BIM技术在建筑业节能减排中应用

1.建筑产业的变革趋势

改革开放以来，建筑业作为我国国民经济中重要的物质生产部门，随着我国经济飞速发展经历了一个高速发展的过程。这个过程体现在产业规模，企业效益，技术装备以及建造能力的不断提高上，这些都对我国经济的发展产生了重要的意义，与人民生活的改善有着密切的关系。自2011年以来，建筑业增加值占国内生产总值的比例始终保持在6.8%以上，2020年更是创历史新高，达到了7.2%。2020年，全国建筑业企业实现利润8303亿元，比上年增加23.5亿元，增速为0.3%，增速比上年降低2.6个百分点。建筑业从业人数5366.9万人，连续两年减少。2020年比上年末减少60.5万人，减少1.1%，而按建筑业总产值计算的劳动生产率再创新高，达到42.3万元/人，比上年增长5.8%，增速比上年降低1.3个百分点。建筑业虽然是一个传统行业，一方面也面临着诸如从业人员减少，整体利润增速降低等多重风险，另一方面顺应发展大势，开启了建筑工业化和信息化的重要变革。在这场变革中，以BIM为代表的建筑智能建造技术发挥了重要作用。

2.BIM技术的发展特征

BIM是一种新技术形式，可帮助建筑企业对建设项目进行规划和管理。我国国家标准：《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T51212-2016）中明确，“BIM”为可以指代三个相互独立又彼此关联的概念，主要体现在其中“M”的不同。第一，“M”可以表述为“Modeling”，是名词，指建筑、桥梁、道路等建设工程及其附属设施的物理和功能特性的数字化表达，即通过使用一套适当的技术，对构建资产的各个方面进行了协调的数字描述，此数字描述可能包括信息行业曲线linkindustryAppraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2022.04.020可替代度影响力可实现度行业关联度真实度丰富的3D模型。通过3D建模软件创建的建筑信息化模型，作为工程项目相关信息的共享资源，用以为建设项目全生命期中的各种决策提供客观、精确、可靠的信息支持；第二，“M”可以表述为“Model”，是动词，是在整个生命周期中创建和管理建筑项目信息的过程。既包含了创建信息化模型的技术与过程，也包含了利用工程项目在设计、施工和运营等其全生命期内不同阶段的数据开展业务过程，以期令所有项目相关方共享不同技术平台之间的数据并处理为各自关心的信息；第三，“M”可以表述为“Management”，是使用模型数据共享的业务流程的组织和控制。依托3D模型，进行相关结构化数据（如产品、执行和交接信息）的组合。由此可见，BIM技术的最终目的是将建设项目引向信息化的协作。在世界范围内，BIM技术开展较早，规范体系也较为完善的国家是英国。英国政府逐渐意识到，BIM技术将建筑业转向“全面”协作工作的过程将是渐进的。因此，在这一进程中，划分为0~3四个阶段，并且定义了明显和可识别的里程碑。阶段0最简单的形式，实际上“0”意味着没有协作。仅使用二维CAD（计算机辅助设计）技术绘图，主要用于生产信息，并通过纸张打印与电子图纸结合进行输出和分发。目前，不管是国内还是国外，大多数建设项目相关的工程行业均能熟练应用这一技术。阶段1通常包括概念工作的三维CAD、起草法定文件和生产信息的二维组合。数据的电子共享通常由承包商管理的常见数据环境进行，诸如现在较为成熟的OA系统、即时通信软件等。此阶段的特征是，建设项目相关方各自在数据共享方面有确定的角色和责任；采用数据命名公约；采取措施，制定和维护项目数据具体守则并进行项目数据的空间协调；采用“共同数据环境”，以便项目团队所有成员之间共享信息，例如项目信息互联网或电子文档管理系统；同时，有一个适当的信息层次结构，支持共同数据环境和文档存储库。此阶段，项目各相关方各在自身角色范围内进行各自内部的协调。目前，国内一些成熟的企业内部已经开始建立，并逐渐完善自身的信息共享系统。阶段2的目标是“协作”。需要针对项目的信息交换流程，以及各种系统和项目相关方之间进行协调，每方使用的任何CAD软件都必须能够出口到一种常见的文件格式，如IFC（行业基础类）或COBie（建筑运营建筑信息交换类）。目前这是英国政府为公共部门工作设定的最低目标的工作方法。而在国内，政府已经开始主导，并以新兴的CIM（城市信息模型）技术开展类似的工作，通过政府制定的统一文件格式，以期达到二维与三维层面的信息共享。阶段3的特征尚未完全界定，在英国政府进行了阶段3的战略性概述。包括制定一套新的国际“开放数据”标准，为在整个市场轻松共享数据铺平道路；对采用BIM的项目建立一个新的合同框架，以确保一致性，避免混乱，并鼓励公开、协作工作；创造一种合作、寻求学习和分享的文化环境；培训公共部门客户使用BIM技术，如数据要求、操作方法和合同流程；推动国内外经济增长和科技建筑业就业。BIM技术在我国的建设项目中从起步至今，已有20年，目前正处于高速发展阶段。在这20年中，我国的BIM应用也逐步走向广泛和深入。在我国的BIM实践中，政府也开始从建筑产业工业化变革、产业工人培训等方面主导推动一些阶段3的基础工作。

3.BIM技术在“双碳”目标中的作用

2020年12月在北京举行的中央经济会议指出，我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和。这是我国作为世界最大发展中国家，向世界做出的庄严承诺。随着可再生能源作为建筑的主要重点增长，BIM为实现这种可持续性提供了关键途径。BIM协助建设项目规划。它通过3D设计来增强流程，以促进更好、更可持续的建筑。从解决冲突到提供新的机会，BIM技术可以从以下方面的应用中有效提高能源效率。

3.1建模工作

BIM的中心重点是建模、设计和规划。在规划注重可再生能源效率的建筑时，业主可以通过不同的虚拟计划模型方案，展示每个计划和模型将产生的能源影响。专家将会针对不同设计对其环境和周围社区产生的不同影响进行评估，进而选择最节能的模型。

3.2规划阶段

BIM系统的核心是规划。从建筑设计师到工程承包商，通过BIM技术的应用，团队的每个成员均可以获得关键信息，通过虚拟空间内的时间推演模拟，设计师将结合智能建筑解决方案进行设计。利用不同形式的可再生能源，比如直接利用太阳能，或者考虑太阳能的因素进行设计，以达到最大化地利用。使用自然照明可减少对需要消耗能源的人造光的需求。同样，使用BIM技术来辅助设计一座最大利用太阳光的建筑物可以降低加热和冷却需求。另外，可以使用可持续材料建造建筑来实现能源效率。或者利用BIM技术，展示建筑工程材料的时间变化。通过延长使用寿命在时间的尺度上实现最佳能效。同时，节能产品的使用也可以为建设项目自身增值。从应用智能技术的供热通风与空气调节系统到节能冰箱，BIM可以在建模阶段发挥巨大优势，可以帮助该领域的专家和设计师，量化不同方案的影响，进行评估，并最终进行选择。

3.3实施阶段

工程项目的建造过程需要大量的专业人员参与，包括城市规划师、建筑设计师，工程师和承包商。BIM的优势体现在建模和设计方面，更加便于专业人士之间开展更多合作。建筑物造成大量电力过度消费和碳排放。建筑结构的建造过程通过耗电释放近33%的温室气体排放。当规划阶段完成，施工阶段开始时，通过BIM技术，各项目参与方可以较为高效地就最佳设计达成一致，将最优的节能计划和方案实施。由于在虚拟模型中，对建造过程中的细节已经有了充分的讨论，实施时的冲突将大大减少，效率会显著提高，工程承包商可以更精细的能源计划减少建筑材料的浪费和建筑车辆等能源使用和排放。利用BIM技术的预建造过程也将减少承包商在工作中遇到的错误数量，避免因错误或意外导致的进度拖延或返工。BIM规划越高效，施工承包商在工作中消耗的精力就越少，从而也可以配置最优化的管理人员。

3.4运维阶段

运维阶段的节能也至关重要，如果将采用BIM技术的设计工作视为是建造过程的一部分，那么它可以显示电力系统能持续多久，以及应该如何保持其性能。避免低效或损坏的系统浪费能源和浪费资金。通过BIM技术的辅助，可以制定最佳的设备维护方案，通过运行数据的采集，及时进行设备维修，甚至更换。

3.5提升政府管理能力

政府号召、社会压力和生存需求是许多行业向节能实践过渡的部分原因。BIM技术可以提供具体的计划、透明度高的实时数据和统计数据。这样有利于政府的管理与公众的监督，以评判项目在规划阶段做出的对节能的承诺。同时，建设项目专业人员都能通过透明的数据，不断验证节能方案，并不断改进。

4.BIM技术的未来

建筑行业前沿也将继续创新。目前云计算、物联网、区块链、人工智能和现代建筑方法都开始陆续应用在建筑工程领域的方方面面。随着基于BIM技术的协同平台不断成熟，构建数据、分类数据和命名文件的人工任务将实现自动化，这将进一步强化信息结构和流程，加速BIM的发展。未来可能将出现一条与建筑工程项目设计和建造并行发展的信息线。这些信息可能跨越产业，甚至跨越国家地理边界，成为“大数据”，帮助决策者不断改进，以建立一个更安全、更可持续的建筑环境。同时，这些数据信息可能形成新的资产，成为新的建筑工程领域的增长点。

作者:黄厚军 单位:广州机施建设集团有限公司 广州市建筑集团有限公司