高原地區(qū)建筑物化階段環(huán)境影響評價

趙太民 龔志起

(青海大學土木工程學院 西寧 810016)

建筑業(yè)的能源消耗與污染排放一直是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的熱點問題。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，近年來全球建筑能源消耗占全球總能耗的 39%[1]。大約有50%的二氧化碳排放與建筑業(yè)有關(guān)，導致酸雨的二氧化硫有40%也是建筑業(yè)產(chǎn)生的[2]?？v觀建筑的全生命周期過程，能源消耗和污染排放主要源于建筑運營階段和物化階段[3]，相比于時間周期較長的運營階段，建筑物化階段在短時間內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)境影響更為嚴重。所以，為了減少環(huán)境污染和能源消耗，讓建筑業(yè)更可持續(xù)發(fā)展，評估建筑物化階段產(chǎn)生的環(huán)境影響是十分必要的。

在對建筑業(yè)環(huán)境影響進行量化的過程中，生命周期評價方法(Life Cycle Assessment, LCA)是研究人員常用的主流方法，針對各類建筑材料和不同建筑結(jié)構(gòu)所進行的全生命周期環(huán)境影響評價十分廣泛[4-7]。目前對于建筑物化階段的環(huán)境影響評價取得了一定的成果，但缺乏針對特定地域的環(huán)境影響評價研究。西北高原地區(qū)受制于特殊的地理氣候條件，屬于自然環(huán)境較為惡劣的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境恢復能力差，量化高原地區(qū)建筑物化階段產(chǎn)生的影響能夠更加準確認識和衡量環(huán)境損害程度，對保護高原生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

因此，基于生命周期評價方法，結(jié)合實際工程案例建立建筑物化階段環(huán)境輸入-輸出清單數(shù)據(jù)，通過環(huán)境污染物的分類、特征化和加權(quán)計算對高原地區(qū)建筑物化階段的環(huán)境影響進行全面評估，最終評價結(jié)果以貨幣化的方式呈現(xiàn)。

1 評價框架

研究方法以生命周期評價理論為基礎(chǔ)，根據(jù)國際標準化組織(ISO)的定義[8]：將生命周期分為目標和范圍確定、清單分析、影響評價和結(jié)果解釋四部分。其中，資源能源消耗定為輸入過程，環(huán)境影響定為輸出過程，進而對產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期中的輸入和輸出過程的環(huán)境影響潛值進行量化、求和以及最終評價解釋。建筑物化階段生命周期評價框架如圖1所示。

圖1 建筑物化階段生命周期評價框架

環(huán)境影響評價過程是生命周期評價的一個重要環(huán)節(jié)，評價過程主要為分類、特征化、加權(quán)計算三個步驟。分類是將清單分析結(jié)果與不同階段環(huán)境影響類型對應的過程，是進行建筑物化階段影響評價階段的第一步[9]。研究綜合考慮建筑物化階段可能出現(xiàn)的環(huán)境問題，最終選用中點損害類型，環(huán)境影響類型確定為10種。特征化就是將造成同一環(huán)境影響類型的多種污染物轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的單元，通常每種環(huán)境影響都會確定一個特定的類型指標，以該物質(zhì)為基準將引起該環(huán)境影響類型的其他污染物通過特征化因子折算為當量值。貨幣化是對各類環(huán)境影響進行加權(quán)評估的過程，目的是為了確定各類環(huán)境影響的權(quán)重大小，最終得到綜合環(huán)境影響值。采用課題組已有研究中針對西寧市惰性建筑垃圾生命周期影響評價時得到的各環(huán)境影響類型的貨幣化估值，使評價結(jié)果具有針對性。

2 案例分析

本研究所采用的工程實例為青海省西寧市某公共建筑項目，建筑高度23.3m，總建筑面積6356m2，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。施工過程的建筑材料消耗量、運輸距離等均為實際調(diào)研數(shù)據(jù)，環(huán)境影響評價具有較好的準確性。

2.1 目標和范圍確定

評價目的是對建筑物化階段的環(huán)境影響進行生命周期評價，比較分析各過程環(huán)境影響量化值，對產(chǎn)生環(huán)境影響較大的階段提出相應的改進措施，達到保護生態(tài)環(huán)境和改善人們生活環(huán)境的目的。

評價范圍為建筑物化階段，主要包括建筑材料生產(chǎn)階段、建筑材料運輸階段和建筑施工階段。通過實地調(diào)研和搜集文獻數(shù)據(jù)，建立建筑物化階段資源消耗和環(huán)境排放清單數(shù)據(jù)庫，為進行環(huán)境影響評價奠定基礎(chǔ)。

2.2 清單分析

清單數(shù)據(jù)的質(zhì)量決定著環(huán)境影響評價結(jié)果的準確性，本研究中清單數(shù)據(jù)主要來源于實地調(diào)研和文獻查閱，數(shù)據(jù)具有可靠性。不同階段清單數(shù)據(jù)收集方法如下：

建筑材料生產(chǎn)階段：主要考慮的建筑材料為商品混凝土、鋼筋、木材、水泥、砂子、保溫材料和加氣混凝土砌塊。材料的消耗量由施工單位材料用量清單整理統(tǒng)計獲得，如表1所示。生產(chǎn)上述建材的能源消耗與污染物排放主要參考已有研究給出的相關(guān)數(shù)據(jù)[10-12]。

表1 主要建筑材料消耗量

建筑材料運輸階段：建材運輸階段的能源消耗主要受材料數(shù)量、運輸方式、運輸距離等因素的影響。借鑒前人研究成果，運輸距離為項目調(diào)研獲得，不同運輸方式造成的能源消耗和污染物排放參考研究數(shù)據(jù)[13]。

建筑施工階段：現(xiàn)場施工階段的主要輸入為各類機械設備的能源消耗，可以根據(jù)單位建筑面積的相關(guān)能耗指標計算各類能耗值[14]，施工場地內(nèi)的材料運輸?shù)惹闆r不予考慮。

通過對各階段輸入—輸出數(shù)據(jù)的分析計算，功能單位選取單位建筑面積(1m2)，得到1m2現(xiàn)澆式鋼筋混凝土建筑物化階段環(huán)境清單如表2所示。

表2 1m2現(xiàn)澆式鋼筋混凝土建筑物化階段環(huán)境清單

2.3 影響評價

影響評價是對建筑物化階段產(chǎn)生的環(huán)境影響進行量化的過程，通過清單數(shù)據(jù)的分類、特征化、加權(quán)等對10種中點環(huán)境影響類型進行分析計算，加權(quán)計算的貨幣化因子采用課題組針對西寧市各種污染物排放造成的環(huán)境影響類型的貨幣化估值，使得評價結(jié)果更具有科學性。計算得到各階段單位建筑面積(1m2)環(huán)境影響貢獻值如表3～4所示。

表3 1m2建筑材料生產(chǎn)階段環(huán)境影響

表4 1m2建筑材料運輸與建筑施工階段環(huán)境影響

3 結(jié)果與討論

3.1 各階段環(huán)境影響貢獻值對比

將材料生產(chǎn)階段、材料運輸階段和建筑施工階段的各類環(huán)境影響貢獻值匯總，各階段環(huán)境影響貢獻值對比如圖2所示。

由圖2可知，各階段產(chǎn)生的環(huán)境影響存在明顯的差異，環(huán)境影響最為嚴重的是材料生產(chǎn)階段，單位建筑面積環(huán)境影響貨幣化估值為156.25元，主要是因為材料生產(chǎn)階段會有大量的礦產(chǎn)資源與化石能源消耗，受限于制造工藝的差異，建筑材料的投入產(chǎn)出比較低，環(huán)境污染排放較為嚴重。因此，改進生產(chǎn)工藝是降低此階段環(huán)境影響最為重要的途徑。建筑施工階段的環(huán)境影響略大于材料運輸階段，這兩階段的環(huán)境影響主要是各類機械設備和運輸工具能源消耗造成的，合理的選擇建筑材料購買源頭和規(guī)劃施工現(xiàn)場機械設備布置與調(diào)度將有效減少能源消耗帶來的環(huán)境污染問題。

圖2 各階段環(huán)境影響貢獻值對比

圖3 物化階段各類環(huán)境影響

3.2 物化階段各類環(huán)境影響貢獻值對比

物化階段產(chǎn)生的環(huán)境影響多樣，將各類型環(huán)境影響貢獻值所占比例繪圖3進行比較，了解物化階段不同環(huán)境影響的貢獻率。

物化階段產(chǎn)生的最大環(huán)境影響為全球變暖(85.97%)，其次是酸化(23.74%)、粉塵(21.79%)、富營養(yǎng)化(19.54%)和礦石資源消耗(16.18%)。木材資源消耗、固體廢棄物、化石能源消耗和淡水資源消耗的影響最小，四者之和僅為總值的18.65%。造成這一結(jié)果的原因是建筑材料生產(chǎn)階段CO2、SO2、粉塵等污染物的排放較多，同時礦石資源是建材生產(chǎn)必不可少的原材料，因此相對應的環(huán)境影響占比就高。結(jié)合圖2分析，建筑材料運輸階段和建筑施工階段的環(huán)境影響總值遠小于建筑材料生產(chǎn)階段，所以控制材料生產(chǎn)階段CO2、SO2、粉塵等污染物的排放是減少物化階段環(huán)境影響的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

研究基于生命周期評價方法建立建筑物化階段生命周期評價框架，通過目標和范圍確定、清單分析、影響評價這3個步驟，將物化階段產(chǎn)生的環(huán)境影響用貨幣化表征。將評價框架運用于西寧市某公共建筑項目，對其物化階段進行量化評價，得到如下結(jié)論：

(1)材料生產(chǎn)階段的節(jié)能減排是建筑生命周期中的重要環(huán)節(jié)，通過改進建筑原材料的加工工藝或者尋找新型的低能源低排放的建筑材料，可減少材料生產(chǎn)階段的物耗能耗，降低污染物質(zhì)的排放。

(2)物化階段的生命周期評價結(jié)果用貨幣化表征，可以為施工企業(yè)執(zhí)行“污染者付費原則”提供可靠的科學依據(jù)，在評價結(jié)果的基礎(chǔ)上提出相應的改善措施，可以顯著減少環(huán)境污染問題。

(3)后續(xù)研究可以持續(xù)關(guān)注建筑生命周期各種能源消耗與污染物質(zhì)排放的最新研究成果，不斷完善環(huán)境影響評價類型，使生命周期評價結(jié)果更加準確。