林佳瑞，張建平

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面向我國綠色建筑評價的IFC適用性分析

林佳瑞，張建平

(清華大學(xué)土木工程系，北京 100084)

綠色建筑評價涉及異構(gòu)、分散的多專業(yè)信息，當(dāng)前尚無面向我國綠色建筑評價的BIM軟件，也未形成支持我國綠色建筑評價的信息模型。因此，通過分析我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)，提取了支持我國綠色建筑評價的有關(guān)信息需求，并分析了開放BIM標(biāo)準(zhǔn)IFC對我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)各信息需求的描述和支持能力，對建立和完善面向我國綠色建筑評價的信息模型、編制相關(guān)信息交付標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)綠色建筑評價BIM軟件工具具有借鑒指導(dǎo)意義。

綠色建筑評價；建筑信息模型；工業(yè)基礎(chǔ)類；適用性分析；信息需求

為應(yīng)對資源日益緊缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重、人與自然矛盾愈加突出的問題，世界各國先后興起對綠色建筑的研究，相繼建立了適應(yīng)自身特點的綠色建筑評估體系[1-3]。在深入分析國內(nèi)外綠色建筑評估體系基礎(chǔ)上，我國先后完成了《綠色奧運(yùn)建筑實施指南》[4]、《綠色奧運(yùn)建筑評估體系研究》[5]等成果，并促成了2006年我國《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378-2006》[6](簡稱國標(biāo)06版) 第一版的頒布。國標(biāo)06版的頒布標(biāo)志著我國綠色建筑評價有了相應(yīng)的依據(jù)，通過一系列綠色建筑標(biāo)識建筑的評定樹立了綠色建筑項目示范，引導(dǎo)了我國綠色建筑的發(fā)展[7-8]。經(jīng)過一個時期的推廣及應(yīng)用，國標(biāo)06版暴露出指標(biāo)代表性不強(qiáng)[7]、評價體系擴(kuò)展困難[8]、量化效果差以及標(biāo)準(zhǔn)體系不完善等[9]問題?？紤]上述問題，以及全生命期管理、裝配式建筑及BIM等新的理念及技術(shù)的發(fā)展，我國于2014年發(fā)布了修訂后的《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378-2014》[10](簡稱國標(biāo)14版)。

由于綠色建筑及綠色住宅評價涉及面廣、周期長、參與方多，其有關(guān)研究均局限于某一方面，相應(yīng)的軟件工具也大多集中于設(shè)計階段，僅僅支持某幾個方面的綠色建筑評價軟件，且以國外如Autodesk Ecotect、IES等為主，對我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)的支持并不好。鑒于國標(biāo)14版發(fā)布不久，且在評估方法、所需數(shù)據(jù)支持等方面存在較大變化，有關(guān)綠色建筑評估的軟件或工具均需進(jìn)行更新與完善。此外，針對國標(biāo)14版強(qiáng)調(diào)全生命期設(shè)計、施工、運(yùn)營等不同階段綜合評價的特點，需建立能夠支撐綠色建筑全生命期評價的信息模型，以服務(wù)各階段評價和分析工具，實現(xiàn)各階段性能分析模型的共享和集成。

首先，通過深入梳理和分析國標(biāo)14版條文及說明，本文提取了標(biāo)準(zhǔn)各條文涉及的數(shù)據(jù)和信息需求，并將其按照類別進(jìn)行歸類；然后，通過建立IFC (industrial foundation classes)標(biāo)準(zhǔn)各實體及屬性與國標(biāo)14版涉及信息需求的對應(yīng)關(guān)系，研究統(tǒng)計和分析了IFC標(biāo)準(zhǔn)對我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)所需信息的描述能力和覆蓋范圍，為建立和完善面向我國綠色建筑評價的信息模型，編制相應(yīng)信息交付標(biāo)準(zhǔn)指南，研發(fā)綠色建筑評價BIM軟工具提供了有益的支撐和指導(dǎo)。

1 綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)信息需求提取

1.1 標(biāo)準(zhǔn)簡介

《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378-2014》是在國標(biāo)06版基礎(chǔ)上，經(jīng)過前期調(diào)研、標(biāo)準(zhǔn)修訂、項目試評等工作，歷時三年多形成的綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)共有11章，除總則、術(shù)語與基本規(guī)定外，覆蓋了室內(nèi)外環(huán)境、節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材與施工管理、運(yùn)營管理等各個方面，還就有關(guān)技術(shù)及管理措施方面的提高規(guī)定了加分依據(jù)[11]。其中，第3章基本規(guī)定首先提出了對評價對象、評價階段、申請方、評價機(jī)構(gòu)的要求，并就評價指標(biāo)體系進(jìn)行了規(guī)定，包括控制項、評分項和加分項評價，得分計算，等級確定等內(nèi)容；第4~10章條文均分為控制項和評分項兩節(jié)，評分項下又以羅馬數(shù)字進(jìn)行了分組 (圖1)。

圖1 《綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)》評價指標(biāo)體系[11]

國標(biāo)14版有以下幾點主要變化[11-13]：

(1) 適用范圍。從住宅、辦公、商場和旅館建筑擴(kuò)展至民用建筑各主要類型，并增加了適用于產(chǎn)業(yè)化住宅有關(guān)的條文；

(2) 評價階段。國標(biāo)14版對評價階段做了明確的劃分，分為規(guī)劃設(shè)計或施工階段，運(yùn)行使用階段，以與相應(yīng)的建筑標(biāo)識管理相協(xié)調(diào)配合；

(3) 評價定級方法。采用量化評價手段，參照國際通行做法，通過引入權(quán)重、計算加權(quán)得分進(jìn)行評分；

(4) 評價指標(biāo)體系。重新組織調(diào)整評價指標(biāo)，增加施工管理有關(guān)內(nèi)容，以更好的覆蓋建筑全生命期；

(5) 設(shè)置加分項。增加加分項，鼓勵利用節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境等技術(shù)、管理的新手段、新方法；

(6) 強(qiáng)化多功能綜合建筑評價能力。

1.2 信息需求提取方法

為充分了解和掌握我國綠色建筑評價過程中所需的有關(guān)數(shù)據(jù)，對國標(biāo)14版各條目做了深入分析，梳理形成面向我國綠色建筑評價的信息需求，為分析IFC對各信息需求的支持和描述能力奠定了基礎(chǔ)。

鑒于標(biāo)準(zhǔn)條文形式及內(nèi)容各不相同，且涉及大量專業(yè)知識，難以實現(xiàn)分析過程的自動化，因此采用了人工逐條分析處理的方法。

以國標(biāo)14版第4章第2節(jié)第1條節(jié)約集約利用土地為例，對居住建筑采用人均居住用地指標(biāo)進(jìn)行評價，并根據(jù)不同層數(shù)設(shè)置了不同的得分方式；而對公共建筑則按照容積率進(jìn)行評價。顯而易見，居住建筑需要考慮建筑層數(shù)、人均居住用地2個指標(biāo)，而公共建筑需要考慮容積率指標(biāo)。鑒于人均居住用地可由建筑使用人數(shù)和用地面積計算所得，且容積率可由建筑面積和用地面積計算得出，因此人均居住用地和容積率可由使用人數(shù)、用地面積和建筑面積得出。同時，由于該條根據(jù)建筑類型是居住建筑還是公共建筑分別評價，因此也需考慮建筑類型信息。最終，得出條所需要的基本數(shù)據(jù)，包括建筑類型、使用人數(shù)、用地面積、建筑面積、層數(shù)等數(shù)據(jù) (圖2)。

根據(jù)類似方法，提取和分析了第4~10章評分項及11章有關(guān)內(nèi)容的數(shù)據(jù)需求情況，并采用如下方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行了合并和分類：

(1) 用地、綠地、水體等有關(guān)數(shù)據(jù)需求統(tǒng)一歸為場地有關(guān)數(shù)據(jù)；

(2) 建筑形體、位置、布局等均歸為建筑有關(guān)數(shù)據(jù)；

(3) 分區(qū)、房間、熱區(qū)劃分及其帶有聲、熱、光、電的屬性統(tǒng)一劃分為空間數(shù)據(jù)；

(4) 門、窗、隔斷、幕墻等建筑構(gòu)件統(tǒng)一劃分為構(gòu)件數(shù)據(jù)，其中外墻、外窗等又同時劃分為圍護(hù)結(jié)構(gòu)；

(5) 施工模板、材料及其耐久性、抗腐蝕等信息劃分為建筑材料數(shù)據(jù)；

(6) 供暖、空調(diào)、通風(fēng)等系統(tǒng)及其組成設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一歸到供暖空調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

(7) 電扶梯、用電設(shè)備等劃分為強(qiáng)弱電系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

(8) 給排水、雨污水排放設(shè)施等歸為水系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

(9) 運(yùn)營階段的建筑自動化系統(tǒng)、監(jiān)測設(shè)備等統(tǒng)一歸為智能化系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

(10) 對各運(yùn)營方和其他參與方的認(rèn)證、資格數(shù)據(jù)歸為組織數(shù)據(jù)；

(11) 周邊配套設(shè)施、公共交通服務(wù)等歸為周邊數(shù)據(jù)；

(12) 有關(guān)降噪、節(jié)水、節(jié)能措施等歸為措施數(shù)據(jù)；

(13) 施工日志、竣工文件等歸為文檔數(shù)據(jù)；

(14) 其他標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)，如噪聲標(biāo)準(zhǔn)限值、節(jié)水用水定額等，統(tǒng)一視為參照約束數(shù)據(jù)。

圖2 我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)需求提取示例

經(jīng)統(tǒng)計分析，共得到有關(guān)數(shù)據(jù)需求298條，考慮各章節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)需求重復(fù)后共計225條 (表1)。

可見各主要章節(jié)評分項的數(shù)據(jù)需求數(shù)量均達(dá)30條或以上，而涉及管理部分的數(shù)據(jù)需求相對較少，這是因為管理過程中涉及較多文檔類數(shù)據(jù)，被統(tǒng)一為一條數(shù)據(jù)需求。相應(yīng)地，也可看出各數(shù)據(jù)需求的類別分布情況，各類別按數(shù)據(jù)多到少為空間劃分、水系統(tǒng)、供暖空調(diào)系統(tǒng)、場地、建筑材料、維護(hù)結(jié)構(gòu)等，這也與綠色性能分析過程關(guān)注空間區(qū)域劃分、各水暖電系統(tǒng)表現(xiàn)、場地使用和建筑材料使用密切相關(guān)。

表1 我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)涉及的有關(guān)數(shù)據(jù)類別統(tǒng)計

(注：*為去除重復(fù)數(shù)據(jù)需求后的總數(shù))

2 綠色建筑評價相關(guān)IFC實體提取

通過逐一分析IFC4標(biāo)準(zhǔn)各相關(guān)實體信息表達(dá)的內(nèi)容，與上述提取的綠色建筑評價信息需求進(jìn)行對比，提取綠色建筑評價涉及的IFC實體，經(jīng)統(tǒng)計共得到52個主要IFC實體類型。綜合考慮IFC定義方式及國標(biāo)14版數(shù)據(jù)分類的方式，對該52個IFC實體類型進(jìn)行分組，可得圖3。由于IFC標(biāo)準(zhǔn)中將水、供暖、通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)等統(tǒng)一視為IfcDistributionSystem，因此各系統(tǒng)之間共用較多IFC實體定義；而IFC標(biāo)準(zhǔn)中并不區(qū)分建筑構(gòu)件和維護(hù)結(jié)構(gòu)，因此二者之間也共用較多IFC實體。此外，也可看出IFC標(biāo)準(zhǔn)對傳感設(shè)備、監(jiān)測記錄的定義也做了高度抽象，均采用單一的IFC實體描述不同系統(tǒng)、階段的傳感設(shè)備及監(jiān)測記錄。類似的，IFC標(biāo)準(zhǔn)對有關(guān)參照約束數(shù)據(jù)的定義也統(tǒng)一采用IfcMetric (對復(fù)雜參照約束數(shù)據(jù)還需采用IfcObjective) 表達(dá)。

圖3 綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型與有關(guān)IFC實體的相互關(guān)系

3 IFC標(biāo)準(zhǔn)適用性分析

以上述對應(yīng)關(guān)系為基礎(chǔ)，逐個分析各IFC視圖對上述數(shù)據(jù)需求的描述方式和支持能力。IFC對上述數(shù)據(jù)需求的支持能力分為6個級別：

(1) 級別5：可精確描述該數(shù)據(jù)，既有精確對應(yīng)的IFC實體，也有相應(yīng)的屬性集；如對外窗信息的描述，IFC標(biāo)準(zhǔn)中既有對應(yīng)的IFC實體IfcWindow，也有一系列的屬性集，如Pset_WindowCommon等。

(2) 級別4：可較為精確地描述該數(shù)據(jù)，即僅有精確對應(yīng)的IFC實體或?qū)傩约?；如有關(guān)綠地、水體等數(shù)據(jù)的描述，IFC標(biāo)準(zhǔn)中可采用IfcGeographic Element進(jìn)行描述。

(3) 級別3：數(shù)據(jù)的描述能力適中，即無精確對應(yīng)的IFC實體和屬性集，可依托抽象層級更高的IFC實體或自行添加屬性集進(jìn)行描述；如智能化系統(tǒng)的配置或?qū)傩?，按照IFC的框架，其應(yīng)是Ifc DistributionSystem的一部分，但I(xiàn)FC標(biāo)準(zhǔn)中并不存在直接對應(yīng)的實體定義，只能基于IfcDistribution System進(jìn)行描述。

(4) 級別2：數(shù)據(jù)描述能力一般，即屬性集僅能描述該數(shù)據(jù)部分內(nèi)容且量化難度較低；如對風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)的描述，IFC標(biāo)準(zhǔn)中的屬性集Pset_Outside DesignCriteria中定義了典型風(fēng)向和風(fēng)速，但并未區(qū)分夏季和冬季，因此僅能部分滿足國標(biāo)14版的要求，需要通過屬性集擴(kuò)展來完全描述相應(yīng)信息。

(5) 級別1：數(shù)據(jù)描述能力較差，即可采用其他不對應(yīng)的IFC實體進(jìn)行描述且數(shù)據(jù)量化難度較高；如施工日志、化學(xué)藥品使用記錄等，因不同數(shù)據(jù)的量化或規(guī)范化方法各不相同，且IFC中并無對應(yīng)實體定義，只能采用IfcDocumentInformation進(jìn)行描述。

(6) 級別0：不宜描述該數(shù)據(jù)，即不應(yīng)采用IFC實體描述或該數(shù)據(jù)難度極高；如對建筑周邊公交站點分布、配套設(shè)施信息等數(shù)據(jù)，IFC標(biāo)準(zhǔn)中并沒有相應(yīng)的實體定義，且該部分?jǐn)?shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)中存儲更加合適，因此將其支持能力定為級別0。

由圖4可知，IFC已基本覆蓋了我國綠色建筑評價所需要的數(shù)據(jù)，且對國標(biāo)14版大多數(shù)章節(jié)有關(guān)數(shù)據(jù)的描述和支持能力已達(dá)到中上水平 (即支持能力分級為5、4、3的數(shù)據(jù)量占大多數(shù))。同時，可以看出其對國標(biāo)14版節(jié)水與水資源利用、施工管理、運(yùn)營管理等章節(jié)的支持較其他章節(jié)偏弱一些。其原因是施工管理及運(yùn)營管理章節(jié)涉及較多管理措施、管理文檔等數(shù)據(jù)，IFC對此類數(shù)據(jù)的描述均以文檔為主，因此對文檔數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)的深入描述能力和數(shù)據(jù)量化能力較差。

此外，由圖5可進(jìn)一步看出，IFC標(biāo)準(zhǔn)對國標(biāo)14版涉及的場地、建筑、空間 (包括劃分及功能)、構(gòu)件、維護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑材料等數(shù)據(jù)的描述和支持能力已經(jīng)非常好 (其數(shù)據(jù)支持能力級別均為4或5)；而IFC標(biāo)準(zhǔn)對供暖空調(diào)系統(tǒng)、強(qiáng)弱電系統(tǒng)、水系統(tǒng)等的支持適中，在有關(guān)數(shù)據(jù)的細(xì)化描述和支持上尚待加強(qiáng)。

圖4 IFC對我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)各章節(jié)數(shù)據(jù)的支持能力

圖5 IFC對我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)各類別數(shù)據(jù)的支持能力

4 結(jié) 論

通過逐條分析我國最新綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)，提取了支持我國綠色建筑評價的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息需求，并將其分為建筑、場地、空間、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等14大類；同時，研究梳理了我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)涉及的主要IFC實體對象，并分析了IFC有關(guān)信息組織方式與我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)的不同之處。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了IFC對上述各數(shù)據(jù)和信息需求的描述、支持能力，并按照對有關(guān)信息的精確描述程度進(jìn)行了分級別分析。相應(yīng)統(tǒng)計分析表明，IFC對我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)數(shù)據(jù)需求描述能力較好，但在水資源利用、施工及運(yùn)營管理方面尚需進(jìn)一步完善和擴(kuò)展。

有關(guān)研究梳理、總結(jié)了我國綠色建筑評價涉及的有關(guān)信息需求，并分析了IFC對我國綠色建筑評價有關(guān)數(shù)據(jù)需求的支持和適應(yīng)能力。研究成果為基于IFC建立面向我國綠色建筑評價的信息模型和交付指南奠定了基礎(chǔ)，也為擴(kuò)展IFC標(biāo)準(zhǔn)，以全面支持我國綠色建筑評價相關(guān)信息提供了必要的支持信息，具有重要研究應(yīng)用價值。

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Towards the Applicability of IFC for Green Building Evaluation in China

LIN Jiarui, ZHANG Jianping

(Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Various data fragmented in different data formats are involved in green building evaluation. Nowadays, building information modeling (BIM) emerges as a new way to integrate all these data into a single repository to improve efficiency and facilitate the adoption of green building. However, due to lack of both BIM software and information model supporting green building evaluation in China, it is difficult to evaluate lifecycle performance of a green building in China. Thus, by analyzing China’s green building evaluation standard, information requirements for green building evaluation were extracted. Then, applicability of industrial foundation classes (IFC) to describe and support China’s green building evaluation standard was assessed. Results of this research can be of great value in the establishment and development of the information model specialized for China’s green building evaluation, and it will also assist the formation of the information delivery standard and the study of BIM tools for green building evaluation.

green building evaluation; building information modeling; industry foundation classes; capacity analysis; exchange requirement

TP 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2018040765

A

2095-302X(2018)04-0765-06

2017-11-10；

2017-12-10

國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFC0704200)；第60批中國博士后科學(xué)基金項目(2016M601038)；中國科協(xié)“青年人才托舉工程”項目(YESS20160122)

林佳瑞(1987-)，男，山東東平人，博士后，博士。主要研究方向為建設(shè)領(lǐng)域信息化。E-mail：jiarui_lin@foxmail.com

張建平(1953-)，女，湖北武漢人，教授，博士，博士生導(dǎo)師。主要研究方向為建設(shè)領(lǐng)域信息化。E-mail：zhangjp@tsinghua.edu.cn