基于生命周期評價的木結構環境影響評價方法

郭明輝 姬曉迪

摘要

為了完善木結構建筑的環境影響評價方法，基于生命周期評價體系和國內外學者建立的關于建筑物的生命周期評價模型，對我國木結構建筑的環境影響評價方法進行了研究，闡述了木結構建筑生命周期評價的4個步驟：確定目標與范圍、清單分析、影響評價和結果解釋，著重介紹了木結構建筑的環境影響評價，指出了木結構建筑生命周期評價的發展方向。

關鍵詞生命周期評價；木結構；清單分析；影響評價

中圖分類號S784文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）36-12965-03

AbstractIn order to perfect the environmental impact assessment method， a study about environmental impact assessment method for domestic wood construction based on life cycle assessment and modes of life cycle assessment established by domestic and foreign scholars was conducted， four steps including goal and scope definition， inventory analysis， impact assessment and interpretation were set forth and the impact assessment for wood construction was specially introduced， the development direction of life cycle assessment for wood construction was pointed out.

Key wordsLife cycle assessment （LCA）； Wood construction； Inventory analysis； Impact assessment

2013年，全國房屋施工面積為665 572萬m2，相較于2012年增加了16.1%，房屋竣工面積達101 435萬m2，相較于2012年增加了2.0%[1]。建筑業作為一種特殊的行業，有著占用資源多、浪費嚴重、能源利用率不高等一系列的環境影響問題。2014年5月，國務院出臺了《2014-2015年節能減排低碳發展行動方案》，方案要求著重促進建筑行業的節約能源、減少碳排放，大力推行綠色環保建筑。當前國內主要使用的建筑材料，如磚、鋼材、玻璃和水泥等都屬于能耗較高的材料，不符合大勢所趨。木材作為一種既古老又現代的節能降碳的建筑材料，符合我國推進建筑行業節能降碳的需求，大力促進木質結構建筑行業發展，符合我國節能降碳社會發展的方向。

生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）方法是一種環境負荷評估方法，它面向的是產品系統，對產品系統的環境影響進行分析與評價[2]。近年來，依托國際標準ISO14040，國內外的一些研究人員逐漸開展了面向建筑行業的生命周期評價的研究[3]，基于不同的建筑材料（水泥、混凝土、鋼材等），評價了建筑物從物化階段到運營維護階段再到拆除處置階段對環境產生的負荷，建立了一些面向建筑行業的生命周期評價模型和方法。然而，不同建筑材料的建筑物對環境的影響模型與環境負荷評價體系也有一定的差別，關于木結構建筑的生命周期評價體系很少有學者研究。

該文基于生命周期評價體系，探討了木質結構建筑的環境負荷評價方法，以期為建立健全木質結構建筑的生命周期評價體系提供參考。

1 生命周期評價方法

1969年，美國的一家研究所對一種碳酸飲品的易拉罐進行了一次“起始于搖籃終止于墳墓”的全生命周期的環境負荷評估，這標志著生命周期評價的開始；1990年，國際環境毒理學與化學學會（SETAC）召開了一個有關環境影響評價的世界討論會并引出了生命周期評價的問題，此后，各國開展了關于生命周期評價的研究；從1997年起，國際標準化組織（ISO）陸續推出了一系列以生命周期評價為主題的標準——ISO14040系列標準；1999年起，依據ISO14040系列標準，我國出臺了自己的生命周期評價標準——GB/T24040系列；目前，生命周期評價模型與體系還在不斷完善之中。

關于生命周期評價的概念，國際標準化組織是這樣描述的：生命周期評價是一種通過匯編和計算一產品體系全生命周期內所有環節可能存在的環境負荷數據，依據研究目標來評判該產品體系可能存在的環境作用的技術。簡而言之，生命周期評價是一套用來評判產品系統全生命周期（從獲得最初的材料到加工組裝出產品最后到應用、廢棄該產品）對環境造成干擾的手段和措施，生命周期評價主要可以分為4步完成：目標與范圍確定，清單分析，影響評價，結果解釋。四者的關系如圖1所示[4]。

2木結構環境負荷評價

近20年來我國快速增長的建筑行業[5]對環境產生了巨大的影響，盛行于國內建筑行業中的磚、鋼材、玻璃和水泥等建材都有著嚴重的消耗性，對環境有著非常不利的影響，而木結構建筑相對綠色環保，對環境的負荷較小[6]，深受人民歡迎，發展前景較好。

2.1木結構建筑生命周期評價目標與范圍的斷定

2.1.1

木結構建筑生命周期評價目標。

明確生命周期評價的目標，就是要明曉生命周期評價的結論可以解決哪些問題，這跟實施評估人員的決策相關。目前缺乏大量關于木結構建筑環境影響的數據資料，因此，以建立并健全我國木結構建筑環境負荷數據庫為目標而對木結構實施生命周期評價很有必要。研究人員完成自己的研究成果后可以將自己收集的數據與其他研究人員共享，這樣有利于木結構生命周期環境負荷數據庫的建立，最終能夠為綠色建筑設計選擇木結構提供依據，為木結構全生命周期內的綠色制造與技術提高提供建議。

2.1.2

木結構建筑生命周期評價的范圍。

生命周期評價研究范圍主要包括產品用途、功能單位、體系界限、環境負荷種類、數據質量要求、假設和限制條件等[7]，以木結構作為產品系統，其評價范圍的確定需要注意以下問題。

2.1.2.1

木結構建筑產品生命周期評價功能單位的界定。木結構建筑的功能單位是對木結構建筑用途性質的量化描述，建立功能單位主要是為了將木結構建筑的輸入對象和輸出對象歸一化。考慮到建筑物一般是以面積來量化描述其功能屬性的，因此，對木建筑進行生命周期評價，其功能單位應該是單位面積的木建筑。

2.1.2.2

木結構建筑系統生命周期評價邊界的界定。木結構建筑是一個較為復雜的系統，其全生命周期涵蓋的范圍很廣，包括林木育種、培育，木材資源開采，運送，木構件半成品與成品制造，木結構建筑物的建造，木結構建筑物的裝修、應用、維持和再裝修，木結構建筑物的拆卸和廢棄處置等[8]（圖2）。全面考察木結構的環境負荷難度很大，需要大量人力、物力、財力的投入以獲得大量的數據支撐。不同的研究人員可能選擇的評價范圍不一樣，有些可能評價木結構物化階段的環境影響，還有些可能評價木結構拆除廢棄階段的環境影響，如果這些研究人員可以共同分享彼此的研究成果，則可以有效降低木結構全生命周期階段環境負荷評價的難度，有利于獲得大量的木材加工業和建筑業的環境負荷數據，有利于全方位地指導綠色環保型木結構建筑的設計、建造、使用與維護。

2.2木結構建筑生命周期評價的清單分析

確定好生命周期評價的目標與范圍后，接下來要做的就是關于木結構環境負荷數據資料的收集與計算，這便是清單分析。對于木結構建筑進行清單分析即是為木結構生命周期中的所有環節階段設立對應功能單位的資源、能源、產品、環境負荷的輸入對象與輸出對象。具體執行清單分析時，需要確定的是各個過程單元及其輸入與輸出對象。以木結構建筑中常用的定向刨花板（OSB）生產工藝中“預壓”和“熱壓”這2個過程單元為例，輸入“預壓”單元的包括電能和上一過程單元“成型”的產品——預壓板坯，輸出對象只有1項：熱壓板坯，因此，其輸入流為電能和預壓板坯，輸出流為熱壓板坯；相應的，“熱壓”這一過程單元的輸入流為電能和熱壓板坯，輸出流為成板和散失到空氣中的水蒸氣。考慮到木結構建筑的功能單位是單位面積的木結構，因此輸入“預壓”過程單元的是生產單位面積木結構建筑所需定向刨花板的預壓板坯和電能，分別假設為a kg和x kJ，類似的，可以得到“預壓”的輸出對象為a kg的熱壓板坯，“熱壓”的輸入對象為a kg的熱壓板坯和y kJ 電能，輸出對象為c kg的成板和d kg的水蒸氣（其中c+d=a）（圖3）。

木結構作為一種建筑產品，其本身具有其他類產品所不具有的性質，在對其進行生命周期評價清單分析時，應該盡量全面地考慮其特殊性。例如，木結構建筑的使用維護階段一般長達數十年，而這數十年內每年使用維護所造成的環境影響又不盡相同，可能數年前建筑物照明用電為火力發電，幾年后又為風能發電，二者的環境負荷相隔甚遠，給清單分析帶來了很大的不便。因此，在考慮木結構建筑生命周期的清單分析時，應從長遠方面全方位的考慮。

2.3木結構建筑生命周期評價的影響評價

清單分析是清查木結構生命周期中每個過程單元的輸入流與輸出流，最初的輸入流即是木結構整個生命周期所需的資源與能源，最終的輸出流即是排放到環境中的各種物質，但清單分析只是列出了這些簡單的環境交換數據，并沒有評價各個過程單元潛在環境負荷的嚴重程度，因此，需要對各個環境交換數據的重要程度以及各過程單元或產品系統組成的環境負荷嚴重程度進行評價，這即是生命周期影響評價（Life Cycle Impact Assessment，LCIA）[9]。生命周期影響評價是整個生命周期評價過程中最緊要的一部分，也是實施起來最艱難的一部分，SETAC和ISO都主張將生命周期影響評價分為3個步驟實施：分類、特征化和量化評估。

分類（classification）是將清單分析中輸入對象與輸出對象分配到生命周期影響評價各個不同環境負荷類型當中；分類之后需要特征化（characterization），即將所有環境負荷類型中的不同的清單結果歸總成一個統一的物質因素。對于木結構建筑來說，居民在木結構的使用階段可能會向環境中排放CO2、CH4和SO2等氣體，其中CO2和CH4可以被分類到全球變暖中去，SO2可以被分類到空氣酸化中去；而比較CO2和CH4對全球變暖影響的嚴重程度時，可以將CO2當作全球變暖的特征物質，將CH4特征化為CO2，根據一些學者的研究，1 kg CH4對全球變暖的影響程度等同于4 kg CO2對全球變暖的影響程度，因此，1 kg CO2和1 kg CH4對全球變暖的影響值可以等同為5 kg CO2對環境的影響值。對環境進行分類和特征化的具體過程如圖4所示。

一般而言，分類和特征化是生命周期評價中的必做部分，量化評估（valuation）是可做部分，比較常用有兩類量化評估的方法，分別是標準化法（normalization）和加權評估法（weighting）。

雖然特征化將同一影響類型的清單結果進行了匯總，但僅通過特征化還不能較好地理解該類環境影響的大小，而標準化可以更加直觀地評估一類環境負荷的相對嚴重程度。在標準化中，特定類型的環境負荷值被設定成“標準”負荷值，通過將該類型的環境負荷值與該類型的“標準”環境負荷值進行對比，就可以確定產品系統生命周期中對該類型的環境負荷所產生的相對貢獻。例如，將某地區1棟普通的木結構建筑在其使用階段的1年內單位面積造成的全球變暖影響值設定為標準值，將該地區內其他木建筑在其使用階段1年內單位面積所造成的全球變暖影響值與標準值經過對比，就可以知道該建筑在其使用階段對全球變暖潛力環境影響的嚴重程度。

經過標準化法后，同種類型的環境負荷大小容易判斷出來，而不同類型的環境負荷之間的比較仍無法進行，加權評估即是評估不同影響類型的環境負荷相對嚴重程度。加權評估是一種價值評判的措施，影響評價實施的人員不同、目標不同，采用的權重因子、加權手段也不盡相同，當下較為流行的加權評估措施有貨幣化法、目的距離法和專家評分法等方法。下面詳細介紹基于貨幣化法的木結構環境影響的加權評估。貨幣化法的基礎理論在于不同環境影響類型間的嚴重程度可以用貨幣來反映，即用貨幣來衡量各環境影響類型的嚴重程度。在木結構建筑的使用階段中需要使用大量的水資源，會造成水資源耗竭，對其采用貨幣化法，即根據居民針對解決水資源耗竭影響所產生的支付意愿來反映水資源耗竭的環境影響。根據《北京市發展和改革委員會關于北京市居民用水實行階梯水價的通知》[10]，若木結構建筑在應用階段單月自來水消耗量小于180 m3，則其單價是5元/m3。即表明用貨幣法表示的北京市水資源耗竭影響值為5元/m3，類似的可以用貨幣化法表示出其他種類的環境影響值，這樣不同類型之間的環境負荷值就可以比較了。

SETAC和ISO只是指出了生命周期影響評價的一般步驟，關于具體怎么實施生命周期影響評價，世界上并無統一的方法，一般比較常用的方法有減少、評估化學和其他環境影響工具法（TRACI）、環境研究中心法（CML）等。然而這些方法并不是專門針對我國的木結構建筑所設計的。以CML法為例，CML法是由荷蘭萊頓大學環境研究中心推出的一種生命周期影響評價措施，它包含的環境負荷類別有全球變暖影響、臭氧層消耗影響、酸化影響、富營養化影響、光化學臭氧生成影響、人類毒性影響、地區生態毒性影響、淡水和海水生態毒性、資源消耗等。我國木結構建筑節能發展起步較晚[11]，其全生命周期范圍內耗能較重，因此我國木結構建筑的環境影響類別中應包括化石資源消耗影響1項，同理，水資源耗竭影響、固體廢棄物影響和室內空氣污染影響等也應屬于木結構建筑的環境影響類別。CML法基本考慮了所有的環境影響類別，但是，CML法只是一個全球范圍內的普遍意義上的環境影響評價方法，并沒有著重考慮建筑物尤其是我國境內木結構建筑的特殊性，因此，有必要結合國際上主流環境影響評價體系推出我國木結構生命周期影響評價體系。

42卷36期郭明輝等基于生命周期評價的木結構環境影響評價方法

2.4木結構建筑生命周期評價的結果解釋

結果解釋就是依靠研究的目標和范圍，分析清單分析和影響評價的結果，得出生命周期評價的結論，闡明此次生命周期評價不足之處，最后給出意見并闡釋生命周期評價結果解釋的結論[2]。GB/T 24043-2002[12]指出，生命周期解釋階段包含3部分：

識別、評估與報告，識別即是分析出清單分析與影響評價中的問題，評估即是檢查此次生命周期評價的完整程度、敏感程度與一致程度，報告就是得出結論、提出建議。

3展望

基于生命周期評價方法，我國木結構建筑的環境影響可以分4個步驟進行評價：確定評價目標和范圍、清單分析、影響評價和結果解釋。在執行以上4個步驟時，還有很多小問題需要明確，例如采用適用于我國國情及木結構建筑的環境影響類型、確定適合木結構建筑的標準化與加權評估方法等，現行的生命周期評價方法沒有完全考慮到我國國情及木結構建筑的特殊性，以致于其并不完全適用于評價我國木結構建筑。進一步研究木結構建筑的生命周期評價體系應從以下幾方面開展工作。

3.1木結構與生命周期評價教育與培訓的加強

目前國內多數人對木結構認識有限，甚至認為木結構用于建筑是浪費，國內很多人沒聽過生命周期評價，也沒意識到環保的重要性，國家應該加強環保意識的普及與生命周期評價知識的傳播，使更多地人了解木結構，接受木結構建筑，更多地參與到木結構環境評價體系與環境影響數據庫的建設與完善中去。

3.2木結構建筑行業國家政策的支撐與有關標準的完善

相對于其他建筑材料，木結構建筑的環保優勢較為明顯，國家應在科研與政策上支持木結構建筑的發展，行業發展了，相應的生命周期評價方法也會得到完善；同時，國家應該建立并完善木結構建筑的配套標準，規范木結構建筑的生命周期評價體系。

3.3木結構建筑環境負荷數據資料的收集

全面評價木結構的生命周期需要綜合考慮全國各地不同類型木結構從“搖籃”到“墳墓”的各個階段，需要大量的高可信度、高水平的數據支撐，需要建立并完善專業級的數據庫；同時，由于數據資料的時限性，需要定期對木結構環境影響數據庫進行更新。

3.4適合我國國情的木結構建筑環境負荷評價模型的建設、完善和推廣

評價我國木結構建筑的環境影響是一個復雜的問題，它包括木結構生命周期內各個階段對環境損害機理的研究與評價模型的建立，近年來國內已有清華大學、四川大學等科研院校和機構建立了面向建筑物的生命周期評價模型與體系，但針對木結構建筑的評價模型與體系尚不是很完善；同時，由于各種問題以及評價模型本身的限制，這些模型未能在全國推廣使用，使得進行木結構建筑的生命周期評價時依然困難重重。

參考文獻

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