基于BIM的工程項目全生命周期環境影響研究目錄摘要 3TOC\o"1-3"\h\u2428第一章緒論 4196781.1研究背景 4154031.2研究目的及意義 5227851.3國內外研究現狀 5305521.3.1建筑業中的LCA應用探究 5192771.3.2建筑業中的BIM技術應用 6182251.3.3BIM-LCA集成 677221.3.4結論以及存在問題 6254731.4研究內容 7302481.5研究方法 74576第二章全生命周期評價理論以及BIM技術 742542.1生命周期評價 7306922.1.1生命周期評價的定義 7216742.1.2LCA的理論框架 79452.2關于建筑碳排放量的算量方法 8214012.2.1碳排放算量內容 8256832.2.2碳排放計量方法 8108782.2.3碳排放計量步驟 9168712.3碳排放因子 1124212.3.1常用化石能源碳排放因子 1148892.3.2常用建材的碳排放因子 12287602.4建筑信息模型-BIM 13287432.4.1碳排放計量中BIM的運用 13222462.4.2BIM技術特點以及內涵 14101062.4.3生命周期碳排放計量中BIM的運用 148495第三章基于IFC標準的工程建設項目建筑信息模型 14293343.1IFC標準內涵 14172453.2IFC標準的架構組成 1527853.3基于IFC標準體現建筑信息的方法 15169743.4基于IFC標準的工程項目環評信息模型 214360第四章BIM-LCA的框架設計 22105084.1整體模型設計 23273524.2BIM-LCA功能模塊設想 241182第五章案例分析 24255355.1案例梗概 2590125.2基于BIM-LCA的評價插件-Tally 25265575.3材質關聯 2613035.4選定建設項目報告范圍 27207645.5基于BIN-LCA的集成模型得出的的結論 2846145.6結果分析 2927854第六章結論與展望 31摘要：當今，全球變暖日益嚴重，環境問題已成為世界焦點。建筑業作為我國經濟發展的五大支柱之一，同時也在產生大量的資源消耗以及碳排放，對環境的影響不言而喻。因此，在建筑項目設計初期就掌握其運營與建造的能耗和碳排放量就顯得尤為重要。本文主要從BIM(BuildingInformationModel,建筑信息模型)與LCA(Lifecycleassessment，生命周期評估)的集成角度進行分析，將BIM數據通過IFC標準(IndustryFoundationClass,建筑工程數據交換標準)進行量化，再與IDM標準(InformationDeliveryManual,信息交付手冊)相互印證，最后導入LCA軟件中進行環境分析的設想。通過德國研究的BIM-LCA集成插件Tally，得到了所建立Revit模型的全生命周期環境分析，驗證了該程序模型設想的可行性，為日后研究BIM-LCA軟件提供思路。關鍵詞：BIM、LCA、IFC、IDM、環境影響分析第一章緒論1.1研究背景在當今，全球變暖問題愈演愈烈，環境的改變給人們的日常生活造成了一些隱患，因此目前有效對建筑方面進行環境評估以及分析已經成為當下研究熱點之一。建筑業是我國五大經濟支柱之一，推動著國家經濟的發展。但經過世界觀察所統計,建筑業每一年的耗材和能源消耗占了世界總耗能的一半[1]。同時也成為制約城市可持續發展的重要因素之一。如今的建筑環境影響評價，衍生于早期EIA環境影響評價思想的延申。且在2002年國內就已經通過了《環境影響評價法》，其中主要包括宏觀的、區域開發的，多項目的環境評價[2]。由于在建筑生命周期中各系統交錯縱橫，在外部環境中，除了各單元活動中的建材，水資源，化石能源等消耗，還包括了天氣因素對建筑項目全生命周期對施工環境的影響以及生態的改變[3]。而國內的《環境影響評價法》中只是對既定的方案進行評估、預測、提出減輕環境不利影響的策略及解決辦法，不能在設計階段時就對工程項目可能造成的環境影響做出有效的分析，對決策者方案的選擇造成了難度。因此通過BIM技術可以有效地將工程數據轉化為可觀數據，并形成數據庫，這樣工程管理人員在管理工作中可以結合動態的三維模型，加強重難點施工工藝的質量控制、優化建筑設計、減輕建筑生產過程造成的環境影響，確保施工質量和綠色施工[4]。基于這樣一個蘊含豐富信息的建筑信息模型，可使相關方在建設前，得到該工程的盈虧以及環境評價。目前，我國需要一種新機制，將BIM建立的3D模型進行數據量化，從根本上輔助建筑環境性能優化設計。1.2研究目的及意義眾所周知，進行環境分析評價的最好時機便是在設計階段前，可以涵蓋所有階段，避免了在施工中后期修改方案難的問題。既將施工對環境造成影響降低到最低，又滿足了人們的居住要求以及安全要求。LCA作為近年來對某一項目新的環境評價方式，主要是針對工程建設項目從材料采購到建筑廢棄回收到循環利用的全過程，涵蓋了大量的信息量。盡管通過建筑信息模型，可以清晰得到建筑物空間幾何信息，以及時空動態的非幾何信息，滿足在建筑全生命期或部分階段的管理需求，極大地彌補了其在設計、組織等過程的割裂問題，提高各項工作間溝通與決策效率，節約時間與經濟成本[5]。但目前，LCA還未完善。雖然現今各國已經研發出具有完善評估流程的LCA軟件，但大多是相互獨立且功能單一的軟件，在使用時不能與BIM技術完全互通，導致二者互作很難實現。想要實現BIM-LCA的集成數據共享，需通過IFC標準增強BIM技術與LCA軟件的聯系，在有效利用三維模型數據的同時，得出對環境造成影響的節點，減少決策者壓力以及工程師工作量。1.3國內外研究現狀1.3.1建筑業中的LCA應用探究LCA經過將近25年的發展，在被使用中不斷被使用者完善，當前LCA已經成為國內外對產品環境分析與評估的主流方法與標準。相較于各種產品對環境的影響，LCA在有關建筑的方面發展還不夠完全。其中主要集中于構建模型進行環境分析，得出的結論較為精確與縝密。例如：筑物的性能水平以及供暖系統的選擇對環境的影響;Cuellar-Franca等(2012)[6]采用GaBi軟件對英國住宅，進行環境影響分析，發現建筑用磚在建筑階段對環境的負荷最大，碳排放量最多。伴隨著LCA觀念逐漸深入，衍生出了許多與建筑領域相關聯的軟件以及數據庫，當前已經完善完成的有十幾種LCA軟件，開發中的也有幾十多種[7]。主流的LCA軟件如表1-1。表1-1典型LCA軟件簡介軟件名稱研發國家功能簡述Esocan荷蘭生命周期環境影響分析GaBi德國生命周期環境、壽命分析KCL-ECO芬蘭生命周期環境負荷評價與靈敏度分析TEAM美國復雜工業系統的生命周期環境分析和環境負載計算Umberto德國LCC生命周期分析以及綜合環境評價OpenLCAframework歐洲生命周期環境分析以及管理AIST-LCA日本生命周期清單分析和環境影響評價總的來說，國外經過系統性的研究，完善了本土的LCA數據庫，可以用較少的時間得出建筑項目或產品所需階段的環境分析或成本計算等。相較于國外，國內針對LCA的研究起步較晚，因此有關本土LCA數據庫的建立還尚未成型。如今對LCA數據庫進行研究的有，鄒晶晶(2020)[8]建立了瀝青混合料生產環境負載數據庫；萬誼丹(2019)[9]研究了LCA清單分析的數據共享數據庫。此外還有四川大學建立的E-Balance數據庫以及最具有代表性的中國生命周期基礎數據庫(CLCD)。但各數據庫間標準沒有統一，因此得出的結論相對不一致。1.3.2建筑業中的BIM技術應用如今國內的BIM技術正處于蓬勃發展的時期，BIM技術中的建筑信息三維化在建筑領域中逐漸嶄露頭角。但是總的來說，BIM在建筑中的運用有：信息的三維呈現BIM模型能將建筑的細部構件信息3D化，更加精確的得到該構件的型號以及材料，提取所需部位的幾何以及物理信息，為環境分析以及環境負荷評價提供基礎。(2)成本與能耗的管理劉喆(2017)[10]將BIM和本體集成應用于成本預算工作,可以實現較高程度的成本預算自動化,從而達到減輕預算人員的工作強度和負擔、提高成本預算工作效率的目的。1.3.3BIM-LCA集成當前BIM-LCA的集成還處于開發階段，且研究最多的是建設項目的某一階段的碳排放分析以及集成系統的研發。如高宇(2018)[11]等通過BIM模型的搭建,使用LCA方法對建材或構件的環境影響進行量化，同時分析所得的裝配式構件碳排放數據。曾于舒(2018)[12]按照構件分類編碼的方式，完成了LCA數據庫。并將BIM中的信息導出構建編碼與LCA數據庫中的信息相鏈接，完成BIM-LCA的集合。1.3.4結論以及存在問題綜上所述，BIM技術依賴于專業信息分析軟件，而決定BIM發展的核心取決于軟件之間數據轉換標準。而LCA評估軟件存在導入數據慢且數據復雜的問題。目前，國內外BIM-LCA集成的環境分析存在著只支持單一階段；二者之間的數據傳遞所需的標準還未統一；通過BIM模型來分析項目全生命周期環境影響缺乏系統性的缺陷。因此，需要將BIM模型中數據通過IFC標準轉化，并與IDM標準相印證，實現與環境評估軟件的無縫銜接，構建BIM-LCA模型以及二者之間的功能設想，實現BIM-LCA的集成，從而實現模型信息的快速導入以及項目設計初期就可對項目全生命周期進行環境影響與耗能分析。1.4研究內容通過BIM所獲得的完整建筑數據并通過IFC轉換，并與IDM標準相印證，再將其傳輸到LCA軟件中，將數據進行分類與解析，從而達到在建筑項目的設計階段就能提高決策質量，降低建筑對環境的影響和相關建材的用量。運用Tally插件得出項目模型的全生命周期環境分析，驗證BIM-LCA集成的可行性。1.5研究方法(1)實證法。指對國內建筑的材料輸入輸出的碳排放因子調查，得到基礎且可靠的數據支持。(2)定量分析法。關于清單的影響分析，使用不同種類的評價因子，如AP、EP、GWP等進行。案例分析法。通過BIM-LCA插件Tally，將Revit中的建筑信息模型進行LCA環境評價，最后得出該建筑的碳排量、耗材等指標。第二章全生命周期評價理論以及BIM技術2.1生命周期評價2.1.1生命周期評價的定義LCA是對一個產品或項目的整個周期中輸入、輸出得到環境負荷的匯總和評估，主要包括四個步驟：目的與范圍的界定、清單分析模塊、造成的環境影響評價和結論解釋。同時也是評估項目從出生到死亡環境影響的技術和方法。2.1.2LCA的理論框架目前由ISO14040:2007(環境管理一生命周期評價一原則與框架)確定的框架由4部分組成[13]，如下圖2-1。確定目的和范圍結果解釋確定目的和范圍結果解釋清單分析清單分析造成影響評價造成影響評價圖2-1生命周期評價的理論框架在這個框架中，目的和范圍的確定是為了確定系統邊界以及明確研究的目的，明確數據類型和先前條件，保證研究目標的廣泛性、一致性、精確性；而清單分析則是對確立范圍內的能耗和污染物排量等進行數據分析；影響評價是把清單分析作為起點，再系統評估生命周期中的不同環境影響的具體過程；結果解釋是根據明確的目標以及范圍，分析和核查結果，形成對核心問題的鑒定以及風險檢查等內容在周期中的最后結論。2.2關于建筑碳排放量的算量方法2.2.1碳排放算量內容碳排放算量內容包括了建材碳排放量、施工和運輸機械以及器具碳排放計量、人工碳排放、運營以及最后的報廢拆除的碳排放計量。建材碳排放計量。通過建立相應的物料編碼信息庫，然后建立相應的BIM模型，結合BIM模型生成物料消耗，分析不同編碼對應的建筑材料消耗和碳排放計量。施工和運輸機械碳排放計量。通過BIM模型建立與建筑結構相對應的編碼信息庫，再將建筑結構轉化為數值，即施工和運輸機械的能源消耗量。將施工相關機械碳排放因子庫與施工機具的編碼相聯系，最后得出施工機具和運輸機械的總碳排放量。人工碳排放量。通過建筑信息模型選擇對應編碼信息庫，再統計工作人員的工日數，最后依據施工人員的人均碳排放量得出總量。運營及拆除回收碳排放量。通過BIM模型的模擬功能模擬運營時的光照、制冷和制熱時的能源消耗，得出在運營不同階段的碳排放量。拆除回收階段同理，但其多了一個可回收再利用的模擬，且可以通過相關建材的消耗量再BIM模型中進行單位換算后，得出碳排放量。但具有數據大、難分析的局限性。2.2.2碳排放計量方法要實現全生命周期中較為準確明了的各階段的環境分析與決策過程，還需要對相應數據進行再處理，使得到的環境影響更為明了，更利于說明不同生產階段產生的環境影響因素以及各種環境之間的關聯重要性[14]。目前，計算工程建設項目的碳排放方法有清單統計法和信息模型法兩種。清單統計法。使用此方法時需注意，需將所有的單位統一，計量單位不一致會導致計算得出的結果不準確。信息模型法。即通過建立好的BIM模型，從中分析獲取各施工階段材料以及能源消耗、資源和用料等數據，將BIM模型中的三位信息量化，最后得出該建設項目建設過程的碳排放量。因此需使用相關軟件，如Revit等，建筑精確的BIM模型，以此進行分析與計算。2.2.3碳排放計量步驟碳排放的主要計算過程如表2-1表2-1LCA軟件碳排放主要計算步驟生命周期模型LCA結果過程1過程2過程3……LCI結特征化特征化歸一化權重綜合貢獻貢獻貢獻果因子指標指標因子指標S1×C021+S2×C022+S3×CO23+……=CO2lc×cfCOS1×CH41+S2×CH42+S3×CH43+……=CH4lc×cfCH4GWP（溫室效應）S1×CFC1+S2×CFC2+S3×CFC3+……=CFClc×cfCFC……SS1×SO21+S2×SO22+S3xS023+……=SO2LC×cfSO2S1×NOX1+S2×NOX2+S3×NOX)+……=NOxLC×cfNOxAP（酸雨效應）注：AD為碳排放活動數據、S1為過程系數、GWP為全球暖化潛值2.3碳排放因子碳排放因子有兩個方面：一是建筑材料、結構、施工設備的固定碳排放量；二是各常用能源相對應的碳排放因子。目前碳排放因子的相關數據可從各類統計年鑒和報表、相關國家標準、CEADs碳數據庫等獲取。此外，在選擇并使用相關的碳排放因子時，也因注意因子的界限是否一致。相同因子的不同邊界存在差別，例如，木材的碳排放因子數值的高與低，除了其生產過程產生的能耗還與木材的可回收利用率有關。同是木材，因邊界的不同，所造成的排放數值不同。2.3.1常用化石能源碳排放因子導致當今全球變暖的主要氣體是二氧化碳，常用能源的碳排放因子是分析碳排放量的重要基礎數據。表2-2[15]是常用熱能源的碳排放因子。表2-2常用熱能源碳排放因子能源種類能源名稱碳排放因子數據來源備注無煙煤98.3kgCCh/GJ《IPCC國家溫室氣體》煉焦煤94.6kgCO2/GJ燃煤褐煤101kgCO2/GJ《清單編制指南》國際組織焦炭107kgCO2/GJ原油73.3kgCO2/GJ車用汽油69.3kgCO2/GJ航空汽油70.0kgCO2/GJ《IPCC國家溫室氣體》燃油煤油71.5kgCO2/GJ《清單編制指南》國際組織柴油74.1kgCO2/GJ液化石油氣63.1kgCO2/GJ燃料油77.4kgCO2/GJ天然氣56.1kgCO2/GJ《IPCC國家溫室氣體》燃氣煤氣44.4kgCO2/GJ《清單編制指南》國際組織2.3.2常用建材的碳排放因子在工程建設項目施工過程中，建筑材料的種類好多，有些常用建材消耗量較大，目前國內的建筑材料碳排放數據庫尚未成型。通過查找文獻，得出表2-3[16]的常用建材碳排放因子。表2-3常用材料碳排放量建筑材料名稱排放系數（t/t）數據來源備注波特蘭水泥0.502國際組織混合水泥0.396《GHGProtocol》砌筑水泥0.396（溫室氣體盤查議定書）水泥熟料0.507IPCC國際波特蘭水泥4.985（聯合國政府間氣候變化專門委員會）組織熟料0.525《水泥行業二氧化碳減排議定書水泥政府行業二氧化碳排放統計與報告標準》部門1.060IPCC國際（聯合國政府間氣候變化專門委員會）組織鋼鐵1.220《GHGProtocol》國際（溫室氣體盤查議定書）組織高鈣石灰0.75國際組織含白云石石灰0.86或0.77IPCC水硬石灰0.59（聯合國政府府氣候變化專門委員會）石灰高鈣石灰0.73005國際組織白云石質石灰00.77605《GHGProtocol》..：水硬性石灰0.5925（溫至氣體盤查議定書）鉛0.52IPCC國際（聯合國政府氣候變化專門委員會）組織預焙7技術1.6IPCC國際Soderberg技術1.7（聯合國政府氣候變化專門委員會）組織鋁1.22《金球氣候變化和溫室氣體清單編制方法》政府部門混凝土砌塊0.12實心粘土磚0.2 .政府部門木材制品0.2《綠色奧運建筑評價體系》（緑色奧運建_ A/ftrr衣2Hl（ISIA1\陶瓷1.4筑研究課題組）玻璃1.42.4建筑信息模型-BIM2.4.1碳排放計量中BIM的運用數據的傳輸以及數據的高效轉換是建筑施工全過程碳排放評價與碳排放因子相結合的基礎，也是建筑準確的BIM模型的前提條件。為了使各種能源，材料碳排放量和不同種建筑多方面可視化間擁有應該共同的標準，因此需要建立一個BIM-LCA的綜合框架來完成。而建立BIM-LCA的集成應用模型，則需先建立一個由各種所需的不同屬性的信息的BIM模型。再將已經建立好的BIM模型量化,通過國際IFC標準(IndustryFoundationClasses,建筑工程技術數據互換標準)將所有量化的BIM模型數據導入LCA評估軟件中,將選取的信息分別進行了生產階段、建設期、運行階段以及在報廢和回收階段整個生命周期中對碳排放情況的評估。2.4.2BIM技術特點以及內涵(1)BIM內涵BIM(BuildingInformationModeling)是創建并利用數字化模型對建設項目進行設計、建造和運營全過程進行管理、優化的方法和工具，通過對信息的插入、提取、更新和修改來支持在建設項目不同階段、不同利益相關方的協同作業[17]。在BIM方法體系中，需要從多維度來詮釋其內容。以下從技術、過程、所體現價值三維度詮釋BIM內涵。①BIM的技術維度Revit建模、和其他分析軟件的集成性以及工作時的多方協同性。②BIM的過程維度在規劃階段可以進行施工模型；在設計階段可以進行多方人員協同設計等；在施工階段可憑借BIM模型進行精確的施工指導；在運維階段可以根據BIM模型進行設備的有效管理與維護。③BIM的價值維度：基于BIM模型可提前展示建筑效果、與優質建筑對比并提升建筑品質以及減少施工中的信息流失。2.4.3生命周期碳排放計量中BIM的運用數據的傳輸以及數據的高效轉換是建筑施工全過程碳排放評價與碳排放因子相結合的基礎，也是建筑準確的BIM模型的前提條件。為了使各種能源，材料碳排放量和不同種建筑多方面可視化間擁有應該共同的標準，因此需要建立一個BIM-LCA的綜合框架來完成。而建立BIM-LCA的集成應用模型，則需先建立一個由各種所需的不同屬性的信息的BIM模型。再將建立好的BIM模型量化，通過IFC標準(IndustryFoundationClasses，建筑工程數據交換標準)并與IDM標準相映射。為了解決支持IFC標準的軟件的解決方案在實際應用中由于缺少特定信息要求的定義,使得軟件系統不能夠有效地保證交互式數據的完整性和協調性[18]。最后將處理好的量化的數據導入LCA評估軟件中，將選定的信息進行生產階段、建設階段、運營階段以及報廢回收階段的全生命周期的碳排放評價。第三章基于IFC標準的工程建設項目建筑信息模型3.1IFC標準內涵IFC標準是整個BIM體制的基礎,也是BIM技術記憶相關軟件最重要的數據交互標準,因此為了做到BIM設計軟件與LCA軟件的數據集成,,需以IFC標準為地基,搭建有關建筑環境影響分析的信息框架.3.2IFC標準的架構組成IFC架構主要分為四個概念層級：資源層、核心層、聯通層及領域層。其中核心層為中心層，互通層起連通作用，資源層與領域層為核心層的子集層，因此可以通過參考及繼承的方式運用不同的階級之間有關的資源,以滿足整個工程的生命周期中不同的階段和領域的需求。3.3基于IFC標準體現建筑信息的方法IFC是開放式的數據格式，基于IFC標準進行建筑模型分析，需要對建筑評價中各構件的實體通過IFC的定義進行詮釋，為構建基于IFC標準的BIM模型打下基礎[19]。STEP(StandardExchangeofProductdatamodel，產品模型數據交換標準)是國際標準組織(ISO)為解決整個產品生命周期內的產品信息描述和數據交換問題而定制的,使用EXPRESSS建模語言進行描述[20]。以下采取EXPRESS-G圖形法來詳細詮釋IFC標準中各實體的關聯性，如圖3-1所示。圖3-1EXPRESS-G圖形法圖例(1)IFC標準中的建筑實體類型表達通過IFC標準所進行建筑實體的表述，是由其源頭—IfcProduct衍生出的，衍生出的子集IfcSpatialStructureElement是關于建筑項目實體的空間表述。Ifcsite是有關建筑施工場所的表示，且其中可分為多個有關IfcBuilding的單位子集，即IfcBuildingStory。因此，整個建筑在IFC標準中的表示方式是空間、場所、建筑單位、樓層資源呈遞進式的邏輯關系來表述的[21]。如圖3-3所示描述單層的整個建筑邏輯。RelativePlacementIfcBuildingStoreyIfcLocalPlacementIfcRelContainedInSpatialStructureIfcBuildingStoreyIfcLocalPlacementRelativePlacementIfcBuildingStoreyIfcLocalPlacementIfcRelContainedInSpatialStructureIfcBuildingStoreyIfcLocalPlacement圖3-2IFC中建筑單層邏輯圖IFC建筑構件的繼承關系在IFC模型中，IfcRoot及其子集中的子實體是可獨立實現數據交互的基實體，其中蘊含了實體唯一標準(GlobalId)以及其他子集所需的必要信息[22]。在IfcRoot中，經過IfcBuildingElement來表達抽象子實體，且IfcBuildingElement還可衍生出門、窗、墻板以及梁柱與建筑全生命周期環境分析相關的構件[23]。如圖3-3[24]所示。圖3-3在IFC標準中的構件繼承由圖可見，該圖的代表建筑相關構件的子實體彼此是相互不相關的。但是當窗安裝在墻板上時，二者就需通過另外的圖元關系來表達。圖3-3中，窗(IfeWindow)與洞口(IfcOpeningElement)通過填充圖元關系(IfcReFillsElement)使實體相互關聯。(3)IFC中構件所用材料信息表示在IFC標準中，要想建筑構件與建材之間相互聯結，則需要通過關聯材料（IfcRelAssociatesMaterial)關系實體構件從而產生關聯。例如在圖3-4[25]中，材料（IfcMateria)可以由材料層用途設置(IfcMateriaLayerSetUsage)、材料層設置(IfcMaterialLayerSet)、材料層(IfcMaterialLayer)、材料表（IfcMaterialList）構造形成。而材料選擇(IfcMaterialSelect）是用來選擇與表示哪種實體組織材料（IfcMaterial)是可選的。材料的屬性是由其子實體來表達，而一般屬性可以在一般材料屬性（IfcGeneralMaterialProperties）中設置，而對于吸光和吸熱系數等其他屬性可以通過材料擴展屬性（IfcExtendedMaterialProperties)來設置。圖3-4在IFC中的建筑構件表示(4)IFC中的構件的幾何信息的表示在IFC標準中，IfcProductRepresentation是表達構件本體的幾何屬性的主要途徑，如圖3-5所示。例如圓形的窗，定義窗的一個中心點，通過調整形成窗實體；或者通過描述這個窗的每個與窗框的切點的坐標形成窗戶實體；也可以通過與其它窗戶參數類似的實體通過互相類比形成窗戶實體。圖3-5在IFC中的構件幾何信息表示3.3.1IFC標準的應用流程IFC標準是開放性的、具有不同數據構架的以及表示多種建筑構件以及構件信息的方法，為實現建筑全生命周期不同建筑構件的互作性提供了基礎。但是在應用IFC標準時，最大的難點就是其大量繁雜的信息冗余，信息的精準分析存在難點。在其中還有一些特定信息需求定義，導致與相關軟件數據不能正常交互和協調。因此，可以運用IDM標準與IFC標準相對應，生存MVD模型提高建筑信息模型的穩定性以及多元性[26]。MVD(模型視圖定義)是IFC標準的子模型，模型的建立，要根據建筑構件需求來制定IDM,而完整的IDM是由流程圖、交換需求、功能組件三個部分組成。完成MVD模型，則需要明確定義三部分中的數據信息，將這些信息與IFC格式相映射。3.4基于IFC標準的工程項目環評信息模型將上幾節不同性質的關系圖綜合起來，就得到圖3-6。圖3-6基于IFC的綜合模型第四章BIM-LCA的框架設計4.1整體模型設計以BIM數據庫與基于IFC標準的數據交換為基礎，整體模型由BIM數據庫和經過IFC數據轉換的環境影響分析與評估模塊組成，如圖4-1圖4-1系統整體模型4.2BIM-LCA功能模塊設想 通過現有的LCA軟件和BIM數據的基礎上，再通過統一兩種不同軟件的標準，通過IFC標準使數據可以使BIM模型中的構件信息在LCA軟件中準確表達，建立的BIM-LCA功能模組如圖4-2。圖4-2BIM-LCA功能模塊在該功能模型中的預處理以及信息轉換是關鍵一步，包含了相關參數以及屬性設置和BIM模型的數據與IFC的轉化，并借用IDM標準與轉化的IFC模型相印證，以此增強數據的穩定性與準確性。LCA軟件模擬是依據國家標準，利用LCA數據庫，將BIM與LCA相關聯。得出最后結論，，從而在設計初期就找出環境影響點并加以修改。第五章案例分析5.1案例梗概本工程為二層獨院別墅，建筑總面積約為304m2。一層、二層高均為2.723m，室內外高差0.305m。設計使用年限50-60年，屋面防水為二級，建筑耐火為二級，耐久年限為20年。在Revit2018中建模后圖如圖5-1。圖5-1二層獨院別墅3D視圖5.2基于BIM-LCA的評價插件-TallyTally是一款近年來德國研發的基于BIM設計文件—計文件—來德的LCA評估插件，其中的LCA數據庫經過德國研究院的長期信息收集與整理。憑借當地的IFC標準，能快速選定BIM模型中的構件并獲取其中的建筑構件的材料屬性以及幾何信息，生成所建立模型的環境餅狀結構圖，只需將各構件定義并且進行工藝關聯，最終即可獲得關于建筑各部分的環境分析報告。以門為例，其中包含了門板，門把手，門玻璃以及門轉角等結構構成。通過IFC模型，將構件進行屬性定義時，先定義門的實體屬性，分層實體、集成實體、集成使用體定義該塊模型。最后通過關聯實體，得到門和門的相關構件的材料關聯。如此，便達成了在Revit中的模型構件信息中加入LCA評價的相關定義與工藝鏈接，作為最后測算結果的重要信息塊。將完成的屬性信息通過IFC標準，導入Tally插件，生成環評分析報告。Tally的工作流程為建立Revit模型而后在Tally插件中進行定義，再與Tally自帶的LCA數據庫中工藝數據相聯系，最后得出該建筑的碳排放量、耗材、以及建筑環評分析報告。流程圖詳見附件1。5.3材質關聯在Tally中，各構件需要通過不同的定義將模型中構件鏈接到一起，通過Revit中的導出IFC標準文件后，就需將各構件進行聯系，再憑借Tally自帶的LCA數據庫，完成BIM-LCA的集成。但不同構件的使用期限不盡相同，還需對構件逐個定義。以構造柱為例，如圖5-2。 圖5-2構造柱材質關聯過程當所有構件項目圖標變綠色，則材質都已定義與關聯完全，如圖5-3。圖5-3構件關聯完成圖5.4選定建設項目報告范圍將材質關聯好后，根據建設項目選定范圍得出最后的環評報告。查閱文獻得到各種住宅類型的年平均耗能，如表5-1[27]。表5-1不同類別住宅單位面積年平均耗能建筑形式年平均單位面積用電量kWh/m2.a年平均單位面積能耗MJ/m2.a低層31.0385.5多層25.0313.4高層25.4315.8該案例中,該模型為低層建筑，因此年均用電量為31.0kWh/m2.a,年均能耗取385.5MJ/m2.a。見圖5-4。圖5-4項目報告范圍選定5.5基于BIN-LCA的集成模型得出的的結論借助Tally的計算，得出了該二層獨院別墅在建設與運營階段的能耗，如表5-2所示。原始數據見附錄2。表5-2各種指標能耗表評價指標單位建設階段運營階段總消耗量/排放量單位面積消耗量/排放量總消耗量/排放量單位面積消耗量/排放量酸雨效應kgS02eq(/m2)240.20.79313312.53富營養化效應kgNeq(/m2)20.30.066144.40.5774溫室效應kgC02eq(/m2)35390.0166.037094322838臭氧層分解效應CFC-lleqC/m2)3.3x10-41.082x10-63.687x10-71.475x10-9臭氧效應O3eq(/m2)1622.65.3266105264.4初級能源消耗MJ(m2)915464.93002991670439667不可回收資源消耗MJ(m2)659330.42162955263838211可回收資源消耗MJ(m2)256345.1840.536406614565.6結果分析注：橫坐標依次為全球變暖影響、酸雨影響、富營養化影響、溫室效應、臭氧形成影響、非再生資源。縱坐標表示建材生產階段、運輸、維護和更換、運營階段、報廢階段、回收階段的影響百分比。圖5-5建筑全生命周期環境分析圖圖5-5體現了該別墅全生命周期中各階段的環境影響結果。同時發現運營階段的能耗占了很大一部分，占了96%。但在建筑建造時期也會產生碳排放，所以應該全面的從建筑的建筑材料生產階段開始評估。而圖5-6體現了建筑不同材料的環境影響值是，其中Concrete與Masonry在各個指標中都占有較大份額。而飾面工程耗材多，一些新型材料成本高且施工復雜，所以對環境影響負荷也較大。注2：橫坐標同注1縱坐標依次表示混凝土用料、注2：橫坐標同注1縱坐標依次表示混凝土用料、砌塊、金屬用料、開口與玻璃用料、飾面工程的環境影響百分比更改方案的最佳時期是在設計與決策階段，如果能夠在設計初期就掌握該項目建材的消耗以及相關建材的環境影響值。因此在國家標準允許的與安全生產的條件下選擇綠色材料，并且在建筑使用階段時，充分節能減排，減少設備的無用耗能。第六章結論與展望6.1結論以及發展趨勢本文通過將BIM與LCA相關聯，將BIM模型中的數據通過IFC標準的轉化，再與IDM標準相互驗證，將量化的數據提取至LCA評價軟件中進行環境影響分析與評估。通過對比法，對比了國內外研究存在的差異以及利弊，同時研究了如何將BIM模型中的數據與LCA軟件相互流通的前提，明確了IFC標準作為數據傳遞紐帶的關鍵性。通過德國的Tally插件，證明了BIM-LCA集成的實用性與便捷性，也為國內的研發相關軟件提供模板。在今后發展趨勢中，國內的LCA數據庫有待完善，還需進行長時間的數據收集與處理。基于BIM與LCA相關聯的軟件還需更完善的設計與開發。將這些都完善以后，可以大大降低建設項目對環境的影響，使工程項目設計者和決策者能更直觀的在建筑早期找出弊病，從而減少建筑項目施工、生產、運營所需耗能，為全球低碳做出貢獻。參考文獻王金裕.基于BIM的綠色建筑全生命周期碳排放計量與標桿管理研究[D].湖南工業大學,2019.朱坦.戰略環境評價環境評價新領域研究[M].天津:南開大學出版社，2005[3]Iyer-RanigaUsha，WongJamesPowChew.EvaluationofwholelifecycleassessmentforheritagebuildingsinAustralia[.J].BuildingandEnvironment,2012,47:138-149.孫文娟.BIM技術在建筑工程施工中的應用研究[J].磚瓦,2021(03):97-98.李禹凝.淺談BIM在工程項目全生命周期的應用[J].新型工業化,2020,10(05):146-148.RosaM.,Cuellar-Franca，AdisaAzapagic.EnvironmentalimpactsoftheUKresidentialsector:Lifecycleassessmentofhouses.BuildingandEnvironment[T],2012(54):86-89.LeeKanghee,TaeSungho，ShinSungwoo.DevelopmentofaLifeCycleAssessmentProgramforbuildng(SUSB-LCA)inSouthKorea[J].RENEWABLE&SUSTANABLEENERGYREVIEWs,2009,13(8):1994-2002.鄒晶晶.瀝青混合料生產環境負荷數據庫及綠色發展評價體系研究[D].哈爾濱工業大學,2020.萬誼丹.面向LCA清單的數據共享平臺系統開發[D].安徽工業大學,2019.[10]孔琳琳,楊啟亮,邢建春,孫曉波,鄒榮偉,湯潤之.面向國防工程火災應急管理的BIM擴展研究[J].防護工程,2021,43(02):52-61.[11]劉喆.基于設計BIM模型和本體技術的建設工程自動成本預算[D].清華大學,2017.[12]高宇.基于BIM和GIS的裝配式建筑生命周期溫室氣體排放分析[D].深圳大學,2018.[13]曾于舒.基于BIM的建筑構件LCA數據庫管理系統研發[D].天津大學,2018.[14]陳亮,劉玫,黃進.GB/T24040-2008《環境管理﹑生命周期評價原則與框架》國家標準解讀[J.標準科學，2009(o2):76-80.[15]YuliShan,JianghuaLiu,ZhuLiu,XinwanghaoXu,ShuaiShao,PengWang,DaboGuan,[16]NewprovincialCO2emissioninventoriesinChinabasedonapparentenergyconsumptiondataandupdatedemissionfactors,AppliedEnergy,Volume184,2016,Pages742-750,ISSN0306-2619.[17]Aram，s.Eastman，CM，Sacks，R，Panushev，lVenugopal，M.IntroducingaNewMethodologytoDevel-optheInformationDeliveryManualforAECProjects[A].ProceedingsoftheCIBw782010:27thInterna-tionalConference-Cairo，Egypt,2010:49.[18]裘科意.基于STEP知識圖譜的產品語義檢索[D].浙江工業大學,2020.[19]VenugopalM,EastmanCM,SacksR,etal.Semanticsofmodelviewsforinformationexchangesusingtheindustryfoundationclassschema[J].AdvancedEngineeringInformatics,2012,26(2):411-428.[20]馮妍．基于BIM技術的建