基于BIM技术的绿色建筑材料管理体系研究

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  • 更新时间2018-11-13
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  摘要:在绿色建筑发展的背景下,针对绿色建筑材料全生命周期管理的特征,将建筑信息模型(BIM)和无线射频识别技术(RFID)相结合,构建绿色建筑材料全生命周期管理体系。研究表明,BIM技术优势与建筑材料管理需要契合性良好,能实现绿色建筑材料全生命周期管理中各参与方信息共享和交流,有效促进绿色建筑项目中绿色建筑材料信息化的管理水平。


  关键词:BIM技术;绿色建材;全生命周期;RFID;管理体系;


  作者简介:汪振双,男,生于1982年,辽宁岫岩人,博士后,讲师,,研究方向:材料经济学;;王立国,男,生于1957年,山西临猗人,教授,博士生导师,研究方向:投资经济、技术经济及管理。


  1引言


  发展绿色建筑是建设资源节约型、环境友好型社会必不可少的一个方面,绿色建筑的首要的任务就是建筑材料的绿色化,因此必须保证绿色建筑材料具有环保、节能、健康、经济和舒适等特征。目前,对绿色建筑材料的研究主要关注最大限度地满足“四节一环保”的绿色建筑设计和施工要求,但在管理层面上不完善。


  建筑信息模型(BuildingInformationModeling,BIM)是一种集成的全寿命周期管理的建设信息化方法,贯穿建设项目的规划、设计、采购、施工和运营等各阶段,为建设项目各参与方提供了协同管理工作和信息交流的平台。目前,我国BIM技术的应用水平还比较低,主要用于辅助设计、可视化展示、碰撞检测和施工进度模拟等方面。在工程项目管理方面,赵彬指出BIM技术可以解决传统项目管理的缺陷,在工程进度管理方面具有优越性;纪凡荣等指出BIM技术能促进工程项目生命周期内信息的共享和交流,实现项目参与方的可视化管理。可以看出,BIM技术的应用主要集中于建筑工程项目,在绿色建筑材料管理中的应用还较少。


  本研究结合绿色建筑材料管理的特征和实际需求,对BIM技术在绿色建筑材料管理中的技术优势进行分析,进而提出基于BIM技术和RFID技术的绿色建筑材料管理架构和实施流程。


  2绿色建筑材料的管理特征研究


  绿色建筑项目中绿色建筑材料采用全生命周期管理方法,涉及到项目的设计、生产、施工、运营和维护阶段信息化管理。因此,在整个绿色建筑项目的建设过程中,对于绿色建筑材料的管理提出了更高的要求。


  1)绿色建筑材料的生产商要根据绿色建筑材料的认定标准,对其生产过程中的绿色度进行管理,根据客户的不同需求,提供不同绿色度的建筑材料及其制品,并做好生产量、销售量与库存量管理。


  2)建筑材料种类繁多,涉及的生产商和供应商也较多,传统粗放式的建筑材料管理模式已经不能适应绿色建筑材料的管理需求,对于绿色建筑材料生产应实行精细化管理。


  3)绿色建筑项目中绿色建筑材料及其制品的选购需要根据客户的需求进行,项目的各参与方之间、上下游企业之间的沟通和协调管理十分重要。此外,在项目竣工验收后,大量的建设信息和绿色材料及其制品的信息需要提供给物业方,便于绿色建筑项目后期的维护和更换绿色建筑材料。


  鉴于绿色建筑项目中绿色建筑材料管理的特殊性,结合生命周期评价理论,绿色建筑材料的管理特征可归结为可视性、精细化、协同性和可追溯性(见图1)。


  3绿色建筑中材料管理特征与BIM技术优势契合性分析


  为研究基于BIM技术的绿色建筑材料管理,需对绿色建筑材料的管理特征与BIM技术优势和二者之间的契合性进行分析。


  3.1三维可视化方面


  三维模型能够有效地为客户提供可视化的设计方案和施工方案模拟等。绿色建筑项目,在户型的设计、绿色建筑材料的选购、施工方案和材料现场堆放管理等方面,对于直观的三维模型需求更高。而BIM技术能够为绿色建筑项目提供直观的绿色建筑材料三维模型和施工模拟三维模型,满足绿色建筑材料运输和堆放三维可视化方面的需求。


  3.2协同管理方面


  在绿色建筑项目建设过程中,业主、设计单位、施工单位和绿色建筑材料生产商对整个项目的建筑材料进行协同管理,整个项目形成一条工业化的产业链。在设计阶段,业主、施工单位和材料生产商就要参与整个绿色建筑设计方案的研究,用以制定用户的个性化价值需求,施工技术方案和绿色建筑材料的生产方案。项目中所用绿色建筑材料,对全产业链上项目的各参与方协同管理的要求更高。采用BIM技术信息化管理手段,能协调项目建造过程中各参与方获得有效的绿色建筑材料管理信息。


  3.3精细化管理方面


  绿色建筑项目在设计、施工、运行和维护阶段需建立精细化的绿色建筑材料信息库,以便绿色建筑项目各参与方能够及时准确的查询、订购、使用和生产绿色建筑材料,实现绿色建筑营造过程中对绿色建筑材料需求和使用的精细化管理。BIM技术能够建立绿色建筑材料信息库,实现对绿色建筑材料生产,使用和维护的精细化管理,同时也能为绿色建筑项目各参与方提供信息实现共享,打破建筑材料管理的信息断层。


  3.4信息的可追溯性方面


  绿色建筑在运行阶段,用户可以根据使用功能的需求,对使用的绿色建筑材料进行维护,更换和调整,绿色建筑材料的生产信息,材料功能参数信息和施工方案等工程历史信息对绿色建筑的维护就显得尤为重要。BIM技术能够详细记载绿色建筑营造过程中详细的工程信息和绿色建筑材料信息,在发生工程变更时能够在BIM中详细地记录,并对绿色建筑的绿色等级迅速地进行评价,这些优势为绿色建筑项目和绿色建筑材料后期的维护和管理提供了信息的可追溯性。


  4基于BIM技术的绿色建筑材料管理体系架构


  4.1绿色建筑材料管理体系构成


  绿色建筑项目中绿色建筑材料信息化管理实施的基础是信息传递的标准化。鉴于BIM技术的优势和绿色建筑材料管理需求之间的契合性,在国际协同工作联盟指定的IFC(IndustryFoundationClasses)基础上,构建绿色建筑材料管理体系。根据IFC标准管理层模型,由上至下分别为应用管理层、数据交换层、BIM模型层和基础数据层(图2)。


  4.1.1应用管理层


  应用管理层主要基于BIM技术三维模型实现对绿色建筑项目模型、设计模型、施工模型和绿色建筑材料模型的管理,以及绿色建筑在后期运营和维护过程中的历史信息追溯和运营维护信息的管理。在绿色建筑的全寿命周期内,项目开发的各个参与方均能够从基于BIM技术的三维模型中提取绿色建筑材料的参数信息,实现信息的共享和及时交流,整合各方管理资源,并用于支持绿色建筑项目的管理决策。


  4.1.2数据交换层


  数据交换层主要实现基于终端设备和网络的BIM技术模型的数据传输和管理功能。BIM技术实现绿色建筑项目在全寿命周期内绿色建筑材料的协同管理,构建网络信息传递平台,建立“云”服务平台,实现信息共享和管理。同时,笔记本电脑和手机等终端设备可为BIM技术的数据交换提供硬件支持。


  4.1.3BIM模型层


  绿色建筑营造过程中,业主,设计单位和施工单位需要在施工建造之前订购绿色建筑材料及其制品,确定详细的施工技术方案和比较不同的竣工模拟模型。因此,绿色建筑材料管理的BIM模型更注重绿色建筑材料库、绿色建筑材料的三维模型和施工技术方案模拟模型的构建。根据绿色建筑项目对建筑材料管理的要求,本模型层设置了绿色建筑材料管理的BIM核心模型,以满足绿色建筑项目全寿命周期内绿色建筑材料管理的需求。


  4.1.4基础数据层


  基础数据层主要实现基于IFC文件格式的不同软件的模型数据转换与管理。利用BIM技术模型实现绿色建筑材料的全寿命周期管理,需要BIM技术模型信息在不同的平台应用和转换。因此,建立统一的文件格式是基础。针对绿色建筑材料全寿命周期管理中涉及到的材料生产信息和功能信息,绿色建筑材料评价信息,以及建筑和结构设计模型信息,架构体系中的所有数据均采用IFC格式进行存储和转换,以满足在同一平台上对BIM基础数据进行统一管理。项目竣工后,BIM建筑材料信息数据库为项目后期的运行好维护提供了资料,为其他项目提供了参考并形成循环反馈,最终成为更为庞大和丰富的BIM数据库,提升企业、行业和国家绿色建筑项目中绿色建筑材料的管理整体水平。


  4.2绿色建筑材料管理体系实施


  无线射频技术RFID是一种非接触式自动识别技术,用于信息采集。基于RFID技术自动化,信息化和无纸化等优势,利用RFID标签不断采集扫描信息,通过应用程序接口与BIM平台进行信息交换。置入的RFID标签具有唯一性和可扩展性,在设计阶段将绿色建筑材料的参数信息等添加到BIM,实时显示绿色建筑材料、构建和建筑项目的可视化,自动存储信息形成BIM数据库,以便在储存、运输和施工吊装过程中对材料进行管理。


  4.2.1材料生产运输阶段


  绿色建筑材料出厂附着相应的RFID标签,绿色建筑材料的信息通过读写器被扫描传输到BIM中,通过BIM对绿色建筑材料进行管理。有助于生产商和供应商实现材料管理零缺陷和零库存的管理目标,在运输过程中可根据材料的储存区域和材料可视化模型,优化材料的运输车次、路线和顺序。


  4.2.2材料施工阶段


  通过RFID标签追踪监控材料储存吊装的实际进程,对材料的入场和施工进行管理,并通过云平台及时传递信息,减少人工录入信息可能造成的错误和疏漏,如在材料进场检查时,直接利用设置固定的RFID阅读器自动采集数据,对材料进行管理。


  4.2.3材料运营阶段


  在物业管理中,通过RFID标签上材料的维修信息,工作人员可以快速准确的找到材料的位置,并将每次维修信息记录到RFID标签中,同时将维修信息集成到BIM物业管理系统中,这样就可以对绿色建筑中各种材料运行状况有直观了解,便于维修和管理。


  4.2.4材料拆除阶段


  当建筑的寿命期结束时,在拆除过程中,利用RFID标签和BIM数据库可以快速准确的判断构件中的材料是否可以回收利用,对拆除的材料进行回收管理,减少材料能源的消耗,满足绿色建筑发展的要求。


  5结语


  建筑信息化和绿色建筑的融合是未来建筑行业发展的必然趋势,建筑信息化技术能有力推动绿色建筑的发展和顺利实施,二者融合能有效地突破绿色建筑项目中绿色建筑材料全寿命周期管理的瓶颈。将BIM技术和RFID技术引入到绿色建筑项目的绿色建筑材料管理中,能有效提升绿色建筑材料的管理水平,实现绿色建筑材料全寿命周期的协同化和精细化管理,同时将形成的BIM绿色建筑材料信息数据库在企业和行业中共享,形成企业、行业乃至国家BIM绿色建筑材料信息库,对提升绿色建筑项目中绿色建筑材料的管理水平具有重要意义。