基于 BIM 技術探討美國 LEED V 4 與中國《綠色建筑評價標準》的異同

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

隨著科學技術的快速發展，傳統能源消耗和環境污染成為人類的兩大負擔，綠色發展愈發受到重視，綠色建筑概念也應運而生。20 世紀 90 年代起，許多國家相繼出臺了適應本國國情的綠色建筑評價體系，其中美國的 LEED被認為是當時最完善、最具影響力的綠色建筑評價標準之一，因此它被世界多數國家作為制定綠色建筑評價標準的參考文本。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 個到 67 000 個，具體數據如圖 1 所示[1]。可見，人們對標準化綠色建筑愈來愈重視，這其中，評價的標準發揮了重要的作用。

圖 1 美國 2000～2018 年 LEED 注冊建筑統計數據

信息化管理手段可以為綠色建筑的標準化定量評價提供可能。BIM （建筑信息模型，Building Information Modeling）技術對建筑的模型信息進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 技術逐漸發展應用于 LEED V 4 和 GB/T 50378—2014 《綠色建筑評價標準》。此文闡述了 BIM 技術在這兩個認證體系的應用。

1 BIM 技術的應用

1.1 BIM 概述

BIM 將建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，建立建筑模型，從而整合各種項目的相關數據，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，全面促進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對。BIM 的應用有助于設計師在探索不同的早期設計方案時，將設計信息高效快速地傳遞到 BIM 工具中進行驗證和分析，為設計團隊以及包括建筑運營單位在內的各方建設主體提供在協同工作的基礎上，更好地將建筑項目在建設不同階段的發展情況實現可視化，使建筑工程在其整個進程中提高效率、減少風險并降低成本。以 BIM 為核心的全生命周期管理可以如圖2 所示，其中 BIM 技術可以實現所有環節信息的管理、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 技術的綠色建筑評價體系完善與優化

自 1999 年首次探討 BIM 應用的概念和技術以來，研究人員也一直在探索 BIM 在促進綠色建筑發展方面的可能性。Zhao[2]通過科學計量法，對 2005 年至 2016 年來自科學核心館藏數據庫的 614 條書目記錄進行分析，發現中國、美國、韓國是 BIM 發展研究中最顯著的國家。為了將可持續性分析無縫地鏈接到傳統的設計、施工和運營過程中，已經提出并開發了許多 BIM 應用。如今在建筑行業里應用較多的 BIM 軟件有以下幾種：用于結構工程的 Tekla Structures and Robot Structural Analysis；用于建筑服務（評估）的Revit MEP、Magi CAD、Revit Architecture、IES和Project Vasari；用于項目管理的 Synchro、Vico、BIM Measure；用于設施管理的 Bentley、Artr A；用于可持續分析的Green building Studio、Design Builder。此類 BIM 軟件是分析綠色建筑的能耗、環境和性能等方面的重要工具。Lu[3]等人的研究表明，BIM 應用可以為綠色建筑評價帶來許多優勢，比如估算綠色建筑評價的分數，管理申請文件和提高綠色建筑評價的處理效率等。

Wong[4]等人通過文獻分析法，提出現有 BIM 的 3 個不足。① 在建筑維修、改造和拆除階段，對環境績效管理的研究力度有限。② 缺乏基于 BIM 的全壽命周期的環境可持續性綜合仿真工具。③ 綠色 BIM 工具對當前云計算技術和“大數據”管理考慮不足。由此，提出了 5 個解決辦法：①在 BIM 可持續性分析中引入“減少、重用和循環利用”的概念。② 將 BIM 系統與設施運行維護手冊相結合，在建筑使用階段進行更全面的低碳管理。③ 為綠色建筑認證開發更實用的 BIM 工具。④ 提高綠色 BIM 工具的兼容性和用戶友好性。⑤ 研究者和實踐者就如何開發綠色 BIM 技術，實現從整個建筑生命周期中減少碳或溫室氣體的目標，進行更加嚴謹和協作的研究。

由于傳統綠色建筑評價體系與設計方法存在一定的片面性及單一性，難以適應和滿足綠色建筑建設單位對設計周期要求越來越短的市場現實需求，而 BIM 技術因信息完備性、信息關聯性、信息一致性、可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性的特點，正好解決綠色建筑設計和評價計算中出現的問題[5]。

2 中美綠色建筑評價指標體系的研究

2.1 美國 LEED V 4 認證體系

美國 LEED V 4 認證體系包括了 5個標準。① 建筑設計與施工（BD+C）標準，時間上對應綠色建筑全壽命期的設計建造階段，合并了原有的新建建筑、核心和外殼、醫療保健、學校、零售 5 個標準中該階段的內容。② 建筑運營與維護（O+M）標準，時間上對應綠色建筑全壽命期的運營階段，合并了原有的既有建筑、醫療保健、學校、零售 4 個標準中運營階段的內容。③ 室內設計與施工（ID+C）標準，時間上對應綠色建筑全壽命周期中的室內裝修階段，該標準主要面向一些有較高室內設計要求的建筑類型，合并了原有的醫療保健、零售、商業室內 3 個標準中室內裝修階段的內容。④ 社區開發（ND）標準，針對社區或城區尺度。⑤ 住宅（HOMES）標準，對應居住建筑類型。ND 和 HOMES 在LEED 標準體系中基于評價對象的獨特性而單獨列出。

2.2 中國國標 GB/T 50378—2014

我國對綠色建筑定義為：在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境、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 月正式實施（以下簡稱《綠標》），共有 8個指標大類，分別是：節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、室內環境質量、運營管理、施工管理和提高與創新[6]。其中，施工管理、運營管理這 2 大類只用于運行評價。

相比 2006 年《綠標》，2014 年《綠標》更加完善。如：約束條件的運用更加靈活；重視定量評價；單體多功能綜合建筑的難題有所解決；數據的監測與記錄更為重視[7]。

2.3 中美兩國標準比較

雖調查，橫向比較國內外綠色建筑評價標準的方法在我國標準研究中比較普遍。以我國《綠標》與美國 LEED V 4 認證體系為中心點，從組織機構、運行模式、評估內容和申報方式、城區尺度制定、結構體系、評價方式、評價結果等方面進行對比分析，探討了我國綠色建筑認證體系現階段存在的問題。

（1）組織機構。兩個評價體系均設有一個決策管理部門，分設各機構配合決策管理部門的工作，開發和制定評估體系。但從人員和結構上來看，LEED V 4 評價體系更加完善。

（2）運行模式。美國 LEED V 4 認證體系是受市場驅動自下而上的自由靈活的運行模式，而我國標準是由政府主導，受政策驅動，靈活性較小。

（3）評估內容。LEED V 4 認證體系與《綠標》在評價指標權重和分項設置等方面有所不同。比如在評價一棟教學樓和一棟商業建筑時，LEED V 4 使用的是兩套標準（學校、商業），這兩套標準的指標權重、分項設置等都不相同；而《綠標》則使用的是同一套標準，指標權重都一樣（公共建筑指標權重）[8]。另外，節地指標體系中，從土地利用、室外環境、交通設施與公共服務、場地設計與場地生態 4 個方面比較分析，從表 1 可以看出兩個評估體系的側重點不同[9]。

表 1 《綠標》與 LEED 節地指標比較

（4）申報方式。《綠標》和 LEED V 4 認證體系在認證過程中都考慮了建筑全生命周期的過程控制。LEED V 4 支持網上申報，所有步驟均可由 LEED-Online 網絡平臺完成，過程緊湊簡潔；而《綠標》的評估支撐技術體系尚不完善，僅支持書面申報材料，過程煩瑣、效率不高[10]。

（5）城區尺度制定。LEED V 4 認證體系的社區發展（Neighborhood Development）標準面向城區尺度制定，而我國標準中還缺乏對社區或城區尺度的覆蓋[11]。

（6）結構體系。《綠標》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 認證體系則針對不同類型、不同用途的建筑而制定有獨立評估系統的評價標準。

（7）評價方式。《綠標》有設計評價和運行評價兩部分，可分別申請設計星級認證和運行星級認證；而美國LEED V 4 認證體系評價標準是從項目設計到項目運營的全過程進行跟蹤評價，全部審查通過才得到認證[12]。

（8）評價結果。LEED V 4 版有 4 個認證等級，分別為：認證級 40～49 分，銀級 50～59 分，金級 60～79 分，鉑金級 80 分以上；《綠標》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 技術的 LEED 指標評價研究

在 BIM、綠色建筑及綠色建筑評價方面還存在著綠色建筑應用不全面、BIM 應用還不夠成熟和基于 BIM 的綠色建筑評價研究較少等 3 個問題。由于當前市場缺少能夠集成 BIM特性的建筑性能分析軟件，LEED 評價指標難以與基于 BIM技術的綠色建筑評價一一對應，從而有學者提出建立一個BIM—LEED 概念框架體系。

王吾愚[14]和曹楊等[15]的研究結果表明，LEED 指標評價所需的數據資料可以通過 BIM 工具直接或間接的方式獲取，檢驗了將 BIM 技術應用于 LEED 指標評價中的實際效果。

哈維·伯恩斯坦[16]等人調研了當前綠色 BIM 從業者對BIM 模型相對于 LEED 評分系統中的評價：42% 的受訪者認為該技術具有中高級的實用性。對于建筑設計和工程咨詢公司來說，BIM 技術應用得更多，因為可以更好地幫助他們實現可持續發展的目標。

尤娜·張等人[17]為減少建筑能耗及實現數字化工廠和滿足 LEED 認證，利用 BIM 技術，通過評估各種節能措施且根據 DOE－2 軟件仿真模擬結果，比較原有設計和新設計在節約能源消耗上說明新設計確實更節能。

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，輸入有關建筑物的信息，較易發現和修復錯誤，節省了大量的時間，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系統，將綠色建筑的相關信息集成到 BIM 模型中，實現了對標準知識的結構化表示、共享及重用。相較于傳統的認證方式，可以彌補評價人員經驗不足、精力有限的缺陷，提高工作效率，節約資源，進一步降低綠色建筑評價的技術門檻，加快綠色建筑的推廣普及。

4 基于 BIM 技術的《綠色建筑評價標準》研究

現代 BIM 技術具有較高科學性和較強的信息整合性。張智健[5]等人利用建筑分析軟件 Ecotect Analysis 對四川省綿陽地區某住宅的保溫性能、建筑采光等特性進行模擬分析，對建筑內外環境提出了詳細改進措施，提高了建筑的節能率。

魏立峰[20]和孫陳俊妍[21]從《標準》的 7 大指標（節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、室內環境質量、施工管理、運營管理）角度來探討 BIM 技術在綠色建筑中的應用。每一個指標在 BIM 技術的應用中均得以或多或少的避免錯誤且得到改善，并貫穿綠色建筑的全壽命周期，實現 BIM 技術在綠色建筑節能設計應用中的價值，根據《綠標》評分權重，提高了綠色建筑評價分值。

從《綠標》發展考慮地域性綠標問題，運用 BIM 技術，使建筑工程集成管理，減少進程差誤，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計初期的案例研究里結合了 BIM 技術，運用Autodesk Vasari 軟件建立基地原始場景信息模型，對地形地貌、區位環境、風環境、太陽輻射等因素進行分析。

崔芳芳等人[23]也運用 BIM 技術系統分析《綠標》及特定地域的地域特征，由不同程度的關聯，建立地域性綠色建筑設計觀念模型。在設計早期充分考慮地域性中的氣候特征，提高設計質量的同時保證了設計效率，進一步推動地域性綠色建筑的發展，也為綠色建筑理念的推廣提供了有利條件。

5 結 語

綜上所述，綠色建筑的概念已經滲透到了土木工程的各個方面，同時也提出了更高的規范化、標準化和信息化的要求，其中 BIM 技術的應用為綠色建筑全生命周期評價提供了適合的平臺。本文通過文獻總結，對中美兩國最常用的認證標準進行了對比，發現美國的綠色建筑評價體系發展較我國更加完善，設計指標更加具有適應性和前瞻性。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、產品和工藝十分具有可行性。未來利用 BIM 技術實現綠色建筑全生命周期評價并根據實際情況修正相應的評價指標，對實現動態綠色建筑評價更具有現實意義。