建筑施工低碳量排放與技術研究

姚錦華

關鍵詞：建筑物；碳排放測算；低碳理論；應用研究

中圖分類號：X22 文獻標志碼：A

前言

目前，中國每年新建建筑是20億平方千米，其中30%以上的建筑沒有達到建筑節能標準。建筑低碳排放的研究越來越受到關注，王載依據LCA理論，建立建筑碳排放評價模型，對不同材料的建筑物進行碳排放量的評價，研究表明，木材房屋碳的排放量最小。Wang J依據BIM技術，建立建筑拆除廢物的碳排放評估模型，研究表明，回收的金屬廢料比砌體的碳減排量大。文獻[3]中，結合BIM技術，針對預制建筑施工階段的難題，研究出一種新的碳排放測算方法。尚青等研究者在BIM技術基礎之上，針對建筑設計階段的碳排放量，研究出一種以建筑要素為基本單元的新的碳排放量計算方法，極大的提高了計算效率。孟慶成利用BIM技術，研制了一種碳排放量測量系統，并用于預制建筑物的施工階段。崔航利用BIM技術，對整個建筑全生命周期內的碳排放量進行了計算。劉惠艷等研究者，通過對建筑的設計階段的研究，建立了建筑物整個生命周期的碳排放的測算方法，建筑物生命周期階段的劃分以及每個階段碳排放的測算公式等。文章依據建筑低碳排放的理論，分析了影響建筑碳排放的因子，并依據BIM軟件的EcoDesigner插件，對已建成的建筑物進行模擬仿真，對其建筑所需的建筑材料等進行模擬，計算出建筑物不同階段的碳排放量。

1建筑施工碳排放分析

1.1影響因素分析

建筑施工階段，影響碳排放的因素很多，比如：建筑層數、建筑單位面積的耗電量等，同時也是二氧化碳排放量最重要的階段。材料設備在運輸過程中，也就是建材階段，碳排放的主要來源是依托的交通工具的能耗。施工安裝作業過程中，也就是各施工階段，碳排放的主要來源是設備以及生活工作中產生的能源消耗，主要涉及到設備的使用、現場的二次搬運以及施工垃圾等產生的碳排放。

確定了施工階段碳排放的來源，碳排放的影響因素對碳排放量也有一定影響。影響因素主要有運輸方式、總量、距離以及運輸效率、施工過程中人工操作、機械運轉等、施工現場各種臨時場所的保穩定能、照明等、建筑物本身的層高、結構類型、面積以及所用的材料的總量等、施工過程中的氣溫以及海拔等有關系。

1.2碳排放量計算方法

1.2.1建材階段

此階段的碳排放主要由建材的生產和運輸產生。目前建筑材料的碳排放量按照二八原則（材料使用量達到總材料量的80%，才測算其碳排放量）。其選擇的建材主要有：水泥、混凝土、鋼材、磚塊以及木材等，其各碳排放因子如表1所示。目前運用較廣泛的碳排放量的計算公式如式（1）所示。

P_建材生產=建材用量×建材CO₂排放因子×（1+施工損耗率）式 （1）

1.2.2運輸階段

此階段主要是各種建筑材料從生產地運輸到施工現場所產生的碳量，其與運輸工具以及距離等有關系。不同的建筑材料選擇不同的運輸方式，其對應的碳排放因子也有所不同，如表2所示。目前針對運輸階段計算的碳排放量公式如式（2）所示。

P_建材運輸=建材用量×運輸距離×周轉能耗×CO₂排放因子×（1+施工損耗率） 式（2）

1.2.3施工階段

此階段主要有各種機械設備的運轉以及施工工藝的燃料消耗等產生的碳量。文獻[8]中，提出施工階段的碳排放占整個建筑生命周期碳排放總量的0.46%。也有研究指出，對于此階段的碳排放量，可以忽略不計。但是文章出于數據的精確性，依然選擇采用線性回歸方程式的計算方法進行碳排放量的計算，施工過程過于繁瑣，研究者對于不同施工程序的碳排放的研究也較少，但是對已經落成的建筑，其建筑的面積、類型以及高度等都是確定的，使用此方法能快速、并容易的推測出施工階段的碳排放量。其計算公式如式（3）所示。

2碳排放計算方法以及模型的建立

2.1測算建筑物碳排放方法簡介

在BIM軟件中，可以通過對建筑模型參數的輸入等操作，計算出建筑物的碳排放以及能量消耗，不需要通過碳排放因子等公式對其碳排放量的計算，方便了建筑師對于建筑物不同的設計方案進行對比，對設計方案進行最優化改進。

BIM軟件中的插件-EcoDesigner，可以將建筑的信息模型轉化成能量模型，從而為建筑的低碳節能設計進行服務。該軟件在建筑能效評級標準的條件下開展工作流程的設計，有以下功能：對建筑能量模型進行校準、對低能耗式的建筑方案的設計、建筑整體的能效優化以及建筑物的碳排放量的計算等。還可以提供年度的能量消耗、每月的能量平衡信息、出示可視化的建筑能量評估報告、建筑設計初期可對其初步能效進行分析等。

2.2建筑模型的建立

文章將對西安某一辦公與商業綜合性的大樓進行模型的建立，建筑用地面積為9542m²，總的建筑面積為86199m²，地上面積63865m²，地下（2層）面積22 299m²，商業建筑面積22029m²，其中A座辦公樓總建筑面積18010 m²，層數26樓，長寬比1.34，層高3.6 m；B座辦公樓建筑總面積23809m²，層數26樓，長寬比1.75，層高3.6m。

3碳排放量結果分析

3.1建材階段碳排放量

由于建筑物所需的建材數量多、種類繁雜。碳排放的計算按照公式以及碳排放因子推算，費時費力，而且還會出現統計信息不全等因素，借助于Ar-chiCAD軟件中EcoDesigner，對建筑物進行模擬，可以得到整個建筑物所需的建材信息以及使用量，依據各個建材的碳排放因子對整個建筑物的建材階段的碳排放量進行計算，其模擬的建材信息如圖1所示，計算的總的碳排放量為15.91Kg/m²。

3.2施工階段碳排放量

此階段的碳排放量計算依據式（4）計算，單位建筑面積的排放量為建筑層數+1.99。因次建筑物該階段的碳排放量是27.98 Kgm²。使用年限50年，則每年的碳排放量為0.57Kg/m²a。

3.3運行階段碳排放量

在EcoDesigner軟件中，進行建筑物的模型建立工作，對內擾、人員作息時間以及單位面積人數等各參數進行設定以后，開始進行能耗的計算。單位面積的總能耗為106.87 KWh／m²，逐月的冷熱負荷如圖2所示，以及整個建筑在運行階段的碳排放量為78.1Kgm²。

文章使用的是EcoDesigner軟件，首先計算出建筑物的各個能耗，然后根據各個能源的碳排放因子轉化成碳排放量。此種解決方法方便可行、測算效率高，軟件本身的可視化程度高。也可以在建筑物的設計方案，通過此種方法測算出建筑物運行階段大概的碳排放量，對設計方案的優劣進行對比，選擇最佳方案。

4結論

文章通過對建筑物碳排放的影響因素的分析，分析了建筑物碳排放來源，并確定了建材階段、施工階段、運行階段的碳排放的計算公式。在建筑設計角度，基于BIM中的EcoDesigner軟件對西安某一辦公與商業綜合性的大樓進行模型的構建.并依據碳排放算法，分別計算了建材階段、施工階段、運行階段的碳排放量分別為15. 91 Kg/m²、0.57 Kgm²、78.1Kg/m²。此方法方便可行、測算效率高，該計算方法也可以對初期的設計方案進行優劣對比，進而對方案起到優化作用。