劉亮俊 王立梅 邵航 俞堅 翟躍忠

【摘要】碳足跡的概念源于碳排放，兩個之間是包含于被包含的關(guān)系，碳足跡是表示一個產(chǎn)品的碳排放，在某種意義上，碳足跡也是確定未來可以在哪些方面采用何種方式減少碳排放的重要工具之一。

【關(guān)鍵詞】建筑物化;碳足跡? ? ? ? ? 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.34.076

1、建筑物化碳足跡分析

建筑工程物化過程是一項較為復(fù)雜的過程，涉及到的因素較多，通過分析建筑物化碳足跡各階段的來源及影響因素，指出模型中所涉及到的參數(shù)，為模型建立提供基礎(chǔ)。

1.1建材開采（生產(chǎn)）階段

材料是構(gòu)成一切產(chǎn)物的基礎(chǔ)，建材也是建筑工程的源頭，屬于建筑工程最源頭的產(chǎn)物，建材開采（生產(chǎn)）本應(yīng)屬于工業(yè)領(lǐng)域，但在比較建筑物化過程碳足跡時應(yīng)包含所使用的材料。對不同建筑物物化過程碳足跡進(jìn)行比較時，應(yīng)充分考慮物化過程各方面碳排放，其中原材料開采、生產(chǎn)為物化過程碳排放來源之一，并且不同材料生產(chǎn)和使用過程中碳排放存在較大差異，前后碳排放比例不一致，因此材料開采、生產(chǎn)需考慮在建筑碳足跡內(nèi)。建筑材料開采、生產(chǎn)所產(chǎn)生的碳排放應(yīng)涵蓋其全生命周期各個不同部分，包括將原材料加工至成品過程中材料本身所排放的碳以及其他輔助資源的碳排放。在材料使用過程中，考慮部分材料非一次性使用，存在重復(fù)周轉(zhuǎn)使用，因此在進(jìn)行模型建立時應(yīng)充分考慮材料使用情況。隨著工業(yè)化的發(fā)展，建筑實體的增多，建筑材料生產(chǎn)階段所消耗的資源以及碳排放在建筑全生命周期內(nèi)所占比例不容忽視，在物化過程中整體碳排放比例更高，因此，能夠更加有效的控制建筑材料生產(chǎn)過程的碳排放對于建筑行業(yè)節(jié)能發(fā)展具有十分重要的意義。

1.2物料運輸階段

物料運輸階段指將材料成品、半成品等由材料生產(chǎn)地運至施工現(xiàn)場的過程，不包含原材料運輸至材料生產(chǎn)地的運輸過程能源碳排放，該階段所產(chǎn)生的碳排放主要來自運輸工具的能耗溫室氣體排放，其影響因素較多，主要有運輸建材種類、所用運輸工具型號（載重）、燃料類型、運輸距離、運輸量等影響因素，不同工程涉及的每項影響因素均不同。

1.3主體施工階段

現(xiàn)階段建筑施工主要依據(jù)施工機(jī)械進(jìn)行，故在建筑施工階段所產(chǎn)生的碳足跡主要來自施工照明和機(jī)械作業(yè)施工消耗能源產(chǎn)生的碳足跡。施工機(jī)械設(shè)備的動力為能源消耗，部分施工機(jī)械消耗電能，部分消耗柴油，還存在一部分消耗的是汽油等;施工機(jī)械的碳足跡影響因素主要是機(jī)械型號、臺班能源消耗量等，其中機(jī)械型號即表示功率、能耗等信息。

1.4施工配套設(shè)施

施工階段施工場地布置一般遵循“三區(qū)分離”原則，即作業(yè)區(qū)、材料堆放區(qū)和辦公生活區(qū)配套設(shè)施主要在辦公生活區(qū)，分為辦公區(qū)和生活區(qū)，其中辦公區(qū)主要能源消耗為電，有電腦、空調(diào)、照明等設(shè)備，生活區(qū)除了消耗電能外，還包括燃?xì)庀摹?/p>

2、建筑物化碳足跡因子分析

碳足跡因子指完成某一種單位工作所產(chǎn)生的碳排放，其中可能包含能源燃燒和材料成品或半成品等，是量化碳足跡的重要參數(shù)，不同國家存在不同的標(biāo)準(zhǔn)，但一般在建筑碳足跡計算過程中，認(rèn)定碳足跡因子是不變的，不會隨著計算方法與計算過程的變化而變化。碳足跡因子也是通過能源、材料等數(shù)據(jù)計算而得，系統(tǒng)邊界為產(chǎn)品或活動的全生命周期，在全生命周期中所產(chǎn)生的溫室氣體。模型中所涉及的碳足跡因子主要有能源、材料、運輸機(jī)械以及施工機(jī)械碳足跡因子，其中，能源碳足跡因子為所有數(shù)據(jù)研究的基礎(chǔ)，不管在材料生產(chǎn)、機(jī)械運作過程中都將消耗各種不同的能源，因此在進(jìn)行碳足跡因子計算時，能源因子作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證后期因子數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，就必須保證能源因子的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

在碳足跡因子選取過程中，一般情況下需要通過實驗測定，但由于試驗方法和設(shè)備差異，試驗條件的不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)差異性較大，無法提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，但隨著綠色建筑的推廣，學(xué)術(shù)界對碳足跡因子的研究也愈發(fā)增多，隨之，碳足跡因子的研究成為目前學(xué)術(shù)界討論的熱點。本項目依據(jù)權(quán)威性原則、就近性原則以及均值原則進(jìn)行碳足跡因子選取與計算。為橫向?qū)Ρ忍峁┮罁?jù)。

（1）權(quán)威性原則，在選取過程中主要依據(jù) IPCC 所提供的數(shù)據(jù)，IPCC 為國際委員會，能夠給出精確度準(zhǔn)、適用性廣的數(shù)據(jù)，本項目的基礎(chǔ)能源以及原材料因子可直接進(jìn)行選取，但部分成品、半成品還需進(jìn)一步采用權(quán)威數(shù)據(jù)計算，以便提高研究的準(zhǔn)確性。

（2）就近性原則，由于學(xué)術(shù)界對碳足跡因子尚未有一個完整的數(shù)據(jù)庫，在 IPCC 提供數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過對文獻(xiàn)研究，其中部分學(xué)者對部分材料碳足跡因子已進(jìn)行了相關(guān)的研究計算，采取就近性原則在其中選取與本項目研究工藝相同的數(shù)據(jù)，若研究范圍存在差距，則進(jìn)行多者對比選取最相近的。

（3）均值原則，由于 IPCC 所提供的數(shù)據(jù)不完整，采取就近性原則，但由于試驗設(shè)備、條件大相徑庭，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也有所差異，在范圍相同的基礎(chǔ)上存在幾種試驗結(jié)果，需要對不同結(jié)果進(jìn)行對比分析，在滿足要求的情況下選取其均值作為本次研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。依據(jù)以上原則進(jìn)行碳足跡因子選取，保證所選取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)最合適本項目的研究評價，提高研究的準(zhǔn)確性。

3、建筑物化碳足跡計算系統(tǒng)設(shè)計

3.1 需求分析

（1）模型應(yīng)用需求

前文中所建立的基于 BIM 的建筑物化碳足跡計算模型能夠有效量化建筑物化階段碳足跡，達(dá)到對建筑碳足跡的管理，但模型的研究是為了能夠?qū)嶋H應(yīng)用，為了提高模型的可應(yīng)用性以及可操作性，需要將模型進(jìn)一步開發(fā)成應(yīng)用操作系統(tǒng)，為建筑碳足跡提供基礎(chǔ)，為綠色建筑發(fā)展提供量化因子。

（2）碳足跡快速計算需求

建筑全生命周期碳足跡一個難以量化的數(shù)據(jù)，要實現(xiàn)物化階段快速計算更為量化碳足跡增加困難，但本項目所研究的物化碳足跡計算是在工程設(shè)計階段，通過初步設(shè)計量化碳足跡進(jìn)行建筑優(yōu)化設(shè)計，可能會存在多次優(yōu)化，但設(shè)計階段周期較短，如果進(jìn)行手工計算，會耽誤設(shè)計周期，造成設(shè)計工作無法在規(guī)定的時間內(nèi)完成，產(chǎn)生延期，以致工程整體進(jìn)度產(chǎn)生延誤。因此，快速計算建筑碳足跡成為工程進(jìn)度保證的需要。

（3）信息化發(fā)展趨勢需求

當(dāng)前，建筑行業(yè) BIM 技術(shù)迅速發(fā)展，帶動著整個行業(yè)信息化的發(fā)展，未來 BIM 技術(shù)將會貫穿于建筑全生命周期各個階段，本項目建立的模型是基于 BIM 技術(shù)完成的物化碳足跡的量化，通過提取 BIM 三維模型中有效數(shù)據(jù)進(jìn)行碳足跡計算，為適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)信息化的發(fā)展以及行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，將所建立的模型進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)是行業(yè)所需要的。

3.2 可行性分析

系統(tǒng)可行性分析是在系統(tǒng)開發(fā)前必須進(jìn)行的一項工作，目的不是解決問題，而是判定所提出的問題能否被解決，在一定程度上能夠減少由于未進(jìn)行可行性分析導(dǎo)致的投資損失，具有兩方面的作用，一是為系統(tǒng)的后期研究提供經(jīng)驗，二是避免了損失。本項目主要是從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和操作三個角度的可行性進(jìn)行你分析，為系統(tǒng)開發(fā)提供前期經(jīng)驗教訓(xùn)。

（1）技術(shù)可行性

技術(shù)可行性需要考慮系統(tǒng)的開發(fā)風(fēng)險，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下能否實現(xiàn)系統(tǒng)的功能和性能，基于 BIM 的建筑物化碳足跡計算系統(tǒng)的主要任務(wù)是結(jié)合 BIM 導(dǎo)出的工程量快速計算建筑物化階段碳足跡，并分階段進(jìn)行可視化展示。本系統(tǒng)運行平臺為中文 Windows? 7 及以上版本，后臺數(shù)據(jù)庫為 Access，系統(tǒng)前端的開發(fā)工具選擇易用且能實現(xiàn)系統(tǒng)快速開發(fā)的 Borland Delphi 進(jìn)行開發(fā)。Delphi 是在 Windows 平臺下工作的開發(fā)工具，作為一個集成開發(fā)環(huán)境（IDE），可以在多種系統(tǒng)環(huán)境下使用，而且它提供了 500 多個可供使用的構(gòu)件，利用這些部件，開發(fā)人員可以快速地構(gòu)造出應(yīng)用系統(tǒng)，也可以根據(jù)自己的需要修改部件或用 Delphi 本身編寫自己的部件。平臺本身已經(jīng)非常成熟，基于此平臺已經(jīng)開發(fā)了多種應(yīng)用系統(tǒng)，在技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)本項目所研究的系統(tǒng)開發(fā)。

（2）操作可行性

一個系統(tǒng)的應(yīng)用反饋情況主要依據(jù)具體操作人員，新系統(tǒng)的使用可能帶來組織、人員及信息流程的變更，在已經(jīng)習(xí)慣現(xiàn)有操作的情況下，新系統(tǒng)的應(yīng)用可能會出現(xiàn)人員抵制，越具有操作可行性的系統(tǒng)越容易被用戶所接受。本系統(tǒng)從登陸開始均采用人性化設(shè)計，可以依據(jù)用戶需求在原基礎(chǔ)上進(jìn)行更新，且所選的開發(fā)工具已經(jīng)成熟，能夠滿足開發(fā)的操作可行性。

（3）經(jīng)濟(jì)可行性

本系統(tǒng)采用 Borland Delphi 和 C/S 模式結(jié)構(gòu)，Access 作為后臺數(shù)據(jù)庫，開發(fā)工具均為市場上常用的，且均可免費獲取的零成本軟件，開發(fā)技術(shù)也是開發(fā)人員已經(jīng)熟練掌握的技術(shù)，內(nèi)置的碳足跡因子是由聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會所提供的，其中部分因子與國內(nèi)數(shù)據(jù)存在差異，材料需要按照組成與生產(chǎn)工藝進(jìn)行碳足跡因子計算，機(jī)械需按照其機(jī)械能源消耗類型進(jìn)行計算，內(nèi)置的定額由各省份定制，這就大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本，且系統(tǒng)開發(fā)完成后可以提供給建筑行業(yè)各個單位，系統(tǒng)出售所能夠帶來的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)開發(fā)的成本，因此，系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)可行性滿足要求。

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