BIM技术在绿色建筑碳排放中的应用与优化研究
一、选题依据
1.1国内外研究现状
1.1.1BIM技术在国内外的研究现状
1974年，Chuck Eastman提出了“Building Description System”，这是目前行业内对BIM的来源最广泛的认为。
21世纪初，建筑行业内快速地推广BIM技术。2003年，《BIM白皮书》对BIM做了十分详细的表述。
2003年，美国国家3D-4D-BIM计划由美国总务管理局(GSA)发布，并且在之后连续发布了一系列的BIM技术相关指南。
2004年，第一部详细的BIM技标准NBIMS由美国编制并发布，该标准阐明了不同行业之间可以在基于IFC标准的建筑信息模型上进行信息共享与传递，表达了应用快速发展的信息化来促进商业发展的重要目标。
2006年，未来十五年的BIM技术发展规划路线由USACE(美国联邦机构美国陆军工程兵团)提出。
2009年，Evans和Nick等人使用BIM技术进行兼职信息模型的共享和互换，对BIM技术的实际应用改进提供了初步探索和研究。
2010年，Golpavar-Fard，Mani，Sacarese等人将BIM技术与摄影技术结合，将摄像机在现场获取的图形资料同步至计算机模型系统中，并进行3D模拟施工，合理规划整个施工过程。
2010年，BIM技术由日本国土交通省宣布在日本本土实施，直至今日，日本的BIM技术应用已经深入到全国范围之内，对日本的建筑行业影响巨大，并且已经上升到了相关政府决策的层面[1~5]。
2008年，国内建筑行业首次将BIM技术应用于北京奥运会场馆。之后上海中心大厦、上海世博会的场馆也在建筑生命周期各个阶段使用BIM技术。
2010年，刘照球等人结合BIM技术与建筑结构设计进行了一系列的相关研究，并且构建并提出了建筑信息模型集成框架体系[6~7]。
2011年，住建部颁布了《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》，并且其中明确提出把BIM作为“十二五”信息化发展的必备技术之一。
2012年，方后春、李静等人将BIM技术引入全生命周期管理理念，使项目建设各方能够随时共享工程基础数据并进行技术交流。何关培分别从多个维度入手，指明了我国BIM技术的发展方向，并且系统地分析了BIM技术在设计、施工、成本、安全、质量等方面的应用[8]。
2012年，住建部准备制定五部与BIM技术相关的规范标准。
2016年，住建部颁布《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》，提出要在“十三五”期间，全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM技术等信息技术集成应用能力[9]。
1.1.2建筑碳排放在国内外的研究现状
2003年，《能源白皮书》由英国推出，并且低碳经济的概念被首次提出，之后低碳经济成为急需解决的系列问题。
G.Verbeeck等人提出建筑生命周期清单碳排放模型，对五种不同类型的建筑进行碳排放量的统计以及分析，得出围护结构的碳排放影响非常大。
T.Ramesh等人统计分析了70多个建筑的全生命周期能耗情况，得出建筑使用阶段是能耗使用了最大的阶段，其次为物化阶段。
Oscar等人通过分析不同国家的建筑的碳排放，得出地理位置，技术水平等都会影响建筑对环境的影响。
Dodoo和Gustavsson对传统住宅的能源利用以及碳足迹进行了研究。
华虹等人认为控制和减少公共建筑碳排放的主要方式是降低公共建筑生命周期运营阶段的能量消耗，并且创建了公共建筑碳排放清单[10~15]。
张智慧等人认为建设项目全生命周期碳排放来源可分为物化阶段、使用阶段和拆除处理阶段的三个重要阶段。
周红波认为降低工程建设过程中的碳排放量，关键在于分析施工的影响因素，并且对其加以控制。
杨宇等对美国目前在绿色建筑领域BIM的应用情况进行研究，指出目前BIM在美国绿色建筑应用的过程中存在的问题以及未来的发展趋势，对照当前我国的BIM技术在绿色建筑中的应用近况，从美国的发展经验中借鉴，对我国在绿色建筑方面应用BIM技术提出相应的建议。李延钊运用BIM技术对南宁市规划展览馆进行前期的规划和设计，详细介绍整个BIM在绿色建筑中的操作流程。王建廷等研究绿色建筑和BIM技术的耦合和相互作用原理更好的实现绿色建筑的设计[15~28]。
李兵等人虽然提出了基于BIM软件的建筑施工碳排放的测算模型，但尚未提出进一步运用其辅助碳排放管理决策的问题。
总之，本人认为BIM技术可以运用在建筑的全寿命周期内的碳排放研究，而目前这方面的研究多为理论性研究，将BIM技术运用于绿色建筑的碳排放计量上则更少，因此，有必要深化运用BIM技术对我国绿色建筑全寿命周期内碳排放进行研究[29]。
1.2研究的理论与实际意义
本文将绿色建筑理论全生命周期作为理论基础，研究和分析基于BIM技术的绿色建筑生命周期各阶段的碳排放量计算，具有如下几方面的意义：
(1)推动企业信息化建设
2016年9月19日住房城乡建设部印发的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中提出要在“十三五”期间，全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM等信息技术集成应用能力。
(2)量化碳排放评价
目前国内大部分研究只是定性地评价低碳建筑。通过对建筑全生命周期碳排放量进行计算，用某一种统一量纲对计算结果进行衡量，能够在一定程度上使定量评价低碳建筑成为可能，从而对规范企业推广低碳建筑有很大的帮助[30]。
(3)加快我国低碳经济的发展
我国低碳事业起步较晚，需要各行业新技术对其进行快速推动发展，将BIM技术应用于低碳建筑的研究，在设计阶段就可以预测估算出建筑全生命周期的碳排放总量，从而对项目的设计方案进行快速合理的更改，尤其是可以指导设计方案更科学的推广使用低碳建筑材料和优化建筑节能措施等，最终实现我国建筑低碳化，促进我国低碳经济的发展[31~35]。
1.3对科技、经济和社会发展的作用等
如今，全球三大温室气体排放源之一是我们建筑行业。我国城镇化正在高速发展中，建筑事业正是成长的高峰期，每年建成的房屋大约有18亿平方米，其中大部分建成的房屋都是高能耗建筑，到2020年之后，预计建成的高能耗建筑面积将会达到大约700亿平方米。这些建筑的建成过程中会引起大量的温室气体产生，从而会迅速加剧温室效应。可想而知，在未来的30年里按照这样的趋势发展，建筑碳排放量会在如今的基准上加倍，环境承受能力将达到饱和的程度[36~38]。
IPCC第四次评估报告中提到，建筑业有十分惊人的碳减排的潜力，到未来的2030年，建筑行业的碳减排潜力会达到50-70亿吨，并且在发展中国家、发达国家和经济转型国家中减碳效果会更加显著。根据我国国家发改委能源所的研究，建筑行业相比于其他行业来说碳减排能力更加大，而且降低碳排放难度较小，通过各种新型降碳技术，可以比较轻松的实现减碳40%-50%的目标。因此，建筑业中关于低碳建筑的研究逐年受到重视，然而建筑是否属于低碳环保是通过从建筑的整个生命周期内降低化石能源的使用量来实现的，因此对建筑全生命周期碳排放的进一步研究有利于全方位的节约资源，保护环境的核心理念[39~40]。
二、论文的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题
2.1具体研究与开发的主要内容
本文基于BIM技术对绿色建筑全生命周期碳排放进行研究，研究的主要内容包括以下几个方面：
(1)分析并划分绿色建筑生命周期阶段，分析绿色建筑生命周期碳源排放规律，整理并构建碳排放因子数据库，提出基于BIM技术的碳排放量计算模型。
(2)利用模型计算碳排放量分析提出低碳策略。
(3)结合实际案例计算并证明模型与策略是合理有效的。
2.2研究目标
目前，我国的绿色建筑低碳研究虽然取得了一定的成果，对绿色建筑的发展起到了推动作用，但因评价标准相关指标无法量化，没有全国统一的强制性标准，大部分研究也只是定性地评价低碳建筑。通过对建筑全生命周期碳排放量进行计算，用某一种统一量纲对计算结果进行衡量，能够在一定程度上使定量评价低碳建筑成为可能，从而对规范企业推广低碳建筑有很大的帮助。那么能够在现阶段快速精准地计算出整个建筑生命周期的碳排放量，需要目前行业内的前沿技术作为支撑[41~45]。如今，BIM (Building Information Modeling)已经成为建筑业炙手可热的理念与技术，是信息化技术在建筑行业的应用和成果，是信息化时代的最新技术工具和生产方式。因此将BIM理念与技术运用到低碳建筑的研究中，充分应用BIM技术的可视化、模拟性、信息集成等特点，对建筑全生命周期碳排放量计算提供有利的条件。2015年1月1日，新版《绿色建筑评价标准》(GB/T50378-2014)正式实施，与老版相比较增设了创新项，其中11.2.10和11.2.11条中就包括BIM技术与建筑生命周期碳排放计算，但作为创新项，没有强制性标准对其限定[46]，因此，还需要进一步的探讨和研究。
2.3要重点解决的关键技术问题
（1）利用BIM技术计算建筑全生命周期碳排放量，构建基于BIM技术的全生命周期碳排放计算模型，提出各阶段碳排放量计算方法与最终结果可视化方法。
（2）提出两方面低碳策略，一方面是利用“单位面积建筑碳排放强度”和“建筑生命周期碳减排率”作为参数来评价《绿色建筑评价标准》的加分项11.2.11中的“碳排放计算”结果；另一方面是利用碳排放量的计算结果改进建筑方案设计流程。
研究难点：
（1）在案例研究过程中主要运用BIM核心建模软件
