基于BIM技术的绿色建筑可持续发展与建设管理新模式分析
基于BIM技术的绿色建筑可持续发展与建设管理新模式分析
【作者/来自】网站管理员 【发表时间】2018-9-18 【点击次数】35次
 
基于BIM技术的绿色建筑可持续发展与建设管理新模式分析
 
来源:《建筑技艺》杂志
 
 
注:本研究得到“国家重点研发计划”(编号:2017YFC0702300)的资助。
The research was supported by the "National Key R& D Program of China" (2017YFC0702300)  
01
背景现状
随着绿色、低碳等可持续发展理念逐渐深入人心,以有效提高建筑物资源利用效率,降低建筑对环境影响为目标的绿色建筑正在成为全世界关注的重点。
BIM技术作为建筑行业公认的新技术、新理念和新手段,正逐步成为绿色建筑可持续发展的系统性方案。BIM技术是指创建并利用数字化模型,通过信息化手段,在建设工程项目的决策规划、勘察设计、施工建造和运行维护等全生命周期中,实现项目或其组成部分物理特征和功能特性的信息共享,对项目进行优化、协同与管理的技术与方法。BIM将会改变工程建设行业的生产方式、管理方式和消费方式,成为互联网与建设行业相结合的入口。
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▲ 建筑业的BIM 信息化政策
02
BIM与绿色建筑可持续发展关系
从中国建设科技集团股份有限公司多年的绿色建筑实践经验来看,标准体系是反映、评估、实现绿色建筑规范、有序、健康、可持续发展的重要指标与保证。目前,世界上已经有近30个国家或地区推出了节能建筑、绿色建筑以及可持续建筑的设计标准,确保建造节能环保、可持续发展的建筑能够切实落地。
尽管各国对绿色建筑的定义不同,但都是将节能环保的理念贯穿于建筑的全生命周期,主张在提供健康、适用和高效的使用空间的前提下节约能源、降低排放,在较低的环境负荷下提供较高的环境质量,提倡在技术与形式上体现环境保护的相关特点,即合理利用信息化、自动化、新能源和新材料。
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▲ 基于BIM技术的中国本土绿色设计评估体系
 
BIM技术暗合绿色建筑全生命周期的发展理念,并将引导建筑行业传统思维方式、技术手段和商业模式的全面变革,从而引发建筑行业整个产业链的全面整合与再造。
日前,英国政府颁布《BIM执行计划12条》,使得英国在全球BIM应用、标准和服务中占据主导地位。在中国,依据BIM技术数字建模与仿真特点,BIM技术更是成为绿色建筑科学规划和持续发展的基石,其作用主要体现在以下几个方面。
(1)BIM技术与绿色建筑可持续目标在时间维度的一致性。BIM技术致力于实现全生命周期内不同阶段的集成管理,而绿色建筑的开发和管理涵盖了建造、使用、拆除、维修等建筑全生命周期,时间维度的对应为两者的结合提供了便利。
(2)BIM技术与绿色建筑可持续目标在核心功能的互补性。绿色建筑可持续目标的达成需要全面系统地掌握不同材料和设备的完整信息,在项目全生命周期内进行协同和优化,从而节约能源、降低排放,BIM技术为其提供了整体解决方案。
(3)BIM技术与绿色建筑可持续目标在应用平台的开放性。绿色建筑需借助不同软件来实现建筑物的能耗、采光、通风等分析,并要求与其相关的应用平台具备开放性,而BIM平台具备开放性的特点,允许导入相关软件数据进行一系列可视化操作,为其在绿色建筑中的应用创造了条件。
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▲ 中国本土绿色建筑设计理论方法路线
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BIM促进绿色建筑生产方式的改变和建筑行业的工业化发展
建设项目本质上都是工业制造和现场施工安装结合的产物,提高工业制造在项目建设中的比例是建筑行业工业化的发展方向和目标,同时也是实现可持续绿色建筑生产方式的有效途径。
基于BIM技术可以实现建筑工程项目在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用,实现工程建设项目全生命周期的数据共享和信息化管理,通过仿真模拟功能来进行虚拟建造,为项目方案优化和科学决策提供依据,减少建筑全生命期中资源的消耗与浪费。
在前期规划设计、建造阶段合理利用BIM技术,对建筑周围环境及建筑物空间进行仿真模拟分析,得出最合理的场地规划、交通物流组织、建筑及大型设备布局等方案;利用虚拟施工建造,可以避免建造过程中碰撞或冲突导致的管网漏损;优化建筑使用功能,满足环保要求。后期运管阶段,借助BIM信息模型整合建筑相关设备设施的使用情况及性能,进行实时跟踪和监测,在动态数据库中,做到基于BIM进行全方位、无盲区的能耗分析与管理。
同时,BIM技术的产业化应用将推动和加快建筑行业工业化进程,坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用,推动建造方式的创新,大力发展装配式混凝土和钢结构建筑。建筑的工业化实施必将推进绿色建筑的可持续发展,减少工程建设行业的污染排放与能源消耗。
此外,更应该在新建建筑和既有建筑的改造过程中普及智能化应用,完善智能化系统的运行维护机制,实现建筑的舒适安全、节能高效。
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BIM促进绿色建筑的产业融合与社会化推广
我国工程项目建设产业链庞大,具有项目类型多、项目数量多、项目规模大、参建方众多等特点,加之绿色施工、节能减排等建设理念的要求,对项目管理工作、产业融合与新技术的社会化推广和应用提出了很大挑战。建立基于信息技术(创新、协调、绿色、开放、共享)产业链的融合与推广途径,成为建筑业发展的内在需要与外在动力。
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▲ BIM促进绿色建筑的产业融合
(1)完善工程建设组织模式、监管体制机制,提升工程质量安全水平
借助BIM技术的信息协同模式可以把工程项目(包含建筑工程、市政工程)设计和建造过程中分散的、人工管理的信息集中,用分级、分类的信息安全自动管理方式进行管理,建设相关方协同工作,保持信息交流通畅,大幅提高工程项目管理效率。例如,借助BIM信息技术,建设方以及各相关方监管部门可以全面监视、管控工程项目的品质、成本、工期和效率,通过BIM精确算量、算价,实现投资成本的精确控制,从而实现项目精细化管理。
(2)深化建筑业“放管服”改革,优化市场环境,促进建筑业持续健康发展
通过建立“基于BIM技术的建设协同管理平台”与政务进行数据共享、传递与对接,实现“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的管理机制,推动政府行政管理理念和模式的进步,以基于数据的科学决策实现协同化协作、管理与服务模式,支撑政务精细化管理和服务,为建筑行业的企业提供公平的市场环境。
同时,政府投资工程项目(特大民生项目、市政工程等)对信息安全有较高要求,应按照“数、云、网、端”融合创新趋势及电子政务集约化的建设需求,依托统一的国家电子政务网络,加快建设可持续性政务数据维护系统(安全防护、共享交换、数据分析、更新备份),实现关键城市公共基础设施业务协同和数据共享汇聚。
此外,还应建立完善的全国建筑市场监管公共服务平台,以加快实现与全国信用信息共享平台和国家企业信用信息公示系统的数据共享交换。建立建筑市场主体黑名单制度,依法依规全面公开企业和个人信用记录,接受社会监督。
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▲ BIM技术的产业化应用与建筑工业化进程
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BIM、GIS技术融合促进绿色园区、区域级绿色城市的社会化互动的建立
如果将绿色建筑延伸至绿色建筑群,即绿色园区或绿色区域城市,在建立孪生数字园区、孪生数字区域级城市方面,需要应用到建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)。BIM技术通过建筑信息模型开展各项虚拟建造和模拟工作,将绿色仿真功能应用于建筑工程和市政工程的设计、建造、管理中去,不仅可以使建筑工程、市政工程在其整个进程中得出最合理的场地规划、交通组织、建筑物及大型设备布局等方案,科学化、数据化提质增效,还可以通过虚拟建造功能在真实施工前发现“错、漏、碰、缺”等,减少建筑全生命期的资源消耗与浪费。GIS技术已经由以往单一的导航工具,逐渐通过与多种智能化技术融合,实现区域级、城市级的时空仿真数字孪生园区与区域级城市信息模型(CIM),可提取园区、区域级城市的地物类型信息,包括城市建筑物、道路、绿地、水体等,还可以借助城市数字孪生模型推演城市的生态环境特征进行分析,实现绿色园区、区域级绿色城市建设管理新模式。
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▲ “数据生产- 集成- 应用- 审批”的共性数字化数据基础标准体系
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▲ 数据的标准化、结构化生成方法,实现城市多规数据接入、融合与动态更新匹配
(1)建立“数字规划”、“一张蓝图”的建设管理新模式
基于BIM+GIS技术,借助“建筑云”底层架构,建立绿色园区、区域级绿色城市“数字规划”、“一张蓝图”的建设管理新模式。数字规划包括可视的数字蓝图、实时的城市模拟和智能的辅助决策。建立城市大数据库,借助信息技术制定规划标准——基于BIM+GIS技术融合,生成含有丰富孪生数字信息的园区或区域城市的三维信息模型,实现绿色园区、绿色区域城市的三维规划、场景优化与系统集成,进而为规划、施工建造与运营管理工作始终同周边环境紧密结合提供可能,使用户能够从微观和宏观的多个空间尺度充分考虑任一设计单元自身的特点及其与周边环境的相互关系,通过信息技术、大数据辅助规划编制,推动多规合一,实现规划的多维校验和全息统筹。优化规划编制流程,创新总规、控规及项目落地的衔接方式,保障规划的“刚性管控”与“弹性发展”。通过信息技术建设需求进行动态模拟,评估对周边现有规划及城市建筑的扰动影响,跨部门协同优化各项指标、辅助决策,实现总规目标的一致性,指导城市规划建设管理。
(2)建立工程建设数据资产“共享应用”的建设管理新模式
基于信息化技术,绿色园区、区域级绿色城市建设将探索工程建设数据资产“共享应用”模式——研究以城市规划设计、建造实施与建筑信息模型(BIM+GIS)的数据融合技术体系解决方案,为城市规划设计与管理过程中相关数据的“生产-集合-应用-审批”提供支撑和服务,实现建设全过程数字化移交,不断积累丰富的工程数据资产,建立分发与回馈机制,为数据经济的产业发展奠定基础。
当下,在工程项目建设、区域级绿色城市建设的行政审批过程中,会发现工程建设项目行政审批与发改委、规划国土、住建委、财政等部门之间存在紧密的业务联系。目前工程建设项目审批过程中,缺少以信息技术为基础的多部门协同的流程化、标准化的审批体系,难以满足工程建设项目高强度的审批需求,这些都需要借助BIM信息技术来实现。通过开展政府审批环节城市规划设计、建造实施信息模型的合规性检查关键技术的研发,构建城市规划设计与管理的完整建筑信息模型库、三维信息模型库及其耦合关系,创新“规划设计-技术审查-行政审批-数据建库一体化”的建筑信息模型库、三维信息模型库动态更新机制,解决国家城市多规数据融合与动态更新问题,实现城市规划设计及建造、管理信息数据的工程化应用与产业化发展,建立城市规划设计、管理数据体系与技术标准,支撑国家城市“多规合一”空间规划编制、实施、评估落地开展实施。
此外,BIM与GIS技术的结合更有助于绿色区域级城市制定防灾规划、建立预警机制以及制定紧急应对措施。例如气象监控,目前我国已有2 600多个气象站台,有覆盖全国的新一代气象雷达网,又成功发射了7颗气象卫星,可对我国境内进行全天候的实时监控。科学技术的不断进步,为随时监控灾害的产生和发展提供了更多的便利。因此,BIM技术与GIS技术的融合应用与发展,为绿色园区、绿色区域级城市走向数据化、信息化带来了契机,是未来的发展方向。同时,区域级绿色城市建设及政府投资工程项目对信息安全有较高要求,涉及到公共利益、公共安全的工程项目必须保证工程建设的信息安全。
随着物联网和移动通讯技术的发展,日益丰富的数据源为研究园区、区域级城市空间特征提供了新的视角和方法,利用这些数据,不仅可以对城市物质空间特征信息进行提取,也可以分析绿色建筑、绿色园区、绿色区域级城市使用者在城市空间中活动的时空特征。例如利用手机信号数据模拟人群的时空动态分布,提取居住地、就业地等各种人群活动的空间特征,分析各类型人群的空间分布特征,平衡区域级绿色规划体系等。
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▲ 建立城市规划设计、建筑工程模型与结构化数据双向衔接、映射关系
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绿色园区、区域级绿色城市BIM信息化实践
中设数字技术股份有限公司(以下简称中设数字)于2018年2月由中国建筑设计研究院有限公司、紫光集团有限公司和北京中设汉禾数字技术发展中心(有限合伙)共同投资成立。中设数字以“开放平台”为企业战略发展愿景,致力于落地建筑行业数字化、信息化的产业升级,是建筑行业数字化解决方案提供商,并以数字化、信息化的方式提供建筑行业设计咨询管理与服务,融汇国内建筑相关行业技术,与建筑信息化、建筑咨询工程、建筑施工工程、GIS地理信息系统和房地产等产业中的优秀企业达成多项战略合作伙伴关系,集合各行业中顶尖专家,确保在工程各阶段达到专业最齐全、技术最领先、服务最优质。
近期,中国建筑设计研究院有限公司及中设数字技术股份有限公司更是依靠丰富的技术积累与创新开发能力,大力支撑了雄安新区市民服务中心项目、北京城市副中心6km2建设管理协同平台建设、广州市国规委三维BIM审批平台建设以及深圳市建筑工务署BIM实施与推广,为中国工程建设行业BIM技术的推广应用提供了全面的技术保障。
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▲ 绿色园区、区域级绿色城市BIM 信息化实践:雄安市民服务中心
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▲ 绿色园区、区域级绿色城市BIM 信息化实践:北京城市副中心行政办公区
03
结语
中国已经成为世界上最大的建筑市场,但是从过去几年的绿色建筑可持续发展的实践来看,更多强调的是实现绿色建筑可持续发展的技术手段,而忽略了绿色建筑可持续发展的本质是绿色建筑建造和运维管理,也忽略了城市群的绿色建筑低能耗运维管理带来的更大利益,更忽略了建筑工业化、建筑信息化以及绿色建筑与使用者、管理者之间,乃至整个园区、整个区域级城市内部的互动关系。同时在推进过程中,由于缺乏基于城市整体的考虑与可持续发展的顶层设计体系,导致现有的绿色建设可持续实践更像是单个的绿色化项目,而不能全面有效地解决城市发展所面临的各类问题,对城市居民生活的改善效果甚微。
随着物联网、云计算、下一代互联网、无线宽带等新一轮信息技术的发展,信息技术与其他产业技术的融合将不断加深,并且将进一步培育和促进新兴产业的发展。BIM技术的研究和应用对于实现绿色建筑全生命周期的可持续发展与管理,以至从城市群的发展与应用角度推进建筑业“两化(工业化+信息化)融合”进程,具有巨大的价值和广阔的应用前景。我们应把握信息技术发展的新机遇,加快推进绿色建筑,抢占先发优势,确保在城市新一轮发展浪潮中,把握主动权。
( 于洁 石磊 武诗然 段晓莉 中国院·中设数字技术股份有限公司)
 
 
 
 
 
 
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