基于BIM和云技术的建筑物化阶段 碳排放协同管理研究

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1BIM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。