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“智绘”绿色校园——基于BIM技术的低碳建筑集群革新之路

申报人：吴明燕 申报日期：2025-04-30

基本情况

2025年批次
“智绘”绿色校园——基于BIM技术的低碳建筑集群革新之路 学生申报
创新训练项目
工学
土木类
学生自主选题
二年期
中国是世界上最大的碳排放国，而建筑行业是碳排放的最大贡献者之一。在建筑类型中，公共建筑因其能耗强度高、资源利用集中导致产生的碳排放量较大。依据《2024—2025年节能降碳行动方案》、《加快推动建筑领域节能降碳工作方案》，对建筑节能降耗提出要求，尤其是已有建筑。结合城市更新行动、老旧小区改造等工作，对高校校园开展建筑节能降碳行动，势在必行。 校园建筑是公共建筑碳排放的重要组成部分，尤其是教学楼、宿舍楼、实验楼等高密度建筑，不仅在能源消耗上存在较大压力，且常常忽视全生命周期的碳排放管理。如何有效减少各类高校建筑的碳排放成为亟待解决的问题。为有效降低校园公共建筑碳排放，本项目将着重分析四种典型类型的已有校园建筑碳排放构成，利用BIM软件建模技术、全生命周期碳排放分析管理技术，寻找高效、价格友好、可行的减排途径，设计并实施一套适用于校园公共建筑的可行性降碳方案，降低建筑全过程的碳排放，并为其他建筑类型提供借鉴，甚至将降碳举措推广至更广的地方，为实现碳中和目标做出贡献。
1.2025年4月，获第十六届全国高等院校学生“斯维尔杯”数字城市创新技术与应用大赛数字建筑碳排放计算与减碳设计冠军
2.2025年4月，获第十六届全国高等院校学生“斯维尔杯”数字城市创新技术与应用大赛绿色建筑创新应用三等奖
1.2024年8月，获第三届全国高校国产软件应用与设计创新大赛团队赛三等奖
2.2024年5月，获第十五届全国高等院校学生“斯维尔杯”BIM-CIM创新大赛团队赛三等奖
1.指导学生获第三届——第十一届高等院校斯维尔杯BIM软件建模大赛二等奖、三等奖。
2.指导学生获第七届全国大学生节能减排三等奖。
3.第二届“北京住六杯”全国高等院校广联达软件算量大赛获“优秀指导老师”号。
4.第三届“浙江五洲杯”全国高等院校广联达软件算量大赛获“优秀指导老师”称号。
5.第三届——第七届全国高等院校斯维尔杯BIM软件建模大赛获“优秀指导奖”。
本项目在导师的全面支持下顺利完成。在学术层面，导师从选题创新性、实验设计到数据分析均提供了深度指导，尤其在减碳方案方法的适用性问题上提出了关键建议。项目的每一步推进均离不开导师的专业支持和持续鼓励。
区级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
吴明燕 环境科学与工程学院 给排水科学与工程（创新班） 2023 提出校园降碳总方案
杨香娴 环境科学与工程学院 给排水科学与工程 2023 进行建筑节能核算
曹攀 环境科学与工程学院 给排水科学与工程（创新班） 2024 碳排放核算、 数据分析

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
陆燕勤 环境科学与工程学院 否

立项依据

高校作为碳排放的重要耗能群体，具有巨大的节能减排潜力，高校作为科学研究和社会实践活动最为频繁和活跃的场所，校园具有生命周期长、组织集中、人口密集等特点，是研究碳排放策略、节能行为等相关研究的理想场所，在碳减排的研究和实践中应起到先导作用，是碳排放在特定空间尺度上的具体演绎。研究高校校园碳排放核算可以帮助我们了解高校校园原有建筑碳源和碳汇的来源和去处，并促进高校校园更快达到碳中和的目的。研究高校校园碳源和碳汇的目的是为了降低学校对气候变化的负面影响，控制温室气体排放，形成良好的校园环境。高校作为知识和科研中心，通过减少温室气体排放，可以为全球应对气候变化提供示范和引领作用。并且，校园碳减排有助于保护环境和生态系统，减少能源消耗和碳排放可以降低空气和水污染程度，还能培养下一代的环境保护意识，为生态环境的进一步发展打好基础。
研究的目的是为了探索并制定可行的降碳策略和行动方案。通过利用BIM技术对校园原有公共建筑进行数字化建模，分析校园建筑碳排放来源，对校园内典型建筑（如教学楼、宿舍楼、实验楼等）的碳排放进行详细分析，了解各类建筑的碳排放特点及影响因素，探索低碳设计方案，对原有建筑进行改造，制定一套建筑节能降碳改造方案和一系列运行管理措施。
①对校园已有建筑碳排放分析——制定改造方案
通过文献检索分析、软件模拟预测的方法，从建筑的围护结构、空间合理布局、绿色建材的选择、可再生能源系统、碳汇等方面入手思考分析，利用斯维尔碳排放CEEB2024软件对桂林理工大学1#教学楼、3#工程中心、21#研究生学院楼、6#学生宿舍这四种类型建筑分别进行碳排放分析计算，制定改造方案。
②对校园已有建筑运行过程中的能耗分析——制定改造后项目运行方案
1、国内外研究现状
1.1 建筑生命周期碳排放
建筑生命周期中的碳排放主要集中在运营阶段，而有效的碳排放管理需要从设计、建造、运营到拆除的全过程进行考虑。
I.Sartori [9]（2006）对文献中发现的60个案例分析表明，运行能源是建筑生命周期中能源需求的最大部分。研究还表明，运行能源和总能源之间存在线性关系。低能耗建筑比传统建筑更节能，低能耗建筑的设计能产生净能耗，受益于整个生命周期的额能源需求。燕艳[10]（2011）对国内外建筑生命周期碳排放进行研究分析，提出评价建筑生命周期的几大工具，以及国内建筑生命周期研究现状，分析了目前国内地区温暖化效应的主要构成，提出CO2是地球温暖化的首要因素。阴世超[11]（2012）对建筑的全生命周期碳排放核算进行分析，采用BIN法进行建筑负荷运算，主要从建筑的初期建造阶段、建筑运行阶段以及建筑拆除与回收阶段核算进行模型分类与总结，利用案例进行测算演示分析。J.Basbagill [12]（2012）对建筑碳排放生命周期评估进行分析，提出一种将生命周期评价应用于早期决策的方法，以告知设计师建筑构建材料和尺寸选择对环境影响的重要性。结果表明，该方法可以通过早期阶段的决策来降低建筑碳排放。
ChanghaiPeng [13]（2014）的研究表明，在建筑全生命周期建设中，建筑运营阶段产生约 85.4%的碳排放，12.6%是在施工阶段产生的，剩下2%是在拆除阶段产生的。此发现的适用性在于，政府可以通过针对建筑物的运行阶段来最大限度地减少二氧化碳排放，但不应忽视非运营阶段。同样，在彭渤[14]（2012）和钟丽雯[15]（2023）等学者的研究中，建筑运营在其全生命周期碳排放中占比平均可达约80%以上，建造和拆除占比较少。且彭渤比较了不同类型建筑类型的能耗、碳排放水平，发现公共建筑在其生命周期内的能耗和碳排放普遍要高于住宅建筑，平均为住宅建筑的 2 倍；绿色公共建筑比普通公共建筑能耗低33%，绿色住宅比普通住宅能耗低 13%；和国际上同类型气候区的案例比较，国内绿色住宅建筑案例和绿色公共建筑案例运行能耗和生命周期能耗还处在相对较低水平。
王幼松[16]（2017）以广州某校园办公楼为例，运用公式法研究测算了该建筑的全生命周期建筑碳排放，测算结果表明，建筑材料生产和建筑运营维护是建筑全生命周期碳排放最大的阶段,分别占该建筑全生命周期碳排放的 30.03%和 68.00%。同时也是减排潜力最大的阶段。江祯蓉等[17]（2024）对夏热冬冷地区办公建筑进行低碳设计研究探讨，统计结果表明全生命周期碳排放构成中，运行阶段碳排占比最高，为 90%。与多数研究结果相符。
1.2校园低碳化研究进展
大量学者研究为大学校园提供了实现低碳排放和碳中和的多种策略和方法，包括气候行动计划的制定、碳排放和碳汇的量化分析、低碳校园指标体系的构建、以及零碳校园设计的理论框架。通过这些综合性的措施，大学校园可以有效地减少碳足迹，促进环境的可持续性，并为社区和城市的碳中和发展做出贡献。校园碳减排研究方法种类较多，如成本效益分析法、系统动力学分析法、软件模拟法、理论计算法等。
王兴华[18]（2016）对现有低碳校园指标体系进行分析，将低碳校园与其他相关概念对比分析，提出了低碳校园指标并对低碳校园方法进行研究，以天津某大学为例对指标体系进行解释说明，最后提出发展低碳高校的有效措施与方法。Juchul Jung 等[19] （2016）以釜山国立大学为例分析并研究了大学校园碳排放与碳吸收的影响因素分析，结果表明，主要碳排放来源来自建筑物的电力使用，其次是交通工具的碳排放；校园中绿地和树木的碳吸收对碳的减少作用轻微。为减少碳排放，需要减少使用能源或更高效地使用能源，对于大学的碳中和政策来说，减少建筑物碳排放的政策比扩大碳吸收体的逻辑更有效。
杨延萍[20]（2017）对广州大学大学城校区碳排放进行研究，对广州大学内主要建筑能耗作出分析，并基于调查结果提出优化设计策略。研究结果得出广州大学其他类建筑中的图书馆不仅在电耗、冷耗上还是总体能耗方面都远高于其余其他类校园建筑。
大学校园的碳排放管理需要综合考虑建筑能耗、交通、生活消费以及自然碳汇等多个方面。通过建立模型、分析影响因素、计算碳排放和吸收、优化设计策略以及实施减排方案，高校校园可以有效地减少碳足迹，促进环境可持续性。此外，提高校园学生及 教职工的环境意识和参与度对于实现校园低碳化同样至关重要。
1、利用BIM技术可自动获取建筑碳排放计算所需大部分数据
传统的碳排放计算数据的获取困难，建筑碳排放计算需要大量的输入数据，如建筑材料的碳足迹、施工过程中的能耗、建筑设备的能源消耗等。所以很多建筑项目在数据收集和提供方面存在困难，导致计算结果的准确性降低。本项目利用BIM技术可自动获取碳排放所需大部分数据，可大大节省设计师及其团队计算碳排放量时间，节省物力、精力。
2、被动式建筑设计优化节能
通过采用先进科学技术将传统建筑转变成一种高效节能的新型建筑模式，其不仅可以实现对自然资源的充分利用，还能有效控制能源消耗，具有良好的经济效益与社会效益。将多种低碳环保型绿色建材被广泛应用于各类建筑中，如玻璃幕墙、外墙外保温、屋面保温、隔热涂料等。
3、绿色建筑优化与低碳设计
项目通过BIM模型优化建筑的设计方案，降低能耗，减少建筑材料的碳足迹，尤其是在材料选择、结构设计和建筑外立面等方面，提出创新的绿色建筑设计优化措施。通过BIM平台，能够实时评估不同设计方案的碳排放影响，从而推动低碳建筑设计的创新。
4、全生命周期视角
这是本项目最大的特色之一，进行了全生命周期碳排放分析。与大多数研究仅关注设计或运营阶段不同，该项目考虑了建筑的整个生命周期，包括设计、施工、运营、维护及拆除阶段，全面分析各阶段的碳排放，并提供针对性的优化措施。这样的好处是不仅能够在建筑设计阶段减少碳排放，还能在建筑使用过程中持续优化。
1、技术路线

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2、拟解决问题过程

（1）对已有建筑碳排放量进行计算和分析，确定主要碳排放源；
（2）对已有建筑运行过程中的能耗进行调查分析，提出运行节能降碳措施。

3.预期成果
设计并实施一套适用于校园公共建筑的可行性降碳方案，降低建筑全过程的碳排放，并为其他建筑类型提供借鉴，甚至将降碳举措推广至更广的地方，为实现碳中和目标做出贡献。


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①2025年4月21日，获第十六届全国高等院校学生“斯维尔杯”数字城市创新技术与应用大赛建筑碳排放计算与减碳设计冠军
②2025年4月21日，获第十六届“斯维尔杯”大赛绿色建筑创新应用三等奖
（1）已具备条件：
1、技术可行性
具备熟练的BIM软件操作能力、利用软件处理数据并进行碳排放分析计算的能力技术平台与工具。团队已经掌握并具备使用建筑信息模型（BIM）相关软件的能力，如Revit、天正、斯维尔软件等，能够有效构建建筑物的数字化模型，进行碳排放量分析。
②数据支持。通过与乙方设计院联系，项目获得了校园中四种典型建筑的CAD图纸、碳排放数据和建筑能效数据，为研究提供了丰富的实际案例支持。
2、团队技术能力。
项目团队具备建筑设计、BIM建模、建筑能效分析、碳排放计算等方面的技术背景，能够在建筑设计及能效优化方面提供专业支持。
④研究文献与先前工作。团队已经对BIM技术与碳排放分析的相关文献进行广泛调研，了解了当前的技术发展趋势和方法，积累了一定的理论和技术储备。
（2）尚缺少的条件及解决方法：
缺条件：团队缺乏建筑能源系统、环境工程等领域专业人才。
解决：联合土木、能源学院学生或邀请相关专业导师加入指导组，补充技术短板。
②实测数据采集能力有限
缺条件：依赖模拟数据，缺少能耗监测设备与实测数据验证。
解决：申请校方支持，借用校园现有能耗监测系统；或低成本租赁便携式传感器短期采集关键数据。
③预算覆盖范围不足
缺条件：现有预算未涵盖设备调试、应急支出等潜在成本。
解决：申请追加校方配套资金，或优化开支（如减少论文版面费，优先保障核心工具使用）。
④技术风险预案不完善
缺条件：未针对BIM建模失败或供冷系统改造遇阻制定替代方案。
解决：预设简化版模型（如单栋建筑试点），分阶段验证技术可行性，降低整体风险。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 1750.00 论文出版 1550.00 200.00
1. 业务费 1250.00 无 1250.00 0.00
（1）计算、分析、测试费 0.00 无 0.00 0.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 0.00 无 0.00 0.00
（4）文献检索费 50.00 无 50.00 0.00
（5）论文出版费 1200.00 无 1200.00 0.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 无 0.00 0.00
4. 材料费 500.00 无 300.00 200.00
结束

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