低碳智能建造BIM技术的应用_张莹.pdf

数 字 建 筑 专 题 Special Topics on Digital Building绿色建筑2023年 第2期018低碳智能建造 BIM 技术的应用低碳智能建造 BIM 技术的应用张 莹（中远海运资产经营管理有限公司，上海 200135）摘要：在“双碳”目标背景下，我国建筑业存在低碳关键技术创新发展需求，建筑信息模型（BIM）技术作为低碳智能建造中重要的技术应用，可为绿色建筑全生命周期管理提供全方位的数据信息以及技术上的支持。结合 BIM 技术在大型超高层办公综合体、大型复杂性校园 2 个在建项目的应用管理经验，对其在绿色建筑在规划设计、施工建造、运行维护全生命周期的应用管理所起的作用和取得的成效做了解读与总结，并展望其未来的发展前景。BIM 技术作为建筑行业新技术、新理念和新手段，能为绿色建筑的可持续发展提供强大的数据和技术上的支持，正逐步成为绿色建筑可持续发展的系统性方案之一。关键词：智能建造；BIM 应用；绿色建筑；规划设计；施工建造；运行维护中图分类号：TU17 文献标志码：A 文章编号：1674-814X（2023）02-018-03伴随我国城镇化和经济水平的提升，建筑业运行碳排放比重越来越大，占全国总排放的 20%，并且碳排放总量整体呈现出持续增长趋势，年均增长约为 7%。在“双碳”目标背景下，我国建筑业存在低碳关键技术创新发展需求。建筑信息模型（BIM）技术作为低碳智能建造中一项重要的技术应用，可为绿色建筑全生命周期管理提供全方位的数据以及技术上的支持。BIM 是指在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营过程和结果的总称。BIM 技术最初的应用是实现模型搭建，即将二维图纸转化为三维模型以指导施工建设。随着信息技术的发展，BIM 技术的应用领域逐步拓展，着力于建筑全生命周期的管理应用。GB/T 503782019绿色建筑评价标准将 BIM 技术应用列为绿色建筑评价体系中提高与创新部分的加分项。该标准中提到，“应用建筑信息模型（BIM）技术，评价总分值为 15 分。在建筑的规划设计、施工建造和运行维护阶段中的一个阶段应用，得 5 分；两个阶段应用，得 10 分；三个阶段应用，得 15 分。”充分体现了 BIM 技术对建筑绿色全生命周期管理的贡献与价值。住房和城乡建设部工程质量安全监管司 2020 年工作要点明确指出，大力推动绿色建造发展，推动 BIM 技术在工程建设进程的集成应用2022 年最新发布的“十四五”建筑业发展规划，提出要“加快推进建筑信息模型（BIM）技术在工程全寿命期的集成应用”，确保实现“建筑工业化、数字化、智能化水平大幅提升，建造方式绿色转型成效显著”的发展目标。1 BIM 技术在项目中的应用中远海运资产经营管理有限公司作为中远海运集团增值服务产业集群的成员企业，承载着中远海运集团“存量土地房产、商务不动产开发，运营专业化管理”的使命。企业践行新发展理念，推动新一代信息技术与国有企业的融合创新，促进技术创新和管理创新，发展国有企业的示范引领作用。运用 BIM 技术，形成建筑信息模型，搭建建筑全生命周期信息平台，这成为推动实现绿色建筑的手段之一。1.1 BIM 技术应用于大型超高层办公综合体项目广州国际航运大厦项目位于广东省广州市海珠区琶洲，为一栋超高层国际甲级办公楼，建筑高 184.5 m，其中地上 37 层、地下 5 层，总建筑面积为 9.5万 m2，是一个大型超高层办公综合体项目。项目 BIM 技术应用的重难点如下：（1）建筑形式复杂。整体空间关系和外幕墙造型复杂，深化设计出错概率大，直接影响建成效果，必须借助先进的三维软件确保方案可实施，减少返工。（2）专业交叉多。结构、给排水、机电、暖通、幕墙、装修、泛光多专业交叉，通过三维技术虚拟和碰撞检Special Topics on Digital Building 数 字 建 筑专题 绿色建筑2023年 第2期019查，才能提前快速预见问题，整体控制项目实施风险。（3）多专业共享，协同困难。对于大型复杂项目，因为参与方多、信息量大、涉及的分支专业多，资源协同共享历来是面临的重大难题。1.2 BIM 技术应用于大型复杂性校园项目中远海运人才发展院项目位于山东省青岛市黄岛区，为综合性企业大学校园，包括既有建筑改造，还有多栋新建建筑，包括图书馆、实训楼、学生宿舍、室内体育中心、餐厅、地下车库等，总建筑面积为 18.5万 m2，是一个大型复杂性校园项目。项目 BIM 技术应用的重难点如下：（1）工程体量大。工程规模大、单体多、工期紧，对施工流程安排与组织、施工进度管理是相当严峻的考验。（2）施工场地大。施工场地巨大，校区路网、室外管线、景观绿化等室外总体工程工作量超大。（3）单体管线复杂。建筑单体多、机电系统多，接口界面复杂，室内体育中心配套设备机电系统专业性强，管理协调难度大。2 BIM 技术项目应用管理实践基于上述重难点分析，项目团队在规划设计和施工建造过程中，通过 BIM 技术应用管理，促进设计和施工过程的节能增效，实现项目低碳、智能、绿色管理。主要做法有如下 2 种。2.1 BIM 技术在规划设计阶段的应用管理实践设计过程中，通过 BIM 的共享利用，使建筑师与结构、设备、机电、节能、绿建、幕墙以及相关咨询专家共同参与设计过程，帮助各专业在项目中基于绿色节能设计理念，经过早期信息输入、数据模块对比等过程，进行建筑内外系统关系和各专业内部关联的协调、跟踪、设计、修改与完善。具体包括以下 3 个方面应用：（1）应用 BIM 技术，协同辅助传统二维施工图设计。改善传统二维图纸设计的局限性，建立建筑、结构及机电管线等专业的三维模型并将其整合。通过三维模型的演示和分析，消除建筑和结构不统一的错误，避免空间冲突和碰撞问题，提高设计质量和设计水平。（2）应用 BIM 技术，优化机电管线排布方案和竖向设计空间，出具最优的净高分析图，完成三维协同设计工作，在施工图出图前合理解决管线综合。（3）专项深化设计阶段，建立钢结构、幕墙、室内精装、景观深化模型并复核，整合各专业模型，建立协同工作的平台，以便对三维模型进行观察，确认设计成果。2.2 BIM 技术在施工建造阶段的应用管理实践应用 BIM 技术，形成建筑信息模型为后续的选材、施工、管理提供完整的基础数据，优化施工流程，并对设备、材料、人员进行更合理的分配，避免由于不必要的返工造成的资源浪费和环境污染，减少建筑垃圾。（1）施工深化设计。利用三维模型在施工前进行施工冲突检查，融入施工操作规范和工艺。深化节点设计，深化机房设备和管线设计，以指导施工作业，提升施工可行性，减少各类风险因素，避免后期的返工。（2）施工方案模拟。排布施工场地、临时道路、临水临电、施工设施等，在三维模型上附加施工顺序，对施工方案进行可视化模拟。（3）施工进度管理。模拟建造过程，与实际进度对比，寻找差异并分析原因，实现对项目施工进度合理控制与优化。（4）工程量统计。利用 BIM 完成模型工程量计算，辅以相应定额和材料价格，计算建筑安装造价，以此提高工程量计算的效率和准确性。（5）设备和材料管理。基于模型的信息化管理，BIM 提供施工过程中的设备和材料信息，包括材料进场、开始施工、领料堆场等准确信息，从而科学地指导采购，降低采购成本。3 BIM 技术在项目中取得的成效广州国际航运大厦项目已完成设计和施工阶段 BIM 模型和成果报告。项目在启动之初，即将 BIM 设计纳入分项设计范围，编制项目 BIM 设计任务书，是探索 BIM 技术作为正向设计的工程案例。在项目初步设计阶段，BIM 顾问即参与设计工作，创建模型以配合项目建筑、结构、机电和幕墙设计，提供技术支持，参与项目设计例会，辅助施工图出图。在精装修设计阶段，完成室内精装修模型和一次、二次机电的模型搭建，检查碰撞，完成问题碰撞报告和销项报告。优化管线排布，完成各楼层 BIM 净空分析图，指导精装修施工图出图。配合景观、标识标牌、泛光照明等其他专项设计，构建全专业、可视化三维模型，直观反映设计效果，实现对设计的修正和优化。在 BIM 正向设计中，各个专业间的信息交流较为频繁，信息量庞大，利用其三维可视化的特点，使各个专业间的协调沟通更顺利，且可确保交流信息的准确和完整。BIM 正向设计对于提升项目整体设计质量具有重要的意义。项目于 2020 年 3 月取得三星级绿色建筑设数 字 建 筑 专 题 Special Topics on Digital Building绿色建筑2023年 第2期020计标识证书。2022 年 3 月，项目主体结构封顶。中远海运人才发展院项目已完成施工阶段 BIM 建模和成果报告。在该项目中，业主探索新的管理模式，将 BIM 技术直接纳入组织管理架构。由设计管理部的 BIM 经理牵头此项工作，项目工程总承包单位协调反馈各阶段问题和成果，项目的 BIM 模型可以直接转化运用于运维阶段。项目 BIM 的管理模式保证了项目在实施期间更好且更直接地反映 BIM 技术价值。这项技术与企业未来发展紧密结合的同时，也可对项目其他各参建方进行有效管控。项目一期于 2021 年 9 月顺利建成，并按期交付使用。目前，BIM 技术应用在项目建设阶段已取得阶段性成效。（1）在规划设计阶段，通过 BIM 技术推进及优化三维校审模式，最大限度地优化设计，减少因设计错误造成的后期变更和返工，提高设计质量。同时，使设计成果超越单纯的施工图交付，并扩展至施工阶段。通过项目交底会议形式进行数据交底、传递、移交，确保设计阶段的 BIM 应用成果能够完整传递到施工阶段实施应用，保证成果传递的完整性和可持续性。（2）在施工建造阶段，通过 BIM 技术可进一步完成各专项碰撞检查、管线综合优化、净高分析和优化、视频漫游等工作成果，减少工程返工。同时，提升了施工团队协同能力，促进各参建方对工作任务的模拟及融合，加强整个项目实施的全面性和前瞻性，减少返工浪费，提升工程质量和管理效率，实现精细化的工程管理。随着项目后续的竣工交付，项目团队已着手建立 2 个项目 BIM 运维平台，以实现对绿色建筑全生命周期的管理。BIM 技术在运行维护阶段的应用主要计划在以下4个方面：（1）提高项目运行维护管理水平和效率，实现智慧绿色管理。建立基于 BIM 模型的运维管理平台，进行项目整体的运维与管理。在实际运维管理过程中，将建筑的空间信息与物联网应用、物业管理数据信息相结合，形成运维平台，实时监控建筑的重要数据与信息，协助物业管理人员日常工作。（2）提高设备资产整体监测与控制能力，降低能耗与运维成本。BIM 运维管理平台通过总线技术，对设备进行集中监控与数据存储，从而提高了管理人员的工作效率与及时性。对建筑内部的各个子系统，如楼宇自控系统、智能照明系统、电梯监控系统、能耗监测、消防监测等，进行统一的集成与管理。同时，平台自动汇总统计各子系统的实时数据，多维度分析各阶段、各区域的能耗情况，为企业节能减排提供有效的辅助决策，降低企业运维成本。（3）增强业主的用户体验。通过 BIM 的形式，使物业相关信息更加直观，用户通过模型可以快速定位其想要的信息，增强了用户的体验。（4）提升对外展示能力。平台基于虚拟现实（VR）技术，将 BIM 模型根据建筑实际的精装修效果进行模型的渲染工作，使之能够与建筑现场的精装修效果保持一致。可以通过渲染后的建筑模型，了解当前建筑的运行状态及基本情况。佩戴相应的 VR 眼镜后，可以进行建筑内部的漫游。4 结 语信息化技术发展推动建筑的规划设计、施工建造和运行维护阶段从定性化方式，转变为定量化方式。BIM 技术作为建筑行业的新技术、新理念和新手段，能为绿色建筑的可持续发展提供强大的数据和技术上的支持，正逐步成为绿色建筑可持续发展的重要技术。总体而言，BIM 技术集成的设计、进度、预算、资源、施工组织等关键信息，用可视化和仿真化的技术，通过模型搭建对建造全过程进行模拟，为设计、施工、运维各环节提供核心数据及统一的管理平台，实现了建筑在规划设计、施工建造以及运行维护全生命周期的“绿色化”，提高了建筑建造的资源利用效率，减少了环境污染。作为一项低碳智能建造技术，BIM 技术势必在绿色建筑的发展过程中大展身手。收稿日期：2022-10-08作者简介：张莹，硕士研究生，一级注册建筑师，现供职于中远海运资产经营管理有限公司。通信地址：上海市浦东新区沈家弄路 738 号 9 楼。