BIM技術(shù)在建筑業(yè)節(jié)能減排中應(yīng)用
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1.建筑產(chǎn)業(yè)的變革趨勢(shì)
改革開(kāi)放以來(lái)，建筑業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的物質(zhì)生產(chǎn)部門(mén)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)高速發(fā)展的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模，企業(yè)效益，技術(shù)裝備以及建造能力的不斷提高上，這些都對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的意義，與人民生活的改善有著密切的關(guān)系。自2011年以來(lái)，建筑業(yè)增加值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)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(dá)到了7.2%。2020年，全國(guó)建筑業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)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(gè)百分點(diǎn)。建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)5366.9萬(wàn)人，連續(xù)兩年減少。2020年比上年末減少60.5萬(wàn)人，減少1.1%，而按建筑業(yè)總產(chǎn)值計(jì)算的勞動(dòng)生產(chǎn)率再創(chuàng)新高，達(dá)到42.3萬(wàn)元/人，比上年增長(zhǎng)5.8%，增速比上年降低1.3個(gè)百分點(diǎn)。建筑業(yè)雖然是一個(gè)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(rùn)增速降低等多重風(fēng)險(xiǎn)，另一方面順應(yīng)發(fā)展大勢(shì)，開(kāi)啟了建筑工業(yè)化和信息化的重要變革。在這場(chǎng)變革中，以bim為代表的建筑智能建造技術(shù)發(fā)揮了重要作用。
2.BIM技術(shù)的發(fā)展特征
BIM是一種新技術(shù)形式，可幫助建筑企業(yè)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃和管理。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51212-2016）中明確，“BIM”為可以指代三個(gè)相互獨(dú)立又彼此關(guān)聯(lián)的概念，主要體現(xiàn)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(shè)工程及其附屬設(shè)施的物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)，即通過(guò)使用一套適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，對(duì)構(gòu)建資產(chǎn)的各個(gè)方面進(jìn)行了協(xié)調(diào)的數(shù)字描述，此數(shù)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(shí)現(xiàn)度行業(yè)關(guān)聯(lián)度真實(shí)度豐富的3D模型。通過(guò)3D建模軟件創(chuàng)建的建筑信息化模型，作為工程項(xiàng)目相關(guān)信息的共享資源，用以為建設(shè)項(xiàng)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(dòng)詞，是在整個(gè)生命周期中創(chuàng)建和管理建筑項(xiàng)目信息的過(guò)程。既包含了創(chuàng)建信息化模型的技術(shù)與過(guò)程，也包含了利用工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)等其全生命期內(nèi)不同階段的數(shù)據(jù)開(kāi)展業(yè)務(wù)過(guò)程，以期令所有項(xiàng)目相關(guān)方共享不同技術(shù)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)并處理為各自關(guān)心的信息；第三，“M”可以表述為“Management”，是使用模型數(shù)據(jù)共享的業(yè)務(wù)流程的組織和控制。依托3D模型，進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如產(chǎn)品、執(zhí)行和交接信息）的組合。由此可見(jiàn)，BIM技術(shù)的最終目的是將建設(shè)項(xiàng)目引向信息化的協(xié)作。在世界范圍內(nèi)，BIM技術(shù)開(kāi)展較早，規(guī)范體系也較為完善的國(guó)家是英國(guó)。英國(guó)政府逐漸意識(shí)到，BIM技術(shù)將建筑業(yè)轉(zhuǎn)向“全面”協(xié)作工作的過(guò)程將是漸進(jìn)的。因此，在這一進(jìn)程中，劃分為0~3四個(gè)階段，并且定義了明顯和可識(shí)別的里程碑。階段0最簡(jiǎn)單的形式，實(shí)際上“0”意味著沒(méi)有協(xié)作。僅使用二維CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)繪圖，主要用于生產(chǎn)信息，并通過(guò)紙張打印與電子圖紙結(jié)合進(jìn)行輸出和分發(fā)。目前，不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，大多數(shù)建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)的工程行業(yè)均能熟練應(yīng)用這一技術(shù)。階段1通常包括概念工作的三維CAD、起草法定文件和生產(chǎn)信息的二維組合。數(shù)據(jù)的電子共享通常由承包商管理的常見(jiàn)數(shù)據(jù)環(huán)境進(jìn)行，諸如現(xiàn)在較為成熟的OA系統(tǒng)、即時(shí)通信軟件等。此階段的特征是，建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)方各自在數(shù)據(jù)共享方面有確定的角色和責(zé)任；采用數(shù)據(jù)命名公約；采取措施，制定和維護(hù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)具體守則并進(jìn)行項(xiàng)目數(shù)據(jù)的空間協(xié)調(diào)；采用“共同數(shù)據(jù)環(huán)境”，以便項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)所有成員之間共享信息，例如項(xiàng)目信息互聯(lián)網(wǎng)或電子文檔管理系統(tǒng)；同時(shí)，有一個(gè)適當(dāng)?shù)男畔哟谓Y(jié)構(gòu)，支持共同數(shù)據(jù)環(huán)境和文檔存儲(chǔ)庫(kù)。此階段，項(xiàng)目各相關(guān)方各在自身角色范圍內(nèi)進(jìn)行各自內(nèi)部的協(xié)調(diào)。目前，國(guó)內(nèi)一些成熟的企業(yè)內(nèi)部已經(jīng)開(kāi)始建立，并逐漸完善自身的信息共享系統(tǒng)。階段2的目標(biāo)是“協(xié)作”。需要針對(duì)項(xiàng)目的信息交換流程，以及各種系統(tǒng)和項(xiàng)目相關(guān)方之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，每方使用的任何CAD軟件都必須能夠出口到一種常見(jiàn)的文件格式，如IFC（行業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)）或COBie（建筑運(yùn)營(yíng)建筑信息交換類(lèi)）。目前這是英國(guó)政府為公共部門(mén)工作設(shè)定的最低目標(biāo)的工作方法。而在國(guó)內(nèi)，政府已經(jīng)開(kāi)始主導(dǎo)，并以新興的CIM（城市信息模型）技術(shù)開(kāi)展類(lèi)似的工作，通過(guò)政府制定的統(tǒng)一文件格式，以期達(dá)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(guó)政府進(jìn)行了階段3的戰(zhàn)略性概述。包括制定一套新的國(guó)際“開(kāi)放數(shù)據(jù)”標(biāo)準(zhǔn)，為在整個(gè)市場(chǎng)輕松共享數(shù)據(jù)鋪平道路；對(duì)采用BIM的項(xiàng)目建立一個(gè)新的合同框架，以確保一致性，避免混亂，并鼓勵(lì)公開(kāi)、協(xié)作工作；創(chuàng)造一種合作、尋求學(xué)習(xí)和分享的文化環(huán)境；培訓(xùn)公共部門(mén)客戶使用BIM技術(shù)，如數(shù)據(jù)要求、操作方法和合同流程；推動(dòng)國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和科技建筑業(yè)就業(yè)。BIM技術(shù)在我國(guó)的建設(shè)項(xiàng)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(guó)的BIM應(yīng)用也逐步走向廣泛和深入。在我國(guó)的BIM實(shí)踐中，政府也開(kāi)始從建筑產(chǎn)業(yè)工業(yè)化變革、產(chǎn)業(yè)工人培訓(xùn)等方面主導(dǎo)推動(dòng)一些階段3的基礎(chǔ)工作。
3.BIM技術(shù)在“雙碳”目標(biāo)中的作用
2020年12月在北京舉行的中央經(jīng)濟(jì)會(huì)議指出，我國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)2030年前達(dá)到峰值，力爭(zhēng)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這是我國(guó)作為世界最大發(fā)展中國(guó)家，向世界做出的莊嚴(yán)承諾。隨著可再生能源作為建筑的主要重點(diǎn)增長(zhǎng)，BIM為實(shí)現(xiàn)這種可持續(xù)性提供了關(guān)鍵途徑。BIM協(xié)助建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃。它通過(guò)3D設(shè)計(jì)來(lái)增強(qiáng)流程，以促進(jìn)更好、更可持續(xù)的建筑。從解決沖突到提供新的機(jī)會(huì)，BIM技術(shù)可以從以下方面的應(yīng)用中有效提高能源效率。
3.1建模工作
BIM的中心重點(diǎn)是建模、設(shè)計(jì)和規(guī)劃。在規(guī)劃注重可再生能源效率的建筑時(shí)，業(yè)主可以通過(guò)不同的虛擬計(jì)劃模型方案，展示每個(gè)計(jì)劃和模型將產(chǎn)生的能源影響。專(zhuān)家將會(huì)針對(duì)不同設(shè)計(jì)對(duì)其環(huán)境和周?chē)鐓^(qū)產(chǎn)生的不同影響進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)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(shè)計(jì)師到工程承包商，通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)的每個(gè)成員均可以獲得關(guān)鍵信息，通過(guò)虛擬空間內(nèi)的時(shí)間推演模擬，設(shè)計(jì)師將結(jié)合智能建筑解決方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用不同形式的可再生能源，比如直接利用太陽(yáng)能，或者考慮太陽(yáng)能的因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到最大化地利用。使用自然照明可減少對(duì)需要消耗能源的人造光的需求。同樣，使用BIM技術(shù)來(lái)輔助設(shè)計(jì)一座最大利用太陽(yáng)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(lái)實(shí)現(xiàn)能源效率?；蛘呃肂IM技術(shù)，展示建筑工程材料的時(shí)間變化。通過(guò)延長(zhǎng)使用壽命在時(shí)間的尺度上實(shí)現(xiàn)最佳能效。同時(shí)，節(jié)能產(chǎn)品的使用也可以為建設(shè)項(xiàng)目自身增值。從應(yīng)用智能技術(shù)的供熱通風(fēng)與空氣調(diào)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(shì)，可以幫助該領(lǐng)域的專(zhuān)家和設(shè)計(jì)師，量化不同方案的影響，進(jìn)行評(píng)估，并最終進(jìn)行選擇。
3.3實(shí)施階段
工程項(xiàng)目的建造過(guò)程需要大量的專(zhuān)業(yè)人員參與，包括城市規(guī)劃師、建筑設(shè)計(jì)師，工程師和承包商。BIM的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在建模和設(shè)計(jì)方面，更加便于專(zhuān)業(yè)人士之間開(kāi)展更多合作。建筑物造成大量電力過(guò)度消費(fèi)和碳排放。建筑結(jié)構(gòu)的建造過(guò)程通過(guò)耗電釋放近33%的溫室氣體排放。當(dāng)規(guī)劃階段完成，施工階段開(kāi)始時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)，各項(xiàng)目參與方可以較為高效地就最佳設(shè)計(jì)達(dá)成一致，將最優(yōu)的節(jié)能計(jì)劃和方案實(shí)施。由于在虛擬模型中，對(duì)建造過(guò)程中的細(xì)節(jié)已經(jīng)有了充分的討論，實(shí)施時(shí)的沖突將大大減少，效率會(huì)顯著提高，工程承包商可以更精細(xì)的能源計(jì)劃減少建筑材料的浪費(fèi)和建筑車(chē)輛等能源使用和排放。利用BIM技術(shù)的預(yù)建造過(guò)程也將減少承包商在工作中遇到的錯(cuò)誤數(shù)量，避免因錯(cuò)誤或意外導(dǎo)致的進(jìn)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(yùn)維階段
運(yùn)維階段的節(jié)能也至關(guān)重要，如果將采用BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)工作視為是建造過(guò)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(yīng)該如何保持其性能。避免低效或損壞的系統(tǒng)浪費(fèi)能源和浪費(fèi)資金。通過(guò)BIM技術(shù)的輔助，可以制定最佳的設(shè)備維護(hù)方案，通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，及時(shí)進(jìn)行設(shè)備維修，甚至更換。
3.5提升政府管理能力
政府號(hào)召、社會(huì)壓力和生存需求是許多行業(yè)向節(jié)能實(shí)踐過(guò)渡的部分原因。BIM技術(shù)可以提供具體的計(jì)劃、透明度高的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這樣有利于政府的管理與公眾的監(jiān)督，以評(píng)判項(xiàng)目在規(guī)劃階段做出的對(duì)節(jié)能的承諾。同時(shí)，建設(shè)項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)人員都能通過(guò)透明的數(shù)據(jù)，不斷驗(yàn)證節(jié)能方案，并不斷改進(jìn)。
4.BIM技術(shù)的未來(lái)
建筑行業(yè)前沿也將繼續(xù)創(chuàng)新。目前云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能和現(xiàn)代建筑方法都開(kāi)始陸續(xù)應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域的方方面面。隨著基于BIM技術(shù)的協(xié)同平臺(tái)不斷成熟，構(gòu)建數(shù)據(jù)、分類(lèi)數(shù)據(jù)和命名文件的人工任務(wù)將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這將進(jìn)一步強(qiáng)化信息結(jié)構(gòu)和流程，加速BIM的發(fā)展。未來(lái)可能將出現(xiàn)一條與建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建造并行發(fā)展的信息線。這些信息可能跨越產(chǎn)業(yè)，甚至跨越國(guó)家地理邊界，成為“大數(shù)據(jù)”，幫助決策者不斷改進(jìn)，以建立一個(gè)更安全、更可持續(xù)的建筑環(huán)境。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)信息可能形成新的資產(chǎn)，成為新的建筑工程領(lǐng)域的增長(zhǎng)點(diǎn)。
作者:黃厚軍 單位:廣州機(jī)施建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣州市建筑集團(tuán)有限公司