基于碳排放量模型的全过程绿色建筑工程管理探究

田丽媛 刘虎民

（1.天津市盛滨建筑工程质量检测有限公司，天津 塘沽 300480；
2.中建六局西北建设有限公司，陕西 西安 710115）

目前，建筑业仍是国民经济支柱产业，其消耗的能源数量及碳排放量占比较高。碳排放量过高的直接后果就是温室效应，而温室效应将严重制约我国的经济发展，减少温室效应的有效手段就是减少二氧化碳气体的排放量。因此，对建筑物进行全生命周期碳排放量评价研究，提前采取节能减排措施控制二氧化碳排放过量，对我国经济的持续增长、改善全球环境的影响至关重要。张智慧教授建立了建筑工程环境表现评价系统，可对建筑物的材料阶段、使用阶段、拆除阶段以及周围环境的影响进行分析；
沈丹丹建立了碳排放量模型，以上海某公共建筑为案例进行分析，为设计阶段、施工阶段、运行阶段提供指导。本文选取滨海文化中心——探索馆作为研究对象，采用全生命周期评价方法，将各阶段的碳排放量进行核算对比，依据计算结果对碳排放量重点阶段采取相应措施，进行碳排放量控制。

本文选取单位建筑每年碳排放量作为评价指标（碳排放量指温室气体转化为二氧化碳当量后的排放量），碳排放量的计量单位为千克（kg），选取《IPCC国家温室气体清单指南（2006）》提供的碳排放因子数据。单体建筑物的碳排放量核算是对建筑物整个过程气体排放量的核算。将建筑物的全寿命周期汇总得到整个寿命周期的碳排放量：

式中：P为全建筑寿命周期的碳排放量，P1、P2、P3、P4分别为设计阶段、建造阶段、运营维修阶段、拆除回收处理阶段的碳排放量。

本工程位于天津市滨海新区中心商务区天碱片区的滨海文化中心项目——探索馆，占地面积6 936.9㎡，建筑面积72 730㎡。结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，地震加速度值为0.15g，建筑物耐火等级为一级，结构使用年限为50年。探索馆基础属于长螺旋钻孔压灌桩基础，结构类型为钢框架-混凝土剪力墙体系，地上5层，地下2层，建筑总高度为28m。

3.1 设计阶段碳排放量核算

设计阶段的碳排放量主要是指办公设备及用品的能耗，其设计耗时、能源消耗与整个寿命周期相比所占比例较小。因此，本项目的设计阶段能耗忽略不计，对整个生命周期的碳排放量核算也不会有较大影响。

3.2 建造阶段碳排放量核算

建筑物碳排放建造阶段是指建筑物从原材料的生产、运输、现场施工直至竣工交付所经过的全部过程。本文借鉴工程造价的施工定额思路，将各阶段繁琐的核算过程简化为建筑材料的生产耗能、运输耗能两大部分。在此基础上，统计各建材的消耗量、电能、汽油、煤炭等能源的消耗量。建造阶段的碳排放量计算公式为：

式中：P21、P22分别为建筑材料的生产过程碳排放量和运输过程碳排放量。

3.2.1 建材生产过程中的碳排放量核算

研究表明，建筑产品建造阶段90%的温室气体来自钢筋混凝土工程、钢结构工程、砌筑工程。因此，本文在核算碳排放量时，仅对上述建材核算碳排放量，同时，考虑回收利用率。建材生产过程碳排放公式：

式中：n为建材种类，pi为第i类建材排放因子，qi为第i类建材消耗量，ai为第i类建材的回收系数（钢材取0.8、钢筋取0.4），主要建材建造过程碳排放量核算见表1。

表1 主要建材建造过程碳排放量计算结果

3.2.2 运输过程中的碳排放量核算

运输过程主要考虑将建材、设备机械等物资运送到施工现场，并将各种建筑垃圾运输到指定垃圾场过程中的碳排放量。运输过程碳排放公式：

式中：qi为第i种运输工具百公里耗油量，Si为第i种运输工具公里数，pi为第i种运输工具所耗能源的碳排放因子，k为L与kg换算系数。

本工程施工现场在天津滨海新区，选择的建材均在天津周边或河北秦皇岛，其运输方式主要是公路运输，平均运距取100km，公路运输碳排放量按照表2、表3核算（混凝土运输车每车15m3、砌体运输车每车15m3、钢筋等其他材料运输车每车10t），累加求得总碳排放量。

表2 公路运输碳排放计算表

表3 运输过程碳排放量表

3.3 运营维护阶段碳排放量核算

运营维护的碳排放量主要指煤、电、燃气等能源的消耗造成的碳排放量。运营维护阶段碳排放公式：

式中：qi为第i种能源平均消耗量，m为使用年限，pi为第i种能源的碳排放因子。

本项目取单位面积平均耗电60.3kW·h作为核算依据。

3.4 拆除处理阶段碳排放量核算

本项目拆除阶段的碳排放量取物化阶段的10.1%作为碳排放量，即：

依据上述公式可以得出各阶段在不同设计年限下（25年、50年、70年）碳排放量的计算结果见表 4。

表4 各阶段碳排放量占总排放量计算表

3.5 全生命周期的碳排放量分析

由表4可以看出，在50年使用周期条件下，滨海文化中心——探索馆的碳排放量主要集中在运营维护阶段，碳排放量为193 844t，占全生命周期碳排放量的75.3%；
物化阶段碳排放量为57 660.92t，占全生命周期碳排放量的22.4%；
而拆除回收处理阶段、设计阶段分别占全生命周期的2.3%、0%。运营维护阶段的碳排放量为施工阶段碳排放量的3.36倍。可见，运营维护阶段为节能减排的重点阶段，相对而言，运营维护阶段也是现阶段社会各界普遍关注的节能减排阶段。

目前，我国大部分地区的建筑均未达到50年就已拆除，即建筑平均寿命为25～30年。故本文将建筑使用寿命按照我国建筑平均寿命25年、设计使用年限50年、国家推荐建筑使用年限50～100年（本文取70年）分别进行对比分析。结果表明，随着使用寿命的增加，当使用寿命为25年、50年、70年时，建筑运营维护阶段碳排放量比例逐渐增大，分别为60.42%（96 922.18t）、75.3%（193 844t）、81.04%（271 382.1t）。因此，延长建筑的使用年限可以作为减少能耗的有效措施。

随着建筑使用寿命的逐渐降低，即为70年、50年、25年时，建筑使用维护阶段的碳排放量所占比例逐渐减少，而建造阶段比例逐渐升高，分别为17.22%、22.4%、33.95%，说明随着使用寿命减少，建造阶段碳排放量比例逐渐增大，而现在采取的措施都是针对运营维护阶段，若使用年限减少，从全寿命周期来看，就是把运营维护阶段的影响转移到建造阶段。

本文通过对建筑的全生命周期分阶段进行碳排放量核算，建立了建筑工程全生命周期的碳排放量的核算模型，根据滨海文化中心——探索馆在不同使用寿命下碳排放量的结果分析，对比得到使用维护阶段的碳排放量结论如下：

（1）当建筑的设计使用寿命为50年时，建筑物的碳排放量主要集中在运营维护阶段，为节能减排的重点阶段。在全过程绿色建筑工程管理过程中，可以在设计方案阶段提出低碳环保方案，如采取风力发电、光伏发电，禁止使用落地窗，加强高性能维护结构的使用，使用智能化低能耗电器、循环水等绿色、低碳环保措施来减少全生命周期的碳排放量。

（2）根据不同使用寿命的建筑物全寿命周期的碳排放量对比可知，增加建筑物的使用年限可以降低碳排放量的消耗。因此，在全过程绿色建筑工程管理前期就要增加设计使用年限，定期对建筑进行日常维护保养，尽可能延长建筑结构的耐久性。

（3）随着使用寿命的减少，节能减排的重点需集中在运营维护阶段和建造阶段。因此，在全过程绿色建筑工程管理过程中，除采取运营维护阶段的措施外，还应在施工过程中采用高性能混凝土、高强度钢筋、装配式楼板，减少不必要材料的使用，采用环保材料进行装修，选取近距离的材料供应商等低碳环保措施，可有效减少全寿命周期的碳排放量。