基于BIM技术的绿色建筑运营成本测算与应用研究
早在“十三五”期间,我国相关政府部门便发布多项政策文件鼓励发展绿色建筑,促进城市绿色发展。绿色建筑在近年内快速发展。然而目前已呈现出发展不平衡的问题。以上海市为例,《上海市绿色建筑发展报告》(2019)中提供的统计数据显示:截止2019年12月,上海市共获得绿色建筑评价标识项目共139项,其中设计标识项目为128项,而运营标识项目却只有11项。住建部于2021年初制定并印发《绿色建筑标识管理办法》,提到:强化绿色建筑运营管理。绿色设计的建筑不能被真正地绿色运营进而发挥其价值,已造成了大量的精力和资金的浪费与流失。因此,亟需将更多的关注放在绿色建筑的运营阶段。本文从公共建筑切入,对绿色建筑运营成本展开研究,构建绿色建筑运营成本测算模型并提出基于BIM的测算方法,旨在提升绿色建筑运营效益,为科学合理地控制和降低运营成本提供支撑。
1 绿色建筑运营成本
1.1 绿色建筑运营成本的定义
建筑运营成本构成通常包括:设施维护费、设施更新费、建筑消耗费以及清洁费等内容。但是,现有针对绿色建筑运营成本构成的研究尚未明确。在《绿色建筑评价标准》(GB/T50378-2019,以下简称《绿标》)中,虽未对绿色建筑运营成本进行说明,但指出:绿色建筑是指在全寿命期内,采用各种绿色技术实现节约资源、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用、高效的使用空间,最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。针对绿色建筑运营的概念,
1.2 绿色建筑运营成本的分类
参考
2 基于BIM的绿色建筑运营成本测算
2.1 基于BIM测算成本的总体思路
绿色建筑运营成本测算以年为周期,根据使用用途对其进行分类,逐项完成运营成本测算后再进行汇总,这样方便核对实际发生的年度成本,从而为年度成本计划做优化和改进。
基于BIM的运营成本测算,是利用BIM数字孪生建筑和BIM智慧运维平台,在完成模型精细化三维表达的同时,对设施设备以及日常运维数据实现高度集成和智慧化分析与管理。通过对孪生建筑的资产、空间完成标记能实现成本数据的快速定位与撷取,这些成本数据包括:设施设备及备品备件的价格以及维修保养记录等,同时也包括对接BA(Building Automation)获得的建筑实时运行状态与能源使用情况,从而大大简化成本测算数据输入工作,显著提高成本测算的精度和效率。
在绿色建筑各项运营成本中,有些会每年都发生,比如:集中供暖或集中空调的控制系统使用费用、公共浴室节水设施使用费用等,该类成本可直接计入运营成本预测中;还有些每隔几年发生,比如:硬件设施的更新费用,这类成本费用应当考虑货币时间价值因素,将其分摊到每一年的运营成本中。因此可将每隔n年发生一次的绿色建筑运营成本CN看作为负债,在考虑社会平均折现率i的情况下,将CN分摊到未来n年中的每一年,得到绿色建筑年运营成本,如式(1)所示。
CA=CN×(A/P,i,n) (1)
2.2 基于BIM的成本测算方法
对绿色建筑在运维中产生的成本进行分项测算,分别对应各成本项分析其具体内容,并详细罗列出测算公式,再通过进一步梳理各测算公式输入的成本参数数据来源,构建基于BIM技术的成本测算模型。绿色建筑运营成本测算公式如表2所示。
将上述9种分项成本汇总后便可得到绿色建筑总运营成本,如式(2)所示。
C=Cp+Ce+Cu+Cm+Cd+Cc+Cg+CH+Cq (2)
为实现成本测算中成本参数数据的高效输入,应利用BIM数字孪生建筑信息和建筑智慧运维平台,其输入的数据源可以三种方式获取:静态数据可通过智慧运维平台系统直接读取数字孪生建筑已具备的模型数据库完成采集;动态数据可通过智慧运维平台对接BA系统数据库实现定时、定向的数据动态采集;手动输入则可用于完善少许无法通过前两者获取的成本参数数据,如:人工费用、其他费用等。此外,对于数据的修正和更新也可通过手动输入完成。以部分机电系统的能耗数据为例,其对应的数据来源可如表3所示。
2.3 基于BIM测算成本的优势
(1)基于BIM的成本测算能够进一步实现基于BIM的绿色建筑运维成本预测与控制,如图1所示。通过分析预测成本与实际成本的偏差判断是否采取控制措施以调整成本。以调整能耗成本为例,可通过在基于BIM的智慧运维平台增加成本控制功能模块,对接设备控制系统后,输入需调整的运行参数值或者远程开关数字设施设备来实现动态控制。
(2)通过基于BIM的成本测算可快速导出不同系统的用能消耗量,为绿色建筑能效实际测评与节能改造提供支撑。以电耗为例,根据2018与2019年上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测及分析报告,该建筑类型用电分项计量的数据显示:照明与插座系统和空调系统这两项用电能耗之和超过80%,为主要用电项目。通过掌握建筑动态的能耗情况,根据建筑运营实际能效测评数据对其能效理论值标识进行修正,并为建筑进一步的节能改造提供决策支持,实现以数据为支撑的基于数字孪生建筑的节能评价。
(3)基于BIM的成本测算可为绿色建筑运营成本计划提供数据支撑。高效和全面的测算工作能明显提升成本计划的制定水平和执行效率。通过定期完成全面的成本测算能实现有规律的成本数据积累,涵盖全面且划分明确的成本项目能够更好地为后续运营成本的计划工作提供支撑。同时,以成本计划为成本测算和控制工作提供指引,形成良性循坏。
3 应用论证
3.1 应用项目概况
本测算方法于上海市某小型公共办公楼项目进行实证检验。该建筑位于某科技园区内,已获得设计绿建三星认证,投用时间为2019年6月份。其绿建创新项包括:围护结构热工提升、冷热源机组能效提升、非传统水源及可再生能源的利用、节能LED灯的使用和BIM-设计施工运营等。该项目全程使用BIM技术,基于项目数字化交付的BIM模型和开发的BIM运营平台以及基于运营平台集成的能耗、室内环境等数据为成本测算工作提供了实现基础。
3.2 基于BIM的测算方法实证
首先,通过调研工作收集包括绿色建筑基本信息、竣工图纸、现有智能化系统信息、运营成本构成等尽可能完整的资料;在调研的基础上,整理运营成本管理需求,明确运营成本管理范围与类型以及运维管理人员的构成;然后,从三类数据来源出发采集不同类型的运营成本相关数据,包括:通过运维阶段BIM模型获取的静态数据、通过运营平台获取的动态数据、同类建筑物运营历史数据、物业管理人员工资水平、现行费率等;最后,以年为单位,分项测算各成本子项后完成汇总。
3.3 应用价值
通过在该项目的实证应用:实践了基于BIM的绿色建筑运营成本预测技术路径,验证了该技术能较好改善绿色建筑运营成本管理精度不够的问题;通过利用基于BIM开发的智慧运营管理平台,快速获取设施设备智能动态监测数据并调用模型静态数据实现了运营成本快速测算;通过与园区内同类建筑的能耗成本比较,验证了应用BIM与绿建技术对建筑能耗成本的有效控制,为绿色建筑的运行评测提供数据支撑。
4 结 语
本文构建基于BIM技术的绿色建筑运营成本测算模型,并以某办公楼项目实证了技术的可行性,有助于提升绿色建筑运维成本的精细化管理水平,也为后续动态成本预测与智慧化成本控制提供研究基础。由于案例建筑投入的运营时间较短,本研究缺少数据厚度支撑。后续,希望随着数据的累积能更好地改进该测算技术,以保证其精准性和高效性。
[2] 程大章.提升既有公共建筑的节能性能——BA系统再调试[J].城市发展研究,2015(22):1-4.