23、建筑与能源领域的创新技术研究

建筑与能源领域的创新技术研究

1. BIM技术在建筑项目管理中的应用

在建筑项目管理中，BIM（建筑信息模型）技术近年来发挥着越来越重要的作用，尤其是4D和5D BIM技术，为项目管理带来了显著的提升。

1.1 BIM维度介绍

• 4D BIM ：主要用于项目进度管理。它能让相关各方在项目持续时间、时间线以及实际项目进度计划的创建或更改方面达成共识。通过将每个任务的持续时间、开始日期和完成日期与特定的建筑模型组件以及相关活动的顺序相结合，实现进度的可视化。当进度发生变化时，4D BIM可以更新进度计划，检测实际施工中可能发生的冲突。此外，它还在安全规划方面具有优势，能够自动检查安全问题，识别和解决潜在的危险，防止实际操作中的人员伤亡。
• 5D BIM ：侧重于项目成本管理。将每个元素的成本插入到BIM创作或兼容软件中，以得出项目的总成本。这种方法对于预算有限的项目至关重要，可以减少浪费和防止成本超支。通过自动化建筑工程量计算，5D BIM可以更准确地确定项目总金额，简化了传统的手动计算工作，使相关人员能够更专注于成本核算、风险缓解和施工组件的定义。

1.2 研究方法

研究采用了问卷调查和BIM样本建模的方法来收集数据。
- 问卷调查 ：设计问卷以收集砂拉越AEC专业人士对BIM的看法。选取了30名在当地建筑行业具有专业知识和经验的受访者，结果为了解当地AEC专业人士对BIM实施的态度提供了见解。
- BIM样本建模 ：
- 3D BIM建模 ：使用Autodesk Revit等软件生成包含所有几何信息和其他指定信息的3D BIM模型。为确保从3D几何建模到5D成本建模的顺利过渡，需要强调软件的互操作性和文件兼容性。在初步研究中，Autodesk Revit可用于时间线可视化和项目成本量化；对于涉及协调和多学科协作的高级研究，则使用Autodesk Navisworks。
- 4D BIM建模 ：以一个双层房屋的3D模型为例，包括建筑和结构部分。在Microsoft Project中手动分配施工活动的计划进度，然后将实际和计划进度集成到Autodesk Navisworks中进行4D模拟，使用Time Liner功能将进度分配到施工过程中，以可视化施工顺序。
- 5D BIM建模 ：将在Autodesk Revit中生成的3D BIM模型导入SPACE GASS以确保结构稳定性。根据JKR 2019年的费率表，为所有涉及的元素和材料创建Revit进度表，并更新成本。创建了八个进度表，包括屋顶、墙壁、窗户、门、檩条、地板、柱子和梁。通过假设项目场景来改变总成本，模拟量化和成本核算过程。

以下是受访者的角色和背景统计表格：
|角色|咨询公司|承包商|管理机构|建筑事务所|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|项目经理|7|2|0|0|
|建筑师|0|0|0|1|
|土木和结构工程师|13|2|1|0|
|机电工程师|1|1|0|0|
|其他|2|0|0|0|

mermaid流程图展示研究方法流程：

graph LR
    A[研究方法] --> B[问卷调查]
    A --> C[BIM样本建模]
    C --> C1[3D BIM建模]
    C --> C2[4D BIM建模]
    C --> C3[5D BIM建模]

2. PV - 电网互联系统的电压特性研究

在能源领域，马来西亚的大型太阳能项目发展迅速，从2018年到2020年，出口容量从451 MWac增长到563 MWac，增幅达25%。然而，由于多种因素，如过载、谐波失真、输出功率变化和可再生资源的间歇性等，电网的电压波动问题需要得到关注。

2.1 研究目的

本文旨在研究电压分布曲线的变化，并通过在LSS系统中实施最优母线拓扑结构，开发一种无功功率补偿方案，以确保电网的稳定运行。

2.2 研究步骤

• 阶段1 ：对马来西亚能源委员会的LSS站点进行初步资源评估。
• 阶段2 ：进行潮流分析和 contingency分析，使用不同的母线拓扑结构来确定最佳电压分布曲线。通过集成灵活交流输电系统，电压分布曲线性能提高了5%，结果表明该系统在符合马来西亚电网规范的电力标准下具有最小的损耗。

研究步骤列表如下：
1. 对LSS站点进行初步资源评估。
2. 进行潮流分析和 contingency分析，使用不同母线拓扑确定最佳电压分布曲线。
3. 集成灵活交流输电系统，提高电压分布曲线性能。

以下是研究步骤的mermaid流程图：

graph LR
    D[研究步骤] --> D1[阶段1：初步资源评估]
    D --> D2[阶段2：潮流与 contingency分析]
    D2 --> D21[使用不同母线拓扑确定最佳电压分布曲线]
    D2 --> D22[集成灵活交流输电系统]

3. 研究结果与讨论

3.1 受访者对BIM的态度

从受访者的统计数据来看，大部分受访者来自工程咨询公司，而建筑师仅有一人参与。这主要是因为BIM在砂拉越建筑行业仍相对较新，其应用大多集中在大型建设项目中，且很多相关方缺乏对BIM知识和经验的了解。不过，30位受访者中，有经验和无经验的BIM用户都认为BIM在提高建筑项目管理的效率和生产力方面具有巨大潜力。尽管当前问卷调查的样本量可能不足以代表砂拉越当地AEC行业的整体情况，但这表明行业内对BIM已有一定的认知。

以下是受访者对BIM潜力看法的表格：
|对BIM潜力的看法|人数|
| ---- | ---- |
|认为有巨大潜力|30|
|认为潜力一般|0|
|认为无潜力|0|

mermaid流程图展示受访者态度与BIM潜力的关系：

graph LR
    E[受访者] --> F[有经验BIM用户]
    E --> G[无经验BIM用户]
    F --> H[认为BIM有巨大潜力]
    G --> H

3.2 4D BIM的优势

多数受访者认为4D BIM能让项目经理直观地了解施工活动和进度。本研究使用Autodesk Navisworks作为协调平台，对施工活动进行了模拟，清晰展示了项目进度时间线。施工进度最初在Microsoft Project中制定，然后导入Autodesk Navisworks并分配到3D模型上。通过模拟，项目在任何时间点的进度都能被可视化，这有助于项目经理了解项目各阶段，预测和评估可能情景对项目进度的影响，从而制定无冲突的施工进度计划。问卷调查和4D BIM模拟表明，4D BIM能极大提升项目经理对项目进度和计划的了解，有助于做出更明智的决策，提高施工项目的生产力。

以下是4D BIM优势的列表：
1. 提供施工活动和进度的可视化。
2. 建立协调平台，便于沟通。
3. 预测和评估情景对项目进度的影响。
4. 制定无冲突的施工进度计划。

mermaid流程图展示4D BIM优势的作用过程：

graph LR
    I[4D BIM] --> J[施工进度可视化]
    I --> K[协调平台建立]
    J --> L[了解项目各阶段]
    K --> L
    L --> M[预测评估情景影响]
    M --> N[制定无冲突进度计划]

3.3 5D BIM的优势

5D BIM模拟能展示项目在任何进度下的活动成本。模型完成并连接到成本数据库后，可立即进行量化，且量化结果会随模型的更改而同步更新。本研究基于JKR 2019年费率表进行5D BIM研究，计算了原始屋顶设计和替代设计的成本，并通过手动计算验证了模拟结果。除了可视化，BIM还能让不同专业（如建筑和机械）在信息丰富的项目模型中协作。信息丰富的3D BIM模型与进度（4D）和成本（5D）维度的集成，有助于在项目整个生命周期内更好地管理成本和进度。

以下是5D BIM优势的表格：
|优势|描述|
| ---- | ---- |
|成本可视化|展示项目各进度的活动成本|
|实时量化|模型更改时量化结果同步更新|
|多专业协作|不同专业在同一模型中协作|
|成本进度管理|更好地管理项目成本和进度|

mermaid流程图展示5D BIM优势的实现过程：

graph LR
    O[5D BIM] --> P[成本可视化]
    O --> Q[实时量化]
    O --> R[多专业协作]
    P --> S[成本管理]
    Q --> S
    R --> S
    S --> T[项目进度管理]

4. 总结与展望

BIM技术在建筑项目管理中具有巨大的潜力，4D和5D BIM能为项目经理提供有用的信息，帮助他们做出明智的决策，提高项目效率和团队生产力。然而，要充分发挥BIM的潜力，需要在整个项目生命周期中实施该技术。目前的研究样本量可能不足以代表砂拉越AEC行业的整体情况，未来需要进一步研究来验证数据，并探索适合当地情况的可行框架。此外，BIM技术还可以扩展到其他维度，如可持续性分析（6D）和设施管理（7D），以支持建筑的运营和维护，实现可持续建设。

在能源领域，对PV - 电网互联系统的研究为LSS利益相关者、国家政策决策者和非营利组织提供了参考，有助于他们在实现区域能源目标的过程中做出更明智的决策。未来可以进一步研究如何优化无功功率补偿方案，提高电网的稳定性和可靠性。

以下是研究成果与未来方向的列表：
1. BIM技术在建筑项目管理中具有巨大潜力，需全生命周期实施。
2. 目前研究样本量需扩大，探索适合当地的框架。
3. BIM可扩展到6D和7D等维度。
4. 能源领域研究为相关方提供参考，可优化无功功率补偿方案。

mermaid流程图展示研究成果与未来方向的关系：

graph LR
    U[研究成果] --> V[BIM技术优势]
    U --> W[能源领域研究成果]
    V --> X[全生命周期实施BIM]
    V --> Y[扩大样本量与探索框架]
    V --> Z[扩展BIM维度]
    W --> AA[优化无功功率补偿方案]