基于區塊鏈的建筑企業碳排放統計與管理平臺應用

摘要：建筑行業碳排放涉及上下游產業多，為碳排放統計帶來一定困難。通過搭建信息化系統，將建筑企業碳排放統計分為項目、公司、集團三個層級，應用物聯網技術對項目現場的能耗水平和直接碳排放量進行采集和統計。同時，將區塊鏈技術與碳排放數據管理系統相結合，使用硬件芯片保護密鑰提高系統的安全性。目前，該平臺已應用于500余個實際項目，有效提高了項目碳排放統計和管理效率。

關鍵詞：區塊鏈；碳排放；建筑企業；統計與管理平臺

0"引言

隨著我國雙碳戰略的實施，各行業積極踐行節能降碳行動。建筑行業是我國碳排放的主要來源之一。2020年，全國建筑全過程碳排放總量為50.8億tCO2，占全國碳排放總量的50.9%[1]。由此可見，建筑行業急需轉型升級，降低碳排放。

建筑行業全過程碳排放涉及建材生產、施工建造和建筑運維各階段。因此，需要準確統計各階段碳排放值，為后續碳達峰方案制訂、降碳路徑優化和降碳技術創新提供數據基礎。因此，如何準確地對碳排放數據進行采集和統計成為建筑企業關注的焦點。

1"建筑行業碳排放計算標準與方法

1.1"計算標準

當前，各國政府和國際組織關于碳排放的計算標準已形成一定成果。世界資源研究所（WRI）和世界可持續發展工商理事會（WBCSD）合作編寫了《溫室氣體核算體系》，提供了溫室氣體度量標準和項目計算框架，并將排放源分為直接排放源、間接排放源和其他間接排放源[2]，避免了碳排放重復計算的問題。2006年，國際標準化組織發布了ISO 14064系列標準，并于2018年和2019年進行修訂。其中，對間接排放進行了量化，提出了“顯著的間接排放”這一概念。

我國頒布的《建筑碳排放計算標準》（GB/T 51366—2019）（以下簡稱《標準》）于2019年12月1日開始實施，這是我國第一部建筑碳排放計算國家標準。該標準將建筑碳排劃分為建材生產階段、施工建造階段和運行維護階段。其中，建材生產和運行維護階段的碳排放量占比超過97%[1]。建材生產碳排放統計范圍包括建材生產和運輸階段的碳排放，施工建造階段碳排放統計范圍包括各分部分項施工過程中產生的碳排放和各項措施項目在實施過程中產生的碳排放，運行維護階段碳排放統計范圍包括暖通空調、生活用水、照明及電梯等產生的碳排放[3]。

1.2"計算方法

建筑行業碳排放計算的主要方法[4]包括實測法、投入產出法、物料衡算法和碳排放因子法。

（1）實測法。通過實際測量建筑物在各階段直接排放的氣體組成，準確表征碳排放情況。該方法實際操作難度較大，受環境影響較大。

（2）投入產出法。通過統計一段時間內的投入與產出，建立數學模型，根據產品數量推斷該產品的平均內含碳排放量。該方法一般適用于宏觀研究或產品生產部門。

（3）物料衡算法。依據物質守恒定律，通過對排放主體的投入和產出中的含碳量進行平衡計算得到碳排放數據。該方法適用于針對特定產品的碳排放量計算，不適用建筑全過程碳排放計算。

（4）碳排放因子法。通過單位數量不同活動的碳排放因子乘以相應活動的時長或工作量得到碳排放值。由于建筑行業涉及的產品和活動復雜，該方法具有較大的可行性，是目前主要采用的評價方法。

2"建筑企業碳排放統計現存問題

對于建筑企業，特別是施工企業而言，其生產經營活動涉及從建材生產或購買到施工建造再到運營維護和拆除的全過程。因此，建筑行業全過程碳排放值與建筑企業碳排放值密切相關。

針對建筑企業的碳排放統計不僅可以分析企業本身的碳排放數據，而且可以從側面反映我國建筑全生命周期碳排放狀況。目前，建筑行業企業進行碳排放統計面臨以下問題：

（1）碳排放統計的可操作性不強。《標準》確定了基本的碳排放計算邊界，但對于碳排放數據的獲取方式沒有進行詳細描述。

（2）碳排放統計的詳細度不足，部分統計方法誤差較大。例如，《標準》中關于施工機具碳排放的統計方法采用臺班乘以單位碳排放因子的方式。然而，在通常情況下，施工現場臺班統計包含了許多成本因素的綜合折算量，并非施工機具的實際工作量，因此存在統計誤差。

（3）建筑企業碳排放統計，特別是項目的碳排放統計缺乏系統化的填報規范和審核機制，人為因素影響較大，統計數據質量較低。

（4）建筑行業碳排放因子庫完整度和詳細度不足。目前，碳排放因子庫涵蓋面有限，部分材料的碳排放因子缺失，且詳細度不足。例如，僅根據鏟斗容量將挖掘機劃分為兩類，沒有考慮各類機具的使用效率和運行情況對碳排放的影響。

3"碳排放統計與管理平臺構建

為了解決上述問題，借助信息化手段構建建筑企業碳數據統計與管理平臺，采用實測法和碳排放因子法相結合的方法，引入物聯網和區塊鏈等信息技術，提高碳數據統計的準確度和效率，幫助建筑企業提高碳數據統計和管理能力。

3.1"平臺設計

碳數據統計與管理平臺主要功能包括碳數據采集、碳數據分類管理、碳數據分析與導出、人員權限管理、BIM模型管理等。下面以碳數據采集和碳數據分類管理為例展開分析。

3.1.1"碳數據采集

在碳數據采集方面，采用人工填報和物聯網采集相結合的方式。設計人工填報表格，采用在線填報的方式對建筑企業涉及的碳排放內容進行統計。統計內容包括固定源化石燃料、移動源化石燃料、制冷劑、六氟化硫、滅火器、生活廢水、外購電力、外購熱力、材料種類和用量、材料運輸、碳匯、可再生能源等。根據《標準》相關內容和碳排放因子相關文獻研究成果，建立碳排放因子庫，統一各類項目碳排放因子的統計單位和方法。

針對施工現場和自持物業的用電用能情況，研制內嵌物聯網芯片的智能電表和水表。采用MQTT、CoAP、LwM2M物聯網協議和4G物聯網芯片實現采集數據實時上傳。同時，搭建物聯網平臺，實現物聯網設備接入。針對現場施工機具等設備，采用實測法測量碳排放值，研制碳排放采集設備并接入物聯網系統。

3.1.2"碳數據分類管理

在碳數據分類管理方面，采用前后端分離的設計搭建管理系統，應用Javascript制作Web管理前端，基于Go語言編制后端服務和相應的數據庫系統。碳數據監測管理平臺界面如圖1所示。

該系統分為三個層級：項目級、公司級和集團級。共性展示內容包括碳排放總量、單位產值碳排放量、配額、CCER、碳匯、可再生能源、隱含碳排放等。同時，可根據不同的項目類型進行碳排放值分類匯總。項目級層面動態展示項目現場的用能情況和不同工期對應的階段性碳排放值，公司級層面展示不同子企業的碳排放總量、單位產值碳排放量和碳排放量排名，集團級層面展示集團的碳排放總量和不同地區的碳排放值。

3.2"區塊鏈系統

建筑行業參與方眾多，上下游關系復雜，不同企業間的管理模式差異較大，因此，難以準確掌握建筑企業碳排放數據的真實性和合規性。

區塊鏈技術作為去中心化、公開透明、可追溯、不可篡改的信息技術，已經在數字金融領域得到廣泛應用。將區塊鏈技術與碳數據監測與管理平臺相結合，能夠保障數據安全，實現碳數據可信流轉。同時，去中心化、非第三方管理的區塊鏈系統符合建筑行業復雜的應用場景，有利于吸引更多的上下游企業融入區塊鏈生態，促進行業協同降碳。

該系統采用聯盟鏈架構[5]，各節點的加入需要企業進行審核。采集到的碳數據作為一種“交易數據”打包鏈入區塊鏈，交易的轉入和轉出方轉變為碳數據的采集方和審核方。如果僅以單方驗證的方式將采集到的碳數據進行打包鏈入區塊鏈，將無法保證碳數據的準確性，存在惡意上傳或偽造數據的風險。因此，采用非對稱加密的方式，由碳數據采集方發起“交易”申請并對數據采用私鑰進行簽名，同時指定審核方。審核方驗證碳數據后同意“交易”并使用私鑰簽名，之后將該碳數據放入交易池內等待共識節點的后續上鏈操作。通過公鑰驗證各自簽名確認交易的合法性，將多個碳數據打包形成區塊，并在全網廣播同步賬本信息，基本流程如圖2所示。

由于碳數據管理系統中應用了大量物聯網采集技術，故將采集端私鑰固化至安全芯片，形成硬件錢包，大大降低了私鑰泄露風險，提高了系統穩定性。

3.3"系統參與角色

在系統參與角色方面，引入建筑施工企業、上游建材企業、下游分包商、運維方和監管方。多方共同參與，形成一個去中心化的碳數據區塊鏈系統，實現了多方數據的共享與互通，提高了數據流轉效率。

4"應用效果

目前，該平臺已應用于中國建筑一局（集團）有限公司的項目日常碳排放管理，500余個項目的碳排放數據已經接入該平臺。該平臺運行穩定、數據匯總及時、各類能耗實現實時統計。同時，基于該平臺，項目人員能夠實時、便捷地對日常施工中的碳排放數據進行監測和管理。

5"結語

本文基于建筑企業碳排放統計與管理現存問題，搭建了基于區塊鏈的碳數據統計與管理平臺，研發了基于物聯網技術的施工現場機具直接碳排放監測設備。同時，對區塊鏈架構進行了適應性改造，通過將私鑰與安全芯片進行綁定，提高了碳數據的安全性。該平臺已應用于500余個項目的碳數據監測與管理，實現了既定設計功能，為建筑企業碳排放監測與管理提供了支撐。

基于平臺應用現狀，提出以下升級和優化建議：

（1）實現碳數據的自動填報與審核。目前，部分碳數據信息采集仍需人工清單填報。然而，建筑企業大部分碳排放數據是以不同形式存在于不同系統中，建議打通系統信息壁壘，實現碳數據自動填報與審核。

（2）完善碳排放因子庫。現有因子庫不能滿足項目碳排放計算需求，同時缺乏新材料、新技術的碳排放因子庫，不利于主動采用低碳新材料和綠色低碳施工新技術。建議今后進一步完善和更新碳排放因子庫。

（3）加強區塊鏈在碳足跡中的應用。區塊鏈具有多方參與、信息共享與不可篡改的特點，十分契合碳足跡的應用需求。將區塊鏈與部品部件的碳足跡進行深度耦合是今后建筑企業碳排放研究的主要方向。

參考文獻

[1]中國建筑節能協會."2022中國建筑能耗與碳排放研究報告[R].2022.

[2]羅智星."建筑生命周期二氧化碳排放計算方法與減排策略研究[D]."西安：西安建筑科技大學，2016.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部."建筑碳排放計算標準：GB/T 51366—2019 [S].北京：中國建筑工業出版社，2019.

[4]吳剛， 歐曉星，李德智，等."建筑碳排放計算[M]."北京：中國建筑工業出版社， 2022.

[5]"白玉潔.“長安鏈”，我國首個自主可控區塊鏈[J].中關村，2021，215（4）：62-65.

收稿日期：2023-05-18

作者簡介：

王長軍（1981—），男，正高級工程師，研究方向：綠色低碳。

龐森（1989—），男，博士，工程師，研究方向：綠色低碳。

李浩（1982—），男，高級工程師，研究方向：建筑結構、工程施工、綠色低碳。

王健（1983—），女，高級工程師，研究方向：項目管理。

王劭瑞（1969—），男，高級工程師，研究方向：綠色低碳。

許丹丹（1990—），女，工程師，研究方向：綠色低碳、科技管理。