清单分析：BIM技术与建筑能耗评价方法

Tally是BIM模型工具中面向环境影响分析的功能模块，Tally可进行两类评估，全面的建筑评估和设计方案比较。通过全面建筑评估可获得所有建筑材料对各类环境影响所作的贡献，这些贡献值可根据Revit分类、族类型、CSI分类、材料种类等不同的分类标准进行排列，从而可以让使用者根据不同的标准进行建筑材料的选择。进行设计方案比较时，可对不同的设计方案进行建筑材料环境影响的对比与评价，生成一系列的环境影响类别的报告。

1）BIM-LCA的环境影响类别与计算

目前，BIM理论工具根据TRACI 2.1（Tool for the Reduction and Assessment of Chemical and other Environmental Impacts）将环境影响分为八大类[148]：酸化潜势（AP）、潜在性富营养化（EP）、全球变暖潜势（GWP）、臭氧破坏潜势（ODP）、烟雾形成潜势（SFP）、初级能源需求（PED）、不可再生能源（non-renewable energy）、可再生能源（renewable energy），介绍如下：

（1）酸化潜势（AP）

酸化是指在当地环境中氢离子浓度的不断增长。酸化潜势（AP，AcidPotential）是指酸性气体排放导致酸性降雨的潜势，可以用每kgSO2当量（SO2eq）来表示。根据TRACI2.1中的描述，全球变暖和酸化可由不断增长的酸性物质（例如硫酸和硝酸）所引起。酸化物质通常是由于化石燃料燃烧产生的空气排放物产生的，二氧化硫和氧化氮是引起酸雨的最重要的因素。不同环境的敏感性依赖于一系列的因素，包括：当地环境的缓冲能力、当地动植物的种类以及环境的酸性现状。酸化潜势因子当量参见表5-1[149]。

计算公式如下：

式中，APi——酸性气体i的非酸化潜势因子；

mi——酸性气体i的排放量（kg）。

表5-1 酸化潜势因子当量

（2）潜在性富营养化（EP）

富营养化是指水生生态系统的营养素（硝酸盐、磷酸盐）富集，营养素富集能够加速生物的生产力（如藻类和杂草的生长）和藻类生物的聚集[75]。建设生态环境是面向一定的建筑材料的供给和运输的。可被看成富营养化的清晰可见的变化通常发生在过度的建筑材料的供给的建设中。因此，人类的活动，特别是大规模的建设能够加速营养物进入建设生态环境的速度。

计算公式如下：

式中，EPi——第i种排放物的潜在富营养化因子；

mi——营养素i的排放量（kg）。

（3）全球变暖潜势（GWP）

全球变暖是指地球表面和环境逐渐变暖，通常代表在一个相对较短的时间内，由于人类活动所导致的全球气温出现的显著增长。如今，人们普遍认为气候的变化是人类活动所致。建筑造成了全球三分之一的温室气体的排放，主要是由于在运行阶段中大量使用化石燃料所致。TRACI2.1利用全球变暖潜势（GWP）来计算与二氧化碳有关的温室气体的潜势，全球变暖潜势因子当量参见表5-2。

表5-2 全球变暖潜势因子当量

计算公式如下：

式中，GWPi——第i种排放物的全球变暖潜势因子；

mi——酸性气体i的排放量（kg）。

（4）臭氧破坏潜势（ODP）

臭氧损耗在过去几十年内一直是主要的环境问题。相关研究表明，建筑材料中在建设阶段所使用的某些化学物质使得保护大气的臭氧层变薄。建筑施工过程中消耗了大量容易引起大气问题的建筑材料，导致室内环境污染扩大到全球范围内的臭氧损耗问题。

计算公式如下：

式中，ODPi——第i种排放物的臭氧破坏潜势因子；

mi——臭氧破坏气体i的排放量（kg）。

（5）烟雾形成潜势（SFP）

造成烟雾形成的最大诱因是工厂的基础设施生产（建筑施工和半导体生产设备）、使用阶段电力和运输阶段。建筑施工时的地面烟雾主要来自于建筑材料运输、处理以及供应时使用的电力所产生的建筑尘埃、氮氧化合物和硫氧化物。由建设烟雾所引起的人类健康问题多与呼吸系统问题有关。

计算公式如下：

式中，SFPi——第i种排放物的烟雾形成潜势因子；(www.xing528.com)

mi——烟雾形成气体i的排放量（kg）。

（6）初级能源需求（PED）

初级能源使用是指直接使用资源或无需经过转化可直接提供给使用者的“粗能”，也就是说，没有经过任何转换过程的能量（OECD，2008）。PED是用来评估不可再生资源（例如煤、核能、天然气）和可再生资源（如氧气、水、太阳能）的需求量。建筑消耗了全球所使用的大部分的初级能源，也就意味着建筑业在减少全球初级能源使用方面具有巨大的潜能（IPCC 2007）。

计算公式如下：

式中，PEDij表示全生命周期过程中任一功能单位生命周期i阶段j类初级能源需求量。

（7）不可再生能源（non-renewable energy）

不可再生能源是指在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复且随着大规模开发利用，储量越来越少，总有枯竭一天的能源，包括煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的。

计算公式如下：

式中，NREij表示全生命周期过程中任一功能单位生命周期i阶段j类不可再生能源消耗量。

（8）可再生能源（renewable energy）

可再生能源是指在自然界可以循环再生的能源，包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。

计算公式如下：

式中，REij表示全生命周期过程中任一功能单位生命周期i阶段j类可再生能源消耗量。

2）LCA-Gabi数据库

在国内，有关全生命周期评估的软件和数据库还没有发展起来，目前，国内学者及研究人员多应用德国开发的Gabi软件或荷兰开发的Simapro软件进行全生命周期评估。使用其他国家评估软件的弊端在于，大部分软件是根据其本国情况建立的数据库，不能较为准确地反映出在我国的评估结果，这给全生命周期评估带来一定的阻碍。但是若使用同一数据库对同类或类似产品进行评估分析，其分析结果之间具有一定的可比性。本研究以Gabi数据库为平台，对某大学土木交通楼的楼板进行全生命周期环境影响评估。在我国，以此数据库为工具的研究主要有：赵春晴以Gabi5软件为基础，对板翅式全热交换器进行全生命周期评估，分析产品的各个生命阶段的资源能源消耗比例、不同生命周期影响评估方法的温室效应值以及其他各种环境影响值，为提高和改进产品性能提供了方向；张晶以GaBi4软件为基础，对电动汽车进行了生命周期评价研究，分析出产生环境影响的主要原因，进而提出电动车的改进建议；张丽基于GaBi软件构建了清洁生产方案编制技术框架，为企业开展清洁生产提供了技术支撑和案例依据；李兴福等[150]采用GaBi4软件分析了生产1kg普通钢材过程中的物料消耗、能源消耗以及对环境的排放，并利用软件提供的方法评价了生产过程中造成的环境影响。因此本研究使用Gabi数据库具有一定的参考价值。

3）BIM-LCA功能模块数据库

BIM-LCA功能模块（Tally）以专门设计的LCA数据库为平台，该数据库是由Kieran-Timberlake和PE INTERNATIONAL合作开发的。它将材料属性、装配细节、工程和建筑规范与环境影响数据结合起来。LCA模型使用Gabi数据库，依据Gabi数据库和建模原则在Gabi6软件中进行的。

BIM-LCA功能模块（Tally）最新版本的数据库来自于78种特定产品的电子数据，从围护结构到楼板。数据库的局限性在于用户不可自行在BIM-LCA功能模块（Tally）数据库中添加材料信息，但随着越来越多生产商生产的产品电子数据信息可获得，BIM-LCA功能模块（Tally）数据库也将会继续扩展厂商指定产品的数量。

BIM-LCA功能模块（Tally）可以被用来执行与LEED兼容的从摇篮到坟墓的全生命周期评估，也可以被用来进行最新的LEEDV4建筑全生命周期环境影响减少认证。LEED （Leadership in Energy and Environmental Design）是世界上广受认可的绿色建筑评价标准，它是由美国绿色建筑委员会（USGBC）建立并推行的，LEED的远景是通过推广绿色建筑以实现整个建筑行业的市场转型。2013年5月底，美国绿色建筑委员会正式发布了LEED绿色建筑评估体系的V4版本。

4）TRACI2.1的影响评价方法

无论是在LCA、工艺流程设计还是在可持续性指标范围内进行分析评价，在所有的影响类别中，在TRACI（化学与其他环境影响降低与评估工具）范围之内需使用化学排放量或资源使用量以及预计的应激源的效能。对于每一种环境影响来说，预计的应激源是基于最有效的模型和数据。对于某些环境影响种类（例如臭氧消耗潜势、全球变暖潜势），所列出的化学物质的相对效能已经达成了全球共识。对于其他环境影响种类，相对效能可能取决于与化学物质、应用原理或实验数据有关的模型。

在某些环境影响种类中，排放物的地点和所使用的资源对于应激源（带来环境压力的因素）来说至关重要，在这种情况下，每个应激源不仅仅只有一个效能因素，而是对于每一个地点都有一个效能因素，需对每个地点的环境影响分别进行计算然后进行汇总，得出该项研究整体的环境影响值。如果环境种类（i）有化学物质归宿因素（F）以及效能因素（P），则特定场地的分析计算如下：

式中，Ii——涉及一种特定影响（i）的所有化学物质的潜在影响（x）；

——相对于影响种类（i）的现场（s）排放到媒质（m）的化学物质的归宿（x）；

Mxms——现场（s）排放到媒质（m）的化学物质的量。

——相对于影响种类（i）的现场（s）排放到媒质（m）的化学物质的效能因素（x）；

TRACI2.1版本中特征因子的媒介如表5-3所示。

表5-3 每种环境影响媒质的特征因子