基于BIM的建筑全生命周期低碳分析

【摘 要】利用BIM軟件綜合所有影響建筑全生命周期碳排放的數(shù)據(jù)，本文將LCA理論研究與BIM技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行對(duì)建筑各階段碳排放的控制和預(yù)測(cè)。在對(duì)建筑各階段碳排放分析的基礎(chǔ)上結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)碳排放的控制，選擇如GBS、Naviswork等的能耗分析及碳排放測(cè)算綠色軟件進(jìn)行碳排放預(yù)測(cè)，在進(jìn)行相應(yīng)因素對(duì)建筑碳排放的比較基礎(chǔ)上，達(dá)到基于BIM的建筑全生命周期低碳控制的目的。

【關(guān)鍵詞】低碳 BIM 建筑全生命周期

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和能源問題的日益嚴(yán)重，綠色建筑已成為國(guó)際建筑界的主流趨勢(shì)。而在建筑的節(jié)能、減排設(shè)計(jì)中，建筑的低碳排放更是具有重要意義。根據(jù)2011年5月lO日住建部發(fā)布的《2011-2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，運(yùn)用BIM模型對(duì)建筑生命周期進(jìn)行動(dòng)態(tài)的、全過程的管理，對(duì)建筑各階段碳排放分析的基礎(chǔ)上結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)碳排放的控制，實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的綠色低碳。

一、基于LCA的低碳建筑

低碳建筑是指在建筑準(zhǔn)備、施工建造和建筑使用的全生命周期內(nèi)，減少如化石能源等的使用，降低能耗、提高能效，從而降低CO2排放量的建筑。低碳建筑具有一次投入資金較大、成本較高、投資回報(bào)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)，即短時(shí)間內(nèi)“低碳建筑”的收效并不明顯。低碳建筑的“低碳”是要從建筑全壽命周期（LCA）來考慮的的。

從建筑全生命周期的角度分析，低碳建筑應(yīng)該具有以下幾個(gè)特征[1]

（一）在設(shè)計(jì)階段注意依據(jù)當(dāng)?shù)氐母黜?xiàng)氣候條件及環(huán)境要素來進(jìn)行利于節(jié)能減排的建筑構(gòu)造形態(tài)、空間形式等的比較分析，并由此控制體形系數(shù)和窗墻比。

（二）從建筑的材料選擇和細(xì)部的構(gòu)造進(jìn)行不同方案的比較，盡量選擇有利于主體結(jié)構(gòu)保護(hù)和避免熱（冷）橋產(chǎn)生的節(jié)能減排材料和設(shè)備。

（三）低碳建筑還應(yīng)盡量多采用利用自然能源的設(shè)備，諸如采用風(fēng)能、地源熱泵技術(shù)和太陽(yáng)能技術(shù)等——雖然短期投入較高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，節(jié)能減排的效果也是可觀的；而且人造能源總是有限的，自然能源（比如太陽(yáng)能）則幾乎可以認(rèn)為是取之不竭的。

二、基于LCA的碳排放控制

建筑產(chǎn)品的生命周期碳排放控制設(shè)計(jì)概括為五個(gè)步驟[2]：

（一）分析環(huán)境現(xiàn)狀

對(duì)建筑所在地的環(huán)境影響現(xiàn)狀進(jìn)行分析，如建筑的構(gòu)造形態(tài)、空間形式對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的大小進(jìn)行分析，在設(shè)計(jì)中進(jìn)行重點(diǎn)控制。

（二）確定系統(tǒng)邊界

對(duì)建筑系統(tǒng)的邊界進(jìn)行劃分，如建筑運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的碳排量達(dá)到近80%。對(duì)建筑全生命周期進(jìn)行綜合考慮，選取重點(diǎn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)邊界。

（三）設(shè)計(jì)要求與對(duì)策

在諸多環(huán)境、性能、文化、成本、法規(guī)等影響要素間確定要求間的次序及相應(yīng)的權(quán)重，盡力解決要求間的矛盾。特別針對(duì)環(huán)境的要求采取多種相應(yīng)的對(duì)策，如同時(shí)用到廢物減量化、回用、循環(huán)利用、延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命等措施。

（四）優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

BIM技術(shù)的應(yīng)用可以有效集成多方信息，能夠以最直觀的方式把建筑碳足跡表現(xiàn)出來，在進(jìn)行綜合性能的比較分析后，優(yōu)選環(huán)境友好的方案，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)方案階段“低碳建筑”的訴求。

（五）環(huán)境影響評(píng)價(jià)

方案設(shè)計(jì)初步完成后，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行環(huán)境影響的預(yù)評(píng)價(jià)，進(jìn)行反饋控制，得到優(yōu)化方案，總結(jié)生命周期設(shè)計(jì)方法的環(huán)境效益。本文以建筑生命周期碳排放的預(yù)測(cè)計(jì)量作為最終的環(huán)境指標(biāo)。

三、基于BIM的低碳分析

（一）建立BIM模型

BIM技術(shù)以構(gòu)件作為基本元素，將描述這些元素的幾何特征、物理屬性、施工、造價(jià)等相關(guān)信息有機(jī)地組織起來，形成一個(gè)存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)化的建筑模型?；贐IM的建筑信息內(nèi)容都是參數(shù)化和相互關(guān)聯(lián)的，通過BIM構(gòu)建各個(gè)專業(yè)協(xié)同工作的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了信息的準(zhǔn)確傳遞、及時(shí)共享和有效管理。一個(gè)信息完整的BIM模型中包含了絕大部分建筑性能分析所需的數(shù)據(jù)[3]。

目前比較成熟的基于BIM的建模軟件主要有Graphisoft公司ArchiCAD，Bentley公司的Microstation Trifoma以及Autodesk公司的Revit系列。Revit系列包含了建筑全專業(yè)所需的建模軟件，包括Revit Architecture，Revit Structure 以及Revit MEP[4]。

BIM平臺(tái)建立的模型可以導(dǎo)出為不同格式的專業(yè)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了BIM信息交互和模型統(tǒng)一的思想?；谕粋€(gè)BIM模型的分析方式，保證了數(shù)據(jù)一致性，提高了建模效率，有效集中于性能分析。在各單項(xiàng)分析之后，綜合各項(xiàng)結(jié)果反復(fù)調(diào)整模型，尋找建筑物綜合性能平衡點(diǎn)，提高建筑整體性能[4]。

（二）綠色軟件綜合分析

基于BIM技術(shù)的建筑分析的基本模型為“BIM建模平臺(tái)——專業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及添加——模擬分析”。

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)可持續(xù)分析中的信息流可以概括為：由建筑信息模型的建筑地理、氣象數(shù)據(jù)、建筑幾何、建筑材、內(nèi)部負(fù)荷、建筑設(shè)備等方面綜合分析軟件進(jìn)行能量分析、熱工分析、日照分析、采光分析、聲學(xué)分析、造價(jià)分析等[5]。

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)階段可以進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)，綜合碳排放足跡，計(jì)算建筑本體的碳排放。常用的軟件包括魯班、廣聯(lián)達(dá)等算量軟件，形成符合概預(yù)算要求的工程量清單。

Green Building Studio 是Autodesk公司的能耗分析工具，所有人可以通過互聯(lián)網(wǎng)提交的BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。Green Building Studio依托一個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)，包括每小時(shí)的天氣數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及基于通用能源代碼標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)?shù)啬J(rèn)建筑特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，也包括項(xiàng)目的能源數(shù)據(jù)以及基于當(dāng)?shù)亟ㄖ愋蜆?biāo)準(zhǔn)和氣候提出的修改建議。

利用BIM技術(shù)建模集成建筑信息，在對(duì)建筑各階段碳排放分析的基礎(chǔ)，選擇如GBS、Naviswork能耗分析及碳排放測(cè)算等的綠色軟件進(jìn)行碳排放預(yù)測(cè)，在進(jìn)行相應(yīng)因素對(duì)建筑碳排放的比較基礎(chǔ)上，達(dá)到基于BIM的建筑全生命周期低碳控制的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]新能源與低碳行動(dòng)課題組.低碳之家[M]北京：中國(guó)時(shí)代經(jīng)濟(jì)出版社，2011.

[2]陳沖.基于LCA的建筑碳排放控制與預(yù)測(cè)研究[D]武漢：華中科技大學(xué)，2013.

[3]何關(guān)培，李剛.那個(gè)叫BIM的東西究竟是什么[M]北京.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]耿躍云，李勤，朱洲江.BIM在建筑環(huán)境領(lǐng)域的綜合應(yīng)用[C]建筑技藝，2010.

[5]AzharS，BrownJ.BIMfor Sustaina bility Analyses.Construction And Building Materials， 2009 .