借助BIM＋云技术，协同管理建筑物化阶段碳排放

1 引言

建筑全生命周期包括了物化阶段、使用阶段和拆除阶段。建筑的物化阶段指的是建筑在投入使用之前，形成建筑实体所需要的建筑材料的生产，构配件的加工制造和施工安装过程。在工程项目全生命周期各阶段中，物化阶段是能耗产生较多的阶段。随着我国建筑行业信息化的推进进程，数字建造技术在工程建设领域中的发展突飞猛进，BIM和“云”技术在国内得到越来越广泛的关注和应用，逐步成为建筑行业发展和产业转型升级的关键技术。BIM和“云”技术通过工程项目全生命周期各阶段的信息集成、储存和共享，支持不同阶段各参建方之间的信息交流和共享，提升建筑项目全生命周期管理效率，为建筑碳排放管理提供了一个新的思路和工具。

2 建筑物化阶段碳排放核算范围

建筑物化阶段的碳排放包含了两个方面：一是建筑材料，构件和设备生产制造和运输过程中的碳排放，其中建筑材料包括砂、石、水泥、混凝土、玻璃、陶瓷和钢材等，构件包含预制的混凝土构件和钢构件等，设备包括生产水泥的立窑和转窑、土方工程机械、起重机和钢筋切割机等；二是施工过程中因消耗能源而产生的直接碳排放，如汽油、柴油和煤等化石类能源的消耗。基于BIM技术进行建筑物化阶段碳排放的测算可以参考建筑工程造价的测算方法，将建筑各分部分项工程所消耗的建筑材料和能源归结为建筑材料生产过程中的耗能、建筑材料运输过程中的耗能和施工机械设备工作过程中的耗能三大部分。

3 建筑物化阶段碳排放管理体系设计

3.1 系统工作原理

在建筑物化阶段，不同参建方通过BIM数据层获取所需要的建筑项目进度和碳排放等方面的相关数据信息，通过访问层实现应用层建筑项目进度、成本、安全和碳排放等方面的管理需求。建筑物化阶段碳排放协同管理系统的实现，首先要确定建筑项目物化阶段碳排放系统范围和边界，在IFC标准的基础上对建设项目物化阶段碳排放信息建立统一的编码体系，并进行信息分类，存储数据，实现建设项目阶段碳排放信息的存储和快速读取。其次，通过数据接口和交换标准，实现模型数据共享与转换，满足建筑项目物化阶段碳排放信息数据采集、存储和转换，在BIM模型中实现建筑项目物化阶段不同参建方应用软件的无缝对接，实现碳排放信息在不同参建方之间的传递、共享和协同管理。

3.2 BIM和“云”技术原理

在“云”技术环境下，需求服务自动化、网络访问便捷化的特点可以吸引工程项目各阶段的资源有效聚集，将建筑全生命周期各阶段、各专业、各参建方统一到“云”技术平台上，通过“云”平台终端进行查询、修改、删除、储存和批注等操作，形成个参建方协同工作机制。在“云”端充分发挥BIM技术的优势，减少信息的不对称和传递的不准确。建筑物化阶段各相关企业和部门基于“云”技术平台，通过BIM模型进行建筑物化阶段碳排放协同管理工作（见图1）。

图1 BIM和“云”技术协同管理组织关系

3.3 建筑物化阶段碳排放管理体系架构

本文基于BIM和“云”技术构建建筑项目物化阶段碳排放管理体系（见图2）。

图2基于BIM技术的建筑项目物化阶段碳排放管理体系架构

3.3.1 数据层

BIM协同管理系统数据分为BIM数据和外部数据，并随着工程项目建造过程持续动态更新。其中，BIM模型数据包括构件的物理属性、几何属性和管理属性，包含产品组成、功能和行为数据信息；而外部数据则包括工程项目的进度信息、成本信息、安全信息和碳排放信息等异构信息。所有数据信息均保存在数据库中，实现数据共享和动态的集成管理，解决BIM数据与建筑项目物化阶段其他资料信息数据的优化、分类和集成，便于碳排放管理的检索和使用。

3.3.2 访问层

主要负责与数据库进行连接，通过数据访问助手和SQL数据库，完成业务逻辑层发出的有关数据操作指令，完成数据读取、查询、删除、翻译和新增等操作，并将数据处理完成结果返回给业务逻辑层。

3.3.3 应用层

根据建筑项目物化阶段碳排放管理需求，将建设项目物化阶段分为进度管理、成本管理、碳排放管理和安全管理平台，并根据建设项目成本、进度和碳排放控制要求，选择原材料，确定分部工程的施工工艺，实现建筑项目物化阶段碳排放管理的各种功能。

3.3.4 界面层

基于互联网和云技术，主要负责系统与终端用户之间进行交互，使用户在不同的用户权限内进行操作。建筑项目物化阶段各参与方通过用户登录，在获取相关身份认证后，进入系统根据不同的权限对数据信息的查询、录入、修改和批注等操作。

4 建筑项目物化阶段碳排放协同管理

基于BIM碳排放协同管理系统进行碳排放信息的沟通和交流，实现建筑项目物化阶段过程信息的完整记录，极大地减少建筑项目物化阶段碳排放量。

4.1 建设单位

建设单位通过系统用户权限可以随时查看建筑物化阶段碳排放和进度三维可视化模型，通过系统平台可以随时查看建筑物化阶段建筑碳排放和进度信息。通过系统平台可进行合同文档的提取，查看碳排放协同管理参建方碳排放管理的目标、内容、责任制度和协作方式，并在工程变更时，依据建筑碳排放合同管理要求，即时查看碳排放信息变更，通过BIM4D碳排放虚拟施工，对关键工程的碳排放进行监控管理。

4.2 设计单位

设计单位通过系统平台可以直观分析和监测建筑物化阶段的碳排放，与设计碳排放对比，进行纠偏，并辅助建设单位和施工单位等多方之间的沟通与协作，从而优化建筑物化阶段碳排放量，提升碳排放管理效率；通过系统平台根据建筑碳排放设计合同要求，对建筑物化阶段施工单位的碳排放进行监控，对工程变更、地基处理、隐蔽工程施工和交工验收等环节进行碳排放管理。此外，可以通过系统监测建筑物化阶段的施工质量，落实设计要求和施工质量二者相互契合。

4.3 施工单位

施工单位建筑项目碳排放管理工作覆盖施工现场的平面布置、施工方案设计、低碳施工管理和实时在线监控等各个方面。施工单位在碳排放的限额设计下，基于BIM信息模型技术，测算建筑材料工程量、优化分部分项工程施工技术方案与资源配置，组织开展低碳施工，便于工程项目建造过程中碳排放精细化和协同管理要求。对于施工过程中工程设计变更，发挥BIM技术数据库分布式的特征，实时更新、共享材料碳排放数据，施工各部门和工程项目各参与方可以快速获取数据，进行分析和决策，确定最优方案。

4.4 监理单位

监理单位通过本系统平台审核建筑物化阶段施工单位低碳施工规划与施工技术方案设计，并制订低碳施工监理方案，做好工作记录，通过系统对施工单位和建设单位建筑材料的碳排放进行回复和反馈，实时在线监测施工过程中建筑材料碳排放的当前数据。设计单位/建设单位通过本系统查看施工单位低碳施工方案，多重方案进行直观性对比分析。建筑材料碳排放和低碳施工日常管理工作，通过系统对各单位进行反馈和回复，并实时在线监测施工过程中建筑材料碳排放的当前数据。

5 结语

BIM技术模型改变了建筑物化阶段参建方之间协同管理沟通方式。利用“云”技术，构建建筑物化阶段碳排放协同管理平台，可以为建筑项目物化阶段各参建方参与方跟踪和监测碳排放信息，各参建方可以随时随地通过不同的移动终端和桌面终端进行同步查阅，分析和修改，满足不同参建方的管理需求，优化施工方案和资源配置，对碳排放进行有效控制，实现建筑物化阶段碳排放的数字化，协同化和精细化管理。

参考文献

[1]林兴贵，周济，程晶，等。建筑材料制品碳排放测算模型研究[J].土木建筑工程信息技术，2012（3）：13-18

.[2]范永法，张兆岳。建筑施工碳排放量的估算方法[J].施工技术，2013（22）：14-15，70.

[3]汪振双，王立国。绿色建筑背景下建筑材料绿色度评价和认证体系研究[J].建筑经济，2015（1）：98-112.

[4]汪振双，赵宁，王立国，等。建筑材料全生命周期碳排放信息化集成管理体系研究[J].建筑经济，2015（8）：88-91.

[5] 张建平，余芳强，李丁。面向建筑全生命期的集成BIM建模技术研究[J].土木建筑工程信息技术，2012（1）：6-14.

[6] 范正根，黄骏。建筑建造阶段碳排放量计算方法研究[J].建筑经济，2013（11）：89-92.

[7]卢琳彬。建筑行业推行与发展绿色建筑的制约因素探析[J].工程经济，2015（2）：83-87.

微信公众号：xuebim

关注建筑行业BIM发展、研究建筑新技术，汇集建筑前沿信息！

← 微信扫一扫，关注我们+