溫 全，李忠富，李州揚，李天新

（大連理工大學(xué) 建設(shè)管理系，遼寧 大連 116024，E-mail：wenquan@mail.dlut.edu.cn）

我國綠色建筑經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，已由試點建設(shè)逐步發(fā)展到全國規(guī)模應(yīng)用。然而在從傳統(tǒng)建筑向綠色建筑過渡過程中，建筑信息量驟增，無論是在項目的前期設(shè)計階段，還是在項目的施工和運營階段，都難以依靠傳統(tǒng)的二維圖紙進行完整信息的準(zhǔn)確傳遞。而BIM 能夠支持建筑工程全流程的信息管理和利用，將BIM 應(yīng)用于綠色建筑中，能夠有效消除設(shè)計、施工及運營等各階段的“信息孤島”問題，實現(xiàn)綠色技術(shù)和綠色管理之間的平衡。

國內(nèi)外學(xué)者針對BIM 對工程領(lǐng)域所帶來的效益和BIM 在推廣中所遇到的挑戰(zhàn)進行了廣泛的討論[1，2]。Mark Kyeredey 等[3]通過研究發(fā)現(xiàn)，BIM 在綠色建筑中的應(yīng)用關(guān)注焦點主要集中于建筑能源模型、碳排放分析和評估、室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量、光污染等方面。Hao Gao 等[4]研究了BIM 與建筑能量模型之間的數(shù)據(jù)傳遞方式，提出了基于BIM 的建筑能源模型（BEM）評估方法，用以開發(fā)節(jié)能建筑設(shè)計。Z.Pezeshki 等[5]對建筑能源模型（BEM）進行研究，認為BIM 信息數(shù)據(jù)庫的發(fā)展是BEM 模型的基礎(chǔ)。Johnny 等[6]審閱比較了84 篇綠色建筑中BIM 應(yīng)用的文章，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)都圍繞著建筑生命期設(shè)計和建設(shè)階段的環(huán)境績效進行研究，BIM 應(yīng)用于綠色建筑改造和拆除階段環(huán)境績效的研究較少。Nguyen 等[7]提出了一種基于BIM 的建筑設(shè)計可持續(xù)評估框架，在此框架下，BIM 從確定可持續(xù)發(fā)展水平所需的數(shù)字建筑模型中提取數(shù)據(jù)。Farzad 等[8]提出了一個將BIM、LCA、能源分析和照明模擬工具與綠色建筑認證系統(tǒng)相結(jié)合的自動化模型，在BIM 工具上開發(fā)插件，測量環(huán)境影響和建筑構(gòu)件的物化能量。李延釗等[9]使用基于BIM 的綠色建筑設(shè)計方法，提前對建筑的太陽照射、自然光、自然通風(fēng)及噪聲等的優(yōu)化設(shè)計進行了仿真和分析。從研究內(nèi)容來看，對于綠色建筑的內(nèi)涵、發(fā)展、評價和管理等方面的研究已經(jīng)較為深入。從研究方法來看，綠色建筑在評價方法上充分應(yīng)用了定性描述和邏輯推理，評價模型的創(chuàng)新和評價指標(biāo)的構(gòu)建研究也較為深入[10]。從研究層次來看，綠色建筑已經(jīng)分別從國際、國家、地方以及建筑實體等層面進行研究[11]。從研究的時期跨度來看，綠色建筑全流程的研究已較為成熟。然而，就BIM 在綠色建筑全流程的應(yīng)用而言，相關(guān)研究主要停留在設(shè)計、施工階段，且集中于對技術(shù)本身的定性描述。因此，對BIM 進行“一站式”應(yīng)用研究，通過選取合理的方法或模型建立一套科學(xué)合理的BIM 應(yīng)用價值評價體系，能更好地發(fā)揮BIM技術(shù)在綠色建筑項目設(shè)計、施工、運營等階段的數(shù)據(jù)支撐作用。

BIM 應(yīng)用于綠色建筑的不同階段，其價值主體存在區(qū)別，相應(yīng)的責(zé)任和權(quán)限也存在差異，本文基于利益相關(guān)者的分類方法，從綠色建筑項目全流程出發(fā)，嘗試構(gòu)建綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用價值主體分析框架，對BIM 應(yīng)用價值主體進行分析，為后續(xù)進行綠色建筑BIM 全流程應(yīng)用價值評價及提出應(yīng)用價值提升策略奠定工作基礎(chǔ)。

1 綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用價值主體范圍界定與識別

首先確定綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用的關(guān)鍵價值主體，在此基礎(chǔ)上借鑒Mitchell 評分法及“多維細分法”[9，12]，對BIM 應(yīng)用的價值主體從主動性、影響力和利益性3 個維度進行分類研究。

1.1 BIM 全流程應(yīng)用關(guān)鍵價值主體的界定

依據(jù)BIM 在綠色建筑全流程中應(yīng)用價值主體的定義，采用文獻研究[13~15]和問卷調(diào)查的方法對BIM 應(yīng)用價值主體進行初步選擇，問卷發(fā)放分為電子郵件和現(xiàn)場發(fā)放兩個環(huán)節(jié)。電子郵件發(fā)放對象主要是對BIM 技術(shù)和綠色建筑了解程度較高的專家，專家來自于建設(shè)單位、投資單位、施工單位、勘察設(shè)計單位等專業(yè)化機構(gòu)中具有多年工作經(jīng)驗的管理人員（共計40 名）；現(xiàn)場問卷主要面向大連理工大學(xué)中BIM 技術(shù)和綠色建筑相關(guān)研究領(lǐng)域的教師（共計10 名）。

根據(jù)調(diào)查，應(yīng)用價值主體的初步界定存在顯著區(qū)別，前9 位利益相關(guān)者的認可度均在70%以上，因此選取70%作為關(guān)鍵價值主體入選標(biāo)準(zhǔn)，由此可得到綠色建筑中BIM 應(yīng)用的關(guān)鍵價值主體為：投資單位、建設(shè)單位、施工單位、勘察/設(shè)計單位、社會公眾、最終用戶、運營公司、監(jiān)理/咨詢單位、項目所在地周圍社區(qū)。

1.2 BIM 全流程應(yīng)用邊界的劃分

建筑產(chǎn)品的全生命周期主要分為規(guī)劃階段、設(shè)計階段、施工階段、運行與維護階段、拆除回收階段。但BIM 技術(shù)在建筑產(chǎn)品的規(guī)劃與拆除回收階段應(yīng)用程度較低，導(dǎo)致BIM 技術(shù)的應(yīng)用價值不明顯。因此本文將BIM 全流程應(yīng)用邊界定義為建筑產(chǎn)品的設(shè)計、施工和運營階段。具體來說，BIM 的全流程應(yīng)用主要包括設(shè)計階段中的概念設(shè)計階段、初步設(shè)計階段、細部設(shè)計階段；施工階段中的施工準(zhǔn)備階段、施工階段、竣工階段；運營階段中的運營與維護階段。

為進一步理清BIM 的應(yīng)用邊界，本文對目前具有國際和行業(yè)影響力并應(yīng)用于中國市場的32 款BIM 軟件進行了分析?？芍O(shè)計階段的BIM 應(yīng)用包括能量分析、設(shè)備建模、照明分析、結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)分析、深化設(shè)計、規(guī)范檢查、綠色設(shè)計、造價管理等。在施工階段的BIM 應(yīng)用包括激光測繪信息、施工質(zhì)量監(jiān)控、碰撞檢查、4D 模擬、質(zhì)量控制、實時報告、4D 施工模擬等。在運營階段的BIM應(yīng)用包括設(shè)備管理、設(shè)施管理、營運方案優(yōu)化、應(yīng)急方案優(yōu)化。總體來看，目前BIM 全流程應(yīng)用存在各壽命期階段關(guān)聯(lián)關(guān)系較弱，尚未形成體系化、結(jié)構(gòu)化框架。

1.3 各階段BIM 應(yīng)用價值主體的細分

采用問卷調(diào)查及文獻分析對各階段BIM 應(yīng)用核心價值主體進行界定，通過電子郵件和現(xiàn)場發(fā)放問卷的方式，共計發(fā)放問卷600 份，回收有效問卷374 份，有效問卷回收率80.1%。運用SPSS 軟件對有效問卷進行了描述性統(tǒng)計和均值比較分析，分別從主動性、影響力、利益性3 方面對綠色建筑各階段BIM 應(yīng)用價值主體進行評分，評分值按照10 級李克特量表進行排序分類，并按[1，4）、[4，6）、[6，10]分劃為3 個區(qū)域。根據(jù)各價值主體在不同維度上的得分平均值，將其中至少在兩個維度上得分為6 分以上的價值主體，界定為綠色建筑中BIM 應(yīng)用的核心價值主體（見表1）。由表中可知，綠色建筑中BIM 應(yīng)用價值核心主體是動態(tài)變化的。

表1 綠色建筑各階段BIM 應(yīng)用價值主體的三維分類結(jié)果

2 綠色建筑BIM 全流程應(yīng)用價值要素分析

2.1 各階段BIM 應(yīng)用價值內(nèi)涵邊界的界定

本文通過劃定各子系統(tǒng)的內(nèi)涵邊界來確定穩(wěn)定的內(nèi)部價值結(jié)構(gòu)，以此保證整體研究結(jié)果的可靠性與科學(xué)性。

（1）設(shè)計階段。BIM 在建筑項目設(shè)計階段的應(yīng)用主要是緊密結(jié)合該階段各價值主體需求和項目實際情況實現(xiàn)多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計。通過采用性能分析、建模計算、規(guī)范核校、統(tǒng)計分析、碰撞檢測等技術(shù)手段，為施工方提供可用的BIM 模型，從而保證項目的順利進行[16]。而BIM 在綠色建筑設(shè)計階段中的主要應(yīng)用價值體現(xiàn)在可再生能源應(yīng)用比例調(diào)整、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、建筑敏感地段設(shè)計、節(jié)能設(shè)計優(yōu)化和自然資源可循環(huán)設(shè)計等專業(yè)領(lǐng)域。

（2）施工階段。綠色建筑在全流程中應(yīng)實現(xiàn)綠色施工，這就意味著在施工全過程中，不僅要保證質(zhì)量、成本、工期、安全等基本要求，還要通過技術(shù)進步和科學(xué)管理，最大限度的減少對環(huán)境的負面影響，最終實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護的目標(biāo)[17]。在此過程中應(yīng)用BIM 可以降低生態(tài)與自然環(huán)境因建筑施工而帶來的破壞，通過科學(xué)管理來提高建筑施工質(zhì)量和效率，減少資源與施工材料的浪費。BIM 在綠色施工方面的應(yīng)用主要包括優(yōu)化場地布置、實時進度控制、施工前的碰撞監(jiān)測、施工方案的3D 渲染、資源使用控制和施工進度實時控制等。

（3）運營階段。綠色建筑的運營管理是實現(xiàn)綠色建筑的關(guān)鍵階段[17]，在綠色建筑運營階段，要通過對其初始運行期（一般為第一年）的能耗進行分析考察，來檢驗物業(yè)在能源管理方面是否高效與合理，檢驗?zāi)茉聪南到y(tǒng)能否達到設(shè)計目標(biāo)，以便指導(dǎo)實際運營后該建筑及其設(shè)備系統(tǒng)的高效和正常運轉(zhuǎn)。因此，在建筑運營階段BIM 應(yīng)用將有利于建立行之有效的管理模式，例如節(jié)水管理、節(jié)電管理、建筑智能化管理、生活垃圾處理以及綠色建筑的宣傳推廣等。同時，BIM 在此階段可以有效的對建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、光環(huán)境、通風(fēng)系統(tǒng)、熱舒適度、聲環(huán)境等多個方面進行評估，達到對綠色建筑進行主、客觀結(jié)合的綜合評估，進而對綠色建筑項目進行再優(yōu)化。

2.2 各階段BIM 應(yīng)用價值要素的描述性統(tǒng)計分析

為提高獲取數(shù)據(jù)的有效性，本文采用現(xiàn)場填寫和訪談相結(jié)合的方式，對綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用各價值主體的價值要素進行研究，受訪人針對BIM 應(yīng)用價值主體的價值需求重要性程度進行評分，調(diào)查問卷采用五級李克特量表正向評分，并根據(jù)以下3個準(zhǔn)則對綠色建筑中BIM全流程應(yīng)用各價值主體的價值需求要素進行選擇：問卷中各項指標(biāo)得分數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差小于確定樣本量所用樣本的標(biāo)準(zhǔn)差；選取平均值大于3 的各項指標(biāo)，以便能夠有效地測試調(diào)查問卷的有效性及真實性；為保證題項的一致性，通過多種句式闡述問卷中同一題項以達到最大限度地規(guī)避調(diào)查者理解偏差。問卷調(diào)查期間進行了2 次小范圍問卷預(yù)測試，初選得到的55 個BIM 應(yīng)用價值主體的價值需求要素，通過描述性統(tǒng)計分析法來驗證其可靠性與科學(xué)性，如表2 所示。

調(diào)查數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，將對后續(xù)分析與研究產(chǎn)生重要影響，在偏度絕對值小于3，峰度絕對值小于10 的情況下，代表著樣本基本上服從于正態(tài)分布[18]。由表2 可知，各題項均值處在2.55~4.57 之間，標(biāo)準(zhǔn)偏差處在0.626~1.320 之間，偏度處在-2.164~0.5386 之間，峰度處在-1.154~5.767 之間?？梢?，偏度與峰度均能滿足正態(tài)分布要求，則55 個價值要素均能服從于正態(tài)分布，均可作為綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用價值要素進行下一步工作研究。

基于以上描述性分析結(jié)果，在BIM 應(yīng)用價值內(nèi)涵邊界、時限邊界的約束下，對55 個價值要素進行分類，結(jié)果如表3 所示。

表2 綠色建筑施工階段BIM 技術(shù)價值主體的三維分類結(jié)果

3 綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)識別與分析

3.1 設(shè)計階段價值標(biāo)準(zhǔn)識別與分析

綠色建筑設(shè)計階段BIM 應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)選擇將在一定程度上影響B(tài)IM 在后續(xù)階段中的應(yīng)用效果及應(yīng)用價值的實現(xiàn)[19]。該階段BIM 應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是對各價值主體的價值需求要素的歸納、總結(jié)與凝練。因此本文采用因子分析方法，通過設(shè)計自填式問卷對各價值需求要素在BIM 應(yīng)用價值評價中的認同情況進行量化打分，針對各價值需求要素分值的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再通過探索性因子分析的方法對各價值標(biāo)準(zhǔn)進行降維，從而獲得價值標(biāo)準(zhǔn)。研究累計發(fā)放600 份調(diào)查問卷，發(fā)放對象有投資單位、建設(shè)單位、施工單位、勘察/設(shè)計單位、社會公眾、運營公司、監(jiān)理/咨詢單位等專業(yè)領(lǐng)域涵蓋質(zhì)量、安全、成本和進度的多位專家，并且面向最終用戶、項目所在地周圍社區(qū)群眾發(fā)放了部分問卷，最終回收462份，回收率達到77%。經(jīng)過篩選其中有效問卷374份，有效率為80.1%，其有效問卷數(shù)量達到一般要求。

借助SPSS 軟件獲得探索性因子分析的旋轉(zhuǎn)成分矩陣，如表4 所示，前4 個因子累計方差貢獻率為70.068%，足夠反映此階段價值要素的信息量。因此根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣，提煉的4 個價值標(biāo)準(zhǔn)及其對應(yīng)的價值需求（見表5）。由此可知，綠色建筑設(shè)計主要包括環(huán)境價值、經(jīng)濟價值、社會價值和功能價值。

表3 綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用的價值要素

表4 設(shè)計階段旋轉(zhuǎn)成分矩陣

表5 綠色建筑設(shè)計階段BIM 應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)

3.2 施工階段價值標(biāo)準(zhǔn)識別與分析

施工階段各價值需求要素因子分析結(jié)果如表6所示。存在6 個因子特征值大于1，且累計方差貢獻率為82.659%。因此本文在施工階段共提取6 類應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)（見表7），分別為環(huán)境價值、安全價值、實體價值、功能價值、經(jīng)濟價值和社會價值。

3.3 運營階段價值標(biāo)準(zhǔn)識別與分析

運營階段BIM 應(yīng)用價值需求要素因子分析結(jié)果如表8 所示。發(fā)現(xiàn)5 個因子特征值大于1，故可提取5 個主成分因子，且累計方差貢獻率為78.952%。提取的5 類應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)及其對應(yīng)的價值需求要素如表9 所示，主要包括功能、環(huán)境、經(jīng)濟、管理與社會價值。綜合分析不同階段的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)可知，經(jīng)濟價值、功能價值、社會價值和環(huán)境價值貫穿綠色建筑BIM 應(yīng)用的全流程各個階段。此外，設(shè)計階段更加強調(diào)功能價值，施工階段專注于實現(xiàn)安全價值、實體價值，而運營階段則更加側(cè)重于功能價值和管理價值。

表6 施工階段旋轉(zhuǎn)成分矩陣

表7 綠色建筑施工階段BIM 應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)

表8 旋轉(zhuǎn)成分矩陣

表9 綠色建筑運營階段BIM 應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)

4 綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用價值評價體系構(gòu)建

基于以上分析，本文構(gòu)建了BIM 全流程應(yīng)用價值評價體系，如圖1 所示。BIM 在設(shè)計、施工和運營階段的全流程應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在3 個層面，分別是價值主體、價值要素以及價值標(biāo)準(zhǔn)。價值主體由專家評分確定的9 個主要利益相關(guān)者構(gòu)成，而價值要素則通過文獻綜述和問卷調(diào)查的方式，針對不同階段的核心價值主體，確定相關(guān)的應(yīng)用價值邊界，篩選應(yīng)用價值要素。在此基礎(chǔ)上，通過因子分析，凝練出BIM 全流程應(yīng)用在不同階段的價值標(biāo)準(zhǔn)，最終形成基于“價值主體—價值要素—價值標(biāo)準(zhǔn)”的綠色建筑BIM 全流程應(yīng)用價值評價體系綜合框架。

圖1 綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用價值評價體系結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語

本文依據(jù)價值分解結(jié)構(gòu)有關(guān)原則，運用SPSS統(tǒng)計方法，研究綠色建筑中BIM 全流程應(yīng)用價值的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過深度訪談及問卷調(diào)查方式進行各階段價值要素的識別及分析，系統(tǒng)分析了綠色建筑各階段BIM 應(yīng)用價值子系統(tǒng)所涉及的價值主體、價值要素以及價值標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了較為完整的BIM 全流程應(yīng)用價值評價體系。綠色建筑中BIM 應(yīng)用核心價值主體在不同階段是動態(tài)變化的，在不同的BIM 應(yīng)用階段，涉及的價值要素與價值主體均存在動態(tài)變化，且收集的價值要素評價數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布；通過因子分析，BIM 全流程應(yīng)用的價值標(biāo)準(zhǔn)主要包括經(jīng)濟、社會、環(huán)境、功能、實體、安全和管理等7個方面，而各個階段根據(jù)工作特征其價值標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點又略有不同。