中国绿色建筑设计中BIM技术应用研究综述

薛兆瑞， 张杰， 刘松毅， 陈梓鑫

（江西财经大学）

1 绿色建筑与BIM技术

1.1 绿色建筑

绿色建筑、绿色施工、高性能建筑、可持续性建筑和可持续施工等都可以互换使用，有许多的定义。根据Kibert（2012）提出，“采用可持续建筑方法创造负责任的建筑环境的结果通常被称为高性能绿色建筑，或者简称为绿色建筑”[1]；Yudelson（2008）认为，绿色建筑是一座对人类健康和环境影响最小的高性能建筑。他进一步指出，绿色建筑的设计不仅要考虑和减少其生命周期环境影响，还要考虑和减少水和能源消耗[2]。同样，Laustsen（2008）提到绿色建筑的主要特征包括改善环境和人类健康、自然和物质资源效率以及水和能源效率[3]。绿色建筑的设计方法不同于传统的建筑设计方法，其目的是设计、建造和运营资源使用最少的建筑。此外，Sangster（2006）强调，绿色建筑的主要目标是：①尽量减少环境干扰和废物产生；②尽量减少能源和其他资源的利用；③促进可再生能源的使用；改善人体健康和舒适度[4]。从上述定义可以清楚地看出，绿色建筑是应用生态学的例子，是设计师了解生态系统的构成、组织和结构，并从环保角度考虑建筑的建造设计方式。这些定义表明，绿色建筑概念的提出为建筑业提供了一种节能高效的建造方法，以促进建筑可持续发展。

1.2 BIM技术

BIM大致上可以描述为一种使用通用数据环境将建筑物虚拟模型数字化的方法，以便不同行业的相关从业者可以协同地输入、交换和共享信息。此外，BIM 技术还能够应用在绿色建筑项目整个生命周期的各个阶段，包括整体规划、建筑设计、项目施工、运营和维护等。并且支持BIM 技术的项目还拥有通过使用各种文件格式交换和共享数据来协作工作机制的能力。更重要的是，BIM 技术允许所有团队成员在项目生命周期内进行交互、创建信息，并始终如一地控制工作流程和信息细节。

因此，BIM 技术主要是将整个建筑项目各个方面的完整信息进行整合处理后放在一个模型当中，以便各环节工作人员进行调取运用的技术。

2 中国绿色建筑设计中BIM 技术应用研究分析

2.1 文献体量与趋势研究分析

在中国知网，通过输入关键主题词“BIM”，以及“BIM”加“绿色建筑”关键词，分析2012年1月～2022年12月近10年文献，发现相关成果大部分集中在近5年，并且2014年～2020年近6年BIM 技术应用进入快速发展阶段，2021年由于外部原因，相关文献数量有所减少，但总体趋势是逐年递增，随着BIM技术的进一步普及和政策支持，相关研究会越来越多，内容会越来越丰富，技术更新迭代的速度也会加快。

2.2 BIM技术应用价值分析

在中国，BIM 技术在绿色建筑设计中的应用越来越广泛。BIM技术的加速发展很大程度上取决于我国政府的指导和一些相关机构对强制性规范性条约的发布，例如设计标准、制图标准、收费标准和后续问题的责任划分等。这些措施为不同部门的职责提供了依据，并且能够使BIM 技术更加符合实际项目的要求，更加有效地避免不必要的纠纷。

在相关文献方面，吴蔚（2014）通过统计国内外学者有关BIM 效益研究建立指标列表，运用理论分析法对BIM效益指标进行优化，建立BIM效益评价指标体系，并且运用实际案例分析，得出了建设项目应用BIM 技术具有正效益[5]。Huang 等人（2021）对300名BIM和绿色建筑设计的相关从业者进行了深入访谈和调查。结果表明，BIM 在节能、节材、改善室内外环境等方面发挥着重要作用。BIM能够促进设备性能参数的查询，计算可重复使用的建筑材料，并降低建筑能耗[6]。陈烨（2022）提出BIM 技术可应用于绿色建筑项目的规划设计、建造施工、安全管理、运营维护等各个阶段，且能满足各单位、各专业的沟通交流、协同作业需求[7]。

而BIM技术在我国现有绿色建筑设计中的应用则主要集中在辅助设计方面，如图纸周转、管线碰撞检测和相关分析。也可与更先进的技术结合，从而提升其综合价值。如3D打印技术、三维激光扫描技术、VR技术数字建筑技术、RE技术等信息技术。

2.3 BIM技术应用障碍分析

尽管BIM 技术近年来在中国发展迅速，但要使其有效应用，需要解决许多问题。例如，上海、北京等一线城市BIM 工程项目居多，特别是在政府项目中的应用率超过85%。然而，BIM 技术在绿色建筑设计中的应用发展形势在中国三四线城市依然不够明朗，仅占总比的50%不到。而导致这些情况产生的原因，Liu等人（2013）总结了我国BIM技术应用和发展的一系列局限性，包括使用BIM技术在AEC行业的价值没有量化，需要开发BIM专业软件，以及缺乏行业推广和相关标准[8]。Boye等人（2014）借助政企博弈模型研究了BIM技术在国内的应用。他们发现，BIM 技术在中国的缓慢发展与政府的经济政策密切相关[9]。此外，Sun 和Wang（2015）指出，项目业主和承包商之间的利益冲突是阻碍国内BIM技术发展的主要因素[10]。Li 等人（2017）通过文献综述、问卷调查和访谈相结合，找到了BIM 技术在国内推广缓慢的原因。他们表明，在国内推广BIM 的主要障碍是业主对BIM价值缺乏了解[11]。

而造成这些情况出现的主要有几点。

首先，绿色建筑的设计方法也比传统建筑设计方法更复杂，因为绿色建筑的设计方法更专业，定制的流程导致其比传统的建筑设计方法拥有更复杂的施工[12]。尽管许多绿色建筑项目已经证明了可BIM技术的实际节能效果，但设计师和工程师仍然无法预测建筑物整个生命周期中的最终应用效果。通常的设计方法只关注一个目标，如热性能或碳减排等。但是，节省成本却是客户的主要目的，从而导致整体项目不可避免的需要追求精度更高的最佳设计方案，而这却需要大量的计算成本[13]。

其次，绿色建筑的可持续设计在很大程度上取决于所有参与者之间的成功合作。然而，现代建筑形式的日新月异使他们之间的合作却变得更复杂[14]。虽然基于BIM技术的自动集成设计可以弥合不同参与者之间的差距，减少设计时间，并提供可行的自动优化解决方案，有利于整合不同的学科[15]。但是，现有的不同参与者设计整合方案仍处于初步研究阶段，不同参与者融合方式仍处于空白阶段。

最后，大多数相关从业者使用的BIM 软件是独立的，对于不同的应用场景存在不同的实现障碍。例如，Autodesk Revit无法提供预制结构和可持续设计的自定义功能。该软件在功能方面难以满足各方的要求，特别是在材料、成本和维护管理方面[16]。BIM相关软件的缺乏不仅导致许多专业技术和应用无法展开，还制约了中国BIM 技术的发展。而且相关实践标准的缺乏和基于我国情况的BIM软件的缺失，使得我国BIM技术发展更加困难，致使相关从业者仍然对BIM 应用持观望态度，从而产生一个恶性循环[17]。因此，BIM 技术在中国绿色建筑设计中的开发和应用仍然是一项长期且艰巨的任务。

总体而言，由于关于我国BIM 相关软件的缺乏和BIM实施标准的不完备，从而影响了BIM技术在我国建筑可持续性和信息化中的广泛应用，导致BIM技术在我国绿色建筑设计中难以深入地发展下去，并且未来的BIM 技术将对相关设计从业者提出更高的要求，他们需要具备更加广泛的知识、技能和能力。如果相关从业人员对BIM相关软件掌握整合不足，也会导致BIM 技术在绿色建筑应用方面难以展开与发展[18]。

3 结语

BIM技术在我国建筑可持续性和信息化中的应用数量多、范围广，但水平仍有待提高。主要原因可以概括为缺乏合理的顶层规划，缺乏BIM 实施的标准和面向国内的BIM 相关软件工具[19]。基于此，面对上述问题应当大力发展并推进国内BIM技术相关软件完善和绿色建筑建造规范的进度，但同时也必须全面认识BIM 技术在绿色建筑设计中的优越性，并利用BIM技术的优势完善常规建筑设计中存在的缺陷，将BIM 技术切实落地应用到绿色建筑设计中去，有效地应用BIM技术推动绿色建筑的发展。