1828 浏览表 1。改造项目的潜在BIM用途。
| 优先 | 项目目标描述 | 潜在的 BIM 用途 |
|---|---|---|
| 高的 | 评估与设计变更相关的成本：比较花费/节省的资金与设计变更的定量收益 | 捕捉现有条件 作者成本估算 监控系统性能 |
| 高的 | 提高设计的有效性：结构系统、照明/电气和机械系统 | 审查设计模型 分析建筑性能 捕捉现有条件 分析可持续性表现 |
| 高的 | 开发最终建筑设计的记录 | 协调设计模型 记录模型 监控维护 监控资产 监控系统性能 |
| 中等的 | 通过获得绿色标签架构（如 LEED 或 BREEAM 认证）提高可持续发展目标的有效性 | 分析可持续发展绩效 废物管理 |
| 中等的 | 提高现场协调性和效率 | 坐标设计模型 绘制施工图 |
| 中等的 | 价值工程和生命周期成本评估 | 作者成本估算 分析建筑性能 分析可持续性表现 |
| 低的 | 监控设计进度 | 审查设计模型 |
| 低的 | 完全恢复网站 | 废物管理 |
BIM 使用可以定义为“在建筑物的生命周期中应用 BIM 以实现一个或多个特定目标的方法”[ 111 ]。例如，在初始阶段，BIM 可以促进创建布局图的过程，而在设计阶段，BIM 可能有助于对不同的改造方案进行建模和评估。
在确定可以从 BIM 实施中受益的过程之后，项目成员应确定 BIM 使用将被开发和实施的生命周期阶段。例如，虽然 BIM 使用“捕获现有条件”仅在项目的初始阶段很重要，但“作者成本估算”允许团队分析项目所有阶段的建设成本。
图 2显示了一个新颖的图表，其中包含与改造项目（表 1）相关的 11 种 BIM 用途，映射到建筑物生命周期的四个阶段：第2.1节中定义的启动、设计、生产和拆除。
图 2。BIM使用映射到改造项目的建筑生命周期的四个阶段。
2.3 . 规划 BIM 改造过程
一旦确定了 11 种 BIM 用途，开发该方法（图 1 ）的下一步是通过 BPM（图 4 ）规划整个 BIM 改造过程（BRP ）。
BRP 有助于理解改造工作流程，突出 11 种 BIM 用途之间的交互和高级信息交换，以及它们在项目生命周期内的联系。
这种创新的 BRP使用 BPMN v2.0 [ 112 ]在图 4中以流程图的形式呈现。BPMN 是一种已建立的建模语言，已获得 ISO19510 [ 87 ] 的批准，它为用户提供了以图形可视化方式理解程序的能力，并能够以标准方式进行通信和共享数据。
此外，BPMN 是国家 BIM 标准 (NIBS) [ 113 ] 采用的语言，用于行业内的 BIM 实施和信息交付手册 (IDM) [ 114 ]。IDM 将信息交换记录到项目中，例如所需信息的类型、信息的顺序、信息的交付时间和方式以及提供信息的责任人。
BPMN 基于流程图技术，由典型的流程图符号的标准图形符号组成（图 3）：
图 4。贯穿项目生命周期的BIM 改造过程 (BRP)。
图 4展示了一个新的 BRP，它由两个级别的信息组成。第一层信息显示了项目生命周期（即从开始到拆除阶段）按时间顺序排列的 11 种 BIM 用途。此外，左上角标明了给定流程将在项目的哪个阶段执行，下方标明谁负责。
第二层信息代表将在流程和项目方之间交换的 BIM 产品，这将在第2.5节中进一步解释。
开发此 BRP 的主要挑战是在 BPM 中保持足够详细的一般水平，以便不限制流程，但使其适合不同的项目要求 [ 115 ]。事实上，图 4的 BRP考虑了在改造工作流程中可以从 BIM 实施中受益的所有活动，但并非所有这些活动都是实现不同项目目标所必需的。
例如，如果建筑物不需要通过绿色认证，则无需开发 BIM 使用“分析可持续性绩效”。与建筑监控相关的 BIM 应用也不太可能被开发用于住宅建筑。出于这个原因，本文只分析了 BRP（图 4）中突出显示的绿色 BIM 用途，这被认为是设计改造工作流程的必然选择。
在新方法的第 4 步（图 1 ）中，使用 BPM 概念分析和开发了图 4中确定的 11 种 BIM 用途。活动、序列流、数据对象、负责的利益相关者基于文献回顾。
第一个 BIM 使用包括捕获建筑物的现有状况并使用第一个必要信息创建 BIM，如图 5 所示。
使用 BIM 的第一步是收集建筑数据。目前业界用于支持生成竣工信息的数据采集技术可分为两大类：自动技术和手动技术 [ 116 ]。
自动技术包括摄影测量和激光扫描，而手动技术则使用卷尺和激光测距仪。
数字摄影测量的工作原理是捕获静止图像并将这些图像转换为 3D 点云。激光扫描仪使用多个放大光点来测量从扫描仪到其目标的距离。
卷尺是用于量化物体之间距离的便携式设备，沿着卷尺边缘用线性测量标记进行标记。激光测距仪向目标发送激光脉冲，并测量反射返回所需的时间，并将其转换为距离。表 2简要比较了建筑物和建筑工地中使用的不同数据采集技术。
表 2。建筑领域不同数据采集技术的相对比较。
| 自动的 | 手动的 | |||
|---|---|---|---|---|
| 摄影测量 | 激光扫描 | 卷尺 | 激光距离 | |
| 准确性 | 高的 | 高的 | 中等的 | 高的 |
| 成本 | 中等的 | 高的 | 低的 | 低的 |
| 时间 | 低的 | 中等的 | 高的 | 中等的 |
| BIM'并入 | 是的 | 是的 | 不 | 不 |
| 专业程度 | 中等的 | 中等的 | 低的 | 低的 |
| 设备便携性 | 中等的 | 高的 | 低的 | 低的 |
一旦收集了有关建筑物的所有信息，后处理阶段就开始了。这一阶段很大程度上取决于所使用的数据采集技术。
在现场使用手动测量（表 2）时，可以获得垂直和水平控制点的网络，通过该网络获取空间数据。必须对这些点进行处理以获得建筑物的 BIM。
在自动化技术方面（表 2），激光扫描能够每秒测量数百万个空间点，创建可用于生成复杂 BIM 的点云。摄影测量允许施工团队拍摄建筑物的数码照片，并通过特定软件获取可靠信息以生成 BIM。
手动和自动程序都需要 BIM 建模人员管理现场捕获的数据并开发 BIM。手工测量不需要额外的软件、设备和调查专业员工的技能；但是，它们非常耗时并且经常容易出错。
相反，自动化程序需要特定/昂贵的设备和熟练的操作员，在狭小黑暗的室内空间表现不佳，需要补充软件工具来生成 BIM。
在任何情况下，必须将收集到的数据整合到 BIM 软件中以创建模型。如图 5 所示，这种 BIM 使用的输出通常是具有详细几何形状和多个学科的 BIM，能够生成可用于研究 EEM 可行性的文档。
分析的第二个 BIM 用途是“作者设计模型”，包括用必要的附加信息（例如材料、数量计划等）丰富 BIM。如图6所示，BPM 综合了建筑生命周期的两个阶段：初始阶段和设计阶段。
图 6。“作者设计模型”的 BPM。
初始阶段的输出是代表建筑物现状的 BIM，而在设计阶段创建了一系列不同的 BIM，不仅可以研究不同改造方案的可行性，还可以估算成本和节能每次改造。根据第2.1.2节中解释的 MCDM和业主的要求，选择最有效的方案及其相应的 BIM。
因此，设计阶段的输出是选定的 BIM，其中包含高级别的细节，以进行改造工作、消除协调冲突并模拟现实世界的结果。
如图6所示，初始阶段的第一阶段是确定项目合同中规定的 BIM 要求。此阶段的持续时间和复杂性取决于利益相关者对 BIM 的预期可用性和限制，因此也取决于所需的详细程度 (LOD)。
BIM 的 LOD 规范是一个参考，使从业者能够在项目生命周期的各个阶段以高度清晰的方式定义 BIM 内容。它说明了建筑模型的 3D 几何结构的细化水平，例如 LOD100 表示模型的元素被开发以表示基本信息水平，而 LOD500 表示详细的竣工 BIM [ 117 ]。
BIM 可以从一个简单的 3D 查看器开始，并且可以丰富到创建一个数据库，该数据库收集和存储有关建筑和建筑过程的不同类型的信息，包括建筑类型、安装的机械、电气和管道系统、维护计划等。但是，具有更高 LOD 的 BIM 更昂贵且创建起来更耗时，并且不一定是项目范围所必需的。
图 4的第三个开发的 BIM 使用涉及使用分析工具来确定建筑物的能源性能，以及最有效的改造方案以降低建筑物的能源消耗。
一旦开发了建筑物的 BIM，机械工程师必须根据空间和热水加热、通风和照明的能源使用等几个因素来评估建筑物的能源需求。其他指标也被考虑在内（例如居住人数、内部收益等）。
美国供暖、制冷和空调工程师协会 (ASHRAE) 制定了对建筑物进行能源审计的标准和指南。ASHRAE 建议在审计深度和细节方面增加三个级别的能源审计 [ 118 ]。
1 级，也称为简单审计，包括账单审查和走查评估。建议进行低成本升级，并确定是否需要进行更详细的审计。2 级基于 1 级审计，其中包含更详细的能源计算和对拟议能源措施的额外财务分析。该审核使用了较长时间的公用事业数据，以便审核员可以更好地了解建筑物的能源使用情况。要进行深度能源改造，有必要进行 3 级分析。因此，对建筑物中的能源使用进行更深入的分析，从而提高成本和节能估算的详细程度。
为了模拟建筑物的热能和能源性能并计算在特定改造措施下建筑物的能源需求，有必要使用建筑模拟软件 [ 119 ]，例如 Energy Plus [ 120 ] 或综合环境解决方案 [ 121 ] .
初始阶段的第一步（图 7）是定义建筑物的热区。热区是具有足够相似的空间调节要求的空间或空间集合。为模拟模型定义热区的最常用方法是基于三个空间特征：可用数据、不同的调节方法和不同的设定点，以及具有不同占用率和内部负载的不同空间功能（办公室、楼梯、洗手间等） .
一旦定义了区域，就可以导出 BIM 以分析当前的能源绩效并制定改造行动计划。两种主要的 BIM 文件交换格式包括行业基础类 [ 61 ]和绿色建筑 XML [ 62、122、123 ]。
尽管 BIM-to-BEM（建筑能源模型）过程正在被广泛使用，但它仍然是一个复杂而危险的过程，涉及到简化、假设和惯例 [ 124 ]。ASHRAE 支持了有关该主题的研究项目，特别是 RP-1468，“开发用于热模型合规性测试的参考建筑信息模型 (BIM)”。[ 125 ]。最近，瓢虫工具 [ 126 ] 取得了重大进展，免费的应用程序工具支持几何、可视化和模拟之间的数据传输。
将模型导入选定的建筑模拟软件后，必须指定热区参数。如果建筑物具有能源管理系统(EMS)，则可以将实际测量数据用于占用时间表和内部负载（照明和插头负载）。否则，如果只有每月的水电费数据可用，则必须根据现场调查和现场测量来估计这些值。
接下来，必须根据系统图纸和调试文件以及锅炉、风机、电机、泵等的类型、容量、效率等任何其他系统信息来定义 HVAC 系统类型和参数。
然后校准模型，如图8所示，通过比较模拟数据和真实数据，密切关注可接受范围的标准，例如 ASHRAE 指南 14 [ 127 ]。
与设计阶段相吻合的最新步骤是开发改造选项。根据建筑物的特征，调查不同 EEM 的列表，如第2.1.2节所述。这些软件包可以包括包络调整、系统更新或两者兼而有之。准备了一个包含不同 EEM 的列表，并更新了模型。然后，有必要比较各种改造方案，并根据多标准决策分析 (MDCA) [ 101 ]选择最有效的 EEM 。该技术应考虑所有经济、环境和社会方面。事实上，虽然一些关键性能指标(KPIs) 发展良好，例如环境能源需求和温室气体减排 (GHG)，市场对其收益没有怀疑，其他指标尚未确定 [ 128 ]。例如，仅考虑财务前期成本 (CAPEX) 或简单投资回收期 (PBP) 等最常见的 KPI 会导致忽略对热舒适性的影响等社会方面。
