BIM 在绿色建筑运营阶段中的效益分析

朱海明ZHU Hai-ming；刘长华LIU Chang-hua；边金BIAN Jin

（广东海洋大学海洋工程与能源学院，湛江 524005）

0 引言

近年来，由于全球范围内的CO2排放问题，气候变化问题一直是人们争论的焦点。过度消耗能量，直接导致了二氧化碳的大量产生[1]。在许多西方发达国家，建筑业几乎占全球能源消耗的50%。研究表明，房屋施工在整个生命周期能耗中所占比例已经达到46.5%，并且这个比例还在逐年上升，这意味着中国的建筑业所导致的碳排放问题越来越严峻。只有必须强化对建筑节能和环境保护的管理，才能实现中国建筑业的可持续发展[2]。绿色建筑的概念是以降低资源消耗、保护环境、经济效益最大化为目标的新型建筑。建筑行业可持续发展理念及BIM 在绿色建筑运营阶段的效益分析对于推动建筑可持续发展的应用至关重要。将BIM 集成到绿色建筑运营中，既可以提高管理效率，又能减少能源浪费，增强可持续性，从而带来环境和经济上的益处。因此开展关于我国绿色建筑与BIM 技术结合的研究工作显得尤为重要。

1 BIM 技术

1.1 BIM 技术的优势

BIM 技术以3D 数字技术为基础，将技术数据模型与一系列相关信息相结合，提供协调一致、内部一致且可操作的设计、施工和运营信息。BIM 并不是单一模型概念，而是从项目的全生命周期角度出发的若干模型的综合。[3]其中BIM 技术特点如图1 所示。

①模拟性。传统的计算机辅助设计软件只能提供有限的建筑模拟，无法全面考虑现实世界中的各种复杂因素。相比之下，BIM 技术可以更加全面地模拟和分析建筑项目，综合考虑诸如能源、环境、材料等因素。这种技术可以帮助设计师更好地预测建筑的性能和效果，并提高整个设计过程的效率和质量。[4]

②可视性。传统的计算机设计方式只能使用简单的线条来描绘建筑工程构造，无法提供详尽的信息。相比之下，BIM 技术可以创建建筑项目模型，并提供包括结构设计、暖通空调和排水系统、电气设计在内的大量信息。这种技术可以促进不同专业设计人员之间的沟通和交流，使设计方案更加合理，提高建筑设计的效率，从而实现更好的可视性。[4]

1.2 BIM 技术应用的阻碍

①BIM 标准的多样化一直是阻碍BIM 发展的主要因素。鉴于我国独特的背景，国家主导的推广政策是BIM 能否得到普遍的应用的前提条件。政府及相关部门应该与众多利益相关者接触，认真聆听他们的意见，共同制定一套统一、完整的BIM 标准，从而有利于建筑业各生命周期的工作人员之间的沟通交流。要实现BIM 在建筑行业的彻底革新，政府还需要发布更多的标准，涵盖设计标准、文件交付标准等。

②建筑行业中不同软件之间的互操作性仍需改善，而中国建筑业中由于多种BIM 软件的存在，信息孤岛问题更加严重。因此应制定数据交换标准并加以管理，以实现不同软件之间的信息交流。同时，企业也应意识到BIM 技术的优势和好处，以促进该技术的广泛应用。

③从BIM 培训方面来看，企业对员工智慧建筑信息软件技术培训的投入率不足一半，其中BIM 软件操作技术的培训率最低。考虑到经济因素可能是激励企业积极使用BIM 的最大动力，因此，政府应在经济上支持应用BIM的企业，减轻企业的前期投入，定期邀请BIM 专家对其进行培训和辅导，邀请专家进行专题讲座，开展经验交流会等方式，以加强对BIM 的普及和推广。

④初始投资高、经济回报不可控，是企业应用BIM 技术时面临的普遍问题。虽然BIM 技术应用有助于提高建筑效率和质量，但其需要大量的初步投资，使得建筑企业很难控制成本和风险。因此，需要制定合理的投资计划和风险控制策略，以确保绿色建筑BIM 技术的经济回报能够达到预期效果。[5]

1.3 BIM 技术的应用现状

由于BIM 技术可以为建筑项目带来巨大的效益，BIM技术近几年在建筑领域得到了广泛的认可。目前BIM 技术主要应用于前期设计阶段，运营阶段应用尚少，其可以大大优化施工各环节开发完成度，并可以有效预测投资风险对施工过程产生重大影响。此外，BIM 技术还可以为绿色建筑的发展创造有利的环境，包括提高施工标准、预防施工事故、降低投资成本等优势[5]。又因为国家近几年大力推进建筑信息软件的应用，因此BIM 技术被越来越多的企业了解和使用，应用情况如图2 所示。

图2 BIM 技术应用情况

1.4 BIM 技术在绿色建筑运营管理的特点

传统的建筑运营和维护管理只在项目完全验收后才开始，而“绿色建筑”要求运营维护管理者从规划和设计阶段就确定建筑运营和维护管理目标和策略，并随着项目进展不断完善，以实现可持续发展的概念。

在绿色建筑的运营管理中，绿色住宅和绿色公共建筑的专注点存在差异，如图3 所示。绿色住宅建筑的运营和维护管理的重点是社区绿化、信息管理和能源控制，而绿色公共建筑的运营维护管理侧重于设备自动控制系统的运行从而降低物业管理的运营成本。BIM 技术在绿色住宅运营阶段的主要价值体现在对建筑的空间、资产、设备、能耗和公共安全等方面的管理。通过BIM 技术，可以实现对建筑空间的精准管理，对资产和设备的全生命周期管理，对能耗的实时监控和调控，以及对公共安全的风险评估和预警。这些管理手段可以帮助业主和物业管理公司实现高效、精准、智能的运营管理，提升建筑的品质和价值。[6]在绿色公共建筑的运营阶段，运营目标既体现在“环保”上，也体现在物业管理的实施控制上。BIM 技术能够实现绿色公共建筑的运营目标。它可以通过对喷水灌溉系统的控制，节约水资源，从而降低能源消耗，减少大气污染；通过操作和维护平台，统一操作建筑物中的空调、新风系统、照明设备、控制电梯系统和其他电气燃气设备，从而有效减少能源浪费，并简化物业管理流程，消除潜在的安全风险，降低物业管理的运营成本。

图3 BIM 技术在绿色建筑运营阶段的效用

2 BIM 技术在绿色建筑运营阶段中的效益分析

2.1 效益评价指标体系建立原则

利用BIM 技术，运营商可以更好地控制绿色建筑的运营，而评价指标则是衡量综合效益的基础。虽然不同地区的绿色建筑评价标准各不相同，但是建立指标体系时需要注意，指标体系的建立会直接影响评价结果的准确性、真实性和科学性。因此，在效益评价过程中，需要特别注重指标体系的合理性。指标体系建立原则有科学性、完整性、统筹协调性、独立性，可行性等，如图4 所示。

图4 效益评价指标体系建立原则

2.2 层次分析法构建效益评价指标体系

层次分析法是将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体的备投方案的顺序分解为不同的层次结构，然后用求解判断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再加权和的方法递阶归并各备择方案对总目标的最终权重，此最终权重最大者即为最优方案。层次分析法比较适合于具有分层交错评价指标的目标系统，而且目标值又难于定量描述的决策问题。[7]

①笔者邀请专家对经济效益、社会效益、环境效益进行打分。本文利用层次分析法确定指标之间的权重。指标之间比较量化规定如表1 所示。

表1 指标之间比较量化规定

表2 目标层和指标层判断矩阵

表3 归一化后各指标的权重矩阵

②打分结果为：经济效益比社会效益稍微重要、经济效益比环境效益较强重要，社会效益比环境效益稍微重要。笔者将数据转化为Z 的判断矩阵。

③将其归一化后得到权重ω。

通过权重可看出经济效益指标的权重大于社会效益和环境效益指标，因此笔者在此着重分析经济效益指标及其可能的二级指标。通过大量的文献收集工作以后笔者得出其二级指标分别为：节水效益、节能效益、提高效率的效益和节约成本的效益。

经济效益客观反映了在绿色建筑运营阶段中使用BIM 技术的经济效果。其包括了在运营阶段中在节约用水、节约能源、提高工作效率、节约成本等可能会产生经济收益。

①节约水资源的效益。

在运营阶段中绿色建筑的用水情况比较多，包括生活用水、花园绿化用水等。运用BIM 技术可以对绿色建筑进行模拟和优化，利用集成化的控制平台精确控制各类型的用水。

②节约能耗的效益。

在建筑中耗能主要包括有照明用电、供水用电、电梯用电等情况。运用BIM 技术可以通过能耗传感器和数据对接口更好地检测用能情况，通过BIM 平台进行数据统计并加以管控，从而达到节约能源的效果。

③提高效率的效益。

以往建筑运营过程中出现异常情况时，通常都是安保人员于监控室中发现异常情况，再电话通知维护人员，其到达现场再对异常情况进行确认，最后再采取相应措施。运用BIM 技术后其会整合监控、定位、报警系统，为维护人员提供高效的管理平台，提高效率，从而取得一定的经济效益。

④节约成本的效益。

绿色建筑运营中物业公司难免会支出一些必要的日常运行成本，如设备的更新、维护、日常运行消耗、养护、清洁、处置垃圾、检测等费用。BIM 技术在设备日常运行消耗费用的节约上与传统的运营管理有相当大的区别，BIM 的高效、协调、模拟、优化性可以在运营阶段中发挥作用，减少运营成本。

2.3 效益评价

BIM 技术可以帮助设计师和建筑师更好地进行绿色建筑设计，从而实现经济、环境和社会效益的最大化。而效益分析则是一种重要的决策工具，可以帮助项目决策者在不同的设计方案中选择最优的方案，从而确保项目的可行性和经济性。需要注意的是，在确定成本和效益措施时，必须应用比较原则，以确定不完整的计划和已实现的计划之间的差异，并考虑计划中对其他社会成员的经济水平及其直接和间接效益。在确定绿色建筑运营阶段应用BIM 技术的成本效益指数时，需要考虑到可能存在支付转移的条件。例如，城市内外的环境效益无法货币化，因此需要采用间接计算的方法。为此，应结合成本效益分析理论，提出一种具体方法来量化货币化指数，并计算BIM 技术的成本效益指数，以评估经济可行性。[3]

2.4 案例分析——绿色住宅建筑运营阶段效益分析

据中国绿色建筑技术经济成本效益分析研究报告[8]。截至2012 年8 月全国一至三星级绿色住宅面积分别为1499 万平方米、1576 万平方米和821 万平方米。图5 为各星级绿色建筑在运营阶段的节能节水数据，基于上文的经济分析指标可以计算出直接效益：全国绿色住宅运营阶段每年可以节水269.82-517.2（万吨）水、节能7420-11132（万）kWh，减排47968-50081（吨）二氧化碳。

图5 数据来源：中国绿色建筑技术经济成本效益分析

2.5 案例分析——公共建筑基于BIM 技术智慧运营节能改造案例

2.5.1 基本情况

某数据中心2006 年启用，总面积达16000 多平方米，为华东地区大型专业数据中心之一。由于规模较大，用电量较高，改造前平均每天的设备用电为25.8 万度，平均每天的总用电为36.6 万度。目前，数据中心平均电价为0.6465 元/度，降低电费成为数据中心的迫切需求。

2.5.2 改造情况

数据中心改造的对象是空调系统，运用制冷系统智慧节能控制技术，结合先进的信息技术及BIM 大数据技术实现对冷源系统设备的统一监管和控制，实现中央空调制冷站系统的集中化、智能化、节能化管控，现场的智能管控设备通过远程通讯传输到能源管理云平台，可实现其对中央空调制冷站现场控制柜、本地控制中心、云平台三位一体同步智能管控。

2.5.3 改造效果

如表4 所示，通过投入约728 万元进行制冷系统智慧节能改造，数据中心在运营阶段结合BIM 技术等智慧软件年可实现节约电量560 万kWh，节约电费超过364 万元，节能率达到15%。

表4 节能改造效益情况

3 结语

BIM 技术在建筑行业发挥着愈发重要的作用，是一个重要的变革趋势。虽然它已经显示出了自身的优势，但仍处在发展的起步阶段，存在许多挑战。本文研究探讨了BIM 技术的特点，BIM 技术的应用现状，BIM 在绿色建筑运营阶段的应用特点，探讨并利用层次分析法构建效益分析体系以及对绿色建筑运营阶段进行效益分析，经研究分析后笔者认为BIM 技术如今在运营阶段运用尚不普遍的原因主要是前期企业投资过大、沟通成本高等。但这对中国建筑业的转型具有重要意义，对世界可持续发展具有十分重大的贡献。在技术、管理、经济和社会环境等方面，BIM 还存在着一些挑战，包括缺乏统一的BIM 标准、BIM软件之间的信息交流效果不佳、企业人员培训不足，政府和公司管理办法不完善、初始投资高，经济回报不可控等。为了解决这些障碍，笔者提出了一些建议和措施，包括改变管理模式、对企业员工加强BIM 培训、政府加快财政支持、支持公司改善BIM 使用的激励措施等。通过这些措施，可以更好地支持BIM 在运营和维护阶段的使用，从而实现更好的效益和成果。同样，本研究可以使其他国家更好地加速BIM 的发展，为全球建筑绿色化做出贡献。