉贤区，为经济保障房项目，采用装配式建筑工程技术。工程总用地面积约3.7万m2，项目主要建设6 幢高层住宅。项目混凝土预制构件总数超过3 万块。针对本项目装配式的特点，采用基于BIM 的数字建造方案。以自主研发的BIM工程管理平台为工具，以基于BIM的全过程PC构件信息为主要成果和管理对象，以BIM 模型及应用为核心，实施数字化建造。

在设计阶段，BIM主要应用于BIM模型的创建、PC构件的划分、协同平台的搭建。设计时从库中选取构件进行组装，最终建立成为整体建筑模型。

在生产阶段，BIM 技术为预制构件加工提供了更好的信息化技术手段，充分实现了信息共享，更好地支持设计方与构件厂的沟通对接。

在施工阶段，应用BIM 技术可以模拟现场预制构件的吊装及施工过程，对施工流程进行优化；可以优化场地布置和车辆路线，以提高吊装效率，加快施工进度。

对于现场质量问题或安全隐患，通过定制化的BIM 质量安全流程及时反馈给责任人，要求其限期解决，整改后将相关信息返回到BIM模型，以保证问题解决的跟踪效率及过程数据的可追溯性。

5 结语

综上所述，传统建筑方式正面临着巨大挑战，但也正是挑战转化成的机遇促使其升级优化。BIM的出现是时代发展的必然结果，为建筑业在各环节面临的各种问题提供了较好的解决方案。在未来，BIM 技术一定会继续发挥特长，促进绿色建筑行业继续发展。在BIM 技术的帮助下，建筑与环境的适应性、室内环境质量、绿色建筑的运营与管理等课题也一定会被纳入绿色建筑的考虑范围，进一步充实其内涵。因此，如何为绿色建筑引入更充实的内容才能充分发挥BIM技术的性能或将成为未来的研究方向之一。