BIM技術在建筑業(yè)節(jié)能減排中應用

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1.建筑產業(yè)的變革趨勢

改革開放以來，建筑業(yè)作為我國國民經濟中重要的物質生產部門，隨著我國經濟飛速發(fā)展經歷了一個高速發(fā)展的過程。這個過程體現在產業(yè)規(guī)模，企業(yè)效益，技術裝備以及建造能力的不斷提高上，這些都對我國經濟的發(fā)展產生了重要的意義，與人民生活的改善有著密切的關系。自2011年以來，建筑業(yè)增加值占國內生產總值的比例始終保持在6.8%以上，2020年更是創(chuàng)歷史新高，達到了7.2%。2020年，全國建筑業(yè)企業(yè)實現利潤8303億元，比上年增加23.5億元，增速為0.3%，增速比上年降低2.6個百分點。建筑業(yè)從業(yè)人數5366.9萬人，連續(xù)兩年減少。2020年比上年末減少60.5萬人，減少1.1%，而按建筑業(yè)總產值計算的勞動生產率再創(chuàng)新高，達到42.3萬元/人，比上年增長5.8%，增速比上年降低1.3個百分點。建筑業(yè)雖然是一個傳統(tǒng)行業(yè)，一方面也面臨著諸如從業(yè)人員減少，整體利潤增速降低等多重風險，另一方面順應發(fā)展大勢，開啟了建筑工業(yè)化和信息化的重要變革。在這場變革中，以bim為代表的建筑智能建造技術發(fā)揮了重要作用。

2.BIM技術的發(fā)展特征

BIM是一種新技術形式，可幫助建筑企業(yè)對建設項目進行規(guī)劃和管理。我國國家標準：《建筑信息模型應用統(tǒng)一標準》（GB/T51212-2016）中明確，“BIM”為可以指代三個相互獨立又彼此關聯的概念，主要體現在其中“M”的不同。第一，“M”可以表述為“Modeling”，是名詞，指建筑、橋梁、道路等建設工程及其附屬設施的物理和功能特性的數字化表達，即通過使用一套適當的技術，對構建資產的各個方面進行了協(xié)調的數字描述，此數字描述可能包括信息行業(yè)曲線linkindustryAppraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2022.04.020可替代度影響力可實現度行業(yè)關聯度真實度豐富的3D模型。通過3D建模軟件創(chuàng)建的建筑信息化模型，作為工程項目相關信息的共享資源，用以為建設項目全生命期中的各種決策提供客觀、精確、可靠的信息支持；第二，“M”可以表述為“Model”，是動詞，是在整個生命周期中創(chuàng)建和管理建筑項目信息的過程。既包含了創(chuàng)建信息化模型的技術與過程，也包含了利用工程項目在設計、施工和運營等其全生命期內不同階段的數據開展業(yè)務過程，以期令所有項目相關方共享不同技術平臺之間的數據并處理為各自關心的信息；第三，“M”可以表述為“Management”，是使用模型數據共享的業(yè)務流程的組織和控制。依托3D模型，進行相關結構化數據（如產品、執(zhí)行和交接信息）的組合。由此可見，BIM技術的最終目的是將建設項目引向信息化的協(xié)作。在世界范圍內，BIM技術開展較早，規(guī)范體系也較為完善的國家是英國。英國政府逐漸意識到，BIM技術將建筑業(yè)轉向“全面”協(xié)作工作的過程將是漸進的。因此，在這一進程中，劃分為0~3四個階段，并且定義了明顯和可識別的里程碑。階段0最簡單的形式，實際上“0”意味著沒有協(xié)作。僅使用二維CAD（計算機輔助設計）技術繪圖，主要用于生產信息，并通過紙張打印與電子圖紙結合進行輸出和分發(fā)。目前，不管是國內還是國外，大多數建設項目相關的工程行業(yè)均能熟練應用這一技術。階段1通常包括概念工作的三維CAD、起草法定文件和生產信息的二維組合。數據的電子共享通常由承包商管理的常見數據環(huán)境進行，諸如現在較為成熟的OA系統(tǒng)、即時通信軟件等。此階段的特征是，建設項目相關方各自在數據共享方面有確定的角色和責任；采用數據命名公約；采取措施，制定和維護項目數據具體守則并進行項目數據的空間協(xié)調；采用“共同數據環(huán)境”，以便項目團隊所有成員之間共享信息，例如項目信息互聯網或電子文檔管理系統(tǒng)；同時，有一個適當的信息層次結構，支持共同數據環(huán)境和文檔存儲庫。此階段，項目各相關方各在自身角色范圍內進行各自內部的協(xié)調。目前，國內一些成熟的企業(yè)內部已經開始建立，并逐漸完善自身的信息共享系統(tǒng)。階段2的目標是“協(xié)作”。需要針對項目的信息交換流程，以及各種系統(tǒng)和項目相關方之間進行協(xié)調，每方使用的任何CAD軟件都必須能夠出口到一種常見的文件格式，如IFC（行業(yè)基礎類）或COBie（建筑運營建筑信息交換類）。目前這是英國政府為公共部門工作設定的最低目標的工作方法。而在國內，政府已經開始主導，并以新興的CIM（城市信息模型）技術開展類似的工作，通過政府制定的統(tǒng)一文件格式，以期達到二維與三維層面的信息共享。階段3的特征尚未完全界定，在英國政府進行了階段3的戰(zhàn)略性概述。包括制定一套新的國際“開放數據”標準，為在整個市場輕松共享數據鋪平道路；對采用BIM的項目建立一個新的合同框架，以確保一致性，避免混亂，并鼓勵公開、協(xié)作工作；創(chuàng)造一種合作、尋求學習和分享的文化環(huán)境；培訓公共部門客戶使用BIM技術，如數據要求、操作方法和合同流程；推動國內外經濟增長和科技建筑業(yè)就業(yè)。BIM技術在我國的建設項目中從起步至今，已有20年，目前正處于高速發(fā)展階段。在這20年中，我國的BIM應用也逐步走向廣泛和深入。在我國的BIM實踐中，政府也開始從建筑產業(yè)工業(yè)化變革、產業(yè)工人培訓等方面主導推動一些階段3的基礎工作。

3.BIM技術在“雙碳”目標中的作用

2020年12月在北京舉行的中央經濟會議指出，我國二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，力爭2060年前實現碳中和。這是我國作為世界最大發(fā)展中國家，向世界做出的莊嚴承諾。隨著可再生能源作為建筑的主要重點增長，BIM為實現這種可持續(xù)性提供了關鍵途徑。BIM協(xié)助建設項目規(guī)劃。它通過3D設計來增強流程，以促進更好、更可持續(xù)的建筑。從解決沖突到提供新的機會，BIM技術可以從以下方面的應用中有效提高能源效率。

3.1建模工作

BIM的中心重點是建模、設計和規(guī)劃。在規(guī)劃注重可再生能源效率的建筑時，業(yè)主可以通過不同的虛擬計劃模型方案，展示每個計劃和模型將產生的能源影響。專家將會針對不同設計對其環(huán)境和周圍社區(qū)產生的不同影響進行評估，進而選擇最節(jié)能的模型。

3.2規(guī)劃階段

BIM系統(tǒng)的核心是規(guī)劃。從建筑設計師到工程承包商，通過BIM技術的應用，團隊的每個成員均可以獲得關鍵信息，通過虛擬空間內的時間推演模擬，設計師將結合智能建筑解決方案進行設計。利用不同形式的可再生能源，比如直接利用太陽能，或者考慮太陽能的因素進行設計，以達到最大化地利用。使用自然照明可減少對需要消耗能源的人造光的需求。同樣，使用BIM技術來輔助設計一座最大利用太陽光的建筑物可以降低加熱和冷卻需求。另外，可以使用可持續(xù)材料建造建筑來實現能源效率?；蛘呃肂IM技術，展示建筑工程材料的時間變化。通過延長使用壽命在時間的尺度上實現最佳能效。同時，節(jié)能產品的使用也可以為建設項目自身增值。從應用智能技術的供熱通風與空氣調節(jié)系統(tǒng)到節(jié)能冰箱，BIM可以在建模階段發(fā)揮巨大優(yōu)勢，可以幫助該領域的專家和設計師，量化不同方案的影響，進行評估，并最終進行選擇。

3.3實施階段

工程項目的建造過程需要大量的專業(yè)人員參與，包括城市規(guī)劃師、建筑設計師，工程師和承包商。BIM的優(yōu)勢體現在建模和設計方面，更加便于專業(yè)人士之間開展更多合作。建筑物造成大量電力過度消費和碳排放。建筑結構的建造過程通過耗電釋放近33%的溫室氣體排放。當規(guī)劃階段完成，施工階段開始時，通過BIM技術，各項目參與方可以較為高效地就最佳設計達成一致，將最優(yōu)的節(jié)能計劃和方案實施。由于在虛擬模型中，對建造過程中的細節(jié)已經有了充分的討論，實施時的沖突將大大減少，效率會顯著提高，工程承包商可以更精細的能源計劃減少建筑材料的浪費和建筑車輛等能源使用和排放。利用BIM技術的預建造過程也將減少承包商在工作中遇到的錯誤數量，避免因錯誤或意外導致的進度拖延或返工。BIM規(guī)劃越高效，施工承包商在工作中消耗的精力就越少，從而也可以配置最優(yōu)化的管理人員。

3.4運維階段

運維階段的節(jié)能也至關重要，如果將采用BIM技術的設計工作視為是建造過程的一部分，那么它可以顯示電力系統(tǒng)能持續(xù)多久，以及應該如何保持其性能。避免低效或損壞的系統(tǒng)浪費能源和浪費資金。通過BIM技術的輔助，可以制定最佳的設備維護方案，通過運行數據的采集，及時進行設備維修，甚至更換。

3.5提升政府管理能力

政府號召、社會壓力和生存需求是許多行業(yè)向節(jié)能實踐過渡的部分原因。BIM技術可以提供具體的計劃、透明度高的實時數據和統(tǒng)計數據。這樣有利于政府的管理與公眾的監(jiān)督，以評判項目在規(guī)劃階段做出的對節(jié)能的承諾。同時，建設項目專業(yè)人員都能通過透明的數據，不斷驗證節(jié)能方案，并不斷改進。

4.BIM技術的未來

建筑行業(yè)前沿也將繼續(xù)創(chuàng)新。目前云計算、物聯網、區(qū)塊鏈、人工智能和現代建筑方法都開始陸續(xù)應用在建筑工程領域的方方面面。隨著基于BIM技術的協(xié)同平臺不斷成熟，構建數據、分類數據和命名文件的人工任務將實現自動化，這將進一步強化信息結構和流程，加速BIM的發(fā)展。未來可能將出現一條與建筑工程項目設計和建造并行發(fā)展的信息線。這些信息可能跨越產業(yè)，甚至跨越國家地理邊界，成為“大數據”，幫助決策者不斷改進，以建立一個更安全、更可持續(xù)的建筑環(huán)境。同時，這些數據信息可能形成新的資產，成為新的建筑工程領域的增長點。

作者:黃厚軍 單位:廣州機施建設集團有限公司 廣州市建筑集團有限公司