碳中和背景下BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢探討

周 波

建筑是能源耗損最多的行業(yè)之一，故建筑行業(yè)是中國落實“3060”雙碳計劃的重要領(lǐng)域。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)既可以有效解決綠色建筑理念融入到建筑設(shè)計中的難點，又能深入解決各種跨學(xué)科的專業(yè)問題，為建筑設(shè)計創(chuàng)造有利條件。

1 BIM 技術(shù)概述

1.1 BIM 技術(shù)簡述

BIM 三維建模技術(shù)對造價、施工、管理等方面展開研究，能夠通過可視化、仿真化技術(shù)實現(xiàn)建筑工程參數(shù)和信息的協(xié)同工作，并模擬建筑的設(shè)計、建造、管理及使用等全生命周期，從而實現(xiàn)建筑全過程、全要素的統(tǒng)籌管理。運用BIM技術(shù)獲取信息，能進(jìn)一步提高建筑質(zhì)量、增強工作效率、提升經(jīng)濟(jì)收益、精簡工作環(huán)節(jié)以及強化作業(yè)的合理性。

1.2 BIM 技術(shù)的優(yōu)勢

（1）優(yōu)化性和模擬性。BIM 技術(shù)的優(yōu)化性是指通過提高建筑信息的精準(zhǔn)性來完善施工方案，即要求技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)建筑自身的實際狀況有效利用BIM 技術(shù)，并第一時間改善現(xiàn)有的設(shè)計方案，保障合理規(guī)劃施工進(jìn)展[1]。模擬性特點是指在實際設(shè)計過程中使用BIM 技術(shù)來模擬建筑的節(jié)能、日照等狀況，極大提高了招投標(biāo)時期設(shè)計方案的真實性。

（2）可視化和協(xié)調(diào)性。BIM 技術(shù)具備可視化特點，技術(shù)人員通過建立完整的建筑模型可以分析建筑的結(jié)構(gòu)是否合理，而建筑結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性導(dǎo)致設(shè)計過程中會遇到許多難題，合理使用BIM技術(shù)有利于施工人員全面實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的可視化。相較于傳統(tǒng)技術(shù)，BIM 技術(shù)具有更加突出的協(xié)調(diào)性，不但促進(jìn)設(shè)計人員和施工企業(yè)間協(xié)調(diào)合作，還能在最短時間內(nèi)制定出相應(yīng)的施工難點解決方案。此外，科學(xué)利用BIM 技術(shù)能夠防止設(shè)計人員間的交流障礙，保證設(shè)計工作順利完成。

（3）參考性和完備性。利用BIM 技術(shù)可以為設(shè)計人員展示更為準(zhǔn)確的參考信息，從設(shè)計模型的基本數(shù)據(jù)方面提高方案的合理性，進(jìn)而保證后續(xù)方案的執(zhí)行能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。而BIM 技術(shù)的完備性是指將綜合工程信息進(jìn)行詳細(xì)分類，并將每種建筑信息精準(zhǔn)地記載、傳送。

2 碳中和背景下BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的意義

2.1 節(jié)約能源

在評判建筑物是否符合綠色建筑要求時，可利用BIM 技術(shù)構(gòu)建建筑模型，并使用耗能檢測軟件來評判該建筑物耗能量能否達(dá)到規(guī)定的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，同時與建筑轄區(qū)氣象部門播報的氣象信息進(jìn)行比較，從而將建筑耗能控制在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能范圍內(nèi)。另外，利用BIM 技術(shù)研究室外的光照強度，購買、更換太陽能設(shè)備，還能夠研究室外的自然采光效果，降低人為照明導(dǎo)致的能源損耗[2]。而利用BIM技術(shù)設(shè)計綠色建筑時，能夠提高綠色建筑的合理性、減少能源耗損，同時還能提升能源利用的有效性，實現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標(biāo)。不僅如此，將BIM 技術(shù)融入綠色建筑中還可以減少環(huán)境污染、提高大眾生活品質(zhì)，同時減輕設(shè)計人員的壓力，并且能為設(shè)計人員展示真實有效的數(shù)據(jù)信息，從而提高設(shè)計人員的工作效率。

2.2 節(jié)約材料

BIM 技術(shù)能夠利用材料的整合信息在較短時間內(nèi)核算出項目整體所需要的材料總量，按照建筑結(jié)構(gòu)合理分配用量，并對施工人員進(jìn)行引導(dǎo)，從而達(dá)到綠色建筑的施工用料要求[3]。另外，使用BIM技術(shù)還能夠把水、電、暖等要素有效融入建筑設(shè)計中，針對線路撞擊及其他問題實行排查，防止出現(xiàn)材料浪費的現(xiàn)象。

3 BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用原則

3.1 經(jīng)濟(jì)性原則

綠色建筑的建造、運作、保養(yǎng)等工作環(huán)節(jié)煩瑣，若設(shè)計不符合實際要求，易產(chǎn)生投入成本高而經(jīng)濟(jì)收益低等情況[4]。結(jié)合BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計時需要遵守經(jīng)濟(jì)性原則，選擇適用、經(jīng)濟(jì)的建筑材料和技術(shù)，保證在節(jié)能減排的前提下縮減成本，提高綠色建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 節(jié)能性原則

為進(jìn)一步符合綠色建筑的設(shè)計要求，需要根據(jù)節(jié)能性原則進(jìn)行相關(guān)設(shè)計工作，科學(xué)制定資源節(jié)約指標(biāo)，設(shè)計健全的建筑方案，確保提高資源利用率。在設(shè)計建筑項目時，應(yīng)盡可能使用可再生資源，結(jié)合本地氣候條件、自然環(huán)境的實際特點，對光照、保暖及通風(fēng)等多個方面進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)綠色建筑設(shè)計的最終目標(biāo)。

3.3 舒適性原則

建筑項目的舒適性與資源損耗間存在一定沖突。例如，在夏季高溫天氣下，為保持室內(nèi)的舒適性而利用空調(diào)降溫，這會導(dǎo)致消耗一部分電能，與節(jié)能減排的要求沖突。應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排設(shè)計時就需要考慮舒適度的問題，通過模型來模擬建筑空間狀況，在提升舒適度的同時也應(yīng)保證建筑項目能夠達(dá)到碳中和目標(biāo)。

4 碳中和背景下BIM 技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

4.1 設(shè)計階段的應(yīng)用

設(shè)計階段作為工程項目的主要構(gòu)成部分，設(shè)計的質(zhì)量直接決定著工程安全與建造成本，BIM 技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，使用BIM 技術(shù)設(shè)計綠色建筑可以隨時提醒設(shè)計人員要踐行綠色環(huán)保理念，落實碳中和的有關(guān)政策，使每個設(shè)計環(huán)節(jié)都能體現(xiàn)環(huán)保理念。第二，在正式施工前，利用建立的三維模型向客戶進(jìn)行模擬演示，可將水電、土建、安裝以及消防等施工環(huán)節(jié)直接呈現(xiàn)到客戶面前。第三，利用BIM 技術(shù)設(shè)計方案時，可對機電、土建、鋼結(jié)構(gòu)等施工環(huán)節(jié)展開建模設(shè)計，并將有關(guān)數(shù)據(jù)信息輸入軟件內(nèi)，對建筑工程展開可視化、參數(shù)化設(shè)計。第四，BIM 技術(shù)可為設(shè)計、施工人員及時傳送數(shù)據(jù)信息，降低施工過程中發(fā)生問題的可能性。根據(jù)工程施工的具體需求改善、調(diào)節(jié)設(shè)計功能，解決誤差、設(shè)計不符合要求等問題，從而確保設(shè)計方案具有較強的可行性[5]。第五，使用BIM 技術(shù)還能對施工項目的設(shè)計變動情況進(jìn)行跟蹤管理，第一時間了解施工項目的實際狀況，依據(jù)施工場地情況反饋的問題在BIM 模型中及時檢驗并回復(fù)，合理改善、調(diào)整設(shè)計方案。第六，使用BIM 技術(shù)還能儲存變動后的數(shù)據(jù)信息，保證設(shè)計更加符合實際要求，規(guī)避某些隱患。按照施工項目的設(shè)計需要創(chuàng)建不止一個數(shù)據(jù)信息資源庫，全方位、詳細(xì)地記載模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，為完善設(shè)計方案奠定基礎(chǔ)[6]。

4.2 施工階段的應(yīng)用

具體施工時，BIM 技術(shù)的應(yīng)用既可以實現(xiàn)對施工各個環(huán)節(jié)系統(tǒng)化的綜合管理，又可以全面監(jiān)管建筑的施工質(zhì)量，把建造中的建筑特點全面展示在技術(shù)軟件中，同時還能夠直接觀察設(shè)計方案中的模型信息。在具體建設(shè)過程中，為從根源上保障建筑設(shè)計的品質(zhì)，既應(yīng)提升施工要求，還應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計建筑的每個構(gòu)件。例如，機電設(shè)計時因機電裝備的種類、數(shù)量各不相同，會造成施工能源嚴(yán)重浪費的現(xiàn)象，導(dǎo)致工程效率下降。在使用BIM 技術(shù)進(jìn)行機電設(shè)計時，不僅要使用綜合法對機電的線路展開具體研究，還應(yīng)根據(jù)實際狀況聯(lián)合設(shè)計方案，制定適合建筑具體施工要求的節(jié)能減排方案。對建筑全過程實施監(jiān)管時，使用BIM 技術(shù)不但能夠有效觀察建筑的耗損狀況，還可以直接展示建筑設(shè)計過程中的綜合施工數(shù)據(jù)[7]。另外，利用BIM 技術(shù)可以重點監(jiān)管建筑設(shè)計中的重要部分，使管理人員可以隨時掌握工程施工進(jìn)度，確保建筑工程能夠高質(zhì)量完成。此外，還應(yīng)大力推廣零能耗、零碳建筑，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)、生活和工作環(huán)境。

4.3 統(tǒng)籌階段的應(yīng)用

BIM 技術(shù)可以有效把控綠色建筑的設(shè)計環(huán)境，對周圍環(huán)境設(shè)計展開綜合演算，為后續(xù)設(shè)計技術(shù)改進(jìn)及調(diào)整奠定有效的理論依據(jù)。在具體開展建筑設(shè)計時，使用該技術(shù)既可以直接構(gòu)建三維立體建筑模型，又可以對模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并研究整合多個模型背景下的數(shù)據(jù)信息，制作綠色建筑設(shè)計的整體方案，進(jìn)而改善整個建筑設(shè)計模型[8]。對建筑進(jìn)行統(tǒng)籌時，不但可以確保綠色建筑的數(shù)據(jù)模型得到合理有效的應(yīng)用，而且還可以保障制作建筑設(shè)計模型過程中多方數(shù)據(jù)共同進(jìn)行核算，防止數(shù)據(jù)溝通過程中發(fā)生交流障礙等狀況，合理提高建筑整體的施工質(zhì)量。為了使綠色環(huán)保需求與建筑設(shè)計方案有效融合，打造更為合理的建筑設(shè)計統(tǒng)籌平臺，可以應(yīng)用BIM 技術(shù)中的分享設(shè)計模塊功能區(qū)，在具體設(shè)計過程中達(dá)成施工單位間的有效交流，從而設(shè)計出更加符合住戶需求的方案。此外，利用BIM 技術(shù)自身的優(yōu)勢還能夠彌補以往施工方式中難以協(xié)調(diào)、審核的缺陷，為設(shè)計方案的整體改進(jìn)與設(shè)計規(guī)劃的合理布局創(chuàng)造良好的工作氛圍。

4.4 結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用

利用BIM 技術(shù)設(shè)計綠色建筑能夠?qū)δ承┘?xì)節(jié)問題展開深入溝通，提高設(shè)計的合理性。在使用BIM 技術(shù)的過程中應(yīng)最大限度避免刪改設(shè)計信息，以便對施工過程實施更加深入的管控。另外，BIM技術(shù)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管，監(jiān)控工程質(zhì)量，進(jìn)而更為高效地推動建筑施工進(jìn)度。

4.5 日照分析的應(yīng)用

綠色建筑設(shè)計的最終目標(biāo)是降低碳排放，利用建筑物自身來達(dá)到保溫效果。利用BIM 技術(shù)能夠在設(shè)計時對日照展開分析，還能夠使用某些軟件共同研究輻射情況，根據(jù)研究結(jié)論來規(guī)劃日?；顒訁^(qū)域與施工所需材料[9]。此外，植被在美化環(huán)境的同時還能降低噪音，對此可以按照植被的作用通過BIM 技術(shù)進(jìn)行細(xì)致規(guī)劃。

研究采光時，應(yīng)盡可能地模擬采光的各個環(huán)節(jié)，制定出符合要求的窗戶尺寸和方位。同時還應(yīng)充分結(jié)合窗外環(huán)境，使用模擬技術(shù)有效模擬各種噪音，制定出適合的減噪方案，并利用模擬技術(shù)模擬每個房間聽到的噪音，科學(xué)合理優(yōu)化房間功能。如可將會議室安排在噪音相對較低的方位，將某些娛樂場地設(shè)計在噪音相對較高的方位等。

5 碳中和背景下BIM 技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1 BIM+云計算技術(shù)

第一，云計算作為一種以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計算方法，其分享的硬件、軟件與信息資源能夠根據(jù)要求傳送給電腦或其他終端設(shè)備運用。將BIM 和云計算有效結(jié)合使用，可利用云計算優(yōu)點將BIM 運用升級成云服務(wù)。第二，云計算具有較強的運算能力，能夠把BIM 運用過程中出現(xiàn)的核算量多、較為復(fù)雜的某些工作上傳至云端，從而提高核算速度。第三，云計算擁有較大儲存空間，能夠保存大量的數(shù)據(jù)信息，還能將數(shù)據(jù)信息同步上傳至云端，便于使用者不受時間、空間限制，隨時訪問并和相關(guān)人員進(jìn)行信息分享。第四，云計算可使BIM 技術(shù)擺脫室內(nèi)辦公的局限性，在施工場地可利用移動裝備及時與云服務(wù)銜接，從而第一時間獲得所需的有關(guān)BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)信息。

5.2 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合使用，實際是將整個建筑施工過程的信息進(jìn)行組合與整理。BIM 技術(shù)能夠充分展現(xiàn)上層信息的集合、交替、呈現(xiàn)與管控，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則負(fù)責(zé)實現(xiàn)對底端信息的感知、收集、輸送和監(jiān)管[10]。兩者有效融合使用能夠使整個施工過程形成信息流閉環(huán)，實現(xiàn)虛擬信息管控和硬件服務(wù)兩者的有機結(jié)合以及自動化建筑施工升級為智慧施工的新局面，打造智慧施工是未來建筑行業(yè)利用信息技術(shù)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要途徑之一。未來的建筑施工智慧化系統(tǒng)，將是以物聯(lián)網(wǎng)為中心、以通信相容為重要特征并按照功能進(jìn)行分類的智慧建筑管控系統(tǒng)。

5.3 CIM 技術(shù)

利用城市信息模型（City Information Modeling，CIM）繪制的城市模型可以作為BIM 建筑模型理念在城市范疇內(nèi)的延伸，是實現(xiàn)數(shù)字化雙胞胎城市的前提與要點。CIM 以城市的三維空間、地理信息為前提，并累積添加城市的建筑、城市地上地下設(shè)備的BIM 信息、城市的物聯(lián)網(wǎng)信息，從而建立起三維數(shù)字化空間的城市模型。與之前基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)的數(shù)字城市相比，CIM 將數(shù)據(jù)信息拆分至城市單體建筑構(gòu)成的某個機電零件、某扇窗，將以往的靜態(tài)化數(shù)字城市改變成智能感知、互動在線、虛實更替的數(shù)字化雙胞胎城市，不但便于城市的快速管理，同時還為實現(xiàn)精細(xì)化管理創(chuàng)造了數(shù)據(jù)條件。

6 結(jié)語

碳中和背景下，在綠色建筑設(shè)計過程中合理應(yīng)用BIM 技術(shù)可以打破以往建筑設(shè)計的一些束縛，因此BIM 技術(shù)將成為綠色建筑設(shè)計的新方向，促使綠色建筑迅速發(fā)展，從而合理優(yōu)化資源配置，提高綠色建筑的建造質(zhì)量。