BIM技术在绿色建筑中的应用

黄 锦 涛

(同济大学土木工程学院，上海 200092)

BIM技术在绿色建筑中的应用

黄 锦 涛

(同济大学土木工程学院，上海 200092)

通过比对国内外绿色BIM的发展现状，分析BIM技术在建筑全生命周期的应用可能，探讨了国内绿色BIM的发展前景和注意要点，指出将BIM技术与绿色建筑相结合是中国建筑业发展的必然趋势。

BIM，绿色建筑，建筑全生命周期，环境

1 概述

1.1 绿色建筑概述

近年来中国的建筑业迅猛发展，然而国内单位建筑面积能耗是发达国家的两倍以上，在总社会能耗中建筑业能耗占比约28%，给社会发展带来了沉重的能源负担并产生了惊人的环境污染，是国家实现可持续发展面临的紧迫问题。放眼全球，能耗总量的40%来自建筑能耗，1/3的碳排放来自建筑[1]。在此背景下，世界各国积极找寻一种建筑与自然相互和谐的理念，于是“绿色建筑”这个概念应运而生。所谓绿色建筑，是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑[2]。这里所谓的全寿命周期包括了前期规划选址、建筑设计、工程建设、运营维护、翻新改造以及最后的拆除这一整条过程，这就涉及到了多专业的工种配合，要求全行业通力合作，改变既有观念，创新技术与施工工艺，提高建筑性能，创造出健康舒适的人居环境，又尽量维持生态环境的良好[3]。

1.2 BIM简介

建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)是近几年建筑界热捧的新名词，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[5]。BIM涵盖了几何学、地理信息系统、空间关系以及各建筑构件的材料、面积、体积、数量、机电参数、价格等相关数据和经济指标，从而提供了一个关于建筑物的集成与联动的完整信息库。

BIM是建筑设施物理与功能特性的数字化表达；是一个共享的信息资源，分享有关这个建筑设施的信息，为该建筑从设计到拆除的全生命周期中所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，不同专业相关方通过在BIM中输入输出、更新和交换信息，以反映各自职责的协同工作，为多专业协同作业提供了坚实基础，显著提高了整个建筑工程的效率。BIM多专业协同见图1。

2 BIM与绿色建筑

BIM的上述特性使得它一诞生就在建筑界迅速发展壮大，且非常适合与绿色建筑相结合。首先，两者都关注建筑全生命周期的相关信息。绿色建筑关注建筑从前期规划到运营管理全过程的“四节一环保”，而BIM技术亦覆盖了建筑从规划设计、施工、运营维护、拆除的全过程信息，因此这两者在时间维度及信息周期上是可以配合的；其次，两者都能为建筑设计和运营管理做出进一步的优化。绿色建筑强调从理念和技术的角度出发来提升建筑的品质，在BIM的基础上可以实现更好的优化，突破信息、复杂程度和时间的制约，从多方协调、可视化的角度，结合项目设计和投资回报率分析，优化建筑设计和运营管理；最后，两者都借助了可持续软件进行分析。绿色建筑所关注的光照通风热量等，有了BIM平台就能方便地导入相关的各类绿色建筑分析软件，可以快速校验物理性能方面的合理性，完成建筑的绿色性能化分析和评估，降低性能化分析的时间周期，实现工作过程的优化[5]。

2.1 国外研究现状

作为最早运用BIM的国家，美国的BIM应用程度非常高，多个州已经立法，要求州内的大型公建项目必须采用BIM。同时美国建立了国家BIM标准和相关委员会，以指导整个行业更好地应用和发展BIM技术[7]。而在绿色建筑方面，美国约20%的商业项目都已经是绿色建筑，这一比率在住宅项目中也在不断提高(如图2所示)。随着这个大趋势，以及由绿色BIM应用所带来的成本下降与建筑增值，让业主方更加乐于采用绿色BIM。有调查显示，在业主方的驱动下，约75%的建筑公司考虑在未来3年内将BIM技术运用到绿色建筑项目中去。在英国，政府建设部门通过利用BIM技术将公共建设项目成本降低15%～20%，并将于2016年实现500万英镑以下的项目进入BIM与绿色建筑相结合的第二发展阶段[8]。澳大利亚编制了国家BIM蓝图，将BIM列为教育科目，并制订了产品数据库。澳大利亚绿色建筑协会(GBCA)制订了相应的评级工具，其中80%的商业办公建筑都通过了该绿色认证，现在澳大利亚正朝着2020年实现碳排放中和的目标前进[9]。在新加坡，由政府牵头资助企业应用BIM，启动专业人员培训与认证计划，并且规划到2015年实现80%的项目使用BIM。

2.2 国内发展状况

在我国，2002年欧特克公司将BIM引入之后，开始了从上到下的推广，越来越多的业界人士开始接触学习并研究BIM应用。“十一五”规划中BIM成为国家科技支撑计划重点项目，“十二五”又继续推广BIM在工程上的应用。整个中国的建筑界都经历着BIM的洗礼，堪比当年CAD的革新。绿色建筑方面，中国大概落后国外15年，自2001年建设部启动绿色建筑研究，到2006年出台《绿色建筑评价标准》定义了绿色建筑的官方解释，直至2013年发布的《绿色建筑行动方案》，标志着绿色建筑行动上升到国家战略层面。各地方政府亦纷纷出台了自身的绿色建筑推广技术指标，虽然起步晚，但发展速度很快。将BIM与绿色建筑相结合的优秀项目数量也开始快速增加。目前土建刚竣工的上海中心，通过BIM造型设计大大降低风载，减少了用钢量，并辅以可再生材料、雨水回收、风力发电、智能照明控制、维护降噪等系统，成就了中国首个BIM运用到绿色建筑的全生命周期的超高层项目。与央视大楼对望的“中国尊”，通过搭建BIM平台及相应的数据库，进行了独特的造型设计，既有鲜明的建筑风貌，也符合建筑力学的要求。同时低碳环保的设计也贯穿于“中国尊”各个细节中，在照明、保温、用水、垃圾处理、通风等各个方面降低了能耗。深圳的万科中心通过绿色BIM的应用，从选址、造型以及材料设备等等多角度出发，成功实现了可持续设计，从而使该建筑的能耗控制在极低的水平，最终获得了中国LEED铂金认证[10]。在地产一哥万科的带领下，朗诗、绿地、招商等等地产商也开始纷纷地谋求往绿色地产转型，大力研发绿色BIM技术，发展出各自企业特色的绿色住宅体系。

3 BIM在绿色建筑全生命周期的应用

3.1 前期规划阶段

在建设项目的前期，要从经济社会、城市规划、业主需求、周围环境等等方面进行调查研究，分析该项目的规模、类型、用地要求、周围的景观地貌和对环境的影响程度等等，用以决定该建筑的造型以及空间朝向等。通过对拟建建筑及周边场地的数据资料收集，利用BIM并且结合GIS相关软件进行建模，可以快速地得出整体性的量化分析结果，帮助项目方进行综合性能分析，从而做出合理的场地布局、建筑造型以及周边交通流线组织设计等关键性决策。

3.2 方案设计阶段

建筑师可以利用BIM来分析整个建筑方案的布局造型、通风采光、热传导、人体工学、声学、色彩等内容以及对相应规范的遵守情况，综合考量建筑设计与后续的结构设计、建设施工的衔接以及其中可能需要应对的问题。例如，与Ecotect软件相结合，将BIM模型转化为可视化的细部分析图，可以做到对建筑局部构件的细节推敲，同时也能对光照、太阳辐射、热传导、声波等进行多种实时分析；用基于BIM的Project Vasari软件，可以从云端模拟分析建筑物风场气流及日照辐射的影响等。在BIM的参与下，项目各利益方关注的焦点能够得到直观的展现，彼此的意图能够得到充分的表达，并能快速进行交流与反馈，做出决策的时间也大为减少。图3是对某建筑不同方位噪声场的分析[11]，图4是Ecotect对建筑物室内的光照分析。

3.3 项目施工建造阶段

该阶段主要应用BIM进行模型最终检查、碰撞检测、施工可视化以及工程量的计算。

设计师可以通过BIM模型的三维渲染来实时展现建筑物，对建筑模型的整体质量和功能完整性进行检验，像是建筑内部空间有无重叠、有无功能上的冲突；是否有适当的构件围闭、结构受力传导是否通畅合理；设计是否实现了业主的意图、是否符合国家与行业规范的具体要求等。

随着大型商业及综合体项目的增多，业主方对机电管线综合的要求越来越高。机电管线种类繁多，BIM模型可以反映所有管线和设备在建筑内的情况。传统的CAD时代是用叠图纸的方式比对，很容易造成信息的缺失与错误。利用基于BIM的三维仿真技术进行施工前的碰撞检查(如图5所示的流程)，设计师可以快速发现设计中的碰撞与冲突，及时在设计阶段进行优化修改，减少了因施工图纸出现的错误和漏洞而引起的返工复工现象，避免了材料损失、机械台班的损失以及窝工引起的资源消耗，同时也提高了与业主沟通的能力。

在施工管理中我们可以借助BIM技术，将空间与时间整合在一个可视的4D模型中，对施工现场的管理进行模拟，能够直观快速地显示任意阶段的施工进度情况：对机械的摆放位置、构件的起吊部位与次序以及整个工作流程进行优化，提前反映施工难点，从而提出最佳方案，提升施工安全性，保证建筑质量。另外，通过建立BIM模型，施工企业还能在工程投标中快速测算招标清单工程量，并可制订相应的投标报价策略，获得竞标的优势；而评标委员会的专家组则能通过4D模型直观地了解施工单位对投标项目施工难点的控制方法是否合理，进而对投标单位的施工经验水平与技术实力作出科学的评估。

传统的材料统计是根据现有图纸和文件进行，亦或使用专门的造价软件根据CAD图纸或文件重新建模后进行统计。一是耗费大量人工且容易出错，二是方案一旦变更所有数据需要重新统计，极不效率。现在基于BIM的关联数据库提供的详细信息能达到构件级，可以快速对各构件进行统计分析，通过BIM模型提取材料用料，精确计算工程量，大大减少了人工操作和计算错误，能够方便地实现工程量信息与设计方案的完全一致，随时为采购计划提供数据支撑，为现场管理提供审核依据，这就是所谓的BIM的5D应用。

3.4 运营维护阶段

建筑物使用阶段的耗能与成本是整个生命周期的大头，如何在运营阶段也体现可持续是BIM所关注的。建筑在投入使用前，可以先通过BIM进行先期的测试与调整。移交环节的资料文档等也可以方便地跟随BIM模型一起转移。接着通过BIM制订一个科学的维护方案，能够提高整个建筑的运行性能并降低能耗和维护费用，从而降低总体运营的成本。能够同步提供建筑使用情况与性能、入住人员信息与出行规律等，对一些重要设备还能跟踪其例行维护的历史记录，以便对该设备的使用状态提前作出判断。借助BIM的智慧运行维护也能对突发事件有快速响应的能力，包括预防、报警和处理全方位，保证管理没有盲区。BIM还可以提供一个绿色建筑评估体系，通过将BIM与物联网结合，将传感器与终端控制器连接起来，对建筑物进行健康监测，利用云计算平台，将每层建筑能耗计量与节能管理系统组合起来，形成一个总的管理系统，方便住户及物业人员进行操作管理[12]。

4 不足与应对

首先，以“四节一环保”为核心的国家绿色建筑标准侧重的是在全局层面上节约资源和对环境友好，这对于普通民众来说太过抽象，没有满足人们追求健康、舒适生活工作环境的核心价值需求，导致市场响应不积极。同时政府主推项目的绿色BIM运用占比最大，业主方对绿色BIM的投资热情不足，更多只是为了评奖。实际上BIM应用的最大受益方正是业主，有意识的部分业主已经开始行动；而对于设计院而言，其价值才刚刚得到展现，BIM技术所带来的辅助与优化设计效果是毋庸置疑的；而施工企业实施BIM的技术条件更好，回报率也很不错。对此，希望国家能打造出“健康、舒适、低运行成本”的客户价值，同时从鼓励投资主体向激发市场消费转变，以市场需求倒逼企业，让市场真正看到回报性，认可建筑节能的价值，让房地产企业主动追求实现绿色BIM的项目开展。

其次，绿色BIM运用上还存在误解以及不足。绿色BIM适合用于复杂综合型的新建项目中，但是其在改建以及翻新项目中的运用也应该得到重视，尤其是在各地的旧城改造上大有作为，这对于提高整个行业的生产率、实现地方城市规划的节能减排目标是至关重要的。在BIM的使用中，适合中国本土的技术模式还有欠缺，例如之前提到的造价算量方面；相关的软硬件方面的不足，很多专业功能过度依赖国外，国内所研发的软件相互独立，缺乏一个统一的集成环境与自主产权的软件体系，无法保证一致性与互通性。这就要求国家在加强对IFC数据标准研究的同时，继续鼓励和扶持BIM技术研发与创新，制订出符合中国国情的BIM标准，实现国内BIM的标准化，进而打造适合本国技术规范要求的核心软件。

最后，我国将BIM技术应用于绿色建筑评价还处于起步阶段，绿色BIM的相关论文与研究也很少。希望政府能在研究LEED(美)、Green Star(澳)、BREEAM(英)等相关国家绿建标准与使用成果的同时，结合我国建筑业的第一手数据资料研究，制定出符合中国国情并充分利用BIM技术的绿色建筑认证程序与评分标准。

5 结语

BIM技术与绿色建筑都是当前中国建筑业发展的大势所趋。节能减排与可持续发展要求助力绿色建筑体系的推广更新与发展完善，BIM则为之提供了重要的技术平台与实现手段，而绿色建筑所关注的建筑生命周期，又恰好是BIM的管理对象，两者可谓是相得益彰。通过国家顶层设计，地方政府积极配合，以及相关政策与软件的完善，必将推动绿色BIM成为中国建筑界的新常态化。

[1] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2008[R].北京：清华大学，2008.

[2] GB/T 50378—2006，绿色建筑评价标准[S].

[3] 刘 芳.关于BIM技术对绿色建筑产生的积极意义的探讨[J].中外建筑，2013(6):60-61.

[4] 何关培.BIM总论2011[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[5] 魏慧娇，李丛笑.应用于绿色居住建筑评价的BIM模型要点[A].第九届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集[C].2013.

[6] USGBC, MCAA, Autodesk. Green BIM:How Building Information Modeling is Contributing to Green Design and Construction[R].USA.2010:31-50.

[7] 程斯茉.基于BIM技术的绿色建筑设计应用研究[D].长沙：湖南大学，2013.

[8] Ganah A.， John G.. Achieving Level 2 BIM by 2016 in the UK[J].Computing in Civil and Building Engineering,2014(2)：143-150.

[9] Gandhi S.， Jupp J.. BIM and Australian Green Star Building Certification[J].Computing in Civil and Building Engineering，2014(1)：275-282.

[10] 李 骁.绿色BIM在国内建筑全生命周期应用前景分析[J].绿色建筑，2012(7)：22-28.

[11] 《中国建筑信息》编辑部.让BIM融入建筑，让绿色深入生活[J].中国建筑信息，2012(4)：32-39.

[12] 北京华思维泰克科技有限公司.BIM数据集成驱动可持续设计[M].北京：机械工业出版社，2014.

Application of BIM technology in green building

Huang Jintao

(CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Based on the development status of green BIM, the application of BIM technology in the entire building life cycle is analysed, and the prospect and key points of domestic green BIM’s development are discussed, point out combining BIM technology and green building together have become the inevitable trend of China’s construction industry.

BIM, green building, building life cycle, environment

2015-01-05

黄锦涛(1986- )，男，在读硕士

1009-6825(2015)08-0206-04

TU201.5

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