基于BIM 的建筑LCA 測算研究

李奧 尚海靜 姚晴龍 曹成晟 馬潔浩 普俊濤

(武漢工程科技學院)

“雙碳”是當今全球關注的重點，我國于2020 年提出“二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和”，指明我國面對氣候變化問題要實現的“雙碳”目標。建筑全生命周期的碳排放是指把建筑產品的全生命周期看成一個系統，該系統由于消耗能源、資源向外界環境排放的總碳量[1]。全生命周期評價（Life Circle Assessment, LCA）中包含對環境影響的綜合評價數據[2]，LCA 可以被用來分析特定產品的環境影響來源，也能實現LCA 橫向對比同類型的產品排放參數。

1 全生命周期碳排放計算

基于BIM 技術，根據碳排放計算軟件，采用3D-BIM可視化模型對18#學生公寓碳排放進行分析，突破了碳排放分析的局限性，滿足了綠色工程的需求，實現對綠色建筑設計的優化。同時，隨著BIM 技術的發展，它已經成為了工程量統計與碳排放量計算的關鍵技術，其理論價值不可低估。然而，目前我國的碳排放測算仍然處于初級階段[3]。因此，需要建立更加完善的計算機模型，以便更好地收集、分析、評估、預報、控制等多種環境影響因素。

建筑生命周期劃分為材料生產階段、施工建設階段、運營維護階段、報廢拆除階段一共4 個階段進行碳排放量計算，通過數據綜合可估算出全過程產生的碳排放。

1.1材料生產階段

材料生產階段的碳排放實際上主要包括材料生產階段與材料運輸階段消耗生產的總碳排放量。

材料生產階段碳排放計算式：

在制定新的技術標準之前，最好采集來自第三方的碳排放指標，以確保符合環保要求。若第三方未提供時，可參考（表1）中的指標確定。當使用其他再生原料時，應按其所替代的初生原料的碳排放的50%計算；建筑建造和拆除階段產生的可再生建筑廢料，可按其可替代的初生原料的碳排放的50%計算，并應從建筑碳排放中扣除。

表1 材料碳排放因子

材料運輸階段碳排放計算式：

在材料運輸階段，碳排放因子（Ti）應當考慮材料從原材料生產地點到施工現場的全部過程，以及這一過程中消耗的能源[1]。Ti、Di的取值可以參照表2中的規定。

表2 各類運輸方式的碳排放因子 （t·Km）

材料生產階段與材料運輸階段消耗生產的總碳排放量計算公式：

不同的運輸方式會產生不同的碳排放量，應按表2取值。如，混凝土的最大運輸里程可達40km，而其它材料的最大運輸里程可達500km。（如表2）

1.2施工建設階段

在施工建設階段，碳排放量不僅來源于分部分項工程施工，還有其他措施的實施。這類措施的實施均會對環境造成一定的影響。施工階段碳排放計算是從項目開工之日起至項目竣工驗收合格止。

施工現場的機具設備、攪拌站、制作的構件和部品、臨時設施，其產生的碳排放量應計入施工建設階段的碳排放總量。施工階段使用的辦公區、生活區和材料倉庫等臨時設施的施工則不計入施工建設階段的碳排放總量[1]。

分部分項工程計算公式：

1.3運營維護階段

在建筑運營階段，碳排放量應該根據各種能源消耗量以及它們所產生的碳排放因素來確定，而每平方米的總碳排放量CM計算公式：

維護階段也就是整個建筑壽命周期的中老年時期，該時期的碳排放量相對來說較多。

維護階段碳排放計算式：

1.4報廢拆除階段

拆除階段的碳排放量包括人工拆除和機械拆除所產生的碳排量，其中絕大多數為機械的碳排放量。拆除階段碳排放量計算時間從拆除之日起至主要結構拆除并運出止。

機械拆除的碳排放計算公式：

2 實例分析與實施

2.1項目概況

本項目位于湖北省武漢市江夏區武漢工程科技學院，18#學生公寓，總建筑面積為7563m2，建筑體積是25812.46m3，建筑層數11 層，建筑高度36.9m。建筑結構類型為框架結構，使用年限50 年（規范值）。（如圖1、圖2）

圖1 項目總貌圖

圖2 平面樓層圖

2.1.1建立項目軟件模型

通過BIM 技術和斯維爾CEEB2022 計算軟件，實現對建筑物的碳排放進行精確的評估，并且依據《建筑碳排放計算標準》，對其各階段進行有效的管理，從而實現對建筑物的全壽命的有效控制。

2.1.2軟件模型數據分析

在構建完成的模型基礎上，按照《建筑節能氣象參數標準》，將武漢的氣候數據及太陽輻射數據綜合分析，并利用《民用建筑物熱工設計標準》GB50176-2016，對各種材質的導熱系數λ等參數進行精確的測定，得出準確的測試數據。（如圖3、圖4）

圖3 逐日干球溫度圖

圖4 逐月輻照量圖

圖5 各階段碳排放量占比

2.2全生命周期碳排放計算步驟

實例中建筑全生命周期的碳排放量是依據上述公式由斯維爾CEEB2022軟件計算所得。

2.2.1材料生產階段

在生產過程中，碳排放在材料的生產和運輸階段都有所體現（如表3、表4）。

年級的非標準化系數為正數，說明年級可以正向影響總分，即調查對象的年級越高，總分越高。是否上過醫患溝通課的非標準化系數為正數，說明上過醫患溝通課的調查對象的總分較沒有上過醫患溝通課的調查對象的總分高。對于專業，相對于國際交流生，麻醉專業、臨床專業的總分均高于國際交流生；而影像專業的總分低于國際交流生。

表4 材料運輸階段的碳排放

2.2.2施工建設階段

由于本項目結構類型設計為框架結構，在項目施工階段的碳排放主要由施工機械臺班產生的碳排放量為主，施工機械臺班碳排放量見表5。

表5 施工機械臺班碳排放量

2.2.3運營維護階段

該項目現在進入了運營階段，維護階段是整個建筑壽命周期的中老年時期，運營階段碳排放量見表6。

表6 運營階段碳排放量

2.2.4拆除回收階段

在拆除和回收過程中，常采取機械方式完成該過程。由于缺乏有效的數據支持，因此無法準確估算本過程的碳排放量。則默認為材料生產階段和施工建設階段總量的0.1倍。

Ecc=（28846.117+308.855+1.524）×0.1

=2915.65（tCO2）

3 結論

每階段的碳排放量統計到表7 中，通過分析總的碳排放量數據可知每一階段占全生命周期的百分比。其中材料生產階段的碳排放量占總碳排放量的71%、運營階段的碳排放量占總碳排放量的22%，由于施工階段和拆除回收階段的碳排放量相對來說較少，兩者之和占總碳排放量的7%。

表7 總碳排放量

3.1具體措施

在建筑物的使用壽命中，運營和維修階段的碳排放量是最高的，達到了71%。這些碳排放主要來源于供暖、供熱、照明、生活熱水。

供暖、供熱方面，其實供暖、供熱要在建材上就要考慮到保溫和隔熱。此外，還可以采用熱反射的建筑材料，該材料可反射91%的非可見光，保證建筑物的冬暖夏涼性能[4]。

照明、生活熱水方面，通過改進電氣系統，大力推廣LED 照明，結合先進的電梯智能集成控制，大大降低了對清潔能源的依賴，同時也有助于降低對環境的影響，最終實現了以太陽能作為照明和熱水的可持續發展[5]。節能節水技術、建立水資源循環利用系統可 以有效提高能效，顯著降低建筑碳排放。

3.2綠色智能建筑設計原則

3.2.1節能低碳環保原則

智能建筑設計的核心目標應該是通過應用智能技術來實現建筑的節能減排，并盡量減少能量的浪費[6]。

3.2.2功能性原則

建筑設計的核心任務就是滿足人民的日益增長的居住、工作以及社會發展等需求。因此，應當以智能建筑的理念來指導建筑設計，采取智能建筑技術，以及先進的建筑設計理念，最終達到節能減排、低碳智能的建筑設計理念。

3.2.3經濟性原則

建筑設計對于建筑企業來說，具有巨大的價值。因此，必須認真對待建筑的設計，并且著眼于如何最大限度地降低建筑的建設費用。需要綜合運用多種技術和手段，來設計出能夠滿足不同需求的綠色智能建筑。

4 結語

盡管目前我國對建筑物的碳排放進行的計算仍處在初級階段，缺乏數據來支持這一領域的發展。但是，借助斯維爾CEEB 軟件的技術，研究發現該領域具有良好的發展前景。綜合考慮到未來建筑的可持續性，智能建筑的設計將成為一個不容忽視的趨勢[6]。因此，必須把握好智能建筑設計的核心環節，以建筑的整個生命周期為基礎，實施綜合管控設計。最終達到優化智能建筑設計，為未來的發展提供強有力的支撐。