1836 浏览联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) [ 1 ] 发表了一份特别报告 [ 2 ]，关于全球变暖比工业化前水平高 1.5°C 的影响以及相关的全球温室气体排放路径，在加强全球应对气候变化的威胁。建筑和施工部门占全球与能源相关的二氧化碳 (CO 2 ) 排放量的 39% [ 3 ]，在减少全球变暖方面发挥着关键作用。大多数排放发生在建筑运营期间，占空间供暖、制冷和照明的所有与能源相关的 CO 2排放的 28%，而其余 11% 来自材料和施工过程[ 4 ]。
到 2050 年，全球约三分之二的建筑面积仍将存在 [ 5 ]，超过 40% 的欧洲住宅存量是在 1960 年代之前建造的，当时关于能源效率的建筑法规非常有限 [ 6 ]。目前，建筑改造仅影响年度建筑存量的 0.5-1%，这表明建筑行业的变化步伐缓慢 [ 7 ]。欧盟委员会力求到 2030 年将建筑改造率提高一倍，即到 2030 年可改造约 3500 万座建筑 [ 8 ]。因此，为了达到欧盟委员会设定的至少 55% 的减排目标 [ 9]，需要显着提高现有建筑的能效改造以及可再生能源的生产和采购的速度和有效性。
然而，学术文献表明，一些障碍阻碍了现有建筑的改造和建筑节能措施的实施[ 10 ]。
有许多方法可以对改造现有建筑物的障碍进行分类（例如，面向参与者的方法、真实和感知障碍、经济、行为和组织障碍等）。本研究按照欧洲议会发布的报告 [ 11 ]中概述的障碍类别，调查了现有的建筑改造障碍。主要障碍分为 5 类：财务、技术、流程、监管和意识。作为这项研究的一部分，我们对每个类别进行了系统的文献回顾。
文献回顾的结果表明，没有财务补贴可以帮助业主支付投资的初始前期成本，是最被感知的障碍[ [12]、[13]、[14]、[ 15]、[16]、[17] ]，再加上缺乏强烈的价格信号，物业的最终价值并不能反映建筑物的新能源性能[ 18 ]和长期回报率。投资 [ 19 , 20 ]。其次，存在与建筑能源法规限制相关的监管障碍[ [21]，[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27] ]、法律框架的频繁变化 [ 28 ]、错位的激励措施 [ 29 ] 以及实施改造的有限时间框架措施 [ 30 ]。
此外，由于能源价格低 [ 32 , 33 ]、成本效益节约的不确定性[ 34 , 35 ]和房东和租客之间缺乏协议。
改造领域缺乏专业知识和技能 [ [36]、[37]、[38]、[39] ]、不兼容的现有技术 [ [40]、[41]、[42] ]，以及识别改造机会的效率低下 [ [43]、[44]、[45] ] 代表技术障碍，其次是源自供应链碎片化的流程障碍 [ 46、47 ]和改造工作的负担业主 [ 48 ]。
每个障碍都有一个相关的驱动因素，可以激励实现可持续发展目标，例如补贴、更容易获得的财政支持计划和税收优惠、具有高能源性能要求的强制性建筑规范、地方层面的信息宣传和能源标签计划、建筑培训专业人士和自愿/协商的协议 [ 20 ]。BIM可以克服其中的一些障碍。BIM 可以帮助专业人士更准确地估算改造后建筑的成本和节能，从而支持建筑业主投资于节能措施。此外，BIM 通过促进数据共享和项目协调来改善不同利益相关者之间的协作。
BIM 是创建和管理信息的整体过程，使 AEC 专业人员能够在其整个生命周期内有效地规划、设计、建造和管理建筑项目 [ 49 ]。大量专业人士肯定，BIM通常用于建筑生命周期的早期阶段，其使用在建筑建成后结束[ 50 ]。因此，没有真正需要为现有建筑物创建竣工 BIM。事实上，BIM 程序已经为新的建设项目建立了良好的基础，可以减少 61% 的过程错误、20-30% 的建设成本和 20% 的项目工期 [ 51 ]。然而，将 BIM 部署到现有建筑物的改造方面还不够成熟 [ 52, 53 ] 由于几个挑战：
Khaddaj [ 54 ] 表明，BIM 可以促进能源驱动的翻新，从而实现可持续性评级。然而，目前的大部分建筑存量是在 1990 年之前建造的 [ 55 ]，并且没有预先存在或更新的建筑信息（第 1 点）。只有当数据采集过程能够在合理的时间和成本内提供竣工 BIM [ 56、57 ] 时，这些建筑物才能从 BIM 的使用中受益。因此，要解决在现有建筑物中使用 BIM 的技术挑战（第 2 点），数据采集技术应该更加用户友好、成本效益高 [ 58 ] 并具有自动化数据处理 [ 59 ]] 以减少工作量和较长的模型准备时间。此外，除了通用数据模式（例如 IFC [ 61 ]、gbXML [ 62 ] 等）之外，新的 BIM 平台（例如 BIMcollab [ 60 ]）必须不断改进，以解决不同软件工具之间缺乏足够的互操作性的问题[ 63、64 ]。_
最后一个技术挑战（第 2 点）涉及在建筑物的整个生命周期中以 BIM 格式保持信息最新的复杂性 [ 65 ]。
实施 BIM的投资回报（第 3 点）是投资者关注的主要问题，因为 BIM 软件和员工培训被认为非常昂贵[ 66 ]。然而，先前已经证明 [ 67 ] BIM 可以对项目的可衡量成本降低产生重大影响，这些项目估计减少了进度超支、更少的信息请求和更少的错误。
此外，最近对近 600 名施工领导的调查 [ 68 ] 表明，施工项目团队的每个成员每周花费超过 14 小时处理与 BIM 相关的冲突。这些冲突与组织和法律挑战有关（第4 点）：i) 项目信息不佳（例如项目数据不正确、项目数据访问困难以及项目利益相关者无法轻松共享项目信息[ 65、69、70 ]）；ii）利益相关者之间的沟通不畅（利益相关者在不准确的情况下的责任，缺乏对要执行的角色和任务的了解）[ [71]，[72]，[73]]; iii) 缺乏项目经验和技术人员 [ 74 , 75 ]；iv) 缺乏支持 BIM 实施的合同和建模标准 [ 76 ]。
例如，Fails Management Institute (FMI) 估计，仅在美国，沟通不畅就意味着建筑行业每年的潜在成本为 170 亿美元，而糟糕的项目数据则意味着 143 亿美元的成本，共同代表潜在成本每年 313 亿美元 [ 77 ]。
由于涉及的利益相关者众多、要完成的任务种类繁多、时间和预算限制，有许多意外事件可能会挑战改造项目的最终结果。因此，一些研究人员指出 [ 78 , 79 ]，为了在整个建筑生命周期内有效地实施 BIM，必须进行详细的规划（即 BIM 执行计划 [ 80 ]）。该计划应在项目中用作关键里程碑和可交付成果的指南。它应详细说明合同规定的信息交换要求，例如 2018 年制定的最新 CIC BIM 协议[ 81 ]，并明确利益相关者的约定角色和责任。
此外，该计划应详细说明工作流程，例如工作流程、采用的命名约定、BIM 详细程度、选择的软件和数据格式等。因此，该计划需要一种通用且简单的语言，所有利益相关者都可以理解。
为此，提出了基于现有建筑业务流程模型的 BIM 改造工作流程，将在下一节中进行解释。
业务流程建模 (BPM) 是一种更好地理解现有业务流程的方法，可以对其进行改进和自动化 [ 82 ]。如今，使用 BPM 表示复杂流程的好处已在营销部门得到广泛认可。建筑项目在建筑生命周期的不同阶段（从客户到制造商）涉及许多利益相关者，这会产生许多与流程碎片相关的问题 [ 83 ]（例如利益相关者之间缺乏协调、专业人员自我隔离、缺乏连续性在工作流程等）。这不仅会影响项目成果的质量，还会影响更长的施工时间和相关成本。
BPM 使利益相关者能够分析和理解项目工作流程；并通过限制风险和成本来支持优化和提高生产力 [ 84 , 85 ]。BPM 通常使用业务流程模型和符号 (BPMN) [ 86 ] 来表示。BPMN 是一种已建立的建模语言，由 ISO19510 [ 87 ] 批准，它使用标准化符号（即流程图）来表示流程流。
使用相同的视觉图形“语言”，每个利益相关者都有一个清晰的想法：
在改造建筑物中使用 BPM可以让不同的利益相关者以简单易懂的机制表示整个改造过程，同时能够管理业务流程的复杂性特征。
尽管在新建筑项目中实施了 BPM 程序 [ 80 ]，但作为本研究的一部分进行的文献回顾表明，缺乏特定的基于 BIM 的 BPM 来改造现有建筑物 [ 89 ]。
因此，本研究为现有建筑物提出了一种基于 BIM 的创新 BPM，为建筑物的整个生命周期提供改造工作流程，为所有相关利益相关者（从客户到设施经理）提供工具，以可视化流程和了解团队中所有个人的角色和责任。此外，有关项目目标、团队技能和技术结构的信息将指导专业人员在项目中有效实施 BIM 所需的数据类型、知识和软件的选择。
新颖的研究方法如图 1 所示，包括 5 个阶段：
新方法的第一步（图 1）包括根据项目要求确定在建筑生命周期中可以从 BIM 集成中受益的不同任务。因此，首先，对典型的改造工作流程进行了详细研究。
这里介绍的研究遵循 ISO 22263 [ 90 ] 中概述的项目信息管理框架，该框架将项目的生命周期分为五个阶段：启动、简要、设计、生产和拆除。ISO 考虑了新建筑和现有建筑。然而，这项研究的范围是特定于要改造的现有建筑物。因此，前两个阶段，即初始阶段和简要阶段，被合并为一个阶段 - 初始阶段。这导致了一个新的项目生命周期，包括四个阶段，即启动、设计、生产和拆除。
改造工作流程的第一步是对建筑物进行能源评估，并设定新的能源效率目标。
能源效率基准是常见建筑类型的能源消耗的代表值，可以将感兴趣的建筑的性能与之进行比较 [ 91 ]。基准的目的是确定潜在的节约并寻找机会在结构和机械层面优化建筑物的设计。
目前市场上有多种工具可用于评估建筑物的能源性能。例如，Energy Star Portfolio Manager® 在线工具 [ 92 ] 允许用户使用能源账单、建筑面积和位置等基本信息将建筑性能与全国类似的现有建筑进行比较。
此外，不同的国家开发了自己的能源绩效评估工具。爱尔兰可持续能源管理局 (SEAI) 开发了 BER（建筑能源评级）证书，用于从 A 到 G 等级对建筑物的能源性能进行评级，其中 A 级建筑物的能源效率最高，并且往往具有最低的能源账单。G 等级是最不节能的 [ 93 ]。意大利发布了 APE（能源绩效认证），以综合从 A4 到 G（10 级规模）的建筑能源绩效[ 94 ]。能源绩效诊断 (EPD) 是法国环境认证。它基于两个不同的标签，与一次能源消耗相关的能源标签以及与温室气体排放量相关的气候标签。两个标签都有 7 个类别，从 A 到 G [ 95 ]。英格兰和苏格兰拥有从 A 到 G [ 96 ] 等级的能源性能证书 (EPC)。
尽管通常认为私人建筑的能源效率低于平均建筑存量 [ 97 ] 并且能源标签对于出租和出售都是强制性的，但大多数国家并不要求最低能源效率要求，这可能代表改善当前状态的明确信号建筑库存。在欧盟，一些例外是英格兰、苏格兰和爱尔兰。在英格兰，到 2020 年，私有财产必须至少达到 EPC 等级 [ 98 ]。在苏格兰，从 2025 年 3 月起，当房产出售或出租给新租户时，住房协会必须达到“D 级”[ 99 ]。在爱尔兰，到 2030 年，BER 的最低要求为 B2 [ 100 ]。
在项目生命周期的第二阶段，建筑物的能源需求是已知的，因此有必要制定能源效率措施(EEM) 清单，同时考虑到建筑物的特点和项目的目标。在设计阶段，考虑经济、环境和社会方面的多标准决策 (MDCM) 技术对于比较和排序改造方案 [ 101 ] 至关重要。
EEM 可能涉及各种工作，下面列出的清单并不详尽，并指出了能源审计员在执行能源分析时可以考虑的一些选项。通常，用于建筑改造的最常见的 EEM可以概括为七个主要类别：
Attia 证明，简单和复杂的改造相结合通常可以显着节省能源 [ 102 ]。然而，虽然照明系统改造和运营优化等基本措施更实惠，并且可以在没有补贴的情况下完成（例如，大多数照明措施特别具有成本效益，投资回收期不到 1 年），但通常是围护结构的改造需要政策激励[ 103 ]。因此，关于改造和公共激励计划的政府指南开始促进建筑部门的改造活动，以鼓励实现可持续发展目标 [ [104]、[105]、[106]]。
一旦最具成本效益的 EEM 得到项目团队（例如机械工程师、项目管理等）和业主的批准，生产阶段就开始了。新项目生命周期的第三阶段涉及建筑物改造的实施，是整个过程中关键和最昂贵的阶段。确保根据项目要求完成之前阶段中计划的活动非常重要。
改造工程完成后，必须对建筑物进行重新评估，以确认项目中规定的所有目标都已实现，并且可以计算新的能效基准。
如果改造后的建筑达到了每个国家规定的最低能效标准，客户可以竞争财政支持。例如，在爱尔兰，如果在改造工程后达到 B2 的最低 BER 分数，政府拨款计划将提供高达 35% 的资金 [ 107 ]。在意大利，如果建筑物的等级提高了两个等级，业主将获得 110% 的能源效率改进税收抵免成本的补偿 [ 108 ]。在法国，如果建筑物的能源性能至少提高了 25%，家庭将有资格获得高达 40% 的改造成本资金 [ 109 ]。
在项目结束之前，要获得成功的结果，还需要最后一步，即监控结果和维护计划。监控和维护在改造项目中经常被忽视，但它们是确保建筑物按设计运行和执行的基本步骤。
监控是在实施 EEM 后测量和确定实际节能的过程。节能量不能直接衡量，因为它们代表未使用的能源，因此通常通过比较改造工程实施前后的能源使用量来估算节能量。为了评估政策措施的有效性并做出适当的调整，这一过程是必要的。
为了衡量 EEM 的有效性，可以采用国际绩效衡量和验证协议 (IPMVP®) [ 122 ]。IPMVP® [ 110 ] 是一种国际标准和行业共识方法，通过监测能源和成本节约情况，提出了量化能效投资结果的最佳实践。
项目生命周期的最后阶段是建筑物的拆除，即建筑物结构的准备、退役、拆除和拆除。拆除是一个复杂的过程，需要期限、预算、拆除和拆除图纸的制作、材料的再利用、回收和拆除计划，最后是完整的现场恢复。
一旦分析了改造工作流程，图 1所示方法的第二步就开始了。该阶段包括确定可以从实施 BIM 中受益的项目的特征目标。
制定了一份新的项目目标清单（表 1），涉及现有建筑物的改造。根据宾夕法尼亚州立大学 [ 80 ]所做的工作，作者根据新的项目目标确定了 11 种潜在的 BIM 用途。
