周 波

建筑是能源耗損最多的行業(yè)之一，故建筑行業(yè)是中國落實“3060”雙碳計劃的重要領域。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術既可以有效解決綠色建筑理念融入到建筑設計中的難點，又能深入解決各種跨學科的專業(yè)問題，為建筑設計創(chuàng)造有利條件。

1 BIM 技術概述

1.1 BIM 技術簡述

BIM 三維建模技術對造價、施工、管理等方面展開研究，能夠通過可視化、仿真化技術實現(xiàn)建筑工程參數(shù)和信息的協(xié)同工作，并模擬建筑的設計、建造、管理及使用等全生命周期，從而實現(xiàn)建筑全過程、全要素的統(tǒng)籌管理。運用BIM技術獲取信息，能進一步提高建筑質(zhì)量、增強工作效率、提升經(jīng)濟收益、精簡工作環(huán)節(jié)以及強化作業(yè)的合理性。

1.2 BIM 技術的優(yōu)勢

（1）優(yōu)化性和模擬性。BIM 技術的優(yōu)化性是指通過提高建筑信息的精準性來完善施工方案，即要求技術人員應根據(jù)建筑自身的實際狀況有效利用BIM 技術，并第一時間改善現(xiàn)有的設計方案，保障合理規(guī)劃施工進展[1]。模擬性特點是指在實際設計過程中使用BIM 技術來模擬建筑的節(jié)能、日照等狀況，極大提高了招投標時期設計方案的真實性。

（2）可視化和協(xié)調(diào)性。BIM 技術具備可視化特點，技術人員通過建立完整的建筑模型可以分析建筑的結構是否合理，而建筑結構自身的復雜性導致設計過程中會遇到許多難題，合理使用BIM技術有利于施工人員全面實現(xiàn)建筑結構的可視化。相較于傳統(tǒng)技術，BIM 技術具有更加突出的協(xié)調(diào)性，不但促進設計人員和施工企業(yè)間協(xié)調(diào)合作，還能在最短時間內(nèi)制定出相應的施工難點解決方案。此外，科學利用BIM 技術能夠防止設計人員間的交流障礙，保證設計工作順利完成。

（3）參考性和完備性。利用BIM 技術可以為設計人員展示更為準確的參考信息，從設計模型的基本數(shù)據(jù)方面提高方案的合理性，進而保證后續(xù)方案的執(zhí)行能夠達到預期目標。而BIM 技術的完備性是指將綜合工程信息進行詳細分類，并將每種建筑信息精準地記載、傳送。

2 碳中和背景下BIM 技術在綠色建筑設計中的意義

2.1 節(jié)約能源

在評判建筑物是否符合綠色建筑要求時，可利用BIM 技術構建建筑模型，并使用耗能檢測軟件來評判該建筑物耗能量能否達到規(guī)定的節(jié)能標準，同時與建筑轄區(qū)氣象部門播報的氣象信息進行比較，從而將建筑耗能控制在標準節(jié)能范圍內(nèi)。另外，利用BIM 技術研究室外的光照強度，購買、更換太陽能設備，還能夠研究室外的自然采光效果，降低人為照明導致的能源損耗[2]。而利用BIM技術設計綠色建筑時，能夠提高綠色建筑的合理性、減少能源耗損，同時還能提升能源利用的有效性，實現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標。不僅如此，將BIM 技術融入綠色建筑中還可以減少環(huán)境污染、提高大眾生活品質(zhì)，同時減輕設計人員的壓力，并且能為設計人員展示真實有效的數(shù)據(jù)信息，從而提高設計人員的工作效率。

2.2 節(jié)約材料

BIM 技術能夠利用材料的整合信息在較短時間內(nèi)核算出項目整體所需要的材料總量，按照建筑結構合理分配用量，并對施工人員進行引導，從而達到綠色建筑的施工用料要求[3]。另外，使用BIM技術還能夠把水、電、暖等要素有效融入建筑設計中，針對線路撞擊及其他問題實行排查，防止出現(xiàn)材料浪費的現(xiàn)象。

3 BIM 技術在綠色建筑設計中的應用原則

3.1 經(jīng)濟性原則

綠色建筑的建造、運作、保養(yǎng)等工作環(huán)節(jié)煩瑣，若設計不符合實際要求，易產(chǎn)生投入成本高而經(jīng)濟收益低等情況[4]。結合BIM 技術進行建筑設計時需要遵守經(jīng)濟性原則，選擇適用、經(jīng)濟的建筑材料和技術，保證在節(jié)能減排的前提下縮減成本，提高綠色建筑的經(jīng)濟效益。

3.2 節(jié)能性原則

為進一步符合綠色建筑的設計要求，需要根據(jù)節(jié)能性原則進行相關設計工作，科學制定資源節(jié)約指標，設計健全的建筑方案，確保提高資源利用率。在設計建筑項目時，應盡可能使用可再生資源，結合本地氣候條件、自然環(huán)境的實際特點，對光照、保暖及通風等多個方面進行節(jié)能設計，節(jié)約資源、保護環(huán)境，實現(xiàn)綠色建筑設計的最終目標。

3.3 舒適性原則

建筑項目的舒適性與資源損耗間存在一定沖突。例如，在夏季高溫天氣下，為保持室內(nèi)的舒適性而利用空調(diào)降溫，這會導致消耗一部分電能，與節(jié)能減排的要求沖突。應用BIM 技術進行節(jié)能減排設計時就需要考慮舒適度的問題，通過模型來模擬建筑空間狀況，在提升舒適度的同時也應保證建筑項目能夠達到碳中和目標。

4 碳中和背景下BIM 技術在綠色建筑中的應用

4.1 設計階段的應用

設計階段作為工程項目的主要構成部分，設計的質(zhì)量直接決定著工程安全與建造成本，BIM 技術在設計階段的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，使用BIM 技術設計綠色建筑可以隨時提醒設計人員要踐行綠色環(huán)保理念，落實碳中和的有關政策，使每個設計環(huán)節(jié)都能體現(xiàn)環(huán)保理念。第二，在正式施工前，利用建立的三維模型向客戶進行模擬演示，可將水電、土建、安裝以及消防等施工環(huán)節(jié)直接呈現(xiàn)到客戶面前。第三，利用BIM 技術設計方案時，可對機電、土建、鋼結構等施工環(huán)節(jié)展開建模設計，并將有關數(shù)據(jù)信息輸入軟件內(nèi)，對建筑工程展開可視化、參數(shù)化設計。第四，BIM 技術可為設計、施工人員及時傳送數(shù)據(jù)信息，降低施工過程中發(fā)生問題的可能性。根據(jù)工程施工的具體需求改善、調(diào)節(jié)設計功能，解決誤差、設計不符合要求等問題，從而確保設計方案具有較強的可行性[5]。第五，使用BIM 技術還能對施工項目的設計變動情況進行跟蹤管理，第一時間了解施工項目的實際狀況，依據(jù)施工場地情況反饋的問題在BIM 模型中及時檢驗并回復，合理改善、調(diào)整設計方案。第六，使用BIM 技術還能儲存變動后的數(shù)據(jù)信息，保證設計更加符合實際要求，規(guī)避某些隱患。按照施工項目的設計需要創(chuàng)建不止一個數(shù)據(jù)信息資源庫，全方位、詳細地記載模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，為完善設計方案奠定基礎[6]。

4.2 施工階段的應用

具體施工時，BIM 技術的應用既可以實現(xiàn)對施工各個環(huán)節(jié)系統(tǒng)化的綜合管理，又可以全面監(jiān)管建筑的施工質(zhì)量，把建造中的建筑特點全面展示在技術軟件中，同時還能夠直接觀察設計方案中的模型信息。在具體建設過程中，為從根源上保障建筑設計的品質(zhì)，既應提升施工要求，還應按照相關標準設計建筑的每個構件。例如，機電設計時因機電裝備的種類、數(shù)量各不相同，會造成施工能源嚴重浪費的現(xiàn)象，導致工程效率下降。在使用BIM 技術進行機電設計時，不僅要使用綜合法對機電的線路展開具體研究，還應根據(jù)實際狀況聯(lián)合設計方案，制定適合建筑具體施工要求的節(jié)能減排方案。對建筑全過程實施監(jiān)管時，使用BIM 技術不但能夠有效觀察建筑的耗損狀況，還可以直接展示建筑設計過程中的綜合施工數(shù)據(jù)[7]。另外，利用BIM 技術可以重點監(jiān)管建筑設計中的重要部分，使管理人員可以隨時掌握工程施工進度，確保建筑工程能夠高質(zhì)量完成。此外，還應大力推廣零能耗、零碳建筑，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)、生活和工作環(huán)境。

4.3 統(tǒng)籌階段的應用

BIM 技術可以有效把控綠色建筑的設計環(huán)境，對周圍環(huán)境設計展開綜合演算，為后續(xù)設計技術改進及調(diào)整奠定有效的理論依據(jù)。在具體開展建筑設計時，使用該技術既可以直接構建三維立體建筑模型，又可以對模型進行數(shù)據(jù)分析，并研究整合多個模型背景下的數(shù)據(jù)信息，制作綠色建筑設計的整體方案，進而改善整個建筑設計模型[8]。對建筑進行統(tǒng)籌時，不但可以確保綠色建筑的數(shù)據(jù)模型得到合理有效的應用，而且還可以保障制作建筑設計模型過程中多方數(shù)據(jù)共同進行核算，防止數(shù)據(jù)溝通過程中發(fā)生交流障礙等狀況，合理提高建筑整體的施工質(zhì)量。為了使綠色環(huán)保需求與建筑設計方案有效融合，打造更為合理的建筑設計統(tǒng)籌平臺，可以應用BIM 技術中的分享設計模塊功能區(qū)，在具體設計過程中達成施工單位間的有效交流，從而設計出更加符合住戶需求的方案。此外，利用BIM 技術自身的優(yōu)勢還能夠彌補以往施工方式中難以協(xié)調(diào)、審核的缺陷，為設計方案的整體改進與設計規(guī)劃的合理布局創(chuàng)造良好的工作氛圍。

4.4 結構體系的應用

利用BIM 技術設計綠色建筑能夠?qū)δ承┘毠?jié)問題展開深入溝通，提高設計的合理性。在使用BIM 技術的過程中應最大限度避免刪改設計信息，以便對施工過程實施更加深入的管控。另外，BIM技術能夠進行遠程監(jiān)管，監(jiān)控工程質(zhì)量，進而更為高效地推動建筑施工進度。

4.5 日照分析的應用

綠色建筑設計的最終目標是降低碳排放，利用建筑物自身來達到保溫效果。利用BIM 技術能夠在設計時對日照展開分析，還能夠使用某些軟件共同研究輻射情況，根據(jù)研究結論來規(guī)劃日常活動區(qū)域與施工所需材料[9]。此外，植被在美化環(huán)境的同時還能降低噪音，對此可以按照植被的作用通過BIM 技術進行細致規(guī)劃。

研究采光時，應盡可能地模擬采光的各個環(huán)節(jié)，制定出符合要求的窗戶尺寸和方位。同時還應充分結合窗外環(huán)境，使用模擬技術有效模擬各種噪音，制定出適合的減噪方案，并利用模擬技術模擬每個房間聽到的噪音，科學合理優(yōu)化房間功能。如可將會議室安排在噪音相對較低的方位，將某些娛樂場地設計在噪音相對較高的方位等。

5 碳中和背景下BIM 技術的發(fā)展趨勢

5.1 BIM+云計算技術

第一，云計算作為一種以網(wǎng)絡為基礎的計算方法，其分享的硬件、軟件與信息資源能夠根據(jù)要求傳送給電腦或其他終端設備運用。將BIM 和云計算有效結合使用，可利用云計算優(yōu)點將BIM 運用升級成云服務。第二，云計算具有較強的運算能力，能夠把BIM 運用過程中出現(xiàn)的核算量多、較為復雜的某些工作上傳至云端，從而提高核算速度。第三，云計算擁有較大儲存空間，能夠保存大量的數(shù)據(jù)信息，還能將數(shù)據(jù)信息同步上傳至云端，便于使用者不受時間、空間限制，隨時訪問并和相關人員進行信息分享。第四，云計算可使BIM 技術擺脫室內(nèi)辦公的局限性，在施工場地可利用移動裝備及時與云服務銜接，從而第一時間獲得所需的有關BIM 技術的數(shù)據(jù)信息。

5.2 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術

BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的結合使用，實際是將整個建筑施工過程的信息進行組合與整理。BIM 技術能夠充分展現(xiàn)上層信息的集合、交替、呈現(xiàn)與管控，而物聯(lián)網(wǎng)技術則負責實現(xiàn)對底端信息的感知、收集、輸送和監(jiān)管[10]。兩者有效融合使用能夠使整個施工過程形成信息流閉環(huán)，實現(xiàn)虛擬信息管控和硬件服務兩者的有機結合以及自動化建筑施工升級為智慧施工的新局面，打造智慧施工是未來建筑行業(yè)利用信息技術實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要途徑之一。未來的建筑施工智慧化系統(tǒng)，將是以物聯(lián)網(wǎng)為中心、以通信相容為重要特征并按照功能進行分類的智慧建筑管控系統(tǒng)。

5.3 CIM 技術

利用城市信息模型（City Information Modeling，CIM）繪制的城市模型可以作為BIM 建筑模型理念在城市范疇內(nèi)的延伸，是實現(xiàn)數(shù)字化雙胞胎城市的前提與要點。CIM 以城市的三維空間、地理信息為前提，并累積添加城市的建筑、城市地上地下設備的BIM 信息、城市的物聯(lián)網(wǎng)信息，從而建立起三維數(shù)字化空間的城市模型。與之前基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術的數(shù)字城市相比，CIM 將數(shù)據(jù)信息拆分至城市單體建筑構成的某個機電零件、某扇窗，將以往的靜態(tài)化數(shù)字城市改變成智能感知、互動在線、虛實更替的數(shù)字化雙胞胎城市，不但便于城市的快速管理，同時還為實現(xiàn)精細化管理創(chuàng)造了數(shù)據(jù)條件。

6 結語

碳中和背景下，在綠色建筑設計過程中合理應用BIM 技術可以打破以往建筑設計的一些束縛，因此BIM 技術將成為綠色建筑設計的新方向，促使綠色建筑迅速發(fā)展，從而合理優(yōu)化資源配置，提高綠色建筑的建造質(zhì)量。