艾永飛 劉傳陽 張珉

摘要：對比傳統(tǒng)建筑施工和綠色節(jié)能建筑施工的異同點，梳理出綠色節(jié)能建筑施工特點;然后從綠色施工的特點出發(fā)，利用BIM對傳統(tǒng)施工流程進行優(yōu)化。最后，以中國-丹麥科研教育中心綠色示范工程為例，介紹了BIM技術(shù)在綠色施工中的應(yīng)用。

Abstract： Firstly， compared with the similarities and differences of the traditional construction and green building construction，the construction characteristics of green building are put forward. Then the traditional construction process is optimized with BIM according to the characteristics of green building. Finally， taking the example of green demonstration project of China - Denmark research and education center， the application of BIM technology in green construction is introduced.

關(guān)鍵詞： 綠色節(jié)能建筑;施工管理;BIM

Key words： green building;construction management;BIM（Building Information Modeling）

中圖分類號：TU17 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）08-0007-05

0 ?引言

綠色節(jié)能建筑施工是指在保證工程安全、質(zhì)量前提下，在施工中做到“四節(jié)一環(huán)?！?，通過科學(xué)管理和有效技術(shù)措施，最大限度地節(jié)約資源和減少對環(huán)境的負面影響，保護施工人員的安全與健康，從而建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的施工方式[1]。如今，快速的城市化進程、巨大的基礎(chǔ)建設(shè)量、自然資源及環(huán)境的限制決定了中國建筑節(jié)能工作的重大意義和時間緊迫性[2]。然而，國內(nèi)施工企業(yè)綠色施工過程仍存在綠色施工觀念淡薄、施工技術(shù)落后以及綠色施工管理不力等問題[3][4][5]。這和企業(yè)綠色施工過程仍采用傳統(tǒng)方法，較少涉及綠色管理內(nèi)容有很大關(guān)聯(lián)[6]。如此重要的管理內(nèi)容必然要求有好的施工流程做支撐。從綠色施工的特點出發(fā)，在傳統(tǒng)施工流程的基礎(chǔ)上引進BIM技術(shù)以優(yōu)化施工流程，可為綠色節(jié)能建筑施工提供一種新的思路。

1 ?綠色節(jié)能建筑施工管理研究現(xiàn)狀及施工特點

1.1 綠色節(jié)能建筑施工研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)對綠色施工管理研究及實踐以項目管理為基礎(chǔ)，將全壽命周期與可續(xù)發(fā)展的思路運用于綠色工程的施工實踐中[7]。傳統(tǒng)的建設(shè)項目一般可以劃分成：決策階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段，招投標階段，施工階段以及竣工驗收階段，從項目的全壽命周期來看，傳統(tǒng)施工的決策階段為概念階段，初步設(shè)計到招投標為設(shè)計階段，施工及竣工為施工階段，此后轉(zhuǎn)交業(yè)主，退出運營階段，如圖1所示，文獻[8]在考慮到這種流程對綠色施工考慮不足的基礎(chǔ)上，列出了綠色建筑施工全壽命期內(nèi)綠色管理重點內(nèi)容。本文選取國內(nèi)外綠色建筑施工案例和文獻進行了深入研究，包括北京某奧運場館、深圳市康沃工業(yè)園、廣西欽州市公安局指揮中心綜合樓工程等。從施工目標、施工出發(fā)點、著眼點，效果以及效益觀五個方面分析了兩者的差異，與傳統(tǒng)施工相比，既有相同點，又有很大的不同，見表1。

1.2 綠色節(jié)能建筑施工特點

從綠色施工與一般建筑施工的差異出發(fā)，結(jié)合國內(nèi)外的綠色施工文獻[9][10]以及所在工程的實踐，總結(jié)出綠色施工如下4個特點：

①以客戶為中心，重點考慮建筑的環(huán)境屬性。

傳統(tǒng)建筑是以進度、質(zhì)量成本作為主要控制目標，而綠色建筑的出發(fā)點是節(jié)約資源、保護環(huán)境，滿足使用者的要求，以客戶的需求為中心，管理人員需要更多地了解客戶的需求、偏好、施工過程對客戶的影響等，此處的客戶不僅僅包括最終的使用者，還包括潛在的使用者和自然。傳統(tǒng)建筑的建造和使用過程中消耗了過多的不可再生資源，給生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重污染，而綠色建筑正因此在傳統(tǒng)建筑施工目標上基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮建筑的環(huán)境屬性，做到節(jié)約資源，保護環(huán)境，節(jié)省能源，講究與自然環(huán)境和諧相處，將環(huán)境破壞程度降到最低，將不利影響轉(zhuǎn)換為有利影響;同時為客戶提供健康舒適的生活空間，以滿足客戶體驗為另一目標。最終的綠色建筑不僅要交付一個舒適、健康的內(nèi)部空間，也要制造一個溫馨、和諧的外部環(huán)境，最終追求“天人合一”的最高目標。

②全壽命周期內(nèi)，合理優(yōu)化用能結(jié)構(gòu) [11]。

不同于傳統(tǒng)的建筑，綠色建筑是針對建筑的全壽命周期范圍，從項目的策劃、設(shè)計、施工、運營直到筑物拆除，所以綠色建筑的概念是貫穿建筑物的全壽命周期。在設(shè)計時提倡被動式建筑設(shè)計，通過建筑物本身來收集、儲蓄能量（而非利用耗能的機械設(shè)備）使得與周圍環(huán)境形成自循環(huán)的系統(tǒng)，在全壽命期內(nèi)，最大限度利用被動式節(jié)能設(shè)計（Passive Design）與可再生能源。這樣能夠充分利用自然資源，達到節(jié)約能源的作用。設(shè)計的方法有建筑朝向，建筑保溫，建筑體形，建筑遮陽，最佳窗墻比，自然通風(fēng)、自然采光等等。在建筑的運營階段如何降低能耗，需要盡量使用可再生的能源，例如合理利用光能、風(fēng)能、地?zé)岬取?/p>

③注重全局優(yōu)化，保證施工目標均衡。

綠色建筑從項目的策劃、設(shè)計、施工、運營直到筑物拆除過程中追求的是全壽命周期范圍內(nèi)的建筑收益最大化，是一種全局的優(yōu)化，這種優(yōu)化不僅僅是總成本的最低，還包括社會效益和環(huán)境效益，如最小化建筑對自然環(huán)境的負面影響或破壞程度，最大化環(huán)保效益、社會示范效益。綠色施工雖然可能導(dǎo)致施工成本增大，從長遠來看，將使得國家或相關(guān)地區(qū)的整體效益增加，但這種增加也是有條件的，建設(shè)過程有各種各樣的約束，進度、費用、綠色環(huán)保等要求，可以將以價值工程作為優(yōu)化基礎(chǔ)保證施工目標均衡[12]，通過采取技術(shù)經(jīng)濟措施，做到一次投入，全壽命期內(nèi)受益。

④重視創(chuàng)新，提倡新技術(shù)、新材料、新器械的應(yīng)用[13]。

綠色建筑是一個技術(shù)的集成體，在實施過程中會遇到諸如能源優(yōu)化、污水處理、管線的優(yōu)化、采光設(shè)計等的技術(shù)問題。相對于傳統(tǒng)建筑，綠色節(jié)能建筑在技術(shù)難度，施工復(fù)雜度，以及風(fēng)險把控上都存在很大的挑戰(zhàn)。這就需要利用多種先進技術(shù)、新材料及新器械，以可持續(xù)發(fā)展為原則，追求高效能、低能耗，將同等單位的資源在同樣的客觀條件下，發(fā)揮出更大的效能。國內(nèi)外實踐中應(yīng)用較好的技術(shù)方法有BIM、采光技術(shù)、水資源回收利用等技術(shù)。這些新技術(shù)應(yīng)用不僅可以提高施工效率，最重要的是可以解決傳統(tǒng)施工無法企及的問題。因此，綠色施工管理不僅需要理念上的轉(zhuǎn)變，而且還需要施工工藝和新材料和器械的支持。

2 ?基于BIM及價值工程的施工流程優(yōu)化

通過綠色施工與傳統(tǒng)施工的對比，可以看出在綠色專項的全生命周期管理上需要引起重視，可以通過建立綠色建筑施工組織專項規(guī)劃將綠色管理部分予以安排，明確實現(xiàn)綠色專項的功能的方法及流程。鑒于BIM技術(shù)強大的建模、數(shù)字智能和專業(yè)協(xié)同性能以及國際上10余年工程建設(shè)實踐中低投入高回報的優(yōu)勢[14]，從綠色建筑施工的特點出發(fā)，可以將BIM技術(shù)作為綠色施工中的一項新技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑的全壽命周期中，對傳統(tǒng)施工流程進行優(yōu)化，以期解決綠色管理問題，如圖2所示。

2.1 BIM概念及其價值

建筑信息模型（Building Information Modeling ，BIM）技術(shù)是建設(shè)項目的兼具物理特性與功能特性的數(shù)字化模型，且是從建設(shè)項目的最初概念設(shè)計開始的整個生命周期里做出任何決策的可靠共享信息資源[15]。它是一項近年來出現(xiàn)的，引領(lǐng)建筑數(shù)字技術(shù)走向更高層次的新技術(shù)，是繼“甩開圖板轉(zhuǎn)變二維計算機技術(shù)繪圖”之后的又一次建筑設(shè)計技術(shù)手段的革命，在國際上已成為工程建設(shè)領(lǐng)域的熱點。據(jù)統(tǒng)計，到目前，美國已經(jīng)有半數(shù)建筑企業(yè)應(yīng)用了BIM相關(guān)的軟件，歐洲挪威、芬蘭的使用率更高達70%，亞洲的新加坡由政府以建筑行業(yè)BIM電子報批為抓手從2013年開始全面推動BIM技術(shù);我國自2007年起也在逐漸推進BIM應(yīng)用，在一大批世界矚目的工程上應(yīng)用了BIM技術(shù)，如北京奧運水立方場館、上海世博文化中心、國家電力館等。2015年住建部出臺了《關(guān)于推進建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，指出以國有資金為主的大中型建筑以及申報綠色公共建筑以及綠色示范小區(qū)，其BIM技術(shù)應(yīng)用率應(yīng)達到90%以上。

BIM技術(shù)的價值主要體現(xiàn)在BIM的3D展現(xiàn)能力、BIM的精確計算能力以及BIM的協(xié)同溝通能力上，據(jù)普華永道對BIM技術(shù)在國內(nèi)外的工程應(yīng)用可以看出，BIM技術(shù)可使建設(shè)周期縮短5%（其中，溝通時間減少30-60%，信息搜尋節(jié)約50%），成本減少5%?；贐IM的價值可以在傳統(tǒng)建筑施工上產(chǎn)生新的變化：

①新理念的產(chǎn)生。

BIM協(xié)同的能力可使得建筑設(shè)計、施工、運營維護的過程全集于BIM平臺上，可形成建筑全壽命周期理念，類似還可以形成建筑知識管理理念、新的建筑認知體系等。

②資源的重新整合和配置。

BIM技術(shù)是以數(shù)字為基礎(chǔ)，可以結(jié)合“大數(shù)據(jù)”、“云計算”等技術(shù)做好資源的動態(tài)管控，實現(xiàn)資源的重新整合和配置。

③新的思維及工作方式。

BIM技術(shù)“所見即所得”的思維理念會對建筑施工帶來新的改變，如3D虛擬模型及衍生的nD功能（4D動畫，5D造價……）等，思維改變也必將帶動工作方式的變化。

2.2 BIM技術(shù)在綠色建筑全壽命周期內(nèi)的應(yīng)用

鑒于BIM的3D展現(xiàn)能力、精確計算能力以及協(xié)同溝通能力，將其應(yīng)用到綠色建筑中可以很好地體現(xiàn)出綠色建筑的特點。借鑒國內(nèi)外BIM技術(shù)在的綠色建筑施工管理中取得的好的實踐，將BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑的全壽命周期中 [16][7]。（表2）

3 ?案例應(yīng)用

3.1 工程概況

中國-丹麥科研教育中心綠色示范工程（下稱中丹綠色工程）為丹麥全額捐建，是其在中國投資的第一個科研教育建設(shè)項目，為地下一層，地上五層，局部六層建筑，面積10865.48㎡。本工程由中鐵建工集團承包，工程造價為9310萬元，已于2017年底竣工。該工程在項目決策、設(shè)計、施工過程中嚴格落實LEED的綠色施工要求。項目部本著可持續(xù)發(fā)展的理念精心策劃，科學(xué)組織綠色施工，在全壽命期內(nèi)應(yīng)用了BIM技術(shù)，應(yīng)用情況見圖3，收到了很好的工程效益和經(jīng)濟效果，另外，本工程的BIM技術(shù)應(yīng)用還獲得了第二屆中國建設(shè)工程BIM大賽卓越工程項目獎一等獎。以下對BIM技術(shù)在綠色建筑各階段中的應(yīng)用做重點介紹。

3.2 BIM技術(shù)在綠色節(jié)能建筑施工中的應(yīng)用

項目部成立BIM技術(shù)小組，使用Revit 2014三維建模工具，MS Project2010進度管理軟件以及Naviswok 2014軟件以及Ecotect 能耗分析軟件實現(xiàn)三維建模、進度模擬、管線碰撞、內(nèi)部漫游、工程算量以及建筑用能模擬等功能。具體的：

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，在決策階段，在技術(shù)方案中，按照客戶對綠色建筑的需求，建立建筑的3D模型，使得各參與方對綠色建筑從一開始就對建筑的內(nèi)外環(huán)境有直觀便捷的認識，在對后期建筑設(shè)計、施工、運維等方案的認識上更容易達成一致，同時也便于對外展示，起到很好的示范宣傳作用，圖4為中丹綠色工程前期策劃的內(nèi)外部環(huán)境。此階段BIM技術(shù)應(yīng)用充分體現(xiàn)了綠色施工以客戶為中心，考慮建筑的環(huán)境屬性的特點。

在設(shè)計階段，利用BIM技術(shù)進行了3D建模，能量模擬、漫游，及管線碰撞等試驗，其中：在建模中充分考慮了被動節(jié)能設(shè)計，預(yù)留了采光通風(fēng)通道，也通過漫游的應(yīng)用分析對比并不斷優(yōu)化設(shè)計方案，如圖5（左）為深度優(yōu)化設(shè)計方案;進行了能量模擬，對建筑的節(jié)能情況進行了分析，對不合理之處進行改進，如圖5（中）;碰撞試驗解決主體、結(jié)構(gòu)、水電、暖通等不同專業(yè)設(shè)計圖紙的融合，在碰撞試驗中發(fā)現(xiàn)了3處管線鋪設(shè)不合理之處，如圖5（右）所示;通過優(yōu)化方案和設(shè)計，為工程算量、管道綜合布置提供了可靠的保障。此階段BIM技術(shù)作為新技術(shù)體現(xiàn)了綠色建筑注重全局優(yōu)化、全壽命周期最大限度利用被動式節(jié)能設(shè)計與可再生能源的特性。

在施工階段，進行了3D建模指導(dǎo)模板支護，為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)建施工提供了指導(dǎo)，以旋轉(zhuǎn)樓梯為例，旋轉(zhuǎn)樓梯是由同一圓心的兩條不同半徑的內(nèi)外側(cè)螺旋線組成的螺旋面分級而成，每一踏步都從圓心向外放射，雖然內(nèi)外側(cè)踏步寬度不同，但在每一放射面上的內(nèi)外側(cè)的標高是相同的。螺旋樓梯施工放線較為復(fù)雜，必須先做好內(nèi)業(yè)工作，本工程利用BIM技術(shù)，導(dǎo)出梯梁的控制點ID坐標，實現(xiàn)了無梁敞開式折板清水混凝土旋轉(zhuǎn)樓梯的施工操作。保證施工順利進行，實施過程無返工，節(jié)約了時間、減少了材料的浪費，見圖6（上）。另外，4D進度可視化模擬節(jié)約了人工成本，為沒有經(jīng)驗及剛參加工作的管理人員更直觀的認識工程實體，了解工程進度，提高施工效率見圖6（下左）;在施工階段實施了工程算量，實現(xiàn)精細化生產(chǎn)，實際施工中，通過BIM算量指導(dǎo)鋼筋、混凝土等的用量，偏差可控制在5%左右，符合低消耗的綠色施工理念，見圖6（下右）。

此階段BIM技術(shù)作為新技術(shù)體現(xiàn)了綠色建筑節(jié)能優(yōu)化、追求目標均衡的特性。

在后續(xù)的運維階段，BIM技術(shù)也將幫助管理人員做好建筑的信息管理以及故障影響分析，會在設(shè)施管理、維修保養(yǎng)方面發(fā)揮重要作用。

4 ?結(jié)語

通過對比傳統(tǒng)建筑施工和綠色節(jié)能建筑施工的異同點，梳理出綠色節(jié)能建筑施工特點及綠色管理專項的重點工作;然后將BIM技術(shù)引入到傳統(tǒng)施工中，對其進行優(yōu)化，通過在中國-丹麥科研教育中心綠色示范工程中的應(yīng)用，取得了很好的效果。在對傳統(tǒng)施工流程優(yōu)化的基礎(chǔ)上，可進一步對其他關(guān)鍵問題進行深入研究，比如綠色節(jié)能建筑施工的管理模式，施工的進度、費用、信息、風(fēng)險的協(xié)同管理，以及知識管理等，從而提高綠色節(jié)能建筑施工的管理水平，為綠色節(jié)能建筑施工做好示范先導(dǎo)作用，為后續(xù)項目提供借鑒。

參考文獻：

[1]中國建筑科學(xué)研究院.GBT0378—2006，綠色建筑評價標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]熊燕，鄒經(jīng)宇.以人為本的綠色建筑設(shè)計——淺談中國城市住宅中居民熱適應(yīng)性于建筑節(jié)能的潛力[J].建筑學(xué)報，2009，S2：30-34.

[3]陳偲勤.從經(jīng)濟學(xué)視角分析綠色建筑的全壽命周期成本與效益以及發(fā)展對策[J].建筑節(jié)能，2009（10）：53-56.

[4]王敏，秦旋，莫懿懿.基于利益相關(guān)者視角的綠色建筑挑戰(zhàn)因素差異性和關(guān)聯(lián)性的實證分析[J].土木工程學(xué)報，2014（12）：130-138.

[5]肖緒文，馮大闊.建筑工程綠色施工現(xiàn)狀分析及推進建議[J].施工技術(shù)，2013，42（1）：12-15.

[6]郁超.施工組織設(shè)計中綠色施工技術(shù)措施的編制[J].建筑技術(shù)，2009，40（2）：124-127.

[7]Wu P， Low S P. Project management and green buildings： lessons from the rating systems[J]. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice， 2010， 136（2）： 64-70.

[8]N W， Y Y H， J H Z， et al. Elementary Introduction to the Green Management of the Construction in Whole Process[J]. Physics Procedia， 2012： 1081-1085.

[9]Lockwood C. Building the green way[J]. Harvard Business Review， 2006， 84（6）：129.

[10]張珉，詹偉，艾永飛.基于價值工程的綠色節(jié)能建筑施工方案優(yōu)選的應(yīng)用研究[J].價值工程，2017，36（15）：50-53.

[11]Hwang B G， Ng W J. Project management knowledge and skills for green construction： Overcoming challenges[J]. IEEE Engineering Management Review， 2013， 41（2）：87-103.

[12]付建兵，邱菀華，易衛(wèi)平.價值工程在建筑節(jié)能中的應(yīng)用[J].中國能源，2006，28（6）：14-16.

[13]Franzoni E. Materials selection for green buildings： Which tools for engineers and architects？[J]. Procedia Engineering， 2011， 21： 883-890.

[14]楊秀仁.城市軌道交通工程BIM設(shè)計實施基礎(chǔ)標準研究[M].中國鐵道出版社，2016.

[15]何清華，錢麗麗，段運峰，等.BIM在國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報，2012，26（1）：12-16.

[16]王廣斌，張洋，姜陣劍，張俊生.建設(shè)項目施工前各階段BIM應(yīng)用方受益情況研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報，2009（05）：438-442，459.

[17]張守磊，馬磊，劉康寧，等.綠色施工技術(shù)在北大國際醫(yī)院工程中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2016，45（4）：70-74.