面向我国绿色建筑评价的IFC适用性分析

林佳瑞，张建平



面向我国绿色建筑评价的IFC适用性分析

林佳瑞，张建平

(清华大学土木工程系，北京 100084)

绿色建筑评价涉及异构、分散的多专业信息，当前尚无面向我国绿色建筑评价的BIM软件，也未形成支持我国绿色建筑评价的信息模型。因此，通过分析我国绿色建筑评价标准，提取了支持我国绿色建筑评价的有关信息需求，并分析了开放BIM标准IFC对我国绿色建筑评价标准各信息需求的描述和支持能力，对建立和完善面向我国绿色建筑评价的信息模型、编制相关信息交付标准、研发绿色建筑评价BIM软件工具具有借鉴指导意义。

绿色建筑评价；建筑信息模型；工业基础类；适用性分析；信息需求

为应对资源日益紧缺、环境污染日益严重、人与自然矛盾愈加突出的问题，世界各国先后兴起对绿色建筑的研究，相继建立了适应自身特点的绿色建筑评估体系[1-3]。在深入分析国内外绿色建筑评估体系基础上，我国先后完成了《绿色奥运建筑实施指南》[4]、《绿色奥运建筑评估体系研究》[5]等成果，并促成了2006年我国《绿色建筑评价标准GB/T 50378-2006》[6](简称国标06版) 第一版的颁布。国标06版的颁布标志着我国绿色建筑评价有了相应的依据，通过一系列绿色建筑标识建筑的评定树立了绿色建筑项目示范，引导了我国绿色建筑的发展[7-8]。经过一个时期的推广及应用，国标06版暴露出指标代表性不强[7]、评价体系扩展困难[8]、量化效果差以及标准体系不完善等[9]问题。考虑上述问题，以及全生命期管理、装配式建筑及BIM等新的理念及技术的发展，我国于2014年发布了修订后的《绿色建筑评价标准GB/T 50378-2014》[10](简称国标14版)。

由于绿色建筑及绿色住宅评价涉及面广、周期长、参与方多，其有关研究均局限于某一方面，相应的软件工具也大多集中于设计阶段，仅仅支持某几个方面的绿色建筑评价软件，且以国外如Autodesk Ecotect、IES等为主，对我国绿色建筑评价标准的支持并不好。鉴于国标14版发布不久，且在评估方法、所需数据支持等方面存在较大变化，有关绿色建筑评估的软件或工具均需进行更新与完善。此外，针对国标14版强调全生命期设计、施工、运营等不同阶段综合评价的特点，需建立能够支撑绿色建筑全生命期评价的信息模型，以服务各阶段评价和分析工具，实现各阶段性能分析模型的共享和集成。

首先，通过深入梳理和分析国标14版条文及说明，本文提取了标准各条文涉及的数据和信息需求，并将其按照类别进行归类；然后，通过建立IFC (industrial foundation classes)标准各实体及属性与国标14版涉及信息需求的对应关系，研究统计和分析了IFC标准对我国绿色建筑评价标准所需信息的描述能力和覆盖范围，为建立和完善面向我国绿色建筑评价的信息模型，编制相应信息交付标准指南，研发绿色建筑评价BIM软工具提供了有益的支撑和指导。

1 绿色建筑标准信息需求提取

1.1 标准简介

《绿色建筑评价标准GB/T 50378-2014》是在国标06版基础上，经过前期调研、标准修订、项目试评等工作，历时三年多形成的绿色建筑评价标准。该标准共有11章，除总则、术语与基本规定外，覆盖了室内外环境、节地、节能、节水、节材与施工管理、运营管理等各个方面，还就有关技术及管理措施方面的提高规定了加分依据[11]。其中，第3章基本规定首先提出了对评价对象、评价阶段、申请方、评价机构的要求，并就评价指标体系进行了规定，包括控制项、评分项和加分项评价，得分计算，等级确定等内容；第4~10章条文均分为控制项和评分项两节，评分项下又以罗马数字进行了分组 (图1)。

图1 《绿色建筑标准》评价指标体系[11]

国标14版有以下几点主要变化[11-13]：

(1) 适用范围。从住宅、办公、商场和旅馆建筑扩展至民用建筑各主要类型，并增加了适用于产业化住宅有关的条文；

(2) 评价阶段。国标14版对评价阶段做了明确的划分，分为规划设计或施工阶段，运行使用阶段，以与相应的建筑标识管理相协调配合；

(3) 评价定级方法。采用量化评价手段，参照国际通行做法，通过引入权重、计算加权得分进行评分；

(4) 评价指标体系。重新组织调整评价指标，增加施工管理有关内容，以更好的覆盖建筑全生命期；

(5) 设置加分项。增加加分项，鼓励利用节约资源、保护环境等技术、管理的新手段、新方法；

(6) 强化多功能综合建筑评价能力。

1.2 信息需求提取方法

为充分了解和掌握我国绿色建筑评价过程中所需的有关数据，对国标14版各条目做了深入分析，梳理形成面向我国绿色建筑评价的信息需求，为分析IFC对各信息需求的支持和描述能力奠定了基础。

鉴于标准条文形式及内容各不相同，且涉及大量专业知识，难以实现分析过程的自动化，因此采用了人工逐条分析处理的方法。

以国标14版第4章第2节第1条节约集约利用土地为例，对居住建筑采用人均居住用地指标进行评价，并根据不同层数设置了不同的得分方式；而对公共建筑则按照容积率进行评价。显而易见，居住建筑需要考虑建筑层数、人均居住用地2个指标，而公共建筑需要考虑容积率指标。鉴于人均居住用地可由建筑使用人数和用地面积计算所得，且容积率可由建筑面积和用地面积计算得出，因此人均居住用地和容积率可由使用人数、用地面积和建筑面积得出。同时，由于该条根据建筑类型是居住建筑还是公共建筑分别评价，因此也需考虑建筑类型信息。最终，得出条所需要的基本数据，包括建筑类型、使用人数、用地面积、建筑面积、层数等数据 (图2)。

根据类似方法，提取和分析了第4~10章评分项及11章有关内容的数据需求情况，并采用如下方式对数据进行了合并和分类：

(1) 用地、绿地、水体等有关数据需求统一归为场地有关数据；

(2) 建筑形体、位置、布局等均归为建筑有关数据；

(3) 分区、房间、热区划分及其带有声、热、光、电的属性统一划分为空间数据；

(4) 门、窗、隔断、幕墙等建筑构件统一划分为构件数据，其中外墙、外窗等又同时划分为围护结构；

(5) 施工模板、材料及其耐久性、抗腐蚀等信息划分为建筑材料数据；

(6) 供暖、空调、通风等系统及其组成设备的属性数据统一归到供暖空调系统数据；

(7) 电扶梯、用电设备等划分为强弱电系统数据；

(8) 给排水、雨污水排放设施等归为水系统数据；

(9) 运营阶段的建筑自动化系统、监测设备等统一归为智能化系统数据；

(10) 对各运营方和其他参与方的认证、资格数据归为组织数据；

(11) 周边配套设施、公共交通服务等归为周边数据；

(12) 有关降噪、节水、节能措施等归为措施数据；

(13) 施工日志、竣工文件等归为文档数据；

(14) 其他标准参考数据，如噪声标准限值、节水用水定额等，统一视为参照约束数据。

图2 我国绿色建筑评价标准数据需求提取示例

经统计分析，共得到有关数据需求298条，考虑各章节内部数据需求重复后共计225条 (表1)。

可见各主要章节评分项的数据需求数量均达30条或以上，而涉及管理部分的数据需求相对较少，这是因为管理过程中涉及较多文档类数据，被统一为一条数据需求。相应地，也可看出各数据需求的类别分布情况，各类别按数据多到少为空间划分、水系统、供暖空调系统、场地、建筑材料、维护结构等，这也与绿色性能分析过程关注空间区域划分、各水暖电系统表现、场地使用和建筑材料使用密切相关。

表1 我国绿色建筑评价标准涉及的有关数据类别统计

(注：*为去除重复数据需求后的总数)

2 绿色建筑评价相关IFC实体提取

通过逐一分析IFC4标准各相关实体信息表达的内容，与上述提取的绿色建筑评价信息需求进行对比，提取绿色建筑评价涉及的IFC实体，经统计共得到52个主要IFC实体类型。综合考虑IFC定义方式及国标14版数据分类的方式，对该52个IFC实体类型进行分组，可得图3。由于IFC标准中将水、供暖、通风、空调系统等统一视为IfcDistributionSystem，因此各系统之间共用较多IFC实体定义；而IFC标准中并不区分建筑构件和维护结构，因此二者之间也共用较多IFC实体。此外，也可看出IFC标准对传感设备、监测记录的定义也做了高度抽象，均采用单一的IFC实体描述不同系统、阶段的传感设备及监测记录。类似的，IFC标准对有关参照约束数据的定义也统一采用IfcMetric (对复杂参照约束数据还需采用IfcObjective) 表达。

图3 绿色建筑评价标准数据类型与有关IFC实体的相互关系

3 IFC标准适用性分析

以上述对应关系为基础，逐个分析各IFC视图对上述数据需求的描述方式和支持能力。IFC对上述数据需求的支持能力分为6个级别：

(1) 级别5：可精确描述该数据，既有精确对应的IFC实体，也有相应的属性集；如对外窗信息的描述，IFC标准中既有对应的IFC实体IfcWindow，也有一系列的属性集，如Pset_WindowCommon等。

(2) 级别4：可较为精确地描述该数据，即仅有精确对应的IFC实体或属性集；如有关绿地、水体等数据的描述，IFC标准中可采用IfcGeographic Element进行描述。

(3) 级别3：数据的描述能力适中，即无精确对应的IFC实体和属性集，可依托抽象层级更高的IFC实体或自行添加属性集进行描述；如智能化系统的配置或属性，按照IFC的框架，其应是Ifc DistributionSystem的一部分，但IFC标准中并不存在直接对应的实体定义，只能基于IfcDistribution System进行描述。

(4) 级别2：数据描述能力一般，即属性集仅能描述该数据部分内容且量化难度较低；如对风向、风速数据的描述，IFC标准中的属性集Pset_Outside DesignCriteria中定义了典型风向和风速，但并未区分夏季和冬季，因此仅能部分满足国标14版的要求，需要通过属性集扩展来完全描述相应信息。

(5) 级别1：数据描述能力较差，即可采用其他不对应的IFC实体进行描述且数据量化难度较高；如施工日志、化学药品使用记录等，因不同数据的量化或规范化方法各不相同，且IFC中并无对应实体定义，只能采用IfcDocumentInformation进行描述。

(6) 级别0：不宜描述该数据，即不应采用IFC实体描述或该数据难度极高；如对建筑周边公交站点分布、配套设施信息等数据，IFC标准中并没有相应的实体定义，且该部分数据在地理信息系统中存储更加合适，因此将其支持能力定为级别0。

由图4可知，IFC已基本覆盖了我国绿色建筑评价所需要的数据，且对国标14版大多数章节有关数据的描述和支持能力已达到中上水平 (即支持能力分级为5、4、3的数据量占大多数)。同时，可以看出其对国标14版节水与水资源利用、施工管理、运营管理等章节的支持较其他章节偏弱一些。其原因是施工管理及运营管理章节涉及较多管理措施、管理文档等数据，IFC对此类数据的描述均以文档为主，因此对文档数据细节的深入描述能力和数据量化能力较差。

此外，由图5可进一步看出，IFC标准对国标14版涉及的场地、建筑、空间 (包括划分及功能)、构件、维护结构、建筑材料等数据的描述和支持能力已经非常好 (其数据支持能力级别均为4或5)；而IFC标准对供暖空调系统、强弱电系统、水系统等的支持适中，在有关数据的细化描述和支持上尚待加强。

图4 IFC对我国绿色建筑评价标准各章节数据的支持能力

图5 IFC对我国绿色建筑评价标准各类别数据的支持能力

4 结 论

通过逐条分析我国最新绿色建筑评价标准，提取了支持我国绿色建筑评价的相关数据和信息需求，并将其分为建筑、场地、空间、围护结构等14大类；同时，研究梳理了我国绿色建筑评价标准涉及的主要IFC实体对象，并分析了IFC有关信息组织方式与我国绿色建筑评价标准的不同之处。在此基础上，进一步分析了IFC对上述各数据和信息需求的描述、支持能力，并按照对有关信息的精确描述程度进行了分级别分析。相应统计分析表明，IFC对我国绿色建筑评价标准的有关数据需求描述能力较好，但在水资源利用、施工及运营管理方面尚需进一步完善和扩展。

有关研究梳理、总结了我国绿色建筑评价涉及的有关信息需求，并分析了IFC对我国绿色建筑评价有关数据需求的支持和适应能力。研究成果为基于IFC建立面向我国绿色建筑评价的信息模型和交付指南奠定了基础，也为扩展IFC标准，以全面支持我国绿色建筑评价相关信息提供了必要的支持信息，具有重要研究应用价值。

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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

国家重点研发计划项目(2017YFC0704200)；第60批中国博士后科学基金项目(2016M601038)；中国科协“青年人才托举工程”项目(YESS20160122)

林佳瑞(1987-)，男，山东东平人，博士后，博士。主要研究方向为建设领域信息化。E-mail：jiarui_lin@foxmail.com

张建平(1953-)，女，湖北武汉人，教授，博士，博士生导师。主要研究方向为建设领域信息化。E-mail：zhangjp@tsinghua.edu.cn