基于模糊綜合評判的建筑業“碳中和”實現路徑因素量化評價研究

楊 蒙，林皓鋆，朱丙宸

(湖南省第六工程有限公司，湖南 長沙 410035)

1 引言

在經濟高速發展的今天，城鄉居民聚集區建設中的高樓大廈和交通設施隨處可見。特別是2018年中央經濟工作會議提出新基建概念后，可以預想到未來將會出現更多的建設項目。但在第二產業蓬勃發展的同時，環境問題也日益暴露出來。建筑業排放CO2占全球能源和過程相關CO2排放的40%，而過量積累的CO2也使世界氣候面臨著嚴重問題[1,2]。碳中和也叫碳補償，是指計算CO2的排放量，再通過植被吸收，以達到環保的目的[3]。

隨著我國提出“2030年碳達峰，2060年碳中和”的戰略目標，相關學者也逐漸從各專業的角度對其進行大量研究。林波榮[4]從建筑運營階段中減少間接碳排放的角度出發，提出了建筑行業用能全面電氣化的解決策略。余晶[5]則站在企業視角，提出了4個綠色商業發展戰略的有效步驟，以實現低碳減排以及可持續發展經營。鄧明君[6]通過使用信息可視化軟件綜合國外相關理論研究，生成知識圖譜，供我國進行相關研究提供參考數據。潘逸群[7]和王深[8]分別基于計算模型和多目標模型的方法，研究我國減碳路線的優化與選擇。王文[9]從金融學的角度分析了我國碳市場，并提出了相關建議。陳偉[10]也從我國林業碳匯交易市場的角度出發，提出了林業碳匯交易市場發展路徑。

據有關專家預測，中國建筑行業將在2050年貢獻出全國56%的減碳量[11,12]。建筑行業減碳成效與否，直接關系著我國能否實現碳達峰、碳中和的承諾。因此，本文旨在基于模糊綜合評判方法對我國建筑業“碳中和”實現路徑的相關因素進行量化分析與研究，為我國建筑業實現減碳提供支持和參考。

2 建筑行業“碳中和”實現路徑的相關因素

建筑行業所有環節都屬于3個階段：建材生產階段、建筑建設階段、建筑使用階段。這3個階段的各個環節都會使用大量能源產生碳排放。建材生產階段中，包括了基礎建材(砼、鋼材等)、綠色裝配式構件等產品的設計、生產、運輸和存儲等環節；建筑建設階段則由工程從業人員在現場的衣食住行，工程機械的種類、運行、維護，建材與構件的應用等環節組成；而建筑使用階段包含了如照明、供暖及制冷等設備的使用，建筑物的運營與維護等環節。

碳足跡根據排放途徑可分為直接碳排放和間接碳排放。直接碳排放可以理解為化石燃料燃燒釋放的CO2，間接碳排放則是在電力、熱力輸送過程中產生的碳排放。3個階段中除建筑建設階段中的工程機械運行環節外，大部分環節的碳排放主要還是間接碳排放。我國第三階段碳排放CO2約21 億t，約占我國碳排放總量的20%，超過了建筑行業碳排放量的50%。因此，僅僅把注意力放在第一、二階段，或是主抓直接碳排放都是片面的，最后的治理效果容易事倍功半。

根據以上觀點發散，采用模糊數學綜合評價來建立建筑行業“碳中和”實現路徑評價模型。模糊綜合評價是應用模糊數學變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評價事物相關的各個因素，對其所作的綜合評價[13]。

3 評價模型的構建

評價模型的層次是：建立分因素層→矩陣化結合評語集計算因素層→矩陣化計算指標層→根據權重比得出最終評價[14]。這種方法數學模型簡單易懂，對多因素研究對象的評價效果良好。

3.1 模糊要素及計算公式

將UA、UB、UC分別定義為指標層、因素層、分因素層的單因素集合。各層的編碼如表1。

表1 模糊要素編碼

根據模糊數學理論，將集合R定義為評語集，分為優秀(100)、良好(80)、合格(60)、不合格(0)4個級別。由相關專業的專家定量計算后根據打分比例評分決定，最后形成包含(0,1)的集合矩陣。將集合W定義為權重集，根據因素層、分因素層中所含的子項個數平均計算權重，參考3個階段碳排放占比將指標層權重分別定為0.2、0.3、0.5(其中1>Wi>0，ΣWi=1)。將集合B定義為模糊評判集:

B=WR

(1)

式(1)中，W為因素集對應的權重集；R為因素集對應的評語集。

(1)由分因素層UC確定評價因素集RC，RC={RB0101,RB0201,RB0202,RB0304}。其中：

RB0101={RC010101,RC010102,RC010103}

RB0201={RC020101,RC020102,RC020103}

RB0202={RC020201,RC020202,RC020203}

RB0304={RC030401,RC030402}

由式(1)可求出分因素層UC的各模糊評判集Bci。

(2)對于因素集UB，同理求出因素集UB中除UC外其他因素集的模糊評判集，接著可將其結合分因素層UC的模糊評判集Bci組成一個新的評語集RB。再將RB代入式(1)計算出Bbi。

(3)對于指標層UA，同理可求得Ba。

3.2 工程實例

某精裝住房小區及配套商業廣場工程位于長沙市岳麓區，東側為城市道路，北側為一已建成小區，西、南側為城市道路及公園。規劃凈用地面積為3245.8 m2。

該工程包含3棟6個單元的高層住宅(建筑高度100 m以內)，及相連地下室。總面積為89314.63 m2；地下建筑面積20914.31 m2；地上建筑面積68400.32 m2。

該工程創獎創優目標為中國建設工程魯班獎(國家優質工程)，對各綠色建造目標標準要求較高。嚴格遵守國家各行政單位有關環境保護法律法規等規定，采取有效措施，積極應用綠色施工技術，采用綠色材料。

根據定量計算以及相關專業專家評分，建立評分如表2。

表2 指標與評分

Bc0101=WC0101RB0101

={0.333,0.667,0,0}

Bb01=WB01RB01

={0.6665,0.3335,0,0}

同理可求得:

={0.8666,0.1334,0,0}

={0.4,0.6,}

Ba=WARA

={0.59328,0.40672,0,0}

根據最大隸屬度原則，該評價應為優秀。評判集Ba為該評價模型的最終模糊綜合評判集。根據公式S=BT[14]，可以計算出該工程建筑行業“碳中和”實現路徑評價分值為：S={0.59328,0.40672,0,0}[100,80,60,0]T=91.8656。

由此工程實例模擬可驗證，本文構建的建筑行業“碳中和”實現路徑評價模型可行。

4 討論

上述評價模型較為簡單、粗糙，目的旨在為類似研究提供參考。建筑行業“碳中和”實現路徑除去表1中的因素還有很多，比如可考慮碳補償機制：集合綠色施工中種植要求進行現場植樹項目，從而實現森林碳補償；建設附加水利水電工程，實現工程層面的碳補償；在既有的綠色建造要求上，深化各環節與碳補償相關的細節等。亦或是可以考慮加強現場工程機械電氣化，從而降低石油燃料占比；優化電力熱力輸送方式與線路，降低輸送工程中能源損耗；加強建筑保溫隔熱功能，降低能量損耗；建立建筑行業碳匯金融交易市場，從利益角度上約束建筑企業的碳排放行為。諸如此類眾多因素，都可以使評價模型更加精細化。但由于篇幅、能力有限，不再深入探討。

5 結論與展望

(1)從建筑行業的3個階段(建材生產階段、建筑建設階段、建筑使用階段)出發，分析各階段存在的碳排放環節，再根據這些環節確定控制因素。

(2)運用模糊數學理論針對建筑行業“碳中和”實現路徑構建評價模型，結合實際工程對該模型進行驗證。計算出評價分值為91.8656分，評價為優秀。同時也驗證了評價模型可以運用于實際。

(3)綜合所探討的控制因素，建議可從多領域、交叉領域的角度提出更多的碳排放控制方法與技術，最終實現國家提出的碳達峰、碳中和目標。