绿色BIM如何助力绿色设计和建造

哈维·伯恩斯坦 斯蒂芬·琼斯 米歇尔·罗素

(麦克劳-希尔建筑公司，纽约，美国 10020)

绿色BIM如何助力绿色设计和建造

哈维·伯恩斯坦 斯蒂芬·琼斯 米歇尔·罗素

(麦克劳-希尔建筑公司，纽约，美国 10020)

近年来，绿色建筑及绿色BIM已经成为建筑业界流行的趋势。BIM用户期待着能在更高水平上应用BIM工具，以实现绿色建筑各种可持续发展的目标。基于此，麦格劳-希尔建筑公司对全美国483家建筑设计和施工企业对绿色BIM应用现状和未来趋势进行了相关的调研，并于2010年发表了此调研报告。该报告探讨了美国建筑公司在绿色项目中如何使用BIM技术以及如何籍此提高项目成果，检视了绿色BIM应用背后的驱动力以及公司采用绿色BIM相关工具的情况，以及对这些BIM工具的满意度。报告还对比绿色BIM公司和非绿色BIM公司之间的差异，并研究了非绿色BIM公司是怎样预计在他们在未来使用绿色BIM的情况，以及什么工具对他们来实现可持续发展目标是最有用处的。总之，该报告提供了一个视角来观察绿色建筑市场的不断增长是怎样如何推动绿色BIM成为在建筑行业中的一支重要力量。

绿色建筑；绿色BIM； 可持续发展设计；LEED

1 绿色BIM的崛起

BIM技术具备通过建筑能耗模拟和预制建筑构件等功能，提供具有高度可持续发展性的设计方案的能力。因此绿色建筑及绿色BIM近年来已经成为建筑业界流行的趋势。所有的BIM用户都期待能在更高水平上应用BIM工具，以实现绿色建筑各种可持续发展的目标。基于此，麦格劳-希尔建筑公司对全美国483家建筑设计和施工企业进行绿色BIM应用现状和未来趋势进行了相关的调研(图1所示)，相关调研结果将会在下面进行详细阐述。

1.1 绿色BIM是一种新兴趋势

工业界目前广泛的共识是他们才刚刚开始发掘BIM的潜力去实现绿色建筑的目标。事实上绿色BIM从业者相信他们可以实现的要远比他们目前所做的要多，只有17%的绿色BIM从业者认为自己实现超过50% 的BIM 的绿色潜力 (如图2所示)。业内人士看也到了BIM拥有巨大的潜力来实现建筑绿色可持续发展的目标，而随着绿色工程项目数量的持续增长，也必将推动BIM在行业中应用的增长，并最终提高设计和施工行业的绿色生产力。

1.2 绿色BIM在未来将会迎来强劲增长

工业界已经觉察到使用BIM技术对绿色项目是颇具价值的，但到目前为止，绿色BIM在市场上的渗透率还是十分有限。根据调研报告，绿色BIM的使用有望迎来大幅的增长。如图3所示，78%的目前还没有使用绿色BIM的公司，预计会在三年之内进入到市场中，而其中近17%的公司相信它们会在未来12个月使用绿色BIM工具。

1.3 建筑能耗性能模拟的需求将会迎来强劲增长

图1 绿色BIM调研公司按地域分布图(美国)

图2 BIM实现绿色目标的潜力(根据绿色BIM从业者反馈)

从图4可以看出，和现在的73%的比例相比，95%的绿色BIM公司将会在两年内进行建筑能耗方面的模拟，而非绿色BIM公司在两年内将会从目前的21%急剧增长到79%。这种快速增长反映了建筑节能重要性的日益提高以及BIM工具实现此类功能能力的增长。根据调研报告，非绿色BIM公司希望在未来两年内进行能耗模拟的主要领域是：

1)整个建筑的能源使用：80%的非绿色BIM公司；

2)照明和采光：69%的非绿色BIM公司；

3)能源规则的遵守：65%的非绿色BIM公司。

1.4 绿色BIM的现状及发展趋势

美国建筑行业在过去十年中已经见证了正在从根本上改变建筑设计和施工方式的两大趋势：绿色建筑和BIM的崛起。目前来说，绿色建筑运动已经从一小群从业人员的狂热成长为行业内的主流力量，背后的驱动力源于全球气候变化，能源的高度依赖，以及业者在经济利益驱动下提高效率和管控成本采取的绿色策略等。而这些又同时受到了来自美国地方、州和联邦各级政府授权的绿色建筑立法的鼓舞和激励。相对于绿色建筑，BIM在建筑业界还没有得到大规模的应用，但是也对设计和施工产生了根本性的影响。为了充分实现BIM的价值，许多公司通过在设计的初期阶段应用BIM技术来吸收各相关方的信息及更多的异地预制建筑构件的方法，来改变他们原有的工作方法和流程。正如，麦格劳-希尔建筑公司在2009年的BIM商业价值报告中所指出的，随着其价值得到用户的肯定，BIM在过去几年中的应用得到了显著的增长。

图3 绿色BIM市场渗透预期时间(根据非绿色BIM公司反馈)

图4 绿色BIM在建筑能耗仿真中应用的现状及未来的趋势

尽管这两个趋势是相互独立发展的，但是很多走在趋势前沿的从业者发现，绿色设计和BIM具有显著的协同效应。绿色设计通过全面考察所有的可行设计和施工方法来找出适合项目的最佳解决方案，是一体化设计流程的最佳体现，而BIM技术基于其能力可以促进绿色设计一体化的进程。此外，绿色设计和施工的实现也主要取决如何提高建筑性能。许多BIM的工具，相对于传统设计工具而言，通过对建筑能源利用的建模和采光的研究，可以更好第提供有关设计变更如何影响建筑性能的信息。BIM模型还可以向建筑预制件生产厂商提供更多的信息，从而允许更多的异地预制建筑或设备构件，从而消除施工中的浪费及使施工过程过程变得更环保和更快捷。

1.5 将来应用BIM在绿色建筑工程的触发器

36%的受访者预计来自客户的需求是他们在未来应用绿色BIM的关键驱动力。28%的受访者认为，市场进一步的细化也会鼓励他们未来绿色BIM使用的增长。建筑承包商中目前有超过55%是非绿色BIM用户，这一比例几乎超过建筑设或工程咨询公司的1倍左右。具体调研结果如图5所示。

图5 不用类型公司绿色工作的比例

1.6 来自业主参与的驱动力

调研结果反映了提高业主关于BIM在一般或特别是可持续发展的项目所带来的好处方面认知是非常重要的。虽然目前总体上来说业主在BIM中的参与还是有限的，但是随着BIM工具的发展，业主可以通过BIM技术实现对建筑性能的模拟，进而提高业主使用BIM的兴趣。来自于2009年LEED 关于建筑性能的要求，以及纽约市和华盛顿特区建筑节能方面的相关立法，将会继续提高业主在BIM技术方面的兴趣，并帮助他们以此来衡量和提高建筑性能。再加上未来能源立法中有关碳排放量的强制规定，这些都将会成为业主未来应用绿色BIM的重要驱动力。另外，鼓励业主利用BIM的另外一个关键因素是BIM技术与现有的建筑设备管理软件系统的更好地整合，将使业主在不需要掌握BIM工具的前提下，充分挖掘BIM模型中嵌入深层次的建筑信息。关于绿色BIM的驱动力调研结果，见图6。

图6 绿色BIM背后的驱动力(来自非绿色BIM公司)

在绿色建筑的转移过程中，有几个关键的影响因素，其中最为关键的是来自业主的驱动力。在私有公司方面，越来越多的大公司进入到绿色建筑的项目中。根据麦格劳-希尔建筑公司报告，在2009年，超过五分之一的美国最大型公司的企业领袖致力于他们的项目60%以上是绿色环保项目，预计到2012年，会有更多的企业家(42%)将会投入这一绿色浪潮中，而这些业主对市场的影响力有助于推动绿色建筑市场的进一步增长。公共事业业主方面更是致力于绿色建筑的推广，比如，美国总务管理局(General Service Agency)一直是一个有力的绿色建筑支持者，在最近的承诺中表示2030年它的所有新建筑都将达到净碳排放量为零的标准。各级州和郡县政府也对本地市场绿色建筑的推广发挥着不小的影响力，大力推动绿色建筑项目，也要求建筑的相关方在绿色建筑项目上面花费时间和预算。

2 绿色建筑市场考察

近年来，绿色建筑市场的不断扩大，给整个行业创造了机会。到2008年，这一比例已大幅增长到商业建筑的12%及住宅建筑8%。麦格劳-希尔建筑公司的分析师估计，尽管由于前一时期经济衰退，整体建筑市场的低迷和绿色建筑较高的成本，在2010年绿色建筑仍然达到了更大的市场份额。对节能和绿色建筑而言，装修市场也迎来了全行业的巨大机遇。据调研报告，在2009年，美国建筑市场中的装修项目占到61%， 而绿色建筑又可以占到其中的5%到9%。

图7 绿色项目中BIM的使用状况调研

2.1 绿色建筑项目中BIM使用类型调查(根据项目类型分类)

调查显示，几乎所有参与绿色建筑项目的企业都在新项目中应用了BIM技术， 这一比例达到这些公司中翻修项目的两倍。这一事实表明，BIM一般被看作是更适用于更大、更复杂的项目，而不是小规模的翻修项目。根据麦格劳-希尔建筑公司的项目数据库显示，在过去的20年中，较大规模的项目(超过50,000平方英尺的项目)虽然能取得相对较快的增长，但是它们更容易受到总体经济状态的影响，尤其是在经济衰退的环境中，相对于较小规模的项目而言。另外，当前的市场也日益重现建筑物的绿色改造和装修，通常情况下这些都是典型的小规模工程项目。因此，在目前的经济状况，不久的将来，在BIM已经普遍应用的前提下，BIM项目的增长将取决于BIM是否能被更广泛地应用与较小规模的翻修项目。调研发现，建筑设计和工程咨询公司比建筑施工承包商在色建筑项目更深入的利用BIM技术。这一发现也证明了以前的观点，即设计公司相比施工承包商而言，更深入的应用BIM技术到它们的日常工作实践中。详细的调研结果，见图7所示。

2.2 绿色设计及施工实践

绿色BIM从业者最常见的工作是分析复杂建筑系统的设计及对能源使用状况。根据调研结果，其中排在前三名的设计活动是：建筑能耗、日光分析和暖通空调设计，这些都对建筑在碳排放、能源消耗和节约成本方面有重要的影响。另外，暖通空调设计也会影响建筑室内的空气质量，这也是另一个绿色建筑的关键考量。目前，BIM工具具有在强大的能力来执行这些分析任务。BIM在电气设计中的应用要滞后于建筑中的暖通空调设计，只有38%的受访者表示他们在电气设计中使用BIM技术。对建筑设计和工程咨询公司而言，最大比例的是在早期设计阶段评估和改进建筑整体性能，其中：能源性能为67%、照明分析为60%、暖通空调设计占52%。对建筑施工承包商来说，成本估算占最大的比例(约55%)，另外一项重要的绿色BIM的工作是暖通空调设计(53%)。29%的受访者报告说使用绿色BIM进行可再生能源的设计。据麦格劳-希尔建筑公司报告，只有35%的绿色BIM从业者在建筑中使用可再生能源。调研结果还表明，随着用户更多地参与绿色建筑项目和绿色BIM实践，现场可再生能源的BIM设计也会同样地增加。详细的绿色设计和施工实践调研结果见图8。

2.3 绿色BIM从业者实施BIM的驱动力

调研显示，来自业主的影响是建筑承包商在它们的项目中应用绿色BIM的最主要的驱动力。而对建筑设计和工程咨询公司来说，BIM如何帮助他们实现可持续发展的目标更加重要。事实上，建筑承包商实施BIM的56%驱动力源于业主的需求，而这个因素的影响只占设计公司驱动力的32%。这一发现其实对应于他们不同的工作角色，比如建筑设计和工程咨询公司，特别是建筑师，是使用BIM的先锋，影响着其他相关从业者，甚至也包括促使业主考虑使用BIM技术。这一发现也和业主影响对承包商在绿色建筑工程上的决定相一致，进一步证明了业主在鼓励市场对采用BIM技术方面的巨大潜在作用。详细的调研结果如图9所示。

图8 绿色BIM从业者的绿色设计及施工实践活动

2.4 非绿色BIM从业者采用绿色BIM的驱动力

非绿色BIM从业者的设计公司和建筑承包商都同意在绿色建筑项目中采用BIM的两个最重要的推动力是：业主的需求(85%)及时间和金钱的节省(76%)。这些因素对企业的底线和竞争力有直接的影响。另外一个重要的驱动力是来自设计公司方面的需求。作为早期的绿色BIM 使用者，建筑设计和工程咨询公司已经是并将继续是一个重要的驱动力。超过50%受访者承认这些公司在最初推广使用绿色BIM的重要作用。调研显示，建筑设计和工程咨询公司(68%)推崇工具的可用性是绿色BIM被采用的主要驱动力。调研结果还表明，建筑设计和工程咨询公司目前对BIM功能发展上的推动远远超过其他方面从业者。就建筑承包商而言，他们在推动建筑工地安全方面兴趣很高，几乎一半(46%)的受访者持此观点。尽管建筑承包商强调绿色施工比强调施工安全要少，但当他们开始介入绿色BIM项目以后，更多的公司会认为绿色施工也是很重要的。

图9 影响绿色BIM从业者实施绿色BIM的驱动力

2.5 在项目中不使用BIM的影响因素

超过半数还没有开展绿色BIM项目的公司(53%)报告说，他们目前没有必要介入绿色BIM的业务。这一结果受到多种因素的影响，包括缺乏直接客户的需求及其他们当前项目流水线中较少绿色BIM项目的比例。其它的影响因素详见图10，其中BIM工具的功能是对设计公司影响最大的因素，而业主需求和市场因素则是对建筑承包商影响最大的因素。

3 绿色BIM从业者分析

3.1 绿色建筑项目中BIM使用频率分析

总体上来说，绿色BIM从业者比非绿色BIM从业者在其项目中应用BIM的比例要高，如图11所示。调研结果也显示了绿色BIM实践者一般具有较高的BIM经验和技术成熟度。

图10 在项目中不使用BIM的影响因素

图11 绿色建筑项目中BIM使用频率

3.2 BIM应用的类型

绿色BIM从业者在应用BIM技术时也和非绿色BIM从业者有着不同类型的用途，如图12所示。但是，调研也显示，几乎所有的建筑设计及分析都可以应用BIM技术来解决，即使项目并不涉及到有关绿色建筑的部分。调研结果也同样显示了绿色BIM从业者有较高的BIM经验和技术成熟度及深度。

3.3 BIM技术的专业程度

调研显示，绿色BIM的从业者通常比那些没有在它们的绿色建筑项目中应用BIM的公司有较高的BIM技术水平，比如 48%的绿色BIM从业者认为自己BIM技术达到高级或专家级水平，而非绿色BIM从业者只有31%认为自己达到这一水平，详细调研结果见图13。

图12 BIM技术应用的类型

图13 不同公司的BIM技术专业程度

3.4 公司级别的绿色建筑项目比较

相对于非绿色BIM公司，绿色BIM公司通常有较大份额的绿色建筑项目。而随着绿色项目的深入，绿色BIM公司的绿色见解和方法也往往随之提高。因此，调研结果也显示了绿色BIM公司比非绿色BIM公司在应用BIM技术方面有更高的深度，如图14所示。

3.5 使用绿色BIM的时间

相对而言，绿色BIM还是一个新兴的趋势。新的使用者(少于两年经验)和中等程度的使用者(两年至五年的工作经验)处于大体相当的水平，分别为48%和42%，而有较早使用经验的公司(五年以上)仅占到10%的比例。按公司类型来说，建筑设计和工程咨询公司应用BIM技术较早，处于技术发展的前沿，但是建筑承包公司有更快速转向绿色BIM技术的趋势，调研结果详见图15。

图14 公司级别绿色建筑项目比较

图15 应用BIM技术的时间

4 建筑物性能和能耗BIM模拟分析

4.1 分析使用的频率

65%的绿色BIM从业者使用BIM模型进行建筑总体性能模拟，而建筑能耗模拟则更为普遍(73%)。但是尽管这样，大多数绿色BIM从业者仍然只在它们小部分的项目中实施绿色BIM，这显示了公司是有选择的实施绿色BIM技术，而不是大范围的应用在它们所有的项目中。其中一个潜在可能影响长期使用绿色BIM技术因素是关于能源效率方面的公共政策。美国能源部正在尝试着提供一个市场能够接受的商业和住宅项目的绿色零能耗解决方案。通过提高能源使用效率和现场可再生能源的使用，建筑可以尽可能的高效利用能源并减少碳排放。此外，相关的建筑能耗效率的激励机制还在持续寻求来自立法方面的支持。随着公众对建筑能耗的持续关注，绿色BIM的应用还会得到持续的提升，详细调研结果见图16。

图16 使用BIM进行建筑性能模拟的调研

4.2 建筑能源性能模拟应用类型

由于建筑能耗的复杂性，建筑性能模拟及相关模拟类型及应用频率显示如下：

·照明和采光分析：74%

·整个建筑的能源使用：72%

·能源遵守守则：70%

·产品资质的选择：64%

·可再生能源：63%

·自然通风分析：57%

调研显示，非绿色BIM公司只有不到20%进行上述能耗模拟分析，而最常见的是整个建筑的能源使用模拟，其次是照明和采光分析。

4.3 现有BIM工具的满意度

根据调研结果，有超过三分之一的绿色BIM从业者对现有的建筑性能模拟工具有非常高或较高的满意度，另有一半的公司持中等程度的满意度，而且持满意态度的公司是持不满意态度公司的两倍左右，这也显示了当前BIM能耗模拟工具符合了业界的期望值。详细调研结果如图17所示。

4.4 在建筑能源性能模拟中不使用BIM的原因

调研分析，也有很多因素使公司不愿在它们的能源性能模拟项目中使用BIM技术，这些因素同时也同样取决于公司的类型。对建筑设计和工程咨询公司而言，缺乏相关的分析工具或功能是它们不愿意采用BIM的主要原因 (占受访者的48%)。对建筑承包商而言，最主要的原因是它们觉得没有必要做能源分析(占受访公司的58%)。其次，良好易用的BIM工具的缺乏也是一个重要影响因素(占受访公司的26%)。另外，还有22%的受访者表示它们现有的能耗模拟工具足以满足要求，因而没有必要使用BIM技术。调研结果相见图18。

图17 BIM用户对模拟建筑能耗的BIM工具的满意度

图18 在建筑性能模拟中不使用BIM的原因

图19 BIM建筑能耗分析的现状和未来的趋势

图20 验证建筑绿色性能的重要性

4.5 BIM建筑能耗分析的现状和未来的趋势

在调研中，对建筑能耗模拟分析的现状和未来趋势也做了研究，详见图19。 根据绿色BIM公司的反馈，80%的公司将会在未来的两年内对它们超过四分之一的项目进行建筑能耗模拟，而现在仅有28%的公司达到这种程度。而根据非绿色BIM公司的反馈，低于20%的公司现在进行建筑能耗模拟分析，然而，在两年内，预计有超过50%的公司将进行能耗分析。因此，建筑能耗模拟预计在最近的两年内会有爆炸性的增长。

5 监测建筑性能：绿色运营和维护

5.1 验证建筑绿色性能的重要性

验证建筑性能是否符合绿色环保设计目标是目前在绿色建筑项目中最重要的挑战之一。64%绿色的BIM公司和59%非绿色BIM公司高度重视验证建筑性能是否达到设计阶段确定的目标。事实上，有多达四分之一的绿色BIM公司说他们会非常重视对建筑性能的验证。是否有能力验证建筑性能达到设计标准，对建筑设计和工程咨询公司及业主征求绿色设计成果也有非常重要的意义。通过验证监测的建筑性能和设计性能是否相符，建筑设计公司可以完善其绿色建筑策略，业主可以跟踪量化他们的投资回报，这也可以引来更高水平的绿色建筑方面的投资。详细调研结果见图20。

5.2 理想的性能监测时间间隔

虽然大多数业者都认为的监测建筑性能是至关重要的，但是业界并没有一个明确的如何确定检测时间间隔的共识。这种一致性的缺乏反映了两种思维方式：

1)建筑性能应经常监测，以确保建筑达到绿色目标；

2)建筑性能监测应考虑检测成本，以最大限度地节约建筑运营成本。

理想建筑性能检测时间间隔调研结果详见图21。

5.3 BIM 对建筑性能检测的贡献

超过一半的绿色BIM从业者(51%)认识到了BIM技术在建筑运营阶段监测建筑性能方面的强大潜力。相比之下，只有2%的人认为它没有贡献，14%认为它并没有很高的价值。根据2009年LEED的要求及华盛顿特区和纽约市最近通过的法规，建筑性能检测正在强制推广。而且其他的城市，如波士顿等，也正在考虑采取类似的立法以鼓励改善建筑的节能性能。鉴于这些因素和BIM的工具潜在强大贡献，未来使用BIM的建筑性能监测在将来有可能迎来急剧的增长。

图22 BIM对建筑性能检测的贡献调研

5.4 业主对BIM模型的认知

鉴于客户需求在推广BIM应用上的巨大影响力，多数建筑界业内人士认为教育业主认识到BIM模型所能带来的好处是非常必要的，尤其在当前业主大多低估了这些益处的情况下。通过向业主展示BIM带来的不论是财务上好处或者在建筑交付以后运营和管理中带来的益处，是进一步广泛推广BIM在业内应用的一个关键战略，尤其是对绿色BIM而言。62%的绿色BIM公司认为通过案例研究可以发现教育业主BIM认知的迫切需要，55%的绿色BIM从业者也认为如何使BIM和现有的建筑管理系统软件相互兼容是影响业主采用BIM另外一个重要的影响因素。另外，更高的可用性，也是提高业主参与BIM的另一个关键因素。其他影响因素还包括制定相关的法规和法律(44%)，以及业主组织的配合(43%)。

现阶段，提供给业主BIM模型来监测建筑性能并不是业界通行的做法。在使用BIM完成绿色建筑项目的公司中，有42%的公司不提供模型，44%的公司提供给他们的业主BIM模型。然而，绿色BIM从业者要比非绿色BIM从业者更经常的提供给业主BIM模型，这也反映了绿色建筑的业主能在更高的层次上参与到项目中。具体调研结果如图23所示。

图23 建筑公司向业主提供BIM模型比例的调研

6 BIM和绿色建材

尽管绿色建材数量和可用性逐年增加，但69%的受访者仍表示在他们绿色项目的工作中寻找合适的绿色建材仍是一个挑战。几乎所有的企业都认为绿色建材对绿色建筑项目是非常重要的，尤其引人注目的是，19%的受访公司认为其重要性非常之高。在大多数情况下，重要性是随着公司是否参与绿色BIM项目而相应变化的。

全生命周期评估成为越来越重要的一项措施去评价建筑项目的可持续发展性。虽然这一项评估措施可以和BIM链接在一起，然而目前来说，只有很少的绿色BIM从业者在超过他们25%的项目中使用BIM进行全生命周期评估。有47%的公司表示从来没有将BIM和全生命周期评估链接到一起。但是，48%的 绿色BIM从业人员指出，使用BIM进行生命周期评估是非常重要的，另有34%认为达到了中等重要的程度。这一调研结果反映，行业的需求应该会推动BIM技术在这个领域的迅速成长。详细调研结果见图24。

图24 绿色建材对绿色建筑项目的重要性

7 BIM和LEED

LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)是一个评价绿色建筑的工具，其宗旨是在设计中有效地减少环境和住户的负面影响，规范一个完整、准确的绿色建筑概念，同时防止建筑的滥绿色化。LEED由美国绿色建筑协会建立并于2003年开始推行，在美国部分州和一些国家已被列为法定强制标准。目前随着更多的设计和建造公司更深入的理解和应用，LEED评级系统在建筑市场取得了巨大的增长，比如，从2007年到2008年，LEED认证的建筑增长了78%；从2008年到2009年又增长了38%。因此，项目团队迫切需求更好的工具来更有效的帮助他们管理LEED认证系统，这一需求也给市场带来了新的机遇。

调研结果显示(图25)，当前绿色BIM从业者对BIM技术相对于LEED评分系统中的作用做了如下评估：

1)42%的受访者认为该技术具有中高级的实用性；

2)38%的受访者认为处于在一个较低水平的实用性；

3)20%的受访者则看不到它的价值。

另一方面，绿色BIM从业者对如何在LEED系统中利用BIM技术也持有不同的意见。目前，BIM工具已经用于能源模拟，照明分析和其他相关的建筑能源使用因素，但很多绿色BIM的早期使用者并不将它用于其他LEED方面，比如建筑节水模型分析等，而这些模型既能提高LEED认证要求的复杂程度，也能提高BIM技术功能上的改进。此外，当前用户使用绿色BIM的方法也会导致一些受访者报告说BIM在LEED评分系统中的作用是较低的。例如，目前公司多是在项目结束后以后使用BIM模型来确定设计所产生的影响，而不是在前期阶段就将设计方案最佳化。

图25 BIM模型在LEED评分系统中的作用

7.1 利用BIM模型实现LEED评分计算自动化

目前，市场上还没有较高程度的应用BIM自动化计算LEED评分的工具，尽管有近四分之一的受访者表示他们有自己的自动化系统。这可能和当前LEED评分系统中BIM技术的应用水平较低有关。然而，随着绿色BIM实践以及相应的使用BIM计算LEED信用评分或确定建筑物将如何实现绿色性能标准的增加，这种利用BIM技术自动化LEED评分的需求也会不断增长。图26显示了调研中有关使用BIM技术使LEED评分自动化需求的结果。

图26 使用BIM使LEED评分系统自动化的程度

使用BIM进行LEED评分计算面临挑战也在调研中得到了体现。有42%的公司表示不使用BIM进行LEED信用评分的计算，因为他们发现现有的工具更容易使用。另外36%的公司表示没有这方面的需要，但是这也与这些公司参与绿色建筑项目的程度较低的事实一致的。受访者还列举来自于工具本身的具体挑战，比如：

1)33%发现有缺少相关的工具。

2)28%认为缺少的相应的功能。

3)22%认为模型过于复杂。

关于LEED信用计算BIM工具的价值，有多过

四分之三(76%)的受访者认为有很高或至少是中等的价值，这表明了这样一个工具具有较高的市场需求。只有18%的人认为其只具有很小的价值，非常少部分(6%)认为这种工具没有任何价值。值得注意的是，那些目前使用BIM模型计算LEED评分与那些还没有使用的，在这种重要性的意见上没有显著的差异，这也显示出了对使用BIM 自动化LEED评分系统有着稳定的市场需求。详细调研结果见图27。

8 BIM模型驱动的建筑构件预制

通过给建筑构件预制厂商提供BIM模型来异地生产建筑构件可以带来很多绿色的益处，比如减少现场生产时的建筑废物的产生等。预制构件也可以包含建筑里很多复杂的暖通空调和电气系统。建筑构件的预制还可有其他的优点，根据麦格劳-希尔2009年报告，71%的BIM用户认为通过增加异地建筑构件预制可以大大提高项目整体的投资回报率。此外，建筑构件预制已经证明其可以减少工程所需的时间，以及增加建筑项目现场的安全性。69%的 绿色BiM从业者认为节省时间和金钱是建筑模型预制的最主要的驱动动力。详细的调研结果见图28。

目前，多数绿色BIM公司和非绿色BIM公司要么不使用BIM模型驱动建筑构件预制或是在他们的项目中使用的比例很低。然而，根据他们的预测，在未来几年内，建筑模型预制会有更高的比例。根据调研，只有16%的绿色BIM公司和8%的非绿色BIM公司在其项目的50%以上应用建筑构件预制技术。然而，根据调研预计，在今后两年内，绿色BIM公司的比例将会将此比例提高到42%，而非绿色BIM公司也将会提高到29%。详细的调研结果见图29。

图27 基于BIM的LEED评分工具的价值

图28 使用BIM驱动的建筑构件预制的主要原因

9 绿色BIM案例分析

9.1 案例一 “通过集成设计实现绿色创新：美国加州埃斯孔迪多市帕洛玛医疗中心”

帕洛玛医疗中心位于美国加州埃斯孔迪多市，建筑面积73.6万平方英尺，总造价6.12亿美元，2007年开始建造，预计到2012年完工，是美国医疗建筑绿色评定系统中的重点试点工程 (图30)。帕洛玛医疗中心的设计者们认为，一个绿色医院的概念应该远远超出能源和用水的节约。对他们来说，一个可持续发展的设计方案涉及到尽可能将自然融合在建筑物中。莫雷蒂，CO公司建筑师解释说：“该建筑的设计理念是尽可能的将自然融入一个原本是纯粹技术驱动的医疗建筑中。”为了实现这一愿景，设计师让每个楼层都有一个露台花园，以及一个广阔起伏的绿色屋顶，当从病房楼眺望时，绿色的建筑和远山连成了一线。为了实现这一愿景，需要整个设计和施工团队及业主凝聚起来，而CO 公司的建筑师发现 BIM在整合团队实现其初始的绿色理念方面具有无与伦比的价值。

帕洛玛医疗中心的设计始于2004年，在当时利用BIM进行设计还是相当少见的。然而，在CO公司的建筑师们感到BIM是他们想要采取的坚定的方向。据莫雷蒂说：“我们相信BIM技术所能带来的革命性的承诺。我们知道这个项目将要持续了很长的时间，这也是我们几乎不可能用老式的设计方法在今后完成这个项目。”另一个建筑师汤姆指出，CO公司同意他们采取BIM技术作为项目的解决方案在当时看来是相当冒险的，他说：“这是一个飞跃的信念，但却是一个坚定的信念。”

BIM的另一个主要理念是其能促进设计的一体化。“当我们谈论BIM时，”建筑师莫雷蒂指出，“我们也在同时谈论一体化设计。 BIM技术使项目综合交付方式成为可行，并将其带入到现实生活中。”他们还发现，BIM在整合团队还有好几个优势。首先它吸引了更多的公司，包括结构、设备、环境、外墙、消防和建造等等，加入到设计进程中来。另一个关键优势是在BIM也能帮助他们设计出可持续发展的建造方案。而对于CO公司的设计团队来说，绿色设计和最终的绿色建筑是强烈相互关联的。 莫雷蒂指出，“你可以不用BIM而按照传统的方式设计一个可持续发展的建筑。但是你不能做到以一种真正的可持续发展的方式去设计和建造它，如根据美国LEED绿色建筑建造规范或美国医疗机构绿色指南。”

图29 BIM驱动的建筑构件预制的现状和未来的趋势

图30 美国加州埃斯孔迪多市帕洛玛医疗中心

BIM及其一体化设计的流程允许建筑师和整个团队分享他们的绿色愿景。莫雷蒂指出，“使用BIM带来的设计的透明化增加了绿色建筑理念成功的机会。绿色理念可以在资金及其他风险下存活下来，是因为每个人通过BIM技术理解和信任这种理念。”对建筑师来说，一个令他们吃惊的因素，可能与直觉相反，使用BIM的一体化设计的方法反而增强了建筑师的重要性。莫雷蒂指出，“BIM使建筑师处于一个重要的位置，他们将引领团队，并向团队解释什么才是压倒一切的设计理念和目标。那些旧的方法则相反，建筑承包商拿到建筑师的设计方案后可能先自己进行诠释，而且这种诠释也不一定正确，这就迫使我们需要花很大的精力去解释说明自己的设计。”

对帕洛玛医疗中心来说，屋顶的绿化是实现其绿色设计理念的一个非常重要的基础，从病房楼可以俯瞰诊疗楼连绵起伏的绿色屋顶融入周围的自然美景中。但是屋顶也是最具有挑战性的设计元素之一，因为它涉及到超长跨距的设计，其目标是实现一个能最大限度调整空间布局的无柱的自由手术区。另外，由于医疗技术的飞速发展，这种空间布局的灵活性也是非常重要的，可以保证建筑在未来的最大限度的自由性。这在本质上也是符合绿色建筑理念的，因为灵活的空间布局可以最大程度的减少未来的拆迁和重建。然而，要完成这样一个大跨度空间起伏屋顶的设计工作，需要整个团队的投入。莫雷蒂指出，屋顶初始设计方案是双向桁架体系，但是经过钢结构分包商使用BIM所做的分析，决定采用单向桁架系统，这既节省材料，时间和金钱，也不影响建筑结构的完整性。通过屋顶的设计，展示了团队使用BIM技术进行一体化设计的力量。

另外，BIM及其一体化设计的理念也允许这一项目充分利用建筑构件预制的技术。帕洛玛医疗中心是美国第一个100%预制所有管道的医疗建筑。通过建筑构件预制，实现了人工和建材利用效率的提高，以及减少了建筑垃圾，设计团队将其归功于BIM的力量。在帕洛玛医疗中心项目上取得巨大成功以后，CO公司目前只使用BIM进行他们未来项目的设计。莫雷蒂指出，“我们目前的设计流程都是先使用BIM进行建模，然后和整个团队进行分享、沟通和合作。”

9.2 案例二：“超高层建筑中绿色构想：中国上海中心大厦”

上海中心大厦，作为中国最高的建筑之一，代表着中国的过去、现在和未来。总建筑面积640万平方英尺，楼高128层，建于2008年11月，预计2014年竣工，是LEED认证最高级别绿色建筑。其引人注目的螺旋式玻璃幕墙设计及大厦整体展现可持续发展的绿色性能，都展示中国人对未来的美好憧憬(图31)。

图31 上海中心大厦

从设计伊始，业主(上海中心大厦建设发展有限公司)和设计方(金斯勒公司)就意识到利用BIM和集成设计的理念是解决上海中心大厦复杂结构，协调组织国际化设计团队，以及实现大厦绿色目标必不可少的方法。该大厦是由九个彼此堆叠在顶部的圆柱形建筑体构成，并由此形成个九个环绕的公共区域。另外，大厦还采用了双层玻璃幕墙与三角形外墙幕墙围成的圆形内幕墙结构。第二层幕墙在上升过程中逐渐旋转，形成螺旋式结构，这一设计对于大厦的可持续发展性是非常必要的，因为他可以减少风荷载并协助大厦雨水的收集。

迈克尔·康坎农(金斯勒公司项目协调总监)指出：“使用BIM技术进行上海中心大厦的设计，可以有助于我们更清楚地了解整个项目的工作范围。双层玻璃幕墙的特殊设计只有在三维立体视图中才能明白其中的细微差别。”事实上，克里斯托弗·陈，金斯勒公司设计总监认为，BIM技术可以赋予金斯勒设计出更复杂的幕墙结构的能力。克里斯托弗·陈进一步解释说，BIM技术使设计师在设计造型复杂的双层幕墙结时更顺畅和快捷，也同时节约了成本。而且，在建造方面，BIM模型的数据也支持设计师更好和玻璃幕墙生产厂商进行沟通协调。上海中心大厦的独特设计结构见图32。

BIM技术也允许整个项目团队共同为实现绿色愿景而努力，团队内部各成员都可以使用创建的可视化BIM模型来共享沟通信息。克里斯托弗·陈指出，BIM工具使团队协作的过程更加精简高效。在以前的国际项目合作中，他记得“图纸被运来回运去，不停地评论和转发，这真是一场噩梦。”而在这个项目中，BIM驱动的数字工作流程取代了这个繁琐的过程。克里斯托弗·陈还指出：“这不只是减少了碳排放，而且还节省了大量的时间和金钱，在这个时代，还有哪个不想要这个呢？”

无论是设计团队还是业主都认为加大BIM的投入是值得的。顾建平(公司董事和总经理)和葛青(设计总监)都主张通过优先在他们的项目中使用BIM，因为BIM可以允许他们和设计及施工团队更紧密的合作，“计划、协调和控制工作的各个方面。”他们还预期BIM在施工完成以后，在大厦今后日常运行中扮演一个重要的角色，“我们将充分利用BIM模型，优化建筑运行方案、设备管理、资产管理和应急管理，以实现最大的回报。”

此外，使用BIM技术是实现大厦的LEED认证和中国绿色建筑三星认证的一个关键因素。BIM不仅创造一个可持续发展的超高层建筑，也能够通过很多的绿色元素显著的节省了成本。如上所述，通过BIM设计的大厦复杂的结构外形有助于实现绿色建筑的功能，包括雨水收集和利用风力发电机。另外最重要的一个是在施工中建材的节约。通过BIM技术，设计团队能够设计出大厦的最有效结构形式，比如当前外部结构设计可以降低约24%的风力载荷，这种荷载的减少使得用更少的钢材达到建筑设计的刚度要求，这样节省能源以及建筑材料，尤其考虑到钢是能耗较高的一种建筑材料。像金斯勒公司设计师指出，“每降低5%的风力荷载，可以带来大约一千两百万美元的成本的节约。”另外，通过将供应商纳入早期的设计过程也可以节省材料和创造价值，同时让业主最大限度地减少为该项目特别定制建筑构件或其他设备产品。克里斯托弗·陈还指出，BIM技术也可以帮助上海大厦实现节能减排，更好的达到LEED标准的要求。

图32 上海中心大厦独特的幕墙结构设计

图33 美国食品和药物管理局总部实验室项目

9.3 案例三：“克服大型项目BIM的挑战及提高建筑能源利用效率：美国食品和药物管理局总部实验室项目”

美国食品和药物管理局总部实验室项目位于美国马里兰州银泉市。该项目设计面积包括42万平方英尺的实验室，72万平方英尺的办公室及92万平方英尺的停车楼。预计2010年8月开始施工，2013年11月竣工。该项目被评定为LEED银级绿色项目。从1996年开始，该项目就在筹划中，由KlingStubbins和RTKL两个公司共同负责设计工作。在KlingStubbins近年来参与到应用BIM的工程项目以后，公司设计主管，卡巴雷罗决定将BIM运用于这一大型的项目中。尽管卡巴雷罗并不怀疑BIM是完成这个项目正确的方法，但是他说：“坦白讲，我开始并不认为BIM可以应付如此规模的项目，但是事实上，BIM的效果非常好。”

对于如此大规模的项目来说(超过一百万平方英尺)，整个项目只创建一个BIM模型是几乎不可能的。因此，KlingStubbins团队决定创建多个BIM模型。卡巴雷罗估计，会有多达12至20个BIM设计模型需要创建。他指出，“BIM倾向于在一台计算机的内存中存储整个建筑的模型信息，从而使计算机能够理解建筑整体是什么样子的，但此类规模的项目的复杂性使得单个的计算机在运算能力无法做到这一点。”因此，去解决这一挑战，一个最重要的策略就是保持模型中的组件越简单越好。他还描述了通过另一个大型项目获得的经验，他们了解到，即使是一个很小的三维元素，但是当它被复制了1000倍，就可以使得计算机系统崩溃。他说， “在一个小项目，这是一个完全正常的事情，但在一个非常大的项目，你会因为计算机处理内存的限制而简化模型中的每一个元素。”

KlingStubbins也指出，对于如此大规模的项目，在每个设计专业或每个设计团队设一个专门的数字设计协调员是非常有益处的，因为没有人能保证或者相信一个人可以将项目的一切都很正确的创建在模型中。拥有数字化设计协调员，可以使得整个建模过程更加快捷顺畅。鉴于在如此大规模的项目上部署BIM技术时面临的挑战，卡巴雷罗承认，有时他想知道“为什么我们把自己通过这样的痛苦。”但是，他觉得他的设计团队现在已经习惯于BIM技术。 “如果我问他们，下一个项目你必须回到旧的二维设计，我认为他们会反抗，可能要去其他地方找一份工作。”

卡巴雷罗还指出在设计的早期过程应用BIM技术可以使团队从建筑整体的考量上做出明智的决策，也可以以后细化到具体的建筑某个设计元素进行优化。他还介绍了在这个项目上他们是在BIM里如何构建整个建筑模型的，他说：“我们即使没有绝对地将建筑的每一个元素都在创建到BIM的模型里，但是，也是非常接近这一目标了，可以说已经达到了真正的极限 。”卡巴雷罗解释说，他们在早期的设计过程中还进行了建筑耗能的分析，而这些初步的分析结果又可以引导未来细化的设计。比如，他描述了他们如何利用比较快速的能量模型来理解不同的建筑的位置，形式和建造方式给建筑耗能带来的影响，这样有利于早期的设计决策。而且，由于设计上延续。这些早期的能源模型也会融入到最后的细节设计中。但是尽管了解到BIM在建筑节能设计上发挥了巨大的作用，卡巴雷罗还是表示他也看到了BIM的缺陷，因为在初期设计中，所有的能源分析BIM模型都是相对简单的。他表示希望今后必须创建一个独立的详细的BIM节能模型，这样才能充分的整合能源模拟结果到设计过程中，从而真正实现一个最佳的建筑节能方案。

译者注

[1]文章所示观点仅代表原著作者，与译者及出版社无关。译者对原文略有删减，不承担翻译中的任何错误，遗漏，或表达不当引起的责任。任何人士或企业需自行承担使用翻译内容的风险。原文请参考如下信息：“Green BIM: How Building Information Modeling is Contributing to Green Design and Construction” https://www.wbdg.org/pdfs/mhc_smartmarket_rep2010.pdf

[2]麦格劳-希尔建筑公司，是麦格劳-希尔集团的一部分，致力于在整个设计和建筑行业链接人，项目和产品，服务于业主，建筑师，工程师，总承包商，分包商，建筑产品制造商，供应商，经销商，分销商和相关市场。凭借一个多世纪的可靠和值得信赖的来源，麦格劳-希尔公司一直保持在北美的建设项目和产品信息，计划和规范，行业资讯，市场研究，以及行业发展趋势和预测的方面保持领先。近年来，麦格劳-希尔建筑更成为可持续性和互操作性等关键领域以及行业的领导者。要了解更多信息，请访问www.construction.com。

[3]美国Leadership in Energy and Environmental Design(LEED)绿色建筑认证，是美国绿色建筑委员会U.S Green Building Council建立并推行的“绿色建筑评估体系”，LEED主要为建筑及社区提供第三方的认证。 建筑或社区若在节能、节水、减少二氧化碳排放、提高室内生活品建筑的评价指标体系。材质及节能方面有突出的性能，则有机会获得LEED认证。

[4]绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度节约资源，节能、节地、节水、节材 、保护环境和减少污染，提供健康适用、高效使用，与自然和谐共生的建筑。各国也竞相推出“绿色建筑”来保护地球。

Abstract:Green Building; Green BIM; Sustainability Design; LEED

Green BIM—How Building Information Modeling is Contributing to Green Design and Construction

Harvey Bernstein, Stephen Jones, Michele Russo

(McGraw-HillConstruction,NewYork10020,theUnitedStates)

Recently, green buildings and green BIM have become the new focus in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) industry. All of BIM users are expecting to implement BIM tools at the higher level to meet the sustainability goal of green buildings. In this regard, McGraw-Hill Construction conducted the 2010 Green BIM study for 494 AEC companies around the United States. This report explores how firms that use BIM on green projects and have found that it has improved project outcomes. It examines what drives them to practice Green BIM and how many of them are employing specific tools, and measures their satisfaction with those tools. It also compares those Green BIM firms to BIM users not currently using BIM for green projects, and examines how many of these non-Green BIM companies expect to employ Green BIM in the future and which tools they expect to be most useful to them in meeting sustainability goals. The report offers a glimpse into how the growing green market can be a major force in driving the overall adoption of BIM as the usefulness of BIM for green work becomes more widely known in the industry.

哈维·伯恩斯坦，LEED 认证专家，在工程和建筑行业工作超过30年。目前，他负责领导麦克劳-希尔建筑公司的研究和分析小组，主要研究工作包括绿色建筑，BIM，互操作性，及建筑领域创新研究。 斯蒂芬·琼斯, 在麦克劳-希尔建筑公司中专门从事BIM，互操作性和集成项目交付以及发展与大公司建立技术同盟等方面工作。琼斯拥有霍普金斯大学学士学位和宾州大学沃顿商学院工商管理硕士学位。 米歇尔·罗素，LEED 认证专家，15年来一直致力于环境政策的工作。她负责帮助麦克劳-希尔建筑公司更多的参与到绿色建筑项目中来。罗素在加入麦克劳-希尔建筑公司此之前，她曾担任美国海滩清洁理事会执行主任和美国联邦污染防治圆桌会议副主任。罗素拥有康奈尔大学学士学位和哈佛大学公共政策硕士学位。

TU201·5；TU17

E

1674-7461(2015)02-0020-17