常麗燕，張 釗

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學院，廣西 柳州 545001）

0 引言

“雙碳”戰(zhàn)略是新時代城軌行業(yè)發(fā)展的重大機遇。城軌行業(yè)需要充分利用其獨特的資源，并積極響應國家的政策，完善其基礎(chǔ)設(shè)施，加強對新技術(shù)的研究，搭建完善的能源監(jiān)測平臺，大力發(fā)展可再生能源，完善城軌的用電、節(jié)電等方面的標準，并且要加強城軌的智慧城軌，將其作為實現(xiàn)城軌節(jié)能減排的重要工具，從而實現(xiàn)城軌的高品質(zhì)、可持續(xù)的發(fā)展。

1 BIM 技術(shù)基本概念

建筑信息模型（building information modeling, BIM）在制造、建設(shè)等領(lǐng)域得到了大量的運用，為提高建筑工程的質(zhì)量和效率提供了有力的支持，現(xiàn)已成為一個廣泛使用的建筑工程管理方法。

BIM 技術(shù)的核心優(yōu)勢包括：信息系統(tǒng)完整、對象參數(shù)化、3D 模擬以及多樣的結(jié)果輸出。它不僅能夠幫助企業(yè)提高工程管理水平，還能夠提升項目的效率和質(zhì)量，從而為企業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在整個建設(shè)項目的執(zhí)行過程中，采用數(shù)字技術(shù)來展示所有相應的內(nèi)容，并利用3D 技術(shù)來構(gòu)造出真正的建筑物形態(tài)，以及利用協(xié)作的方式來進行數(shù)據(jù)分析，為整個工作流程提供依托。BIM 技術(shù)的實際運用可以從3 個方向進行：首先，利用BIM 軟件，如Sketchup、Revit、CATIA，對建筑物的空間、物理、力學和物理、建筑材料進行模擬，并以各種參數(shù)和屬性的方式，對建筑物的細節(jié)進行建模，以更好地反映建筑物的整體外觀，以滿足建筑設(shè)計的需求。BIM 技術(shù)能夠有效地幫助我們實現(xiàn)從建筑規(guī)劃、長期評估、成本核算、模擬驗證、日常運行和數(shù)據(jù)展示的一整套流程，從而實現(xiàn)對整個項目的有效監(jiān)督和管理[1]。

2 BIM 技術(shù)在城軌建設(shè)中的應用

根據(jù)最新的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建筑行業(yè)的能源消耗占到了全行業(yè)的40%以上，而排放的溫室氣體也達到30%左右。因此，推進建筑行業(yè)的低碳節(jié)能工作顯得尤為迫切。

2.1 BIM 技術(shù)應用于城軌設(shè)計

利用BIM 技術(shù)，可以準確地計算建筑物的建筑使用面積，并對建筑物的內(nèi)部和外部環(huán)境進行模擬設(shè)計，以實現(xiàn)最佳的建筑物使用和資源利用。在設(shè)計前期，首先要確認各項基本要求，如室內(nèi)的溫濕度、噪音水平、燈光效果、采暖、制冷、通風和日照情況，以及預期實現(xiàn)的節(jié)能減排目標。然后，利用相關(guān)的技術(shù)和工具，運用BIM 軟件模型，進行建筑的結(jié)構(gòu)、平面布局和圍護結(jié)構(gòu)的仿真，綜合各種專業(yè)資料，以達到室內(nèi)外環(huán)境的均衡和最佳狀態(tài)，最終給出一個完善的概念性方案，以便更好地滿足實際的應用要求。深度設(shè)計最終呈現(xiàn)具體的施工圖方案報告，并對初步設(shè)計進行細節(jié)上的優(yōu)化，形成最終建筑節(jié)能設(shè)計成果。

2.2 BIM 技術(shù)應用于城軌項目評價

城軌項目的評價是基于全生命周期的評價，要建構(gòu)一個全面的評價機制，對城軌項目展開環(huán)保、安全、能源、舒適度等多維度的評價，從而推動城軌建設(shè)的發(fā)展。該機制以定性和定量的評價方式，結(jié)合建筑物的綠化、采光、能源利用、可再生資源的使用，構(gòu)建一個完整的體系。在國內(nèi)，《綠色建筑評價標準》《綠色奧運建筑設(shè)計體系》以及一些國內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)指南，都為綠色生態(tài)建筑設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展提供了重要的理論依據(jù)[2]。

2.3 BIM 技術(shù)應用于城軌運營

在運營階段，需要將可持續(xù)發(fā)展理念融入前期的目標制定和設(shè)計中，并且在日常運維中貫徹落實。BIM技術(shù)的應用，使的城軌項目的運維節(jié)能管理更加便捷高效，它具有信息化、精確化和可視化等多項優(yōu)勢，為姓名的運維節(jié)能提供了強有力的支撐。BIM 控制平臺提供了強大的技術(shù)支撐，它能夠有效地協(xié)調(diào)和控制各種電氣系統(tǒng)，包括空調(diào)、新風、照明、電梯，以及其他水資源，從而達到更加準確地使用，并且能夠?qū)ξ飿I(yè)管理進行有效的監(jiān)測，從而有效地節(jié)約成本。

2.4 BIM 技術(shù)應用于建筑材料低碳減排

廣義上講，建筑碳排量分為建造碳排量、使用碳排量和拆除碳排量3 個部分。而城鐵項目的全生命周期大概可以分為設(shè)計、建造、運維、拆除、回收等階段，每一個階段都與會產(chǎn)生一定的碳排放。在設(shè)計階段的碳排放占比較低；建造階段則是建筑材料的運輸、倉儲、使用等造成的碳排放；運維階段則是空調(diào)、照明、列車制動等產(chǎn)生的碳排放；拆除與回收則是由于建筑廢棄物回收、建筑翻新等造成的碳排放。利用BIM 技術(shù)，可以建立項目模型，對每一個階段可能產(chǎn)生的碳排放進行模擬計算，從而在實施之前進行合理設(shè)計，從而使碳排放總量較少[3]。

3 基于BIM 的碳排放預測

3.1 材料生產(chǎn)階段碳排放預測

城軌項目中，很多施工材料在采購回來后需要在施工現(xiàn)場進行二次處理。這一階段被稱為材料生產(chǎn)階段，近年來大量學者對這一階段的碳排放因子的確認方法進行了深入的研究。但是由于研究的方向和應用場景不同，因此當前尚未形成統(tǒng)一的指導性方法。各地區(qū)在進行預測時，應該結(jié)合項目的實際情況加以選擇，從而形成合適的材料生產(chǎn)碳排放因子數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫形成后，即可結(jié)合工程消耗量定額或概預算定額，來對碳排放進行計算。

計算方法可表述如下：

式中：MQEi——第i 個定額項目的材料碳排放，在同一個定額項目中，使用的材料種類較多，可按照約定的屬性對其進行分類；Mij——第i 個定額項目下，第j 類材料的消耗類標準；MEFij——第i 個定額項目的第j 類材料的生產(chǎn)碳排放因子。

因此，可以通過式（2）計算第i 個項目材料生產(chǎn)階段的碳排放總量（MEP）。

式中：Qi——第i 個定額項目的工程量。

計算結(jié)果存儲至BIM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，最終將所有子項目的MEP 相加，即可實現(xiàn)對材料生產(chǎn)階段碳排放總量的預測。

3.2 施工建造階段碳排放預測

在建筑行業(yè)的相關(guān)標準中，施工階段的碳排放主要由3 個方面組成：材料運輸導致的碳排放（CETP）、施工設(shè)備運行導致的碳排放（CEPC）以及施工現(xiàn)場導致的碳排放（CEPO）。因此，這一階段內(nèi)，項目總體碳排放（CEP）可以表述如下：

3.2.1 材料運輸?shù)奶寂欧蓬A測

考慮到在實際的城軌建設(shè)項目中所需要的建筑材料品類眾多，且每一種材料的生產(chǎn)廠家較為分散，且材料的運輸方案與運輸距離也難以預測。因此，各地在進行本階段碳排放預測時，需要結(jié)合實際來選擇適當?shù)难芯糠椒?。確定材料的運輸方式，并計算出材料運輸?shù)钠骄嚯x。預測材料的CEPT，可表述如下：

式中：Mi——第i 種建筑材料的使用總量；Tij——第i 種建筑材料在使用第j 種運輸方式的情況下單位距離內(nèi)產(chǎn)生的碳排放總量；Di——運輸該材料的總距離。

3.2.2 施工機具運行的碳排放預測

每個定額項目的CEPC 可表述如下：

式中：CEPCi——第i 個定額項目在開展的過程中材料運輸階段內(nèi)產(chǎn)生的碳排放總量；Cij——第i 個定額項目中的第j 類設(shè)備在標準運行狀態(tài)下碳排放；CEFij——碳排放因子，該因子可以依據(jù)當?shù)亟ㄖI(lǐng)域的執(zhí)行標準或者項目本身的實際情況來確定。

然后，結(jié)合城軌項目的工程總量即可對CEPC 進行預測，如式（6）所示。

3.2.3 施工現(xiàn)場碳排放預測

這一部分的碳排放相對于前兩個部分而言不確定因素更多，因此難以進行精確的預測。為了提升測算結(jié)果的有效性，可以提取施工現(xiàn)場內(nèi)行政管理辦公室的相關(guān)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)資料，在此基礎(chǔ)上結(jié)合當?shù)靥寂欧呕鶞蕯?shù)據(jù)以及實際的辦公面積來進行計算。

式中：EI——當?shù)貑挝幻娣e內(nèi)碳排放基準數(shù)據(jù)；A——施工現(xiàn)場總面積。

3.3 運營維護階段碳排放預測

運營維護階段所包含的實際上是運營階段以及維護更替階段這兩個大的階段，通俗來說就是在城軌項目建成后的全部階段。該階段的碳排放總量用OEP 表示，兩個子階段則用OEPO、OEPM 來分別進行表示。

3.3.1 建筑運行的碳排放預測

城軌在運營階段的能耗與碳排放都是可以通過相關(guān)的軟件進行模擬和計算的，常見的模擬軟件有Enerˉ gyPlus、DOE 等。不同的仿真模擬軟件功能側(cè)重點不同，各地區(qū)可以按需選擇。在模擬軟件內(nèi)建立模型，計算出每一年內(nèi)城軌項目在運行階段產(chǎn)生的碳排放，再結(jié)合項目的預期使用年限即可計算出全生命周期內(nèi)的碳排放總量。

式中：Y——預計使用年限；Ei——在一年內(nèi)第i 種能源的碳排放因子；ei——一年內(nèi)消耗第i 種能源的總量。

3.3.2 建筑維護更替的碳排放預測

本階段的碳排放由兩個方面組成：①由于進行維護更替活動所進行的原材料生產(chǎn)而導致的碳排放。②進行維護更替活動本身所產(chǎn)地的碳排放。計算方法表示如下：

式中：RQEi——第i 個項目產(chǎn)生的碳排放總量；Mij、MEFij、Cij和CEFij的含義同前。

4 基于BIM 的低碳施工設(shè)計

城軌項目中建材的耗能占據(jù)建設(shè)總耗能的17%，當中，尤其鋼鐵、木料和混凝土等建材耗能量非常龐大，對國家生態(tài)危害尤為突出。為此，國家標準和有關(guān)文件精神中均明確指出將節(jié)材列為建筑工程節(jié)能環(huán)保的一個主要考核指標?！毒G色建筑評價標準》中關(guān)于節(jié)材和材料利用已做出了詳盡的說明，根據(jù)該國家標準的控制要點，可利用BIM 模式完成有關(guān)控制要點的數(shù)據(jù)分析，在估算建筑材料碳排放的基本，通過國家標準的符合性檢查判斷，不但節(jié)約了成本，而且準確性也有很好的保障[4]。

采用BIM 技術(shù)Revit 平臺從事建筑設(shè)計方法的工程設(shè)計，Revit 中所建立的BIM 模式，應包含有大量的建設(shè)信息內(nèi)容，包含結(jié)構(gòu)的成分、建筑材料類型、建筑材料從加工地到施工現(xiàn)場的方式及運距、結(jié)構(gòu)的應用年數(shù)、結(jié)構(gòu)建筑材料的利用比例狀況、建筑材料供應地等信息內(nèi)容，以及在建筑材料屬性中標明是否是為能源或可循環(huán)建筑材料。將工程量清單中對應的分部分項工程編號加入BIM 模式中各個構(gòu)件屬性后，就能夠自動調(diào)用其特征屬性完成各種結(jié)構(gòu)和資料的數(shù)據(jù)分析。通過采取有效的建筑材料選擇、重復使用以及循環(huán)利用，不僅有助于節(jié)約能源，而且還有助于減少污染物的排放，從而達到綠色建筑的目的。為此，我們應當嚴格控制建筑物的運輸時間，并且盡可能地使用可持續(xù)的建筑材料，以達到節(jié)約資源的目的[5]。

（1）利用BIM 技術(shù)，能夠更好地利用信息化設(shè)計的特點，從而更加準確地測算出材料的使用情況，包括循環(huán)使用率、再利用率以及材料的運輸成本?？梢詫椖窟M行模擬，從而計算出碳排放總量。這樣，能夠更好地管理材料的使用情況，從而更有效地完成項目。

（2）利用BIM 技術(shù)，可以在系統(tǒng)中嵌入各種標準值。當輸入材料時，系統(tǒng)會自動調(diào)用相應的控制標準值，并對模型中的材料進行統(tǒng)計和評估，以確定其與標準之間的差異，從而實現(xiàn)對材料的自動符合性檢查。

（3）通過使用模擬技術(shù)，我們能夠通過輸入不同的材料編號，來查看它們的分布情況，包括數(shù)量、運輸路線。這樣，就能夠清楚地展示出如何有效地控制使用這些資源，同時也能夠按照實際需求來調(diào)整使用的資源，例如：使用更加環(huán)保的可回收資源，或者改善建筑物的結(jié)構(gòu)與特征，從而達到節(jié)省資源的目的。

5 結(jié)語

BIM 技術(shù)自被研發(fā)以來，經(jīng)過幾輪技術(shù)更新已經(jīng)相對完善，已被廣泛應用與建筑行業(yè)的各個領(lǐng)域之中。環(huán)保與能源問題是新時期人們最關(guān)注的問題之一，而城軌項目的全生命周期內(nèi)都伴隨著大量的碳排放以及能源消耗，為此能否借助新技術(shù)來對城軌項目進行低碳設(shè)計早已是決定該行業(yè)能否健康、快速發(fā)展的關(guān)鍵因素。通過BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)對項目進行過程中每一個環(huán)節(jié)的碳排放預測，將預測結(jié)果與國家相關(guān)標準進行比較可以找出建設(shè)與運營過程中可能存在的碳排放超標環(huán)節(jié)，并及時加以調(diào)整和改進，從而促使城軌項目符合綠色發(fā)展理念。