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102建筑科技2023 年 第 4 期绿色建筑Green Building基于建筑构造单元的建筑物化阶段碳排放量化方法朱晓璇（上海建工四建集团有限公司，上海 201103）摘要：针对目前建筑物化阶段碳排量计算方法无法进行设计反馈，辅助进行优化设计的问题，提出了一种基于建筑构造单元的建筑物化阶段碳排放量化方法。通过计算建筑构造单元综合碳排放因子，借助建筑BIM模型进行物化阶段碳排量快速计算，同时，可基于建筑构造单元综合碳排放因子的数值大小对不同建筑构造做法的“碳性能”进行评价，辅助优化设计。关键词：建筑构造单元；物化阶段；碳排放量化；构造单元综合碳排放因子；优化设计中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）04-0102-040引言温室气体排放所引起的全球气候变暖已成为国际社会普遍关注的焦点问题，根据政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，简称“IPCC”）第四次评估报告，最近50年全球平均气温上升的速度是过去100年的2倍1。人为活动是导致气候变暖的主要原因2，近100年全球气候变暖的主要原因被普遍归结为人类过度向大气排放二氧化碳及其他温室气体3。当前，世界各国已把应对全球气候变化作为国家的战略任务4。在中国的工业化和城镇化进程中，建筑业的高速发展将大量投资转变为建筑产品，但在这个过程中消耗了大量资源和能源，同时也产生了大量的废弃物，给环境带来了巨大影响。根据近年的统计结果来看，建筑业的碳排放量仅次于煤电、工业生产及交通运输领域5。如何减少建筑业碳排放量是低碳社会对工程建设管理提出的时代要求。1建筑碳排量计算方法准确的计算是减排的第一步，国内外的众多学者都在建筑碳排放计算领域做了大量研究。目前建筑碳排放的计算方法主要分为投入产出分析法和过程分析法2类。投入产出分析法从宏观角度入手，利用投入产出表进行计算，相对较为粗糙，如Nassen6和Han7等提出了利用投入产出模型估算建筑建造阶段碳排放的方法并进行了案例研究；Acquaye等8以投入产出分析为基础，采用蒙特卡罗模拟对公寓建筑的固碳排放进行了分析。过程分析法由建筑生命周期的实际过程入手，特别适合于单体建筑的研究，如Harmouche等9利用材料商提供的数据，开发了用于碳排放估算与过程识别的建筑施工过程分析程序；Abanda等10对建筑工程碳排放量化的数学模型进行了综述性分析。Moon等11通过案例对比分析指出，采用过程分析法在设计阶段估算建筑碳排放的误差在8%以内，具有较好的数据精度。近年来，随着BIM技术在国内的快速发展，其在生命周期碳排放的管理中亦得到了广泛的应用，如李兵等12提出了利用BIM技术进行施工阶段碳排放计算的概念；Peng13采用Ecotect软件构建BIM模型，并据此提出了建筑全生命周期碳排放的计算方法。综合来看，以过程分析法为代表的建筑生命周期碳排放分析在世界范围内得到了广泛的应用。2碳排放因子法过程分析法也称碳排放因子法，是根据碳排放源的活动数据以及相应过程的排放系数进行碳排放量化的方法，其基本概念可以表示为式（1）。E=(Q)式（1）具体来说，过程分析法是将某一生产过程按工序流程拆分，各生产环节的碳排放量以实测碳排放系数与相应活动数据的乘积表示；进而可根据各环节碳排放之和，推算全过程的碳排放总量。建筑全生命周期主要包括：物化阶段、使用阶段和拆除阶段，如图1所示。其中，物化阶段的碳排放主要来自于建筑材料的生产、运输以及现场施工消耗的人工和机械台班所造成的碳排放，可按式（2）计算。103建筑科技2023 年 第 4 期绿色建筑Green Building 式（2）式中：CM建筑材料生产所产生的碳排量；Qi建筑材料i的消耗量；fm建筑材料i生产的碳排放系数；CT材料运输产生的碳排量；Dij建筑材料i采用运输方式j的运输距离；ft运输方式j的碳排放因子；CC施工过程中施工机械产生的碳排量；QC施工过程中机械c的台班消耗量；fC机械c的碳排放因子；Cp施工过程中工种p的工日消耗量；fp工种p的碳排放因子。采用碳排放因子法进行建筑物化阶段碳排量计算具有原理简单易懂、操作方便的优点；但是该方法需要统计建筑物化阶段消耗的材料、人工及机械台班数量，统计工作繁琐，极易产生错漏从而影响整体的计算精度。另外，采用该方法进行建筑物化阶段碳排量的计算时，计算结果是针对整个单体建筑而言的，计算结果不能直接与建筑设计之间产生关联，因此无法采用该方法在建筑设计阶段为设计师提供优化设计的依据。与在施工、运维阶段采取一些技术措施减少建筑碳排量相比，设计师如果能够在设计阶段就进行低碳设计，选用碳排量小的建筑材料、构造做法，节碳效果往往更加显著。因此，为了能够辅助设计师进行低碳设计，需要一种在设计阶段就能够对建筑物化阶段碳排量进行计算的方法，同时，最好能够为设计师提供不同建筑构造做法的碳性能排序，从而方便设计师选择更具低碳性能的建筑构造做法。3基于建筑构造单元的建筑物化阶段碳排放量化方法基于建筑构造单元的建筑物化阶段碳排量计算方法，可图1建筑全生命周期示意图以有效解决目前建筑物化阶段碳排量计算方法无法进行设计优化的问题。3.1建筑构造单元采用基于建筑构造单元的建筑物化阶段碳排量计算方法时，首先需要将建筑划分为若干“建筑构造单元”，这里的“建筑构造单元”是指：结构构件及其表面的建筑面层做法。建筑构建单元如图2所示，分别为一外墙构造单元和一楼板构造单元。（a）外墙构造单元（b）楼板构造单元图2建筑构造单元示意图该外墙构造单元包含：200厚蒸压加气混凝土砌块墙（结构构件）；界面处理剂一道、20厚M15砂浆压实抹光、满刮耐水腻子二道和白色乳胶漆一底一面（内墙面建筑做法）；满挂钢丝网、20厚M15砂浆找平、5厚聚合物水泥砂浆和环保型改性丙烯酸外墙涂料（外墙面建筑做法）。3.2建筑构造单元综合碳排放因子的计算如图2所示，建筑构造单元包含结构构件、建筑面层做104建筑科技2023 年 第 4 期绿色建筑Green Building法两部分。将1 m结构构件所对应的建筑构造单元物化阶段产生的碳排量作为该建筑构造单元的综合碳排放因子，其包含构造单元施工所需要的材料（构成建筑构造单元实体的建筑材料和施工中不可避免的材料损耗）生产、运输的碳排量，施工过程中消耗的机械台班的碳排量和消耗人工工日所产生的碳排量，可按式（3）进行计算。式（3）式中：Cq建筑构造单元q的综合碳排放因子；CMq建筑构造单元q施工消耗的建筑材料生产所产生的碳排量；Qi建筑材料i的消耗量（包含实体工程的消耗量和施工过程中不可避免的合理损耗量）；fm生产建筑材料i的碳排放系数；CT材料运输产生的碳排量；Dij建筑材料i采用运输方式j的运输距离；ft运输方式j的碳排放因子；CC施工过程中施工机械产生的碳排量；QC施工过程中机械c的台班消耗量；fC机械c的碳排放因子；Cp施工过程中工种p的工日消耗量；fp工种p的碳排放因子。图2中楼板构造单元碳排量计算如表1所示，其中，施工该构造单元所消耗的人工、材料和机械用量通过查询定额获得；各类材料、机械及人工的碳排放因子通过查询规范建筑碳排放计算标准获得，未包含在该规范中的材料的碳排放因子通过查询已发表论文获得。根据式（3）计算可得：当施工1 m混凝土楼板所对应的该构造单元时，混凝土楼板（结构构件）产生的碳排量为323.15 kgCO2e，其中，人工产生的碳排量为0.12 kgCO2e；材料生产产生的碳排量为322.03 kgCO2e；机械产生的碳排量为1.00 kgCO2e。作为天棚面的建筑面层产生的碳排量为53.43 kgCO2e，其中，人、材、机产生的碳排量分别为1.70 kgCO2e、0、51.73 kgCO2e。作为地坪面的建筑面层产生的碳排量为118.11 kgCO2e，其中，人、材、机产生的碳排量分别为0.90 kgCO2e、116.68 kgCO2e、0.53 kgCO2e。该建筑构造单元的综合碳排放因子为494.69 kgCO2e/m。表1楼板构造单元碳排量计算表构造单元 名称构造做法做法单位 工程量 项目项目名称单位用量碳排放因子/kgCO2碳排量/kgCO2材料运输距离/km运输碳排放因子/（gCO2/kmt）材料运输碳排量/kgCO2密度/(kg/m3)碳排量合计/kgCO2楼板结构构件130混凝土板m1.00 人工混凝土工工日0.139 0.73 0.10 0.10 1.00 人工其他工工日0.023 0.73 0.02 0.02 1.00 材料C30预拌混凝土泵送型m1.010 295.00 297.95 15 104 3.781 2 400 301.73 1.00 材料塑料薄膜4.641 4.37 20.28 15 104 0.001 0 20.28 1.00 材料水m0.106 0.17 0.02 0.02 1.00 机械 混凝土振捣器 台班0.100 10.03 1.00 1.00 天棚白色防霉耐水乳胶漆三道7.69 材料乳胶漆kg0.402 4.12 12.73 50 104 0.016 1 12.75 7.69 材料成品腻子粉kg2.041 0.44 6.91 50 104 0.082 1 6.99 7.69 材料801建筑胶水kg0.575 0.21 0.94 50 104 0.023 1 0.97 7.69 材料水m0.001 0.17 0.00 0.00 7.69 人工油漆工工日0.098 0.73 0.55 0.55 7.69 人工其他工工日0.021 0.73 0.12 0.12 双层硅酸钙板15.38 人工装饰木工工日0.041 0.73 0.46 0.46 15.38 人工其他工工日0.009 0.73 0.10 0.10 15.38 材料硅酸盖板1.050 1.80 29.08 30 104 0.200 4 29.28 15.38 材料胶水kg0.298 0.21 0.98 50 104 0.024 1 1.00 铝合金通草龙骨7.69 人工装饰木工工日0.068 0.73 0.38 0.38 7.69 人工其他工工日0.015 0.73 0.08 0.08 7.69 材料铝合金龙骨m0.983 0.09 0.68 72 104 0.069 1 0.75 地面素水泥浆结合层一道7.69 人工一般抹灰工工日0.010 0.73 0.06 0.06 7.69 人工其他工工日0.001 0.73 0.00 0.00 7.69 材料素水泥浆m0.001 393.65 3.03 50 104 0.072 1 800 3.10 45厚C20细石混凝土找平7.69 人工一般抹灰工工日0.039 0.73 0.22 0.22 7.69 人工其他工工日0.002 0.73 0.01 0.01 7.69 材料C30预拌混凝土泵送型m0.045 295.00 102.80 15 104 1.305 2 400 104.10 7.69 材料水m0.106 0.17 0.14 0.14 7.69 机械 混凝土振捣器 台班0.007 10.03 0.53 0.53 环氧自流平漆7.69 人工一般抹灰工工日0.090 0.73 0.51 0.51 7.69 人工其他工工日0.019 0.73 0.11 0.11 7.69 材料环氧自流平涂层kg2.040 0.59 9.26 50 104 0.082 1 9.34 494.69 105建筑科技2023 年 第 4 期绿色建筑Green Building从上述计算中可知，该楼板建筑构造单元综合碳排放因子中，人工、材料、机械产生的碳排量所占的比例分别为：0.55%、99.14%、0.31%。在建筑物化阶段，建筑产生的碳排量主要来自于建筑材料的生产，因此，获得准确的建筑材料生产的碳排放因子是提高计算结果准确性的关键。部分计算得到的建筑构造单元综合碳排放因子一览表如表2所示，其中，规格指建筑构造单元所包含的结构构件的截面尺寸。表2建筑构造单元综合碳排放因子一览表构造单元名称结构构件规格/mm建筑做法综合碳排放因子/kgCO2m地下室外墙混凝土剪力墙550内墙壁刷白色乳胶漆421.76柱混凝土柱900900四面刷白色乳胶漆396.98楼板混凝土板180天棚：刷白色乳胶漆398.03地面：防静电架空地板楼板混凝土板180天棚：刷白色乳胶漆622.87地面：花岗岩地面内墙砌体墙200内墙面1：刷白色乳胶漆509.40内墙面2：吸音铝板内墙砌体墙200内墙面1：刷白色乳胶漆498.45内墙面2：高级无机涂料外墙砌体墙300内墙面：高级无机涂料478.60外墙面：丙烯酸外墙涂料从表2中可知，对于180 mm厚天棚采用刷白色乳胶漆做法的混凝土楼板，采用花岗岩地面的碳排量是采用防静电架空地板的1.56倍；对于200 mm厚内墙，当一面刷白色乳胶漆，另一面做吸音铝板的碳排量是刷高级无机涂料的1.02倍；通过比较不同建筑构造单元的综合碳排放因子，可以对不同建筑构造做法的“碳性能”进行比较，从而为建筑的优化设计提供参考。3.3利用BIM计算建筑物化阶段碳排量在设计阶段，将建筑划分为若干构造单元，对各构造单元进行编码，分别计算各构造单元的综合碳排放因子，计算得到的综合碳排放因子亦可用于后续项目的碳排量计算中；然后在BIM软件中，通过属性标签对各构造单元进行赋码，并利用明细表功能导出各建筑构造单元的数量；按式（4）计算得到建筑物化阶段的碳排量：Q=CiNi 式（4）式中：Ci第i种建筑构造单元的综合碳排放因子；Ni第i种构造单元的数量；Q建筑物化阶段碳排量。借助工程量清单构件编码原则对建筑构造单元进行12位数字编码，以建筑构造单元所包含的结构构件确定19位编码，以建筑构造单元构造做法的顺序码确定1012位编码。采用这样的编码原则首先可以避免同一类型的建筑构造单元间出现重码；其次采用纯数字编码可以利用计算机实现由构造单元编码到建筑构造单元名称的反翻译。采用上述方法进行建筑物化阶段碳排量计算时，具有以下几个优点：第一，构造单元综合碳排放因子表示的是1 m结构构件所对应的建筑构造单元物化阶段的碳排量，因此在利用BIM软件导出构造单元数量表时，导出构造单元结构构件体积即可，不提高BIM建模的精度；第二，当仅修改建筑做法时，只需要修改BIM模型中构造单元构造做法的编码，无需修改模型。因此，在对比不同建筑设计方案间的碳排量差异时，该方法可以进行不同建筑设计方案的碳排量快速计算；第三，计算得到的构造单元综合碳排放因子可在多个项目中重复使用。4结语基于建筑构造单元的建筑物化阶段碳排放量化方法可以利用建筑构造单元综合碳排放因子和BIM软件进行建筑物化阶段的碳排量快速计算；当对不同建筑设计方案进行方案比选时，利用该方法进行不同建筑设计方案的碳排量具有无需二次建模的优势；建筑构造单元综合碳排放因子的大小本身反映了不同建筑构造做法的“碳性能”，可以利用综合碳排放因子排序进行优化设计。参考文献：1 Core Writing Team，Pachauri，R.K.and Reisinger，A.（Eds.）Climate Change 2007：Synthesis ReportR.IPCC：Geneva，Switzerland.20082 张强，韩永翔，宋连春.全球气候变化及其影响因素研究进展综述J.地球科学进展，2005（9）：990-9983 IEA.World Energy Outlook.International Energy Agency.OCED/IEA，2006，Paris4 王一鸣.中国碳达峰碳中和目标下的绿色低碳转型：战略与路径J.全球化，2021（6）：5-18.5 尚春静，张智慧.建筑生命周期碳排放核算J.工程管理学报，2010（1）：7-12.6 NASSEN J，HOLMBERG J，WADESKOG A，et al.Direct and indirect energy use and carbon emissions in the production phase of buildings：an input-output analysisJ.Energy，2007，32：1593-1602.7 HAN S W，HYUN C T，MOON H S.Evaluation model for carbon dioxide emission of construction methodsC.Construction Research Congress，2012：1799-1808.（下转第 112 页）112建筑科技2023 年 第 4 期建筑经济与管理Construction Economics and Management（3）专业人员的配备与管理不到位，导致人员配备不足或者无证上岗情况时有发生。（4）施工单位管理主体责任认识不清，管理人员对相关技术标准及规范的掌握程度不够，容易导致未能真正履行管理职责的情况。4关于施工安全监管措施的进一步改进2021、2022年启东市通过政府购买服务的方式，委托第三方检测机构对启东市在建项目进行了监督检查，从2021年和2022年的监督检查结果来看，该监管措施的施行还是起到了一定的作用，但仍然存在诸多问题，监管的力度仍需加大。对此，有几点针对性的监督措施，具体如下：（1）落实设备管理和维护保养职责。应加强对其实质性的监控，避免弄虚作假，对此可采取一系列的措施，例如要求对设备维护保养时，需对其过程进行拍照或摄像并作为记录一并归档，尤其是关键部件的维护保养过程。根据中华人民共和国特种设备安全法第二十九条规定“特种设备在出租期间的使用管理和维护保养义务由特种设备出租单位承担，法律另有规定或者当事人另有约定的除外”，从法律规定来看，若无其他约定，一般情况下设备的维护保养工作应当由出租单位执行。对此，关于责任的落实，建议可借鉴其他城市的较好举措，例如上海市推行的“建筑施工机械租赁、安装、拆卸、维保一体化管理”。（2）抓好从业人员培训及强化安全责任理念。积极鼓励和推动企业开展培训，对安全教育和专业技术方面进行培训，争取做到安全管理人员和作业人员全覆盖；此外，作为监管部门可适时的组织安全方面的培训活动，以提高作业人员的安全意识。另外，结合工地实名制管理和信息化手段，可建立从业人员平台数据库，从而加强对作业人员上岗情况及培训的管理。（3）加大对施工单位责任落实的监管力度。除了加强对设备本体的隐患问题排查外，还需加强对施工单位的安全管理工作的排查整治。从监管检查问题来看，当前存在的专项施工方案缺失及专家论证意见缺失、资料档案管理混乱、日常检查不重视等问题，均体现了施工单位未能认真履行其管理职责，对此，可以通过各种手段加强监督检查，倒逼企业落实主体责任。5结语基于实践探索的分析，通过对启东市在建工地监督检查的实践和监督手段的检验，总结出一系列符合本地实情的监管措施的改进建议，为建筑施工适应监管要求提供了选择。然而建筑施工的特殊性，要想达到高效的监管，仍需各方的合作与探索。收稿日期：2023-04-17作者简介：朱飞，中级工程师，从事安全监督，现供职于启东市建筑工程安全监督站。通信地址：江苏省启东市世纪大道1999号11号楼启东住建局907室。8 ACQUAYE A，DUFFY A，BASU B.Embodied emissions abatement-A policy assessment using stochastic analysisJ.Energy Policy，2011，39：429-441.9 HARMOUCHE N，AMMOURI A，SROUR I，et al.Developing a carbon footprint calculator for construction buildingsC.Construction Research Congress，2012：1689-1699.10ABANDA F H，TAH J H M，CHEUNG F K T.Mathematical modeling of embodied energy，greenhouse gases，waste，time-cost parameters of building projects：A reviewJ.Building and Environment，2013，59：23-37.11MOON H S，HYUN C T，HONG T H.Prediction model of CO2 emission for residential buildings in south KoreaJ.Journal of Management in Engineering，2014，30（3）：1-7.12 李兵，李云霞，吴斌等.建筑施工碳排放测算模型研究J.土木建筑工程信息技术，2011（2）：5-9.13PENG C H.Calculation of a buildings life cycle carbon emissions based on Ecotect and building information modelingJ.Journal of Cleaner Production，2016，112：453-465.收稿日期：2023-05-08作者简介：朱晓璇，硕士研究生，工程师，主要从事城市更新方面的研究，现供职于上海建工四建集团有限公司。通信地址：上海市闵行区桂林路928号。（上接第 105 页）