در دنیای امروز، صنعت ساخت‌وساز یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان منابع طبیعی و انرژی و همچنین تولیدکنندگان آلودگی‌های زیست‌محیطی است. طبق آمار، این صنعت بیش از 40 درصد از کل انرژی جهان را مصرف کرده و سهم زیادی در تولید زباله و استفاده از منابع آبی دارد. با افزایش آگاهی نسبت به مشکلات زیست‌محیطی، تقاضا برای روش‌های ساخت‌وساز پایدار افزایش یافته و فناوری‌هایی مانند مدلسازی اطلاعات ساخت (BIM) به عنوان راهکاری نوآورانه برای بهبود پایداری مطرح شده‌اند.
مدلسازی اطلاعات ساخت (Building Information Modeling) یک رویکرد جامع برای مدیریت پروژه‌های ساختمانی است که از طریق آن می‌توان تمامی اطلاعات مرتبط با ساختمان را از مراحل طراحی تا ساخت، بهره‌برداری و حتی تخریب در یک مدل دیجیتال یکپارچه مدیریت کرد. این فناوری به معماران، مهندسان و مدیران پروژه‌ها اجازه می‌دهد که جنبه‌های فنی، مالی، زیست‌محیطی و حتی اجتماعی پروژه را در یک چارچوب جامع تحلیل و بهینه‌سازی کنند. هدف از این مقاله، بررسی کاربردهای BIM در ساخت‌وساز پایدار، مزایا و چالش‌های پیاده‌سازی آن و ارائه راهکارهایی برای بهره‌برداری حداکثری از این فناوری در دستیابی به اهداف پایداری است.
1. BIM و مفهوم پایداری
پایداری در ساخت‌وساز به معنای کاهش مصرف انرژی، استفاده بهینه از منابع، کاهش تولید زباله و کاهش اثرات زیست‌محیطی در طول چرخه عمر ساختمان است. فناوری BIM با یکپارچه‌سازی اطلاعات چندبعدی، از جمله مدل سه‌بعدی، زمان (4D)، هزینه (5D)، بهره‌برداری (6D) و پایداری (7D) و …، می‌تواند به طور مؤثری در مدیریت پروژه‌های پایدار به کار گرفته شود. این فناوری امکان ارزیابی و شبیه‌سازی تمامی جنبه‌های یک پروژه را فراهم می‌آورد و به متخصصان این امکان را می‌دهد تا اثرات زیست‌محیطی و بهره‌وری ساختمان را پیش از اجرا، پیش‌بینی و بهینه‌سازی کنند.
2. برخی از کاربردهای BIM در ساخت‌وساز پایدار
1.2. بهینه‌سازی مصرف انرژی
BIM به مهندسان این امکان را می‌دهد که مصرف انرژی ساختمان را در مراحل مختلف چرخه عمر آن پیش‌بینی و بهینه‌سازی کنند. ابزارهای شبیه‌سازی مبتنی بر BIM این امکان را فراهم می‌آورند که پیش از شروع ساخت، انواع سناریوهای مختلف انرژی را مورد بررسی قرار داده و بهترین راهکارها را برای کاهش مصرف انتخاب کنند. این فرآیند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و دستیابی به استانداردهای بالاتر در بهره‌وری انرژی منجر می‌شود. به عنوان مثال، در پروژه “Shanghai Centre” در چین، استفاده از BIM به کاهش 40 درصدی مصرف انرژی ساختمان منجر شد و به یکی از نمونه‌های موفق در استفاده از این فناوری برای بهبود بهره‌وری انرژی تبدیل شد.
2.2. کاهش تولید زباله
BIM با فراهم کردن یک مدل جامع و دقیق از پروژه، امکان مدیریت بهینه مصالح و کاهش ضایعات ساختمانی را فراهم می‌کند. یکی از مشکلات بزرگ صنعت ساخت‌وساز، تولید زباله‌های فراوان و اتلاف مصالح است که نه تنها منابع را هدر می‌دهد، بلکه بار سنگینی بر محیط زیست تحمیل می‌کند. به عنوان مثال، در پروژه “Pearl River Tower” در چین، استفاده از BIM باعث شد که علاوه بر کاهش 30 درصدی هزینه‌های انرژی، به دلیل برنامه‌ریزی دقیق و مدیریت بهینه، ضایعات ساختمانی به طور چشمگیری کاهش یابد.
3.2. بهبود طراحی و انتخاب مصالح
BIM با فراهم کردن اطلاعات دقیق در مورد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد، امکان انتخاب مصالح مناسب و بهینه را برای طراحان و معماران فراهم می‌کند. انتخاب مصالح با کمترین انتشار کربن و بیشترین بهره‌وری انرژی از جمله اقداماتی است که می‌تواند با استفاده از این فناوری انجام شود. برای مثال، در پروژه‌های سبز از مصالح بازیافتی و موادی که انرژی کمتری برای تولید نیاز دارند، استفاده می‌شود و از طریق شبیه‌سازی مبتنی بر BIM می‌توان تأثیر این انتخاب‌ها را پیش از اجرای پروژه ارزیابی کرد.
4.2. ارزیابی چرخه عمر ساختمان
مدلسازی اطلاعات ساخت (BIM) امکان ارزیابی چرخه عمر (LCA) را برای تمامی اجزای پروژه فراهم می‌کند. LCA یک روش جامع برای ارزیابی اثرات زیست‌محیطی ساختمان از مرحله تولید مصالح تا پایان عمر مفید آن است. استفاده از BIM این امکان را به تحلیل‌گران می‌دهد که اثرات زیست‌محیطی پروژه را به صورت جامع بررسی و بهینه‌سازی کنند. به عنوان مثال، استفاده از LCA در طراحی ساختمان‌هایی مانند “The Edge” در هلند نشان داد که انتخاب مصالح مناسب و استفاده از فناوری‌های نوین، به کاهش 70 درصدی اثرات زیست‌محیطی پروژه منجر شده است.
5.2. مدیریت بهینه آب
مدیریت منابع آب یکی از جنبه‌های مهم در ساخت‌وساز پایدار است. BIM به مهندسان این امکان را می‌دهد که سیستم‌های مدیریت آب از جمله جمع‌آوری آب باران، استفاده مجدد از آب‌های خاکستری و بهینه‌سازی مصرف آب را شبیه‌سازی کنند. این مدل‌سازی‌ها منجر به طراحی ساختمان‌هایی با بهره‌وری بالاتر و مصرف کمتر آب می‌شود. برای مثال، در پروژه‌هایی مانند “Marina Bay Sands” در سنگاپور، استفاده از BIM به طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های جمع‌آوری و بازیافت آب منجر شد که توانست مصرف آب را تا 50 درصد کاهش دهد.
6.2. کاهش انتشار کربن
انتخاب مصالح با کمترین انتشار کربن و طراحی ساختمان‌هایی که نیاز به انرژی کمتری دارند، از جمله اقداماتی است که با استفاده از BIM به راحتی می‌توان انجام داد. ابزارهای شبیه‌سازی موجود در BIM، این امکان را می‌دهد که میزان انتشار کربن در طول چرخه عمر ساختمان محاسبه شود و گزینه‌های سازگار با محیط زیست انتخاب شوند. پروژه‌های بزرگی مانند “One Central Park” در استرالیا با استفاده از BIM توانستند میزان انتشار کربن خود را به نصف کاهش دهند.
3. استفاده از BIM در طراحی و ساخت ساختمان‌های پایدار
1.3. استفاده از ابزارهای مبتنی بر BIM برای بهره‌وری انرژی
یکی از راه‌های اصلی که BIM به طراحی ساختمان پایدار کمک می‌کند، استفاده از ابزارهای تحلیلی، همچون افزونه Insight 360 در رویت، برای بهینه‌سازی مصرف انرژی است. طراحی پایدار به معنای تأمین نیازها بدون آسیب رساندن به محیط زیست و منابع آینده است، با توجه به مسئولیت‌های اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی. BIM با استفاده از مدل‌های سه‌بعدی و ابزارهای مرتبط، این امکان را فراهم می‌آورد که عوامل زیست‌محیطی مانند مصرف انرژی، انتشار کربن و تأثیرات زیست‌محیطی یک پروژه قبل از نهایی شدن طراحی، به دقت مورد ارزیابی قرار گیرند. این تحلیل‌ها شامل مصرف انرژی، ردپای کربن و تأثیرات محیطی پروژه هستند، که نقش مهمی در دستیابی به طراحی ساختمان‌های با بهره‌وری انرژی ایفا می‌کند.
2.3. دستیابی به بهره‌وری عملیاتی و کاهش تأثیرات زیست‌محیطی
BIM با ایجاد شفافیت اطلاعاتی، این امکان را برای تمام افراد مرتبط با پروژه فراهم می‌کند تا برنامه‌ریزی ساخت و عملیات را به‌صورت کارآمد و اقتصادی انجام دهند. به این ترتیب، زمان اضافی، مواد اضافی و هزینه‌های غیرضروری کاهش می‌یابد. این کاهش خطاها و مواد مصرفی، به‌طور غیرمستقیم تأثیرات زیست‌محیطی را نیز به حداقل می‌رساند.
3.3. پیش‌ساختگی با استفاده از BIM
BIM با ارائه تمامی اطلاعات مورد نیاز در یک مدل یکپارچه، فرآیند پیش‌ساختگی را بسیار آسان می‌کند. پیش‌ساختگی به این معناست که بخش‌های مختلف یک ساختمان در خارج از محل ساخت آماده شده و سپس به محل نهایی منتقل و نصب می‌شوند. این روش نسبت به ساخت و ساز سنتی سریع‌تر و دقیق‌تر بوده و هزینه‌های کمتری نیز به همراه دارد. همچنین به دلیل کاهش زباله‌های ساختمانی و نیاز کمتر به نیروی کار در محل، تأثیرات زیست‌محیطی نیز کاهش می‌یابد.
4.3. استفاده از داده‌های BIM در فرآیندهای بهره‌برداری و نگهداری
پس از اتمام ساخت، مدل‌ها و نقشه‌های ایجاد شده در BIM، حاوی اطلاعاتی هستند که از ابتدای پروژه جمع‌آوری شده‌اند و به‌عنوان مرجع برای بهره‌برداری و نگهداری ساختمان در آینده به کار می‌روند. طراحی ساختمان پایدار نباید تنها به مراحل طراحی و ساخت محدود شود، بلکه باید به عملیات بهره‌برداری و نگهداری آینده نیز گسترش یابد. BIM با داده‌هایی که از ابتدا جمع‌آوری کرده، به مدیریت بهتر و کارآمدتر ساختمان در طول عمر مفید آن کمک می‌کند.
4. چالش‌های پیاده‌سازی BIM در ساخت‌وساز پایدار
1.4. کمبود نیروی متخصص
یکی از اصلی‌ترین چالش‌های پیاده‌سازی موفقیت‌آمیز BIM، کمبود نیروی انسانی ماهر و متخصص در این حوزه است. برای بهره‌برداری کامل از این فناوری، نیاز به افرادی است که هم در زمینه BIM و هم در زمینه ساخت‌وساز پایدار مهارت داشته باشند. این کمبود به خصوص در کشورهای در حال توسعه بیشتر احساس می‌شود.
2.4. هزینه‌های بالای پیاده‌سازی
هزینه‌های بالای خرید نرم‌افزار، سخت‌افزار و آموزش کارکنان یکی دیگر از موانع عمده در پذیرش BIM است. به ویژه برای شرکت‌های کوچک و متوسط، این هزینه‌ها می‌تواند مانع از استفاده گسترده از این فناوری شود.
3.4. مقاومت در برابر تغییرات
صنعت ساخت‌وساز به دلیل ماهیت سنتی خود، به طور معمول در برابر تغییرات جدید مقاومت می‌کند. پذیرش فناوری‌های نوین نظیر BIM نیازمند تغییر نگرش و فرهنگ‌سازی در میان مدیران و کارکنان پروژه است.
4.4. عدم وجود استانداردهای یکپارچه
در بسیاری از کشورها، هنوز استانداردهای یکپارچه‌ای برای استفاده از BIM در پروژه‌های پایدار وجود ندارد. این موضوع می‌تواند باعث بروز سردرگمی و عدم هماهنگی میان ذینفعان پروژه شود. ایجاد استانداردهای ملی و بین‌المللی می‌تواند به بهبود هماهنگی و افزایش کارایی در استفاده از این فناوری کمک کند.
5. راهکارهای بهبود پیاده‌سازی BIM در ساخت‌وساز پایدار
1.5. سرمایه‌گذاری در آموزش و توسعه نیروی انسانی
یکی از مهم‌ترین راهکارها برای رفع موانع پیاده‌سازی BIM، سرمایه‌گذاری در آموزش و ارتقاء مهارت‌های کارکنان است. برگزاری دوره‌های تخصصی و ایجاد برنامه‌های آموزشی در دانشگاه‌ها می‌تواند به توسعه نیروی انسانی ماهر در این حوزه کمک کند.
2.5. تدوین استانداردهای ملی و بین‌المللی
برای بهبود یکپارچگی و استفاده مؤثرتر از BIM، تدوین استانداردهای جامع و یکپارچه ضروری است. به طور مثال، هماهنگ‌سازی BIM با استانداردهای زیست‌محیطی مانند LEED می‌تواند نقش مهمی در ارزیابی پایداری ایفا کند. این استانداردها باید شامل معیارهایی برای مصرف بهینه انرژی، استفاده از مصالح پایدار و کاهش مصرف آب باشند. با تدوین چنین استانداردهایی، دستیابی به گواهینامه‌های زیست‌محیطی نظیر LEED آسان‌تر می‌شود و پروژه‌ها می‌توانند به شکلی مؤثرتر با معیارهای پایداری همخوانی داشته باشند.
3.5. حمایت‌های دولتی
ارائه تسهیلات و یارانه‌های دولتی به شرکت‌های کوچک و متوسط می‌تواند آن‌ها را به استفاده از BIM تشویق کند و هزینه‌های اولیه پیاده‌سازی را کاهش دهد.
6. نتیجه‌گیری
مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) به عنوان یک فناوری نوین، می‌تواند تحول بزرگی در صنعت ساخت‌وساز ایجاد کند و آن را به سمت پایداری بیشتر هدایت نماید. با وجود چالش‌های موجود، مزایای فراوان این فناوری در کاهش مصرف انرژی، بهینه‌سازی منابع، کاهش ضایعات ساختمانی و بهبود بهره‌وری کلی، BIM را به ابزاری ضروری برای ساخت‌وساز پایدار تبدیل کرده است. استفاده از BIM در پروژه‌های پایدار می‌تواند با بهینه‌سازی طرح‌ها، کاهش اتلاف انرژی، و مدیریت بهینه منابع آبی، تأثیرات زیست‌محیطی پروژه‌ها را به حداقل برساند.
پروژه‌های موفقی مانند “Shanghai Centre”، “Pearl River Tower” و “One Central Park” به خوبی نشان داده‌اند که چگونه این فناوری می‌تواند در کاهش مصرف انرژی و انتشار کربن و همچنین بهبود مدیریت منابع نقش مهمی ایفا کند. این پروژه‌ها نمونه‌های روشنی از کاربرد عملی BIM برای دستیابی به اهداف پایداری و بهره‌وری هستند. با این حال، برای دستیابی به پتانسیل کامل این فناوری، باید موانع موجود مانند کمبود نیروی متخصص، هزینه‌های بالا و عدم هماهنگی استانداردها را با برنامه‌ریزی دقیق، آموزش و حمایت‌های دولتی برطرف کرد.
آینده ساخت‌وساز پایدار بدون شک با پذیرش و توسعه BIM به سوی بهره‌وری بیشتر و کاهش اثرات زیست‌محیطی حرکت خواهد کرد. ایجاد چارچوب‌های قانونی، فرهنگ‌سازی و افزایش دانش فنی از مهم‌ترین عواملی هستند که می‌توانند موفقیت پیاده‌سازی این فناوری را تضمین کنند. در نهایت، BIM نه تنها یک ابزار فنی بلکه یک راهبرد جامع برای تحقق ساخت‌وساز سبز و آینده‌ای پایدارتر است.
منابع
Numan, M., Saadat, U., & Farooq, M. U. (2024). BIM and Sustainable Design: A Review of Strategies and Tools for Green Building Practices. Journal of Engineering Research and Sciences, 3(2), 1-7. [DOI: 10.55708/js0302001]
Cheng Q, Tayeh BA, Abu Aisheh YI, Alaloul WS, Aldahdooh ZA. Leveraging BIM for Sustainable Construction: Benefits, Barriers, and Best Practices. Sustainability. 2024; 16(17):7654. https://doi.org/10.3390/su16177654
Afzal M, Li RYM, Ayyub MF, Shoaib M, Bilal M. Towards BIM-Based Sustainable Structural Design Optimization: A Systematic Review and Industry Perspective. Sustainability. 2023; 15(20):15117. https://doi.org/10.3390/su152015117
نویسنده: علیرضا سرکار، فارغ التحصیل مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف
