基于BIM的綠色建筑全壽命周期成本管理

羅甜湉 張東林 劉月君 季凡杰 黃鳳玲 莫盛杰

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.秦皇島廣建工程項(xiàng)目管理有限公司，河北 秦皇島066000)

0 引 言

我國(guó)建筑業(yè)每年能源消耗占比巨大[1]，為響應(yīng)國(guó)家推行的綠色環(huán)保理念，建筑業(yè)也愈加重視綠色建筑的建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的.國(guó)內(nèi)一直在推廣BIM技術(shù)，它可以通過(guò)三維數(shù)字技術(shù)模擬建筑物的真實(shí)信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)之間的集成交流[2].綠色建筑是在建筑全壽命周期內(nèi)，為應(yīng)對(duì)全球氣候變化、資源和能源短缺等問(wèn)題，最大限度地利用能源、提高能源效率，建設(shè)高品質(zhì)建筑以實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處.而綠色建筑的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)與BIM技術(shù)結(jié)合起來(lái)更加精確高效.

1 相關(guān)概念

典型的BIM應(yīng)用已經(jīng)從3D(幾何信息)發(fā)展到4D(時(shí)間/進(jìn)度信息)、5D(成本信息)、6D(能耗信息)到nD(多維)[3].BIM技術(shù)利用已建立的BIM模型，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)誤差、獲取和分析工程造價(jià)數(shù)據(jù)，為整個(gè)建筑過(guò)程提供技術(shù)援助，為項(xiàng)目參與者提供BIM平臺(tái)，以有效地提高效率，在整個(gè)生命周期內(nèi)，建筑能達(dá)到成本低、質(zhì)量高、安全、高效的目的，并實(shí)現(xiàn)責(zé)任的可追溯性.

綠色建筑不僅包括前期策劃、設(shè)計(jì)、施工階段的綠色要求，還包括建筑運(yùn)營(yíng)的可持續(xù)性使用以及壽命結(jié)束時(shí)對(duì)建筑的拆除和材料的回收.利用BIM 5D、iTWO等軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色建筑的整個(gè)實(shí)施階段的管理，包括3D模型、數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)間進(jìn)度、成本管理等方面，能優(yōu)化工期，控制施工及運(yùn)營(yíng)成本.

2 綠色建筑中項(xiàng)目成本管理存在的問(wèn)題

關(guān)于綠色建筑的成本，有學(xué)者研究認(rèn)為，其全壽命周期成本與傳統(tǒng)建筑成本不同，要從更高的層次、全要素角度進(jìn)行成本分析，并要考慮外在的、隱形的、不可量化的成本[4].

2.1 實(shí)際投資與計(jì)劃目標(biāo)偏離

綠色建筑的建設(shè)過(guò)程中，由于它的高要求高標(biāo)準(zhǔn)，在建設(shè)過(guò)程中往往會(huì)讓成本超出預(yù)算，主要是需要使用耐久性好、易維護(hù)、可循環(huán)利用的材料，這些材料比較昂貴，并且有些需要特別的儲(chǔ)存方式，造價(jià)自然會(huì)上漲.建設(shè)方需要遵守綠色建筑的保護(hù)環(huán)境這一原則，這也會(huì)增加比普通建筑更多的成本.

2.2 項(xiàng)目各參與方的協(xié)調(diào)性差

項(xiàng)目的各參與方或利益相關(guān)方因?yàn)樾畔⒔涣鞑粔驕?zhǔn)確、變更信息不及時(shí)，會(huì)造成一些不必要的成本增加.特別是綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜繁多，因?yàn)榻涣鞯牟粶?zhǔn)確也會(huì)造成建設(shè)額外支出.

3 應(yīng)用BIM的綠色建筑的成本管理

現(xiàn)如今這個(gè)加快推進(jìn)信息化的社會(huì)，將項(xiàng)目成本管理和數(shù)據(jù)信息結(jié)合起來(lái)，能解決目前成本管理所存在的許多問(wèn)題.在全球倡導(dǎo)的節(jié)能減排口號(hào)的呼吁下，綠色建筑應(yīng)運(yùn)而生[5]，面對(duì)全球變暖、生態(tài)環(huán)境變差等等的問(wèn)題，人類應(yīng)該大力推動(dòng)綠色建筑的進(jìn)程.在建筑行業(yè)的發(fā)展中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)綠色建筑的管理.

綠色建筑的建設(shè)階段，成本大于普通建筑，而在綠色建筑的后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，其成本是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通建筑的，也就是說(shuō)從短期看來(lái)綠色建筑投入過(guò)大，但是以長(zhǎng)期可持續(xù)的角度來(lái)看，它的總投入并不比普通建筑高，甚至是更低的[6].

3.1 綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)

綠色建筑評(píng)級(jí)工具是用來(lái)評(píng)估建筑物的環(huán)境可持續(xù)性，目的是在建筑物的建造、管理和運(yùn)營(yíng)階段減少能源消耗和對(duì)環(huán)境的影響.將綠色建筑的評(píng)級(jí)和BIM結(jié)合起來(lái)顯然更加的直觀便捷高效.

自2015年1月1月起，《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》正式實(shí)施，是可持續(xù)發(fā)展在建筑中的具體體現(xiàn)，是建筑全壽命過(guò)程實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)、綠色建造、綠色運(yùn)營(yíng)維護(hù)的導(dǎo)向[7].

《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》有七項(xiàng)評(píng)分指標(biāo)，示意表如表1：

表1 《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)指標(biāo)

以上七類指標(biāo)的評(píng)分項(xiàng)得分經(jīng)加權(quán)計(jì)算后與加分項(xiàng)得分之和為總分.“居住建筑/公共建筑”和“設(shè)計(jì)階段/運(yùn)行階段”的權(quán)重各不相同.一星級(jí)、二星級(jí)、三星級(jí)分別對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)是50分、60分、80分.

BIM有幾種標(biāo)準(zhǔn)，其中g(shù)bXML(green building XML)就是專屬于綠色建筑評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)格式.在選擇gbXML作為BIM模型數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)采用以下(圖1)流程[8]：

圖1 評(píng)估建筑綠色建筑等級(jí)的流程

根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2014對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分.利用BIM相關(guān)的分析軟件也能分析建筑是否符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，比如CadnaA軟件可以分析建筑周邊的噪聲污染情況，DProfiler軟件可以分析自然采光的情況等等.顯然，基于BIM的綠色建筑評(píng)價(jià)是高效并且較為準(zhǔn)確的.

由于前期建設(shè)成本是完全可控的，可以利用BIM控制成本的支出.在設(shè)計(jì)階段，用BIM構(gòu)建相關(guān)模型并且利用gbXML標(biāo)準(zhǔn)檢查其綠色建筑是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，若符合相關(guān)的綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，即可導(dǎo)出各工程量，根據(jù)當(dāng)?shù)氐挠?jì)價(jià)定額等標(biāo)準(zhǔn)可得出該工程的預(yù)算成本.并且在設(shè)計(jì)階段根據(jù)分析結(jié)果還可以進(jìn)行設(shè)計(jì)的修改，減少一些可以避免的能源的消耗和成本的支出等.在建設(shè)施工階段，對(duì)于成本的管理則需要更加嚴(yán)格，項(xiàng)目經(jīng)理等管理人員嚴(yán)密監(jiān)管，以避免不必要的支出.計(jì)劃成本應(yīng)該分時(shí)間段(月度或者季度)記錄，和實(shí)際成本進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，及時(shí)調(diào)整其偏差，減少損失.

3.2 綠色建筑全壽命周期成本管理的控制策略

3.2.1 綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)

控制綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)的明確性、合理性和及時(shí)性.由開(kāi)發(fā)商、設(shè)計(jì)師、承包商、物管人員控制.明確目標(biāo)的準(zhǔn)確性，需要減少投資綠色建筑帶來(lái)的資金和時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)的不確定性；對(duì)于合理性，需要考慮以下幾點(diǎn)：(1)充分考慮綠色建筑建設(shè)和運(yùn)營(yíng)情況，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)；(2)與項(xiàng)目有關(guān)的各類人員，從一開(kāi)始就介入設(shè)計(jì)過(guò)程，建立好BIM數(shù)據(jù)交流平臺(tái)；(3)盡可能將利益相關(guān)者結(jié)合到目標(biāo)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)BIM平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行查看.在理想情況下，在設(shè)計(jì)方案招標(biāo)以前就應(yīng)該確定好綠色建筑設(shè)計(jì)的目標(biāo)[9].

3.2.2 綠色建筑預(yù)算

建立全壽命周期的成本模型，在滿足綠色建筑目標(biāo)的前提下，合理分配預(yù)算，控制綠色建筑的技術(shù)、設(shè)備，避免預(yù)算偏高.為保證預(yù)算滿足未來(lái)綠色建筑計(jì)劃的要求，運(yùn)用價(jià)值工程原理，從功能和成本兩個(gè)角度綜合考慮和評(píng)價(jià)預(yù)算情況.

3.2.3 招標(biāo)文件和合同

盡早確定綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)，在招標(biāo)文件和合同中清楚地描述綠色建筑的目標(biāo)要求，減少因?yàn)楹贤兏鼘?dǎo)致的成本支出.清楚地描述綠色建筑的目標(biāo)范圍，選擇具有綠色建筑相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師和承包商，設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)要精通BIM技術(shù)，這樣更能高效地進(jìn)行控制，避免因?yàn)槿藛T的不熟練導(dǎo)致的成本損耗.

3.2.4 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)

選擇積極主動(dòng)的項(xiàng)目經(jīng)理，對(duì)決策和管理有促進(jìn)的作用，并且要對(duì)BIM的使用非常熟悉，對(duì)設(shè)計(jì)方給出的模型能完美的組織調(diào)度.設(shè)計(jì)師和承包商都需要具備綠色建筑和BIM的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，可以準(zhǔn)確地對(duì)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理.團(tuán)隊(duì)要保證一體化設(shè)計(jì)的原則，提前規(guī)劃好從設(shè)計(jì)階段直到運(yùn)營(yíng)階段，這樣更能順利進(jìn)行綠色建筑的全壽命周期的管理，為全壽命周期成本管理提供了保證.

4 案 例

選取江蘇南京某體校圖文信息中心為例，主體為7層，房屋高度為32m，屬于框架結(jié)構(gòu)，建筑面積大約6300 m2.運(yùn)用能源分析軟件Ecotect對(duì)建筑進(jìn)行保溫、日照和采光等模擬分析，并根據(jù)結(jié)果對(duì)綠色建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減少成本的支出.在Ecotect軟件中創(chuàng)建的簡(jiǎn)易建筑模型如圖2.

圖2 建筑3D圖

利用Ecotect中的氣象分析工具(Weatool)進(jìn)行模擬分析.導(dǎo)入南京當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，并選擇一年中最冷和最熱的月份，得出建筑的最佳朝向如圖3.粗實(shí)線箭頭指向?yàn)槟暇┑貐^(qū)的最佳建筑朝向：南偏西17.5°.最佳建筑朝向可以讓建筑物在白天獲得最好的日照、冬季獲得最充足的陽(yáng)光，減少建筑物使用時(shí)產(chǎn)生的光照、采暖能耗，在建筑的使用階段降低了大量的使用成本.

圖3 最佳建筑朝向

人體的熱舒適度是由空氣濕度、相對(duì)濕度、氣流速度與平均輻射溫度這幾個(gè)因素決定的，圖4計(jì)算分析出了對(duì)人體來(lái)說(shuō)最舒適的一個(gè)區(qū)域.它準(zhǔn)確的提供了幾種被動(dòng)式策略來(lái)改善熱舒適型范圍.圖中的粗實(shí)線框就是最舒適區(qū)域，這些根據(jù)焓濕圖得到的最舒適的區(qū)域符合綠色建筑的需求.如果控制室內(nèi)溫度、濕度達(dá)到一個(gè)適合的區(qū)域，就能在濕熱的夏天使得室內(nèi)減少空調(diào)的使用，從而減少電的使用，并且能減少二氧化碳的排放.這是節(jié)能與能源利用指標(biāo)里的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，控制好這一節(jié)點(diǎn)，使得綠色建筑達(dá)到合格及以上的分?jǐn)?shù).這可以節(jié)約使用階段的成本.

圖4 焓濕圖

評(píng)估立項(xiàng)階段：通過(guò)BIM技術(shù)模擬土地周邊情況，評(píng)估項(xiàng)目的可行性；應(yīng)用相關(guān)BIM軟件建立初期模型，把利于關(guān)系的人全部拉到模型中征求廣泛的意見(jiàn)，對(duì)項(xiàng)目以實(shí)際評(píng)估的各個(gè)方案的成本、時(shí)間和可持續(xù)發(fā)展等要素進(jìn)行較為準(zhǔn)確的初步評(píng)估，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行.

項(xiàng)目準(zhǔn)備階段：BIM可以有效劃分責(zé)任分區(qū)、幫助利益分配變化，對(duì)控制成本有極大幫助；在投融資環(huán)節(jié)幫助利益關(guān)系人了解資金結(jié)構(gòu)，有利于各股權(quán)人控制資金的流向；在仔細(xì)勘察環(huán)節(jié)通過(guò)模擬上文所述的地形氣象等數(shù)據(jù)，增強(qiáng)勘察的準(zhǔn)確率，有利于控制成本.

項(xiàng)目實(shí)施階段：主要應(yīng)用在設(shè)計(jì)階段和實(shí)施階段，BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)模擬好綠色節(jié)能的方案，可以有效減少工程變更，減少成本的額外支出；實(shí)施階段指導(dǎo)施工，隨時(shí)監(jiān)控建筑的建設(shè)情況，及時(shí)糾正進(jìn)度偏差，指導(dǎo)專業(yè)技術(shù)施工，減少不必要的成本損耗.在對(duì)管道綜合的應(yīng)用中，BIM技術(shù)指導(dǎo)施工，使得施工過(guò)程減少很多不必要的施工工序，額外增加人工和材料費(fèi).在施工過(guò)程中需要保證綠色施工，利用BIM對(duì)環(huán)境的噪聲、空氣情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在保證不對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)的情況下控制好成本.

運(yùn)維階段：當(dāng)BIM應(yīng)用達(dá)到一定精度時(shí)，便可進(jìn)行建筑的運(yùn)維管理.通過(guò)對(duì)建筑內(nèi)能源消耗的監(jiān)控，監(jiān)測(cè)是否有設(shè)備損壞，及時(shí)作出措施，防止出現(xiàn)更多的成本損耗；在建筑的使用階段利用BIM監(jiān)控能源的消耗量，在光照充足的情況下提醒使用者，盡量使用自然光減少能源的消耗并控制使用成本.建筑里的隱蔽工程信息提前保存在BIM模型中，當(dāng)改建或二次裝修時(shí)可避開(kāi)現(xiàn)有隱蔽工程位置，為維修、更換設(shè)備和定位提供便利.還可對(duì)建筑運(yùn)營(yíng)期間的安保、設(shè)備等進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化建筑.

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析，可以得出比起傳統(tǒng)的成本管理，基于BIM的全壽命周期成本管理更能高效而準(zhǔn)確的完成這個(gè)過(guò)程[10].住建部正在大力推廣BIM這個(gè)新興信息技術(shù)，它的應(yīng)用讓綠色建筑的成本管理更加方便有效和直觀，相信在高速發(fā)展的信息化智能化的今天，BIM技術(shù)能夠和綠色建筑有效結(jié)合起來(lái)，為全球綠色可持續(xù)發(fā)展提供更加高效、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的方案.