《基于BIM的工程项目全生命周期环境影响研究》11000字

基于BIM的工程项目全生命周期环境影响研究目录摘要 3TOC\o"1-3"\h\u2428第一章绪论 4196781.1研究背景 4154031.2研究目的及意义 5227851.3国内外研究现状 5305521.3.1建筑业中的LCA应用探究 5192771.3.2建筑业中的BIM技术应用 6182251.3.3BIM-LCA集成 677221.3.4结论以及存在问题 6254731.4研究内容 7302481.5研究方法 74576第二章全生命周期评价理论以及BIM技术 742542.1生命周期评价 7306922.1.1生命周期评价的定义 7216742.1.2LCA的理论框架 79452.2关于建筑碳排放量的算量方法 8214012.2.1碳排放算量内容 8256832.2.2碳排放计量方法 8108782.2.3碳排放计量步骤 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碳排放计量中BIM的运用 13222462.4.2BIM技术特点以及内涵 14101062.4.3生命周期碳排放计量中BIM的运用 148495第三章基于IFC标准的工程建设项目建筑信息模型 14293343.1IFC标准内涵 14172453.2IFC标准的架构组成 1527853.3基于IFC标准体现建筑信息的方法 15169743.4基于IFC标准的工程项目环评信息模型 214360第四章BIM-LCA的框架设计 22105084.1整体模型设计 23273524.2BIM-LCA功能模块设想 241182第五章案例分析 24255355.1案例梗概 2590125.2基于BIM-LCA的评价插件-Tally 25265575.3材质关联 2613035.4选定建设项目报告范围 27207645.5基于BIN-LCA的集成模型得出的的结论 2846145.6结果分析 2927854第六章结论与展望 31摘要：当今，全球变暖日益严重，环境问题已成为世界焦点。建筑业作为我国经济发展的五大支柱之一，同时也在产生大量的资源消耗以及碳排放，对环境的影响不言而喻。因此，在建筑项目设计初期就掌握其运营与建造的能耗和碳排放量就显得尤为重要。本文主要从BIM(BuildingInformationModel,建筑信息模型)与LCA(Lifecycleassessment，生命周期评估)的集成角度进行分析，将BIM数据通过IFC标准(IndustryFoundationClass,建筑工程数据交换标准)进行量化，再与IDM标准(InformationDeliveryManual,信息交付手册)相互印证，最后导入LCA软件中进行环境分析的设想。通过德国研究的BIM-LCA集成插件Tally，得到了所建立Revit模型的全生命周期环境分析，验证了该程序模型设想的可行性，为日后研究BIM-LCA软件提供思路。关键词：BIM、LCA、IFC、IDM、环境影响分析第一章绪论1.1研究背景在当今，全球变暖问题愈演愈烈，环境的改变给人们的日常生活造成了一些隐患，因此目前有效对建筑方面进行环境评估以及分析已经成为当下研究热点之一。建筑业是我国五大经济支柱之一，推动着国家经济的发展。但经过世界观察所统计,建筑业每一年的耗材和能源消耗占了世界总耗能的一半[1]。同时也成为制约城市可持续发展的重要因素之一。如今的建筑环境影响评价，衍生于早期EIA环境影响评价思想的延申。且在2002年国内就已经通过了《环境影响评价法》，其中主要包括宏观的、区域开发的，多项目的环境评价[2]。由于在建筑生命周期中各系统交错纵横，在外部环境中，除了各单元活动中的建材，水资源，化石能源等消耗，还包括了天气因素对建筑项目全生命周期对施工环境的影响以及生态的改变[3]。而国内的《环境影响评价法》中只是对既定的方案进行评估、预测、提出减轻环境不利影响的策略及解决办法，不能在设计阶段时就对工程项目可能造成的环境影响做出有效的分析，对决策者方案的选择造成了难度。因此通过BIM技术可以有效地将工程数据转化为可观数据，并形成数据库，这样工程管理人员在管理工作中可以结合动态的三维模型，加强重难点施工工艺的质量控制、优化建筑设计、减轻建筑生产过程造成的环境影响，确保施工质量和绿色施工[4]。基于这样一个蕴含丰富信息的建筑信息模型，可使相关方在建设前，得到该工程的盈亏以及环境评价。目前，我国需要一种新机制，将BIM建立的3D模型进行数据量化，从根本上辅助建筑环境性能优化设计。1.2研究目的及意义众所周知，进行环境分析评价的最好时机便是在设计阶段前，可以涵盖所有阶段，避免了在施工中后期修改方案难的问题。既将施工对环境造成影响降低到最低，又满足了人们的居住要求以及安全要求。LCA作为近年来对某一项目新的环境评价方式，主要是针对工程建设项目从材料采购到建筑废弃回收到循环利用的全过程，涵盖了大量的信息量。尽管通过建筑信息模型，可以清晰得到建筑物空间几何信息，以及时空动态的非几何信息，满足在建筑全生命期或部分阶段的管理需求，极大地弥补了其在设计、组织等过程的割裂问题，提高各项工作间沟通与决策效率，节约时间与经济成本[5]。但目前，LCA还未完善。虽然现今各国已经研发出具有完善评估流程的LCA软件，但大多是相互独立且功能单一的软件，在使用时不能与BIM技术完全互通，导致二者互作很难实现。想要实现BIM-LCA的集成数据共享，需通过IFC标准增强BIM技术与LCA软件的联系，在有效利用三维模型数据的同时，得出对环境造成影响的节点，减少决策者压力以及工程师工作量。1.3国内外研究现状1.3.1建筑业中的LCA应用探究LCA经过将近25年的发展，在被使用中不断被使用者完善，当前LCA已经成为国内外对产品环境分析与评估的主流方法与标准。相较于各种产品对环境的影响，LCA在有关建筑的方面发展还不够完全。其中主要集中于构建模型进行环境分析，得出的结论较为精确与缜密。例如：筑物的性能水平以及供暖系统的选择对环境的影响;Cuellar-Franca等(2012)[6]采用GaBi软件对英国住宅，进行环境影响分析，发现建筑用砖在建筑阶段对环境的负荷最大，碳排放量最多。伴随着LCA观念逐渐深入，衍生出了许多与建筑领域相关联的软件以及数据库，当前已经完善完成的有十几种LCA软件，开发中的也有几十多种[7]。主流的LCA软件如表1-1。表1-1典型LCA软件简介软件名称研发国家功能简述Esocan荷兰生命周期环境影响分析GaBi德国生命周期环境、寿命分析KCL-ECO芬兰生命周期环境负荷评价与灵敏度分析TEAM美国复杂工业系统的生命周期环境分析和环境负载计算Umberto德国LCC生命周期分析以及综合环境评价OpenLCAframework欧洲生命周期环境分析以及管理AIST-LCA日本生命周期清单分析和环境影响评价总的来说，国外经过系统性的研究，完善了本土的LCA数据库，可以用较少的时间得出建筑项目或产品所需阶段的环境分析或成本计算等。相较于国外，国内针对LCA的研究起步较晚，因此有关本土LCA数据库的建立还尚未成型。如今对LCA数据库进行研究的有，邹晶晶(2020)[8]建立了沥青混合料生产环境负载数据库；万谊丹(2019)[9]研究了LCA清单分析的数据共享数据库。此外还有四川大学建立的E-Balance数据库以及最具有代表性的中国生命周期基础数据库(CLCD)。但各数据库间标准没有统一，因此得出的结论相对不一致。1.3.2建筑业中的BIM技术应用如今国内的BIM技术正处于蓬勃发展的时期，BIM技术中的建筑信息三维化在建筑领域中逐渐崭露头角。但是总的来说，BIM在建筑中的运用有：信息的三维呈现BIM模型能将建筑的细部构件信息3D化，更加精确的得到该构件的型号以及材料，提取所需部位的几何以及物理信息，为环境分析以及环境负荷评价提供基础。(2)成本与能耗的管理刘喆(2017)[10]将BIM和本体集成应用于成本预算工作,可以实现较高程度的成本预算自动化,从而达到减轻预算人员的工作强度和负担、提高成本预算工作效率的目的。1.3.3BIM-LCA集成当前BIM-LCA的集成还处于开发阶段，且研究最多的是建设项目的某一阶段的碳排放分析以及集成系统的研发。如高宇(2018)[11]等通过BIM模型的搭建,使用LCA方法对建材或构件的环境影响进行量化，同时分析所得的装配式构件碳排放数据。曾于舒(2018)[12]按照构件分类编码的方式，完成了LCA数据库。并将BIM中的信息导出构建编码与LCA数据库中的信息相链接，完成BIM-LCA的集合。1.3.4结论以及存在问题综上所述，BIM技术依赖于专业信息分析软件，而决定BIM发展的核心取决于软件之间数据转换标准。而LCA评估软件存在导入数据慢且数据复杂的问题。目前，国内外BIM-LCA集成的环境分析存在着只支持单一阶段；二者之间的数据传递所需的标准还未统一；通过BIM模型来分析项目全生命周期环境影响缺乏系统性的缺陷。因此，需要将BIM模型中数据通过IFC标准转化，并与IDM标准相印证，实现与环境评估软件的无缝衔接，构建BIM-LCA模型以及二者之间的功能设想，实现BIM-LCA的集成，从而实现模型信息的快速导入以及项目设计初期就可对项目全生命周期进行环境影响与耗能分析。1.4研究内容通过BIM所获得的完整建筑数据并通过IFC转换，并与IDM标准相印证，再将其传输到LCA软件中，将数据进行分类与解析，从而达到在建筑项目的设计阶段就能提高决策质量，降低建筑对环境的影响和相关建材的用量。运用Tally插件得出项目模型的全生命周期环境分析，验证BIM-LCA集成的可行性。1.5研究方法(1)实证法。指对国内建筑的材料输入输出的碳排放因子调查，得到基础且可靠的数据支持。(2)定量分析法。关于清单的影响分析，使用不同种类的评价因子，如AP、EP、GWP等进行。案例分析法。通过BIM-LCA插件Tally，将Revit中的建筑信息模型进行LCA环境评价，最后得出该建筑的碳排量、耗材等指标。第二章全生命周期评价理论以及BIM技术2.1生命周期评价2.1.1生命周期评价的定义LCA是对一个产品或项目的整个周期中输入、输出得到环境负荷的汇总和评估，主要包括四个步骤：目的与范围的界定、清单分析模块、造成的环境影响评价和结论解释。同时也是评估项目从出生到死亡环境影响的技术和方法。2.1.2LCA的理论框架目前由ISO14040:2007(环境管理一生命周期评价一原则与框架)确定的框架由4部分组成[13]，如下图2-1。确定目的和范围结果解释确定目的和范围结果解释清单分析清单分析造成影响评价造成影响评价图2-1生命周期评价的理论框架在这个框架中，目的和范围的确定是为了确定系统边界以及明确研究的目的，明确数据类型和先前条件，保证研究目标的广泛性、一致性、精确性；而清单分析则是对确立范围内的能耗和污染物排量等进行数据分析；影响评价是把清单分析作为起点，再系统评估生命周期中的不同环境影响的具体过程；结果解释是根据明确的目标以及范围，分析和核查结果，形成对核心问题的鉴定以及风险检查等内容在周期中的最后结论。2.2关于建筑碳排放量的算量方法2.2.1碳排放算量内容碳排放算量内容包括了建材碳排放量、施工和运输机械以及器具碳排放计量、人工碳排放、运营以及最后的报废拆除的碳排放计量。建材碳排放计量。通过建立相应的物料编码信息库，然后建立相应的BIM模型，结合BIM模型生成物料消耗，分析不同编码对应的建筑材料消耗和碳排放计量。施工和运输机械碳排放计量。通过BIM模型建立与建筑结构相对应的编码信息库，再将建筑结构转化为数值，即施工和运输机械的能源消耗量。将施工相关机械碳排放因子库与施工机具的编码相联系，最后得出施工机具和运输机械的总碳排放量。人工碳排放量。通过建筑信息模型选择对应编码信息库，再统计工作人员的工日数，最后依据施工人员的人均碳排放量得出总量。运营及拆除回收碳排放量。通过BIM模型的模拟功能模拟运营时的光照、制冷和制热时的能源消耗，得出在运营不同阶段的碳排放量。拆除回收阶段同理，但其多了一个可回收再利用的模拟，且可以通过相关建材的消耗量再BIM模型中进行单位换算后，得出碳排放量。但具有数据大、难分析的局限性。2.2.2碳排放计量方法要实现全生命周期中较为准确明了的各阶段的环境分析与决策过程，还需要对相应数据进行再处理，使得到的环境影响更为明了，更利于说明不同生产阶段产生的环境影响因素以及各种环境之间的关联重要性[14]。目前，计算工程建设项目的碳排放方法有清单统计法和信息模型法两种。清单统计法。使用此方法时需注意，需将所有的单位统一，计量单位不一致会导致计算得出的结果不准确。信息模型法。即通过建立好的BIM模型，从中分析获取各施工阶段材料以及能源消耗、资源和用料等数据，将BIM模型中的三位信息量化，最后得出该建设项目建设过程的碳排放量。因此需使用相关软件，如Revit等，建筑精确的BIM模型，以此进行分析与计算。2.2.3碳排放计量步骤碳排放的主要计算过程如表2-1表2-1LCA软件碳排放主要计算步骤生命周期模型LCA结果过程1过程2过程3……LCI结特征化特征化归一化权重综合贡献贡献贡献果因子指标指标因子指标S1×C021+S2×C022+S3×CO23+……=CO2lc×cfCOS1×CH41+S2×CH42+S3×CH43+……=CH4lc×cfCH4GWP（温室效应）S1×CFC1+S2×CFC2+S3×CFC3+……=CFClc×cfCFC……SS1×SO21+S2×SO22+S3xS023+……=SO2LC×cfSO2S1×NOX1+S2×NOX2+S3×NOX)+……=NOxLC×cfNOxAP（酸雨效应）注：AD为碳排放活动数据、S1为过程系数、GWP为全球暖化潜值2.3碳排放因子碳排放因子有两个方面：一是建筑材料、结构、施工设备的固定碳排放量；二是各常用能源相对应的碳排放因子。目前碳排放因子的相关数据可从各类统计年鉴和报表、相关国家标准、CEADs碳数据库等获取。此外，在选择并使用相关的碳排放因子时，也因注意因子的界限是否一致。相同因子的不同边界存在差别，例如，木材的碳排放因子数值的高与低，除了其生产过程产生的能耗还与木材的可回收利用率有关。同是木材，因边界的不同，所造成的排放数值不同。2.3.1常用化石能源碳排放因子导致当今全球变暖的主要气体是二氧化碳，常用能源的碳排放因子是分析碳排放量的重要基础数据。表2-2[15]是常用热能源的碳排放因子。表2-2常用热能源碳排放因子能源种类能源名称碳排放因子数据来源备注无烟煤98.3kgCCh/GJ《IPCC国家温室气体》炼焦煤94.6kgCO2/GJ燃煤褐煤101kgCO2/GJ《清单编制指南》国际组织焦炭107kgCO2/GJ原油73.3kgCO2/GJ车用汽油69.3kgCO2/GJ航空汽油70.0kgCO2/GJ《IPCC国家温室气体》燃油煤油71.5kgCO2/GJ《清单编制指南》国际组织柴油74.1kgCO2/GJ液化石油气63.1kgCO2/GJ燃料油77.4kgCO2/GJ天然气56.1kgCO2/GJ《IPCC国家温室气体》燃气煤气44.4kgCO2/GJ《清单编制指南》国际组织2.3.2常用建材的碳排放因子在工程建设项目施工过程中，建筑材料的种类好多，有些常用建材消耗量较大，目前国内的建筑材料碳排放数据库尚未成型。通过查找文献，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称排放系数（t/t）数据来源备注波特兰水泥0.502国际组织混合水泥0.396《GHGProtocol》砌筑水泥0.396（温室气体盘查议定书）水泥熟料0.507IPCC国际波特兰水泥4.985（联合国政府间气候变化专门委员会）组织熟料0.525《水泥行业二氧化碳减排议定书水泥政府行业二氧化碳排放统计与报告标准》部门1.060IPCC国际（联合国政府间气候变化专门委员会）组织钢铁1.220《GHGProtocol》国际（温室气体盘查议定书）组织高钙石灰0.75国际组织含白云石石灰0.86或0.77IPCC水硬石灰0.59（联合国政府府气候变化专门委员会）石灰高钙石灰0.73005国际组织白云石质石灰00.77605《GHGProtocol》..：水硬性石灰0.5925（温至气体盘查议定书）铅0.52IPCC国际（联合国政府气候变化专门委员会）组织预焙7技术1.6IPCC国际Soderberg技术1.7（联合国政府气候变化专门委员会）组织铝1.22《金球气候变化和温室气体清单编制方法》政府部门混凝土砌块0.12实心粘土砖0.2 .政府部门木材制品0.2《绿色奥运建筑评价体系》（緑色奥运建_ A/ftrr衣2Hl（ISIA1\陶瓷1.4筑研究课题组）玻璃1.42.4建筑信息模型-BIM2.4.1碳排放计量中BIM的运用数据的传输以及数据的高效转换是建筑施工全过程碳排放评价与碳排放因子相结合的基础，也是建筑准确的BIM模型的前提条件。为了使各种能源，材料碳排放量和不同种建筑多方面可视化间拥有应该共同的标准，因此需要建立一个BIM-LCA的综合框架来完成。而建立BIM-LCA的集成应用模型，则需先建立一个由各种所需的不同属性的信息的BIM模型。再将已经建立好的BIM模型量化,通过国际IFC标准(IndustryFoundationClasses,建筑工程技术数据互换标准)将所有量化的BIM模型数据导入LCA评估软件中,将选取的信息分别进行了生产阶段、建设期、运行阶段以及在报废和回收阶段整个生命周期中对碳排放情况的评估。2.4.2BIM技术特点以及内涵(1)BIM内涵BIM(BuildingInformationModeling)是创建并利用数字化模型对建设项目进行设计、建造和运营全过程进行管理、优化的方法和工具，通过对信息的插入、提取、更新和修改来支持在建设项目不同阶段、不同利益相关方的协同作业[17]。在BIM方法体系中，需要从多维度来诠释其内容。以下从技术、过程、所体现价值三维度诠释BIM内涵。①BIM的技术维度Revit建模、和其他分析软件的集成性以及工作时的多方协同性。②BIM的过程维度在规划阶段可以进行施工模型；在设计阶段可以进行多方人员协同设计等；在施工阶段可凭借BIM模型进行精确的施工指导；在运维阶段可以根据BIM模型进行设备的有效管理与维护。③BIM的价值维度：基于BIM模型可提前展示建筑效果、与优质建筑对比并提升建筑品质以及减少施工中的信息流失。2.4.3生命周期碳排放计量中BIM的运用数据的传输以及数据的高效转换是建筑施工全过程碳排放评价与碳排放因子相结合的基础，也是建筑准确的BIM模型的前提条件。为了使各种能源，材料碳排放量和不同种建筑多方面可视化间拥有应该共同的标准，因此需要建立一个BIM-LCA的综合框架来完成。而建立BIM-LCA的集成应用模型，则需先建立一个由各种所需的不同属性的信息的BIM模型。再将建立好的BIM模型量化，通过IFC标准(IndustryFoundationClasses，建筑工程数据交换标准)并与IDM标准相映射。为了解决支持IFC标准的软件的解决方案在实际应用中由于缺少特定信息要求的定义,使得软件系统不能够有效地保证交互式数据的完整性和协调性[18]。最后将处理好的量化的数据导入LCA评估软件中，将选定的信息进行生产阶段、建设阶段、运营阶段以及报废回收阶段的全生命周期的碳排放评价。第三章基于IFC标准的工程建设项目建筑信息模型3.1IFC标准内涵IFC标准是整个BIM体制的基础,也是BIM技术记忆相关软件最重要的数据交互标准,因此为了做到BIM设计软件与LCA软件的数据集成,,需以IFC标准为地基,搭建有关建筑环境影响分析的信息框架.3.2IFC标准的架构组成IFC架构主要分为四个概念层级：资源层、核心层、联通层及领域层。其中核心层为中心层，互通层起连通作用，资源层与领域层为核心层的子集层，因此可以通过参考及继承的方式运用不同的阶级之间有关的资源,以满足整个工程的生命周期中不同的阶段和领域的需求。3.3基于IFC标准体现建筑信息的方法IFC是开放式的数据格式，基于IFC标准进行建筑模型分析，需要对建筑评价中各构件的实体通过IFC的定义进行诠释，为构建基于IFC标准的BIM模型打下基础[19]。STEP(StandardExchangeofProductdatamodel，产品模型数据交换标准)是国际标准组织(ISO)为解决整个产品生命周期内的产品信息描述和数据交换问题而定制的,使用EXPRESSS建模语言进行描述[20]。以下采取EXPRESS-G图形法来详细诠释IFC标准中各实体的关联性，如图3-1所示。图3-1EXPRESS-G图形法图例(1)IFC标准中的建筑实体类型表达通过IFC标准所进行建筑实体的表述，是由其源头—IfcProduct衍生出的，衍生出的子集IfcSpatialStructureElement是关于建筑项目实体的空间表述。Ifcsite是有关建筑施工场所的表示，且其中可分为多个有关IfcBuilding的单位子集，即IfcBuildingStory。因此，整个建筑在IFC标准中的表示方式是空间、场所、建筑单位、楼层资源呈递进式的逻辑关系来表述的[21]。如图3-3所示描述单层的整个建筑逻辑。RelativePlacementIfcBuildingStoreyIfcLocalPlacementIfcRelContainedInSpatialStructureIfcBuildingStoreyIfcLocalPlacementRelativePlacementIfcBuildingStoreyIfcLocalPlacementIfcRelContainedInSpatialStructureIfcBuildingStoreyIfcLocalPlacement图3-2IFC中建筑单层逻辑图IFC建筑构件的继承关系在IFC模型中，IfcRoot及其子集中的子实体是可独立实现数据交互的基实体，其中蕴含了实体唯一标准(GlobalId)以及其他子集所需的必要信息[22]。在IfcRoot中，经过IfcBuildingElement来表达抽象子实体，且IfcBuildingElement还可衍生出门、窗、墙板以及梁柱与建筑全生命周期环境分析相关的构件[23]。如图3-3[24]所示。图3-3在IFC标准中的构件继承由图可见，该图的代表建筑相关构件的子实体彼此是相互不相关的。但是当窗安装在墙板上时，二者就需通过另外的图元关系来表达。图3-3中，窗(IfeWindow)与洞口(IfcOpeningElement)通过填充图元关系(IfcReFillsElement)使实体相互关联。(3)IFC中构件所用材料信息表示在IFC标准中，要想建筑构件与建材之间相互联结，则需要通过关联材料（IfcRelAssociatesMaterial)关系实体构件从而产生关联。例如在图3-4[25]中，材料（IfcMateria)可以由材料层用途设置(IfcMateriaLayerSetUsage)、材料层设置(IfcMaterialLayerSet)、材料层(IfcMaterialLayer)、材料表（IfcMaterialList）构造形成。而材料选择(IfcMaterialSelect）是用来选择与表示哪种实体组织材料（IfcMaterial)是可选的。材料的属性是由其子实体来表达，而一般属性可以在一般材料属性（IfcGeneralMaterialProperties）中设置，而对于吸光和吸热系数等其他属性可以通过材料扩展属性（IfcExtendedMaterialProperties)来设置。图3-4在IFC中的建筑构件表示(4)IFC中的构件的几何信息的表示在IFC标准中，IfcProductRepresentation是表达构件本体的几何属性的主要途径，如图3-5所示。例如圆形的窗，定义窗的一个中心点，通过调整形成窗实体；或者通过描述这个窗的每个与窗框的切点的坐标形成窗户实体；也可以通过与其它窗户参数类似的实体通过互相类比形成窗户实体。图3-5在IFC中的构件几何信息表示3.3.1IFC标准的应用流程IFC标准是开放性的、具有不同数据构架的以及表示多种建筑构件以及构件信息的方法，为实现建筑全生命周期不同建筑构件的互作性提供了基础。但是在应用IFC标准时，最大的难点就是其大量繁杂的信息冗余，信息的精准分析存在难点。在其中还有一些特定信息需求定义，导致与相关软件数据不能正常交互和协调。因此，可以运用IDM标准与IFC标准相对应，生存MVD模型提高建筑信息模型的稳定性以及多元性[26]。MVD(模型视图定义)是IFC标准的子模型，模型的建立，要根据建筑构件需求来制定IDM,而完整的IDM是由流程图、交换需求、功能组件三个部分组成。完成MVD模型，则需要明确定义三部分中的数据信息，将这些信息与IFC格式相映射。3.4基于IFC标准的工程项目环评信息模型将上几节不同性质的关系图综合起来，就得到图3-6。图3-6基于IFC的综合模型第四章BIM-LCA的框架设计4.1整体模型设计以BIM数据库与基于IFC标准的数据交换为基础，整体模型由BIM数据库和经过IFC数据转换的环境影响分析与评估模块组成，如图4-1图4-1系统整体模型4.2BIM-LCA功能模块设想 通过现有的LCA软件和BIM数据的基础上，再通过统一两种不同软件的标准，通过IFC标准使数据可以使BIM模型中的构件信息在LCA软件中准确表达，建立的BIM-LCA功能模组如图4-2。图4-2BIM-LCA功能模块在该功能模型中的预处理以及信息转换是关键一步，包含了相关参数以及属性设置和BIM模型的数据与IFC的转化，并借用IDM标准与转化的IFC模型相印证，以此增强数据的稳定性与准确性。LCA软件模拟是依据国家标准，利用LCA数据库，将BIM与LCA相关联。得出最后结论，，从而在设计初期就找出环境影响点并加以修改。第五章案例分析5.1案例梗概本工程为二层独院别墅，建筑总面积约为304m2。一层、二层高均为2.723m，室内外高差0.305m。设计使用年限50-60年，屋面防水为二级，建筑耐火为二级，耐久年限为20年。在Revit2018中建模后图如图5-1。图5-1二层独院别墅3D视图5.2基于BIM-LCA的评价插件-TallyTally是一款近年来德国研发的基于BIM设计文件—计文件—来德的LCA评估插件，其中的LCA数据库经过德国研究院的长期信息收集与整理。凭借当地的IFC标准，能快速选定BIM模型中的构件并获取其中的建筑构件的材料属性以及几何信息，生成所建立模型的环境饼状结构图，只需将各构件定义并且进行工艺关联，最终即可获得关于建筑各部分的环境分析报告。以门为例，其中包含了门板，门把手，门玻璃以及门转角等结构构成。通过IFC模型，将构件进行属性定义时，先定义门的实体属性，分层实体、集成实体、集成使用体定义该块模型。最后通过关联实体，得到门和门的相关构件的材料关联。如此，便达成了在Revit中的模型构件信息中加入LCA评价的相关定义与工艺链接，作为最后测算结果的重要信息块。将完成的属性信息通过IFC标准，导入Tally插件，生成环评分析报告。Tally的工作流程为建立Revit模型而后在Tally插件中进行定义，再与Tally自带的LCA数据库中工艺数据相联系，最后得出该建筑的碳排放量、耗材、以及建筑环评分析报告。流程图详见附件1。5.3材质关联在Tally中，各构件需要通过不同的定义将模型中构件链接到一起，通过Revit中的导出IFC标准文件后，就需将各构件进行联系，再凭借Tally自带的LCA数据库，完成BIM-LCA的集成。但不同构件的使用期限不尽相同，还需对构件逐个定义。以构造柱为例，如图5-2。 图5-2构造柱材质关联过程当所有构件项目图标变绿色，则材质都已定义与关联完全，如图5-3。图5-3构件关联完成图5.4选定建设项目报告范围将材质关联好后，根据建设项目选定范围得出最后的环评报告。查阅文献得到各种住宅类型的年平均耗能，如表5-1[27]。表5-1不同类别住宅单位面积年平均耗能建筑形式年平均单位面积用电量kWh/m2.a年平均单位面积能耗MJ/m2.a低层31.0385.5多层25.0313.4高层25.4315.8该案例中,该模型为低层建筑，因此年均用电量为31.0kWh/m2.a,年均能耗取385.5MJ/m2.a。见图5-4。图5-4项目报告范围选定5.5基于BIN-LCA的集成模型得出的的结论借助Tally的计算，得出了该二层独院别墅在建设与运营阶段的能耗，如表5-2所示。原始数据见附录2。表5-2各种指标能耗表评价指标单位建设阶段运营阶段总消耗量/排放量单位面积消耗量/排放量总消耗量/排放量单位面积消耗量/排放量酸雨效应kgS02eq(/m2)240.20.79313312.53富营养化效应kgNeq(/m2)20.30.066144.40.5774温室效应kgC02eq(/m2)35390.0166.037094322838臭氧层分解效应CFC-lleqC/m2)3.3x10-41.082x10-63.687x10-71.475x10-9臭氧效应O3eq(/m2)1622.65.3266105264.4初级能源消耗MJ(m2)915464.93002991670439667不可回收资源消耗MJ(m2)659330.42162955263838211可回收资源消耗MJ(m2)256345.1840.536406614565.6结果分析注：横坐标依次为全球变暖影响、酸雨影响、富营养化影响、温室效应、臭氧形成影响、非再生资源。纵坐标表示建材生产阶段、运输、维护和更换、运营阶段、报废阶段、回收阶段的影响百分比。图5-5建筑全生命周期环境分析图图5-5体现了该别墅全生命周期中各阶段的环境影响结果。同时发现运营阶段的能耗占了很大一部分，占了96%。但在建筑建造时期也会产生碳排放，所以应该全面的从建筑的建筑材料生产阶段开始评估。而图5-6体现了建筑不同材料的环境影响值是，其中Concrete与Masonry在各个指标中都占有较大份额。而饰面工程耗材多，一些新型材料成本高且施工复杂，所以对环境影响负荷也较大。注2：横坐标同注1纵坐标依次表示混凝土用料、注2：横坐标同注1纵坐标依次表示混凝土用料、砌块、金属用料、开口与玻璃用料、饰面工程的环境影响百分比更改方案的最佳时期是在设计与决策阶段，如果能够在设计初期就掌握该项目建材的消耗以及相关建材的环境影响值。因此在国家标准允许的与安全生产的条件下选择绿色材料，并且在建筑使用阶段时，充分节能减排，减少设备的无用耗能。第六章结论与展望6.1结论以及发展趋势本文通过将BIM与LCA相关联，将BIM模型中的数据通过IFC标准的转化，再与IDM标准相互验证，将量化的数据提取至LCA评价软件中进行环境影响分析与评估。通过对比法，对比了国内外研究存在的差异以及利弊，同时研究了如何将BIM模型中的数据与LCA软件相互流通的前提，明确了IFC标准作为数据传递纽带的关键性。通过德国的Tally插件，证明了BIM-LCA集成的实用性与便捷性，也为国内的研发相关软件提供模板。在今后发展趋势中，国内的LCA数据库有待完善，还需进行长时间的数据收集与处理。基于BIM与LCA相关联的软件还需更完善的设计与开发。将这些都完善以后，可以大大降低建设项目对环境的影响，使工程项目设计者和决策者能更直观的在建筑早期找出弊病，从而减少建筑项目施工、生产、运营所需耗能，为全球低碳做出贡献。参考文献王金裕.基于BIM的绿色建筑全生命周期碳排放计量与标杆管理研究[D].湖南工业大学,2019.朱坦.战略环境评价环境评价新领域研究[M].天津:南开大学出版社，2005[3]Iyer-RanigaUsha，WongJamesPowChew.EvaluationofwholelifecycleassessmentforheritagebuildingsinAustralia[.J].BuildingandEnvironment,2012,47:138-149.孙文娟.BIM技术在建筑工程施工中的应用研究[J].砖瓦,2021(03):97-98.李禹凝.浅谈BIM在工程项目全生命周期的应用[J].新型工业化,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.邹晶晶.沥青混合料生产环境负荷数据库及绿色发展评价体系研究[D].哈尔滨工业大学,2020.万谊丹.面向LCA清单的数据共享平台系统开发[D].安徽工业大学,2019.[10]孔琳琳,杨启亮,邢建春,孙晓波,邹荣伟,汤润之.面向国防工程火灾应急管理的BIM扩展研究[J].防护工程,2021,43(02):52-61.[11]刘喆.基于设计BIM模型和本体技术的建设工程自动成本预算[D].清华大学,2017.[12]高宇.基于BIM和GIS的装配式建筑生命周期温室气体排放分析[D].深圳大学,2018.[13]曾于舒.基于BIM的建筑构件LCA数据库管理系统研发[D].天津大学,2018.[14]陈亮,刘玫,黄进.GB/T24040-2008《环境管理﹑生命周期评价原则与框架》国家标准解读[J.标准科学，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知识图谱的产品语义检索[D].浙江工业大学,2020.[19]VenugopalM,EastmanCM,SacksR,etal.Semanticsofmodelviewsforinformationexchangesusingtheindustryfoundationclassschema[J].AdvancedEngineeringInformatics,2012,26(2):411-428.[20]冯妍．基于BIM技术的建