碳中和背景下BIM技术在绿色建筑中的应用及发展趋势探讨

周 波

建筑是能源耗损最多的行业之一，故建筑行业是中国落实“3060”双碳计划的重要领域。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术既可以有效解决绿色建筑理念融入到建筑设计中的难点，又能深入解决各种跨学科的专业问题，为建筑设计创造有利条件。

1 BIM 技术概述

1.1 BIM 技术简述

BIM 三维建模技术对造价、施工、管理等方面展开研究，能够通过可视化、仿真化技术实现建筑工程参数和信息的协同工作，并模拟建筑的设计、建造、管理及使用等全生命周期，从而实现建筑全过程、全要素的统筹管理。运用BIM技术获取信息，能进一步提高建筑质量、增强工作效率、提升经济收益、精简工作环节以及强化作业的合理性。

1.2 BIM 技术的优势

（1）优化性和模拟性。BIM 技术的优化性是指通过提高建筑信息的精准性来完善施工方案，即要求技术人员应根据建筑自身的实际状况有效利用BIM 技术，并第一时间改善现有的设计方案，保障合理规划施工进展[1]。模拟性特点是指在实际设计过程中使用BIM 技术来模拟建筑的节能、日照等状况，极大提高了招投标时期设计方案的真实性。

（2）可视化和协调性。BIM 技术具备可视化特点，技术人员通过建立完整的建筑模型可以分析建筑的结构是否合理，而建筑结构自身的复杂性导致设计过程中会遇到许多难题，合理使用BIM技术有利于施工人员全面实现建筑结构的可视化。相较于传统技术，BIM 技术具有更加突出的协调性，不但促进设计人员和施工企业间协调合作，还能在最短时间内制定出相应的施工难点解决方案。此外，科学利用BIM 技术能够防止设计人员间的交流障碍，保证设计工作顺利完成。

（3）参考性和完备性。利用BIM 技术可以为设计人员展示更为准确的参考信息，从设计模型的基本数据方面提高方案的合理性，进而保证后续方案的执行能够达到预期目标。而BIM 技术的完备性是指将综合工程信息进行详细分类，并将每种建筑信息精准地记载、传送。

2 碳中和背景下BIM 技术在绿色建筑设计中的意义

2.1 节约能源

在评判建筑物是否符合绿色建筑要求时，可利用BIM 技术构建建筑模型，并使用耗能检测软件来评判该建筑物耗能量能否达到规定的节能标准，同时与建筑辖区气象部门播报的气象信息进行比较，从而将建筑耗能控制在标准节能范围内。另外，利用BIM 技术研究室外的光照强度，购买、更换太阳能设备，还能够研究室外的自然采光效果，降低人为照明导致的能源损耗[2]。而利用BIM技术设计绿色建筑时，能够提高绿色建筑的合理性、减少能源耗损，同时还能提升能源利用的有效性，实现碳中和的发展目标。不仅如此，将BIM 技术融入绿色建筑中还可以减少环境污染、提高大众生活品质，同时减轻设计人员的压力，并且能为设计人员展示真实有效的数据信息，从而提高设计人员的工作效率。

2.2 节约材料

BIM 技术能够利用材料的整合信息在较短时间内核算出项目整体所需要的材料总量，按照建筑结构合理分配用量，并对施工人员进行引导，从而达到绿色建筑的施工用料要求[3]。另外，使用BIM技术还能够把水、电、暖等要素有效融入建筑设计中，针对线路撞击及其他问题实行排查，防止出现材料浪费的现象。

3 BIM 技术在绿色建筑设计中的应用原则

3.1 经济性原则

绿色建筑的建造、运作、保养等工作环节烦琐，若设计不符合实际要求，易产生投入成本高而经济收益低等情况[4]。结合BIM 技术进行建筑设计时需要遵守经济性原则，选择适用、经济的建筑材料和技术，保证在节能减排的前提下缩减成本，提高绿色建筑的经济效益。

3.2 节能性原则

为进一步符合绿色建筑的设计要求，需要根据节能性原则进行相关设计工作，科学制定资源节约指标，设计健全的建筑方案，确保提高资源利用率。在设计建筑项目时，应尽可能使用可再生资源，结合本地气候条件、自然环境的实际特点，对光照、保暖及通风等多个方面进行节能设计，节约资源、保护环境，实现绿色建筑设计的最终目标。

3.3 舒适性原则

建筑项目的舒适性与资源损耗间存在一定冲突。例如，在夏季高温天气下，为保持室内的舒适性而利用空调降温，这会导致消耗一部分电能，与节能减排的要求冲突。应用BIM 技术进行节能减排设计时就需要考虑舒适度的问题，通过模型来模拟建筑空间状况，在提升舒适度的同时也应保证建筑项目能够达到碳中和目标。

4 碳中和背景下BIM 技术在绿色建筑中的应用

4.1 设计阶段的应用

设计阶段作为工程项目的主要构成部分，设计的质量直接决定着工程安全与建造成本，BIM 技术在设计阶段的应用主要体现在以下几个方面：第一，使用BIM 技术设计绿色建筑可以随时提醒设计人员要践行绿色环保理念，落实碳中和的有关政策，使每个设计环节都能体现环保理念。第二，在正式施工前，利用建立的三维模型向客户进行模拟演示，可将水电、土建、安装以及消防等施工环节直接呈现到客户面前。第三，利用BIM 技术设计方案时，可对机电、土建、钢结构等施工环节展开建模设计，并将有关数据信息输入软件内，对建筑工程展开可视化、参数化设计。第四，BIM 技术可为设计、施工人员及时传送数据信息，降低施工过程中发生问题的可能性。根据工程施工的具体需求改善、调节设计功能，解决误差、设计不符合要求等问题，从而确保设计方案具有较强的可行性[5]。第五，使用BIM 技术还能对施工项目的设计变动情况进行跟踪管理，第一时间了解施工项目的实际状况，依据施工场地情况反馈的问题在BIM 模型中及时检验并回复，合理改善、调整设计方案。第六，使用BIM 技术还能储存变动后的数据信息，保证设计更加符合实际要求，规避某些隐患。按照施工项目的设计需要创建不止一个数据信息资源库，全方位、详细地记载模拟产生的数据，为完善设计方案奠定基础[6]。

4.2 施工阶段的应用

具体施工时，BIM 技术的应用既可以实现对施工各个环节系统化的综合管理，又可以全面监管建筑的施工质量，把建造中的建筑特点全面展示在技术软件中，同时还能够直接观察设计方案中的模型信息。在具体建设过程中，为从根源上保障建筑设计的品质，既应提升施工要求，还应按照相关标准设计建筑的每个构件。例如，机电设计时因机电装备的种类、数量各不相同，会造成施工能源严重浪费的现象，导致工程效率下降。在使用BIM 技术进行机电设计时，不仅要使用综合法对机电的线路展开具体研究，还应根据实际状况联合设计方案，制定适合建筑具体施工要求的节能减排方案。对建筑全过程实施监管时，使用BIM 技术不但能够有效观察建筑的耗损状况，还可以直接展示建筑设计过程中的综合施工数据[7]。另外，利用BIM 技术可以重点监管建筑设计中的重要部分，使管理人员可以随时掌握工程施工进度，确保建筑工程能够高质量完成。此外，还应大力推广零能耗、零碳建筑，创造良好的生产、生活和工作环境。

4.3 统筹阶段的应用

BIM 技术可以有效把控绿色建筑的设计环境，对周围环境设计展开综合演算，为后续设计技术改进及调整奠定有效的理论依据。在具体开展建筑设计时，使用该技术既可以直接构建三维立体建筑模型，又可以对模型进行数据分析，并研究整合多个模型背景下的数据信息，制作绿色建筑设计的整体方案，进而改善整个建筑设计模型[8]。对建筑进行统筹时，不但可以确保绿色建筑的数据模型得到合理有效的应用，而且还可以保障制作建筑设计模型过程中多方数据共同进行核算，防止数据沟通过程中发生交流障碍等状况，合理提高建筑整体的施工质量。为了使绿色环保需求与建筑设计方案有效融合，打造更为合理的建筑设计统筹平台，可以应用BIM 技术中的分享设计模块功能区，在具体设计过程中达成施工单位间的有效交流，从而设计出更加符合住户需求的方案。此外，利用BIM 技术自身的优势还能够弥补以往施工方式中难以协调、审核的缺陷，为设计方案的整体改进与设计规划的合理布局创造良好的工作氛围。

4.4 结构体系的应用

利用BIM 技术设计绿色建筑能够对某些细节问题展开深入沟通，提高设计的合理性。在使用BIM 技术的过程中应最大限度避免删改设计信息，以便对施工过程实施更加深入的管控。另外，BIM技术能够进行远程监管，监控工程质量，进而更为高效地推动建筑施工进度。

4.5 日照分析的应用

绿色建筑设计的最终目标是降低碳排放，利用建筑物自身来达到保温效果。利用BIM 技术能够在设计时对日照展开分析，还能够使用某些软件共同研究辐射情况，根据研究结论来规划日常活动区域与施工所需材料[9]。此外，植被在美化环境的同时还能降低噪音，对此可以按照植被的作用通过BIM 技术进行细致规划。

研究采光时，应尽可能地模拟采光的各个环节，制定出符合要求的窗户尺寸和方位。同时还应充分结合窗外环境，使用模拟技术有效模拟各种噪音，制定出适合的减噪方案，并利用模拟技术模拟每个房间听到的噪音，科学合理优化房间功能。如可将会议室安排在噪音相对较低的方位，将某些娱乐场地设计在噪音相对较高的方位等。

5 碳中和背景下BIM 技术的发展趋势

5.1 BIM+云计算技术

第一，云计算作为一种以网络为基础的计算方法，其分享的硬件、软件与信息资源能够根据要求传送给电脑或其他终端设备运用。将BIM 和云计算有效结合使用，可利用云计算优点将BIM 运用升级成云服务。第二，云计算具有较强的运算能力，能够把BIM 运用过程中出现的核算量多、较为复杂的某些工作上传至云端，从而提高核算速度。第三，云计算拥有较大储存空间，能够保存大量的数据信息，还能将数据信息同步上传至云端，便于使用者不受时间、空间限制，随时访问并和相关人员进行信息分享。第四，云计算可使BIM 技术摆脱室内办公的局限性，在施工场地可利用移动装备及时与云服务衔接，从而第一时间获得所需的有关BIM 技术的数据信息。

5.2 BIM+物联网技术

BIM 和物联网的结合使用，实际是将整个建筑施工过程的信息进行组合与整理。BIM 技术能够充分展现上层信息的集合、交替、呈现与管控，而物联网技术则负责实现对底端信息的感知、收集、输送和监管[10]。两者有效融合使用能够使整个施工过程形成信息流闭环，实现虚拟信息管控和硬件服务两者的有机结合以及自动化建筑施工升级为智慧施工的新局面，打造智慧施工是未来建筑行业利用信息技术实现可持续发展的主要途径之一。未来的建筑施工智慧化系统，将是以物联网为中心、以通信相容为重要特征并按照功能进行分类的智慧建筑管控系统。

5.3 CIM 技术

利用城市信息模型（City Information Modeling，CIM）绘制的城市模型可以作为BIM 建筑模型理念在城市范畴内的延伸，是实现数字化双胞胎城市的前提与要点。CIM 以城市的三维空间、地理信息为前提，并累积添加城市的建筑、城市地上地下设备的BIM 信息、城市的物联网信息，从而建立起三维数字化空间的城市模型。与之前基于地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术的数字城市相比，CIM 将数据信息拆分至城市单体建筑构成的某个机电零件、某扇窗，将以往的静态化数字城市改变成智能感知、互动在线、虚实更替的数字化双胞胎城市，不但便于城市的快速管理，同时还为实现精细化管理创造了数据条件。

6 结语

碳中和背景下，在绿色建筑设计过程中合理应用BIM 技术可以打破以往建筑设计的一些束缚，因此BIM 技术将成为绿色建筑设计的新方向，促使绿色建筑迅速发展，从而合理优化资源配置，提高绿色建筑的建造质量。