基于 BIM 技術(shù)探討美國 LEED V 4 與中國《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的異同

吳 悅，李紅豫（桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院， 廣西 桂林 541004）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)能源消耗和環(huán)境污染成為人類的兩大負(fù)擔(dān)，綠色發(fā)展愈發(fā)受到重視，綠色建筑概念也應(yīng)運(yùn)而生。20 世紀(jì) 90 年代起，許多國家相繼出臺了適應(yīng)本國國情的綠色建筑評價(jià)體系，其中美國的 LEED被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)最完善、最具影響力的綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，因此它被世界多數(shù)國家作為制定綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的參考文本。以美國為例，從 2000 年到 2018 年，LEED（Leadship in Energy and Environmental Design）注冊建筑逐年增加，從 41 個(gè)到 67 000 個(gè)，具體數(shù)據(jù)如圖 1 所示[1]。可見，人們對標(biāo)準(zhǔn)化綠色建筑愈來愈重視，這其中，評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮了重要的作用。

圖 1 美國 2000～2018 年 LEED 注冊建筑統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

信息化管理手段可以為綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)化定量評價(jià)提供可能。BIM （建筑信息模型，Building Information Modeling）技術(shù)對建筑的模型信息進(jìn)行全生命周期的管理，與綠色建筑注重建筑全生命周期的理念異曲同工。如今，BIM 技術(shù)逐漸發(fā)展應(yīng)用于 LEED V 4 和 GB/T 50378—2014 《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。此文闡述了 BIM 技術(shù)在這兩個(gè)認(rèn)證體系的應(yīng)用。

1 BIM 技術(shù)的應(yīng)用

1.1 BIM 概述

BIM 將建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，建立建筑模型，從而整合各種項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，全面促進(jìn)建筑工程的集成化程度，幫助研究人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對。BIM 的應(yīng)用有助于設(shè)計(jì)師在探索不同的早期設(shè)計(jì)方案時(shí)，將設(shè)計(jì)信息高效快速地傳遞到 BIM 工具中進(jìn)行驗(yàn)證和分析，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括建筑運(yùn)營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供在協(xié)同工作的基礎(chǔ)上，更好地將建筑項(xiàng)目在建設(shè)不同階段的發(fā)展情況實(shí)現(xiàn)可視化，使建筑工程在其整個(gè)進(jìn)程中提高效率、減少風(fēng)險(xiǎn)并降低成本。以 BIM 為核心的全生命周期管理可以如圖2 所示，其中 BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)所有環(huán)節(jié)信息的管理、提取、交換、共享等功能。

圖 2 BIM 全生命周期示意圖

1.2 基于 BIM 技術(shù)的綠色建筑評價(jià)體系完善與優(yōu)化

自 1999 年首次探討 BIM 應(yīng)用的概念和技術(shù)以來，研究人員也一直在探索 BIM 在促進(jìn)綠色建筑發(fā)展方面的可能性。Zhao[2]通過科學(xué)計(jì)量法，對 2005 年至 2016 年來自科學(xué)核心館藏?cái)?shù)據(jù)庫的 614 條書目記錄進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中國、美國、韓國是 BIM 發(fā)展研究中最顯著的國家。為了將可持續(xù)性分析無縫地鏈接到傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營過程中，已經(jīng)提出并開發(fā)了許多 BIM 應(yīng)用。如今在建筑行業(yè)里應(yīng)用較多的 BIM 軟件有以下幾種：用于結(jié)構(gòu)工程的 Tekla Structures and Robot Structural Analysis；用于建筑服務(wù)（評估）的Revit MEP、Magi CAD、Revit Architecture、IES和Project Vasari；用于項(xiàng)目管理的 Synchro、Vico、BIM Measure；用于設(shè)施管理的 Bentley、Artr A；用于可持續(xù)分析的Green building Studio、Design Builder。此類 BIM 軟件是分析綠色建筑的能耗、環(huán)境和性能等方面的重要工具。Lu[3]等人的研究表明，BIM 應(yīng)用可以為綠色建筑評價(jià)帶來許多優(yōu)勢，比如估算綠色建筑評價(jià)的分?jǐn)?shù)，管理申請文件和提高綠色建筑評價(jià)的處理效率等。

Wong[4]等人通過文獻(xiàn)分析法，提出現(xiàn)有 BIM 的 3 個(gè)不足。① 在建筑維修、改造和拆除階段，對環(huán)境績效管理的研究力度有限。② 缺乏基于 BIM 的全壽命周期的環(huán)境可持續(xù)性綜合仿真工具。③ 綠色 BIM 工具對當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)和“大數(shù)據(jù)”管理考慮不足。由此，提出了 5 個(gè)解決辦法：①在 BIM 可持續(xù)性分析中引入“減少、重用和循環(huán)利用”的概念。② 將 BIM 系統(tǒng)與設(shè)施運(yùn)行維護(hù)手冊相結(jié)合，在建筑使用階段進(jìn)行更全面的低碳管理。③ 為綠色建筑認(rèn)證開發(fā)更實(shí)用的 BIM 工具。④ 提高綠色 BIM 工具的兼容性和用戶友好性。⑤ 研究者和實(shí)踐者就如何開發(fā)綠色 BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從整個(gè)建筑生命周期中減少碳或溫室氣體的目標(biāo)，進(jìn)行更加嚴(yán)謹(jǐn)和協(xié)作的研究。

由于傳統(tǒng)綠色建筑評價(jià)體系與設(shè)計(jì)方法存在一定的片面性及單一性，難以適應(yīng)和滿足綠色建筑建設(shè)單位對設(shè)計(jì)周期要求越來越短的市場現(xiàn)實(shí)需求，而 BIM 技術(shù)因信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性的特點(diǎn)，正好解決綠色建筑設(shè)計(jì)和評價(jià)計(jì)算中出現(xiàn)的問題[5]。

2 中美綠色建筑評價(jià)指標(biāo)體系的研究

2.1 美國 LEED V 4 認(rèn)證體系

美國 LEED V 4 認(rèn)證體系包括了 5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。① 建筑設(shè)計(jì)與施工（BD+C）標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間上對應(yīng)綠色建筑全壽命期的設(shè)計(jì)建造階段，合并了原有的新建建筑、核心和外殼、醫(yī)療保健、學(xué)校、零售 5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中該階段的內(nèi)容。② 建筑運(yùn)營與維護(hù)（O+M）標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間上對應(yīng)綠色建筑全壽命期的運(yùn)營階段，合并了原有的既有建筑、醫(yī)療保健、學(xué)校、零售 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中運(yùn)營階段的內(nèi)容。③ 室內(nèi)設(shè)計(jì)與施工（ID+C）標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間上對應(yīng)綠色建筑全壽命周期中的室內(nèi)裝修階段，該標(biāo)準(zhǔn)主要面向一些有較高室內(nèi)設(shè)計(jì)要求的建筑類型，合并了原有的醫(yī)療保健、零售、商業(yè)室內(nèi) 3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中室內(nèi)裝修階段的內(nèi)容。④ 社區(qū)開發(fā)（ND）標(biāo)準(zhǔn)，針對社區(qū)或城區(qū)尺度。⑤ 住宅（HOMES）標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)居住建筑類型。ND 和 HOMES 在LEED 標(biāo)準(zhǔn)體系中基于評價(jià)對象的獨(dú)特性而單獨(dú)列出。

2.2 中國國標(biāo) GB/T 50378—2014

我國對綠色建筑定義為：在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、舒適和高效的使用空間，與自然和諧共生。GB/T 50378—2014 于 2015 年 1 月正式實(shí)施（以下簡稱《綠標(biāo)》），共有 8個(gè)指標(biāo)大類，分別是：節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、運(yùn)營管理、施工管理和提高與創(chuàng)新[6]。其中，施工管理、運(yùn)營管理這 2 大類只用于運(yùn)行評價(jià)。

相比 2006 年《綠標(biāo)》，2014 年《綠標(biāo)》更加完善。如：約束條件的運(yùn)用更加靈活；重視定量評價(jià)；單體多功能綜合建筑的難題有所解決；數(shù)據(jù)的監(jiān)測與記錄更為重視[7]。

2.3 中美兩國標(biāo)準(zhǔn)比較

雖調(diào)查，橫向比較國內(nèi)外綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的方法在我國標(biāo)準(zhǔn)研究中比較普遍。以我國《綠標(biāo)》與美國 LEED V 4 認(rèn)證體系為中心點(diǎn)，從組織機(jī)構(gòu)、運(yùn)行模式、評估內(nèi)容和申報(bào)方式、城區(qū)尺度制定、結(jié)構(gòu)體系、評價(jià)方式、評價(jià)結(jié)果等方面進(jìn)行對比分析，探討了我國綠色建筑認(rèn)證體系現(xiàn)階段存在的問題。

（1）組織機(jī)構(gòu)。兩個(gè)評價(jià)體系均設(shè)有一個(gè)決策管理部門，分設(shè)各機(jī)構(gòu)配合決策管理部門的工作，開發(fā)和制定評估體系。但從人員和結(jié)構(gòu)上來看，LEED V 4 評價(jià)體系更加完善。

（2）運(yùn)行模式。美國 LEED V 4 認(rèn)證體系是受市場驅(qū)動(dòng)自下而上的自由靈活的運(yùn)行模式，而我國標(biāo)準(zhǔn)是由政府主導(dǎo)，受政策驅(qū)動(dòng)，靈活性較小。

（3）評估內(nèi)容。LEED V 4 認(rèn)證體系與《綠標(biāo)》在評價(jià)指標(biāo)權(quán)重和分項(xiàng)設(shè)置等方面有所不同。比如在評價(jià)一棟教學(xué)樓和一棟商業(yè)建筑時(shí)，LEED V 4 使用的是兩套標(biāo)準(zhǔn)（學(xué)校、商業(yè)），這兩套標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)權(quán)重、分項(xiàng)設(shè)置等都不相同；而《綠標(biāo)》則使用的是同一套標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)權(quán)重都一樣（公共建筑指標(biāo)權(quán)重）[8]。另外，節(jié)地指標(biāo)體系中，從土地利用、室外環(huán)境、交通設(shè)施與公共服務(wù)、場地設(shè)計(jì)與場地生態(tài) 4 個(gè)方面比較分析，從表 1 可以看出兩個(gè)評估體系的側(cè)重點(diǎn)不同[9]。

表 1 《綠標(biāo)》與 LEED 節(jié)地指標(biāo)比較

（4）申報(bào)方式?！毒G標(biāo)》和 LEED V 4 認(rèn)證體系在認(rèn)證過程中都考慮了建筑全生命周期的過程控制。LEED V 4 支持網(wǎng)上申報(bào)，所有步驟均可由 LEED-Online 網(wǎng)絡(luò)平臺完成，過程緊湊簡潔；而《綠標(biāo)》的評估支撐技術(shù)體系尚不完善，僅支持書面申報(bào)材料，過程煩瑣、效率不高[10]。

（5）城區(qū)尺度制定。LEED V 4 認(rèn)證體系的社區(qū)發(fā)展（Neighborhood Development）標(biāo)準(zhǔn)面向城區(qū)尺度制定，而我國標(biāo)準(zhǔn)中還缺乏對社區(qū)或城區(qū)尺度的覆蓋[11]。

（6）結(jié)構(gòu)體系?！毒G標(biāo)》的評估對象分為居住建筑和公共建筑兩大類，比較單一。美國 LEED V 4 認(rèn)證體系則針對不同類型、不同用途的建筑而制定有獨(dú)立評估系統(tǒng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

（7）評價(jià)方式。《綠標(biāo)》有設(shè)計(jì)評價(jià)和運(yùn)行評價(jià)兩部分，可分別申請?jiān)O(shè)計(jì)星級認(rèn)證和運(yùn)行星級認(rèn)證；而美國LEED V 4 認(rèn)證體系評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是從項(xiàng)目設(shè)計(jì)到項(xiàng)目運(yùn)營的全過程進(jìn)行跟蹤評價(jià)，全部審查通過才得到認(rèn)證[12]。

（8）評價(jià)結(jié)果。LEED V 4 版有 4 個(gè)認(rèn)證等級，分別為：認(rèn)證級 40～49 分，銀級 50～59 分，金級 60～79 分，鉑金級 80 分以上；《綠標(biāo)》則分為 50～59 分為一星級，60～79 分為二星級，80 分以上為三星級[13]。

3 基于 BIM 技術(shù)的 LEED 指標(biāo)評價(jià)研究

在 BIM、綠色建筑及綠色建筑評價(jià)方面還存在著綠色建筑應(yīng)用不全面、BIM 應(yīng)用還不夠成熟和基于 BIM 的綠色建筑評價(jià)研究較少等 3 個(gè)問題。由于當(dāng)前市場缺少能夠集成 BIM特性的建筑性能分析軟件，LEED 評價(jià)指標(biāo)難以與基于 BIM技術(shù)的綠色建筑評價(jià)一一對應(yīng)，從而有學(xué)者提出建立一個(gè)BIM—LEED 概念框架體系。

王吾愚[14]和曹楊等[15]的研究結(jié)果表明，LEED 指標(biāo)評價(jià)所需的數(shù)據(jù)資料可以通過 BIM 工具直接或間接的方式獲取，檢驗(yàn)了將 BIM 技術(shù)應(yīng)用于 LEED 指標(biāo)評價(jià)中的實(shí)際效果。

哈維·伯恩斯坦[16]等人調(diào)研了當(dāng)前綠色 BIM 從業(yè)者對BIM 模型相對于 LEED 評分系統(tǒng)中的評價(jià)：42% 的受訪者認(rèn)為該技術(shù)具有中高級的實(shí)用性。對于建筑設(shè)計(jì)和工程咨詢公司來說，BIM 技術(shù)應(yīng)用得更多，因?yàn)榭梢愿玫貛椭麄儗?shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

尤娜·張等人[17]為減少建筑能耗及實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠和滿足 LEED 認(rèn)證，利用 BIM 技術(shù)，通過評估各種節(jié)能措施且根據(jù) DOE－2 軟件仿真模擬結(jié)果，比較原有設(shè)計(jì)和新設(shè)計(jì)在節(jié)約能源消耗上說明新設(shè)計(jì)確實(shí)更節(jié)能。

Ryu[18]在 A-Tower 能源仿真案例中，采用基于 BIM 的LEED 能源模擬過程對A-Tower 進(jìn)行了能量性能測試。利用BIM 軟件，在建筑的幾何建模過程中，輸入有關(guān)建筑物的信息，較易發(fā)現(xiàn)和修復(fù)錯(cuò)誤，節(jié)省了大量的時(shí)間，但過程中也有局限性。

同樣，姜韶華[19]利用一種基于本體與 BIM 的綠色建筑智能評價(jià)系統(tǒng)，將綠色建筑的相關(guān)信息集成到 BIM 模型中，實(shí)現(xiàn)了對標(biāo)準(zhǔn)知識的結(jié)構(gòu)化表示、共享及重用。相較于傳統(tǒng)的認(rèn)證方式，可以彌補(bǔ)評價(jià)人員經(jīng)驗(yàn)不足、精力有限的缺陷，提高工作效率，節(jié)約資源，進(jìn)一步降低綠色建筑評價(jià)的技術(shù)門檻，加快綠色建筑的推廣普及。

4 基于 BIM 技術(shù)的《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》研究

現(xiàn)代 BIM 技術(shù)具有較高科學(xué)性和較強(qiáng)的信息整合性。張智健[5]等人利用建筑分析軟件 Ecotect Analysis 對四川省綿陽地區(qū)某住宅的保溫性能、建筑采光等特性進(jìn)行模擬分析，對建筑內(nèi)外環(huán)境提出了詳細(xì)改進(jìn)措施，提高了建筑的節(jié)能率。

魏立峰[20]和孫陳俊妍[21]從《標(biāo)準(zhǔn)》的 7 大指標(biāo)（節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、施工管理、運(yùn)營管理）角度來探討 BIM 技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用。每一個(gè)指標(biāo)在 BIM 技術(shù)的應(yīng)用中均得以或多或少的避免錯(cuò)誤且得到改善，并貫穿綠色建筑的全壽命周期，實(shí)現(xiàn) BIM 技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用中的價(jià)值，根據(jù)《綠標(biāo)》評分權(quán)重，提高了綠色建筑評價(jià)分值。

從《綠標(biāo)》發(fā)展考慮地域性綠標(biāo)問題，運(yùn)用 BIM 技術(shù)，使建筑工程集成管理，減少進(jìn)程差誤，提高效率，更好的建造綠色建筑，得到高星級。蔡坤妤等[22]在對地域性綠色建筑設(shè)計(jì)初期的案例研究里結(jié)合了 BIM 技術(shù)，運(yùn)用Autodesk Vasari 軟件建立基地原始場景信息模型，對地形地貌、區(qū)位環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、太陽輻射等因素進(jìn)行分析。

崔芳芳等人[23]也運(yùn)用 BIM 技術(shù)系統(tǒng)分析《綠標(biāo)》及特定地域的地域特征，由不同程度的關(guān)聯(lián)，建立地域性綠色建筑設(shè)計(jì)觀念模型。在設(shè)計(jì)早期充分考慮地域性中的氣候特征，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)保證了設(shè)計(jì)效率，進(jìn)一步推動(dòng)地域性綠色建筑的發(fā)展，也為綠色建筑理念的推廣提供了有利條件。

5 結(jié) 語

綜上所述，綠色建筑的概念已經(jīng)滲透到了土木工程的各個(gè)方面，同時(shí)也提出了更高的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化的要求，其中 BIM 技術(shù)的應(yīng)用為綠色建筑全生命周期評價(jià)提供了適合的平臺。本文通過文獻(xiàn)總結(jié)，對中美兩國最常用的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)美國的綠色建筑評價(jià)體系發(fā)展較我國更加完善，設(shè)計(jì)指標(biāo)更加具有適應(yīng)性和前瞻性。但是考慮到國情的差異，研究符合我國國情的綠色建筑技術(shù)、產(chǎn)品和工藝十分具有可行性。未來利用 BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色建筑全生命周期評價(jià)并根據(jù)實(shí)際情況修正相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)，對實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綠色建筑評價(jià)更具有現(xiàn)實(shí)意義。