基于 BIM 技术探讨美国 LEED V 4 与中国《绿色建筑评价标准》的异同

吴 悦，李红豫（桂林理工大学 土木与建筑工程学院， 广西 桂林 541004）

随着科学技术的快速发展，传统能源消耗和环境污染成为人类的两大负担，绿色发展愈发受到重视，绿色建筑概念也应运而生。20 世纪 90 年代起，许多国家相继出台了适应本国国情的绿色建筑评价体系，其中美国的 LEED被认为是当时最完善、最具影响力的绿色建筑评价标准之一，因此它被世界多数国家作为制定绿色建筑评价标准的参考文本。以美国为例，从 2000 年到 2018 年，LEED（Leadship in Energy and Environmental Design）注册建筑逐年增加，从 41 个到 67 000 个，具体数据如图 1 所示[1]。可见，人们对标准化绿色建筑愈来愈重视，这其中，评价的标准发挥了重要的作用。

图 1 美国 2000～2018 年 LEED 注册建筑统计数据

信息化管理手段可以为绿色建筑的标准化定量评价提供可能。BIM （建筑信息模型，Building Information Modeling）技术对建筑的模型信息进行全生命周期的管理，与绿色建筑注重建筑全生命周期的理念异曲同工。如今，BIM 技术逐渐发展应用于 LEED V 4 和 GB/T 50378—2014 《绿色建筑评价标准》。此文阐述了 BIM 技术在这两个认证体系的应用。

1 BIM 技术的应用

1.1 BIM 概述

BIM 将建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，建立建筑模型，从而整合各种项目的相关数据，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，全面促进建筑工程的集成化程度，帮助研究人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对。BIM 的应用有助于设计师在探索不同的早期设计方案时，将设计信息高效快速地传递到 BIM 工具中进行验证和分析，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供在协同工作的基础上，更好地将建筑项目在建设不同阶段的发展情况实现可视化，使建筑工程在其整个进程中提高效率、减少风险并降低成本。以 BIM 为核心的全生命周期管理可以如图2 所示，其中 BIM 技术可以实现所有环节信息的管理、提取、交换、共享等功能。

图 2 BIM 全生命周期示意图

1.2 基于 BIM 技术的绿色建筑评价体系完善与优化

自 1999 年首次探讨 BIM 应用的概念和技术以来，研究人员也一直在探索 BIM 在促进绿色建筑发展方面的可能性。Zhao[2]通过科学计量法，对 2005 年至 2016 年来自科学核心馆藏数据库的 614 条书目记录进行分析，发现中国、美国、韩国是 BIM 发展研究中最显著的国家。为了将可持续性分析无缝地链接到传统的设计、施工和运营过程中，已经提出并开发了许多 BIM 应用。如今在建筑行业里应用较多的 BIM 软件有以下几种：用于结构工程的 Tekla Structures and Robot Structural Analysis；用于建筑服务（评估）的Revit MEP、Magi CAD、Revit Architecture、IES和Project Vasari；用于项目管理的 Synchro、Vico、BIM Measure；用于设施管理的 Bentley、Artr A；用于可持续分析的Green building Studio、Design Builder。此类 BIM 软件是分析绿色建筑的能耗、环境和性能等方面的重要工具。Lu[3]等人的研究表明，BIM 应用可以为绿色建筑评价带来许多优势，比如估算绿色建筑评价的分数，管理申请文件和提高绿色建筑评价的处理效率等。

Wong[4]等人通过文献分析法，提出现有 BIM 的 3 个不足。① 在建筑维修、改造和拆除阶段，对环境绩效管理的研究力度有限。② 缺乏基于 BIM 的全寿命周期的环境可持续性综合仿真工具。③ 绿色 BIM 工具对当前云计算技术和“大数据”管理考虑不足。由此，提出了 5 个解决办法：①在 BIM 可持续性分析中引入“减少、重用和循环利用”的概念。② 将 BIM 系统与设施运行维护手册相结合，在建筑使用阶段进行更全面的低碳管理。③ 为绿色建筑认证开发更实用的 BIM 工具。④ 提高绿色 BIM 工具的兼容性和用户友好性。⑤ 研究者和实践者就如何开发绿色 BIM 技术，实现从整个建筑生命周期中减少碳或温室气体的目标，进行更加严谨和协作的研究。

由于传统绿色建筑评价体系与设计方法存在一定的片面性及单一性，难以适应和满足绿色建筑建设单位对设计周期要求越来越短的市场现实需求，而 BIM 技术因信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性的特点，正好解决绿色建筑设计和评价计算中出现的问题[5]。

2 中美绿色建筑评价指标体系的研究

2.1 美国 LEED V 4 认证体系

美国 LEED V 4 认证体系包括了 5个标准。① 建筑设计与施工（BD+C）标准，时间上对应绿色建筑全寿命期的设计建造阶段，合并了原有的新建建筑、核心和外壳、医疗保健、学校、零售 5 个标准中该阶段的内容。② 建筑运营与维护（O+M）标准，时间上对应绿色建筑全寿命期的运营阶段，合并了原有的既有建筑、医疗保健、学校、零售 4 个标准中运营阶段的内容。③ 室内设计与施工（ID+C）标准，时间上对应绿色建筑全寿命周期中的室内装修阶段，该标准主要面向一些有较高室内设计要求的建筑类型，合并了原有的医疗保健、零售、商业室内 3 个标准中室内装修阶段的内容。④ 社区开发（ND）标准，针对社区或城区尺度。⑤ 住宅（HOMES）标准，对应居住建筑类型。ND 和 HOMES 在LEED 标准体系中基于评价对象的独特性而单独列出。

2.2 中国国标 GB/T 50378—2014

我国对绿色建筑定义为：在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、舒适和高效的使用空间，与自然和谐共生。GB/T 50378—2014 于 2015 年 1 月正式实施（以下简称《绿标》），共有 8个指标大类，分别是：节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、运营管理、施工管理和提高与创新[6]。其中，施工管理、运营管理这 2 大类只用于运行评价。

相比 2006 年《绿标》，2014 年《绿标》更加完善。如：约束条件的运用更加灵活；重视定量评价；单体多功能综合建筑的难题有所解决；数据的监测与记录更为重视[7]。

2.3 中美两国标准比较

虽调查，横向比较国内外绿色建筑评价标准的方法在我国标准研究中比较普遍。以我国《绿标》与美国 LEED V 4 认证体系为中心点，从组织机构、运行模式、评估内容和申报方式、城区尺度制定、结构体系、评价方式、评价结果等方面进行对比分析，探讨了我国绿色建筑认证体系现阶段存在的问题。

（1）组织机构。两个评价体系均设有一个决策管理部门，分设各机构配合决策管理部门的工作，开发和制定评估体系。但从人员和结构上来看，LEED V 4 评价体系更加完善。

（2）运行模式。美国 LEED V 4 认证体系是受市场驱动自下而上的自由灵活的运行模式，而我国标准是由政府主导，受政策驱动，灵活性较小。

（3）评估内容。LEED V 4 认证体系与《绿标》在评价指标权重和分项设置等方面有所不同。比如在评价一栋教学楼和一栋商业建筑时，LEED V 4 使用的是两套标准（学校、商业），这两套标准的指标权重、分项设置等都不相同；而《绿标》则使用的是同一套标准，指标权重都一样（公共建筑指标权重）[8]。另外，节地指标体系中，从土地利用、室外环境、交通设施与公共服务、场地设计与场地生态 4 个方面比较分析，从表 1 可以看出两个评估体系的侧重点不同[9]。

表 1 《绿标》与 LEED 节地指标比较

（4）申报方式。《绿标》和 LEED V 4 认证体系在认证过程中都考虑了建筑全生命周期的过程控制。LEED V 4 支持网上申报，所有步骤均可由 LEED-Online 网络平台完成，过程紧凑简洁；而《绿标》的评估支撑技术体系尚不完善，仅支持书面申报材料，过程烦琐、效率不高[10]。

（5）城区尺度制定。LEED V 4 认证体系的社区发展（Neighborhood Development）标准面向城区尺度制定，而我国标准中还缺乏对社区或城区尺度的覆盖[11]。

（6）结构体系。《绿标》的评估对象分为居住建筑和公共建筑两大类，比较单一。美国 LEED V 4 认证体系则针对不同类型、不同用途的建筑而制定有独立评估系统的评价标准。

（7）评价方式。《绿标》有设计评价和运行评价两部分，可分别申请设计星级认证和运行星级认证；而美国LEED V 4 认证体系评价标准是从项目设计到项目运营的全过程进行跟踪评价，全部审查通过才得到认证[12]。

（8）评价结果。LEED V 4 版有 4 个认证等级，分别为：认证级 40～49 分，银级 50～59 分，金级 60～79 分，铂金级 80 分以上；《绿标》则分为 50～59 分为一星级，60～79 分为二星级，80 分以上为三星级[13]。

3 基于 BIM 技术的 LEED 指标评价研究

在 BIM、绿色建筑及绿色建筑评价方面还存在着绿色建筑应用不全面、BIM 应用还不够成熟和基于 BIM 的绿色建筑评价研究较少等 3 个问题。由于当前市场缺少能够集成 BIM特性的建筑性能分析软件，LEED 评价指标难以与基于 BIM技术的绿色建筑评价一一对应，从而有学者提出建立一个BIM—LEED 概念框架体系。

王吾愚[14]和曹杨等[15]的研究结果表明，LEED 指标评价所需的数据资料可以通过 BIM 工具直接或间接的方式获取，检验了将 BIM 技术应用于 LEED 指标评价中的实际效果。

哈维·伯恩斯坦[16]等人调研了当前绿色 BIM 从业者对BIM 模型相对于 LEED 评分系统中的评价：42% 的受访者认为该技术具有中高级的实用性。对于建筑设计和工程咨询公司来说，BIM 技术应用得更多，因为可以更好地帮助他们实现可持续发展的目标。

尤娜·张等人[17]为减少建筑能耗及实现数字化工厂和满足 LEED 认证，利用 BIM 技术，通过评估各种节能措施且根据 DOE－2 软件仿真模拟结果，比较原有设计和新设计在节约能源消耗上说明新设计确实更节能。

Ryu[18]在 A-Tower 能源仿真案例中，采用基于 BIM 的LEED 能源模拟过程对A-Tower 进行了能量性能测试。利用BIM 软件，在建筑的几何建模过程中，输入有关建筑物的信息，较易发现和修复错误，节省了大量的时间，但过程中也有局限性。

同样，姜韶华[19]利用一种基于本体与 BIM 的绿色建筑智能评价系统，将绿色建筑的相关信息集成到 BIM 模型中，实现了对标准知识的结构化表示、共享及重用。相较于传统的认证方式，可以弥补评价人员经验不足、精力有限的缺陷，提高工作效率，节约资源，进一步降低绿色建筑评价的技术门槛，加快绿色建筑的推广普及。

4 基于 BIM 技术的《绿色建筑评价标准》研究

现代 BIM 技术具有较高科学性和较强的信息整合性。张智健[5]等人利用建筑分析软件 Ecotect Analysis 对四川省绵阳地区某住宅的保温性能、建筑采光等特性进行模拟分析，对建筑内外环境提出了详细改进措施，提高了建筑的节能率。

魏立峰[20]和孙陈俊妍[21]从《标准》的 7 大指标（节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、施工管理、运营管理）角度来探讨 BIM 技术在绿色建筑中的应用。每一个指标在 BIM 技术的应用中均得以或多或少的避免错误且得到改善，并贯穿绿色建筑的全寿命周期，实现 BIM 技术在绿色建筑节能设计应用中的价值，根据《绿标》评分权重，提高了绿色建筑评价分值。

从《绿标》发展考虑地域性绿标问题，运用 BIM 技术，使建筑工程集成管理，减少进程差误，提高效率，更好的建造绿色建筑，得到高星级。蔡坤妤等[22]在对地域性绿色建筑设计初期的案例研究里结合了 BIM 技术，运用Autodesk Vasari 软件建立基地原始场景信息模型，对地形地貌、区位环境、风环境、太阳辐射等因素进行分析。

崔芳芳等人[23]也运用 BIM 技术系统分析《绿标》及特定地域的地域特征，由不同程度的关联，建立地域性绿色建筑设计观念模型。在设计早期充分考虑地域性中的气候特征，提高设计质量的同时保证了设计效率，进一步推动地域性绿色建筑的发展，也为绿色建筑理念的推广提供了有利条件。

5 结 语

综上所述，绿色建筑的概念已经渗透到了土木工程的各个方面，同时也提出了更高的规范化、标准化和信息化的要求，其中 BIM 技术的应用为绿色建筑全生命周期评价提供了适合的平台。本文通过文献总结，对中美两国最常用的认证标准进行了对比，发现美国的绿色建筑评价体系发展较我国更加完善，设计指标更加具有适应性和前瞻性。但是考虑到国情的差异，研究符合我国国情的绿色建筑技术、产品和工艺十分具有可行性。未来利用 BIM 技术实现绿色建筑全生命周期评价并根据实际情况修正相应的评价指标，对实现动态绿色建筑评价更具有现实意义。