建筑物化階段CO₂排放及其不確定性分析

馬駿

摘要：CO2是導(dǎo)致氣候變暖的主要物質(zhì)之一，而建筑行業(yè)的碳排放量占世界碳排放總量的25%左右。在建筑生命周期內(nèi)，年均CO2排放最多的階段為物化階段，對(duì)建筑物化階段的碳排放進(jìn)行量化具有重要的研究意義?？紤]排放清單等數(shù)據(jù)受人為因素及技術(shù)水平的限制，會(huì)出現(xiàn)一定的變異性，研究采用不確定性分析方法。將建筑按分部分項(xiàng)工程進(jìn)行分解，結(jié)合具體的單元工序?qū)ξ锘A段的CO2排放進(jìn)行量化建模，進(jìn)而給出減排中最需關(guān)注的單元工序。通過案例分析發(fā)現(xiàn)，建筑物化階段的碳減排重點(diǎn)是材料生產(chǎn)，其CO2排放量占比達(dá)到93%；其次，在不同工序中，減排重點(diǎn)為土建工程，其碳排放占總體的85%；在碳排放量化過程中，對(duì)數(shù)據(jù)和情景兩類不確定度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)數(shù)據(jù)不確定度的結(jié)果可知，物化階段CO2排放總量的變異系數(shù)為0.3%，結(jié)果數(shù)據(jù)可信度較高。根據(jù)情景不確定度的結(jié)果可知，運(yùn)輸階段改變運(yùn)距及柴油類型可減排39%，施工階段改變用電類型可減排27%。

關(guān)鍵詞：物化階段；CO2排放；碳減排；生命周期評(píng)價(jià)；不確定性

中圖分類號(hào)：X506 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-6717（2022）06-0209-10Analysis of CO2 emissions and uncertainties in the embodied stage of buildings MA Jun（China Railway 18th Bureau Group Fourth Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300222，P.R.China）

Abstract：One of the main substance that contributes to climate warming is CO2，and the construction industry accounts for about 25%of the world's total CO2 emissions.During the life cycle of abuilding，the stage with the largest average annual CO2 emissions is the embodied stage.Therefore，it is important to study CO2 emissions from the embodied stage of buildings.At the same time，the uncertainty analysis method was used because of the partial variability of data such as emission inventories due to human factors and the limitations of the technology level.In this paper，we decompose the building by sub-projects，quantify the CO2 emissions of the embodied stage by combining specific unit processes，and then give the unit processes that need the most attention in emission reduction.Through the case study，it is found that the focus of carbon emission reduction in the embodied stage of the building is the material production phase，which accounts for 93%of CO2emissions.Next，among the different processes，the focus of emission reduction is civil engineering，whose carbon emissions account for 85%of the overall.Two types of uncertainties，data and scenario，are also calculated in the carbon emission quantification process.According to the results of data uncertainty，it can be seen that the coefficient of variation of the total CO2 emissions in the embodied stage is 0.3%，and the confidence of the result data is high.According to the results of the scenario uncertainty，it is known that changing the distance and type of diesel fuel in the transportation stage can reduce carbon emissions by 39%，and changing the type of electricity used in the construction stage can reduce emissions by 27%.

Keywords：embodied stage；CO2 emission；carbon emission reduction；life cycle assessment；uncertainty

根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第4次評(píng)估報(bào)告，到21世紀(jì)末，地球表面的平均溫度將上升1.1～6.4℃，溫室氣降排放增加是導(dǎo)致氣溫升高的主要原因，而溫室氣體排放增加的主要原因之一是人類活動(dòng)[1]。這對(duì)人類的基本生存以及未來的可持續(xù)發(fā)展都是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

建筑業(yè)是最大的能源消耗行業(yè)之一，也是溫室氣體排放的主要來源[2]。2019年，全球建筑行業(yè)的碳排放總量約為100億t[3]，占全球能源相關(guān)碳排放總量的28%，若加上建材工業(yè)部分（整個(gè)工業(yè)中用于制造的建筑材料，如鋼鐵、水泥和玻璃等）的排放，這一比例將上升至38%。大力減少建筑領(lǐng)域相關(guān)過程中的碳排放，應(yīng)從建筑設(shè)計(jì)、建材生產(chǎn)、運(yùn)輸與施工建造、運(yùn)行維護(hù)以及拆除等環(huán)節(jié)重新思考，使整個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性變化[4]。目前，建筑運(yùn)營階段的碳減排是建筑節(jié)能減排的研究熱點(diǎn)。雖然建筑使用階段排放量達(dá)到總排放量的70%～80%，但建筑物化階段的碳排放卻占建筑前3年內(nèi)排放總量的20%～30%[5]，建筑運(yùn)營階段年限較長，而物化階段時(shí)間較短，若按年平均排放量計(jì)算，物化階段碳排放量高于使用階段。建筑物化階段是指從建材的生產(chǎn)階段到建筑完成建造交付使用之前的所有階段，主要包括建材生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段、施工建造階段。因此，要全面實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的綠色化，需要對(duì)目前尚未充分研究的物化階段進(jìn)行細(xì)化研究。

此外，在以往的研究中，定量方法通常是確定性的，沒有考慮輸入?yún)?shù)的不確定性。但事實(shí)上，由于人為因素和技術(shù)因素的存在，搜集到的相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)顯示出一定程度的不確定性。因此，有必要對(duì)量化過程中的各類不確定性進(jìn)行計(jì)算，以便得到更加準(zhǔn)確合理的量化結(jié)果。為了驗(yàn)證該方法，以已建成的北京市大興區(qū)某棟裝配式住宅項(xiàng)目為例進(jìn)行物化階段碳排放計(jì)算，并對(duì)建材運(yùn)輸距離和施工能源結(jié)構(gòu)設(shè)置不同情形，以進(jìn)行不確定性量化研究。

1 LCA不確定性研究現(xiàn)狀

2004年，Heijungs等[6]給出了生命周期評(píng)價(jià)（Life Cycle Assessment，LCA）不確定性的定義：LCA過程中不準(zhǔn)確的測(cè)量、缺失的數(shù)據(jù)和不準(zhǔn)確的假設(shè)對(duì)輸出結(jié)果的影響稱為LCA不確定性。分別為：1）由于內(nèi)部變化、測(cè)量不準(zhǔn)確或缺少數(shù)據(jù)引起的數(shù)值不確定性；2）構(gòu)造LCA數(shù)學(xué)計(jì)算模型引起的不確定性；3）建立不同情景時(shí)，不同選擇產(chǎn)生的不確定性。

限制LCA實(shí)踐的難度主要是獲取數(shù)據(jù)，因?yàn)閿?shù)據(jù)是進(jìn)行清單分析及評(píng)價(jià)特征模型應(yīng)用的基礎(chǔ)。

參數(shù)的不確定性一直是學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)，目前已知的量化方法有DQI（Data Quality Indicator）方法、貝葉斯統(tǒng)計(jì)、模糊理論、解析不確定性傳播和概率法[7]，其中，DQI應(yīng)用最為廣泛。

DQI方法由Weidema[8]開發(fā)，莫華等[9]、黃娜等[10]調(diào)整了其漢化參數(shù)。Ecoinvent數(shù)據(jù)庫還提供了每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在單元過程層面基于DQI的不確定性信息[11-12]。但這個(gè)過程中仍存在一些局限，例如，數(shù)據(jù)的不確定性分布類型僅考慮了對(duì)數(shù)正態(tài)分布[13]。Muller等[14]提出了一種改進(jìn)算法，使得新數(shù)據(jù)加入時(shí)可以更新相應(yīng)的不確定性系數(shù)。

在量化所有原始數(shù)據(jù)的參數(shù)不確定性之后，有必要將該不確定性傳播到量化結(jié)果中。目前傳播的主要方法是蒙特卡洛模擬，但其計(jì)算量大，尤其需要對(duì)各種場(chǎng)景進(jìn)行比較。目前，泰勒級(jí)數(shù)展開法是解決這一缺陷的主要方法。Imbeault-Tétreault等[15]、Heijungs等[16]都比較了這兩種方法。Groen等[17]比較了拉丁超立方抽樣法、擬蒙特卡洛抽樣法和模糊區(qū)間運(yùn)算法等。目前，很多商業(yè)生命周期評(píng)價(jià)程序都傾向于使用蒙特卡洛抽樣方法。

各類不確定性在經(jīng)過傳播后進(jìn)入生命周期評(píng)價(jià)階段，該階段的主要任務(wù)包括分類及表征、標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重。其中，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)的不確定性研究較為充分。根據(jù)ISO 14042標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)是由產(chǎn)品和參照系統(tǒng)的比值得到的，由于缺少排放數(shù)據(jù)和表征系數(shù)，會(huì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)的偏差。一種解決方案是盡量完善數(shù)據(jù)庫和表征系數(shù)，從而減少?zèng)Q定性偏差的風(fēng)險(xiǎn)[18]。Benini等[19]和Sala等[20]給出了影響標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)的因素，提出了計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)不確定度的方法。Lautier等[21]計(jì)算了加拿大和美國的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，并與歐洲現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)進(jìn)行了比較。

綜上所述，目前對(duì)生命周期評(píng)價(jià)的不確定性研究主要集中在參數(shù)不確定性方面，情景分析通?？紤]模型和情景的不確定性。Huijbregts[22]通過分析規(guī)范或相關(guān)假設(shè)來羅列各類選擇情景，以此分別量化結(jié)果的情景和模型的不確定性。Mendoza Beltran等[23]也提出了一種可以應(yīng)用于LCA計(jì)算軟件的方法，使其可以處理由于方法論選擇而造成的不確定性。

在土木工程方面，Hong等[24]考慮到建設(shè)期的基本特性，提出了一個(gè)基于概率方法的不確定分析框架；Zhang等[25]對(duì)橋梁生命周期內(nèi)各階段LCA結(jié)果的變異系數(shù)及其影響因素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)性分析。

2 建筑物化階段CO2排放計(jì)算及不確定性分析模型

2.1 模型邊界

建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期可分為物化階段、使用階段和拆除處置階段。物化階段是指建筑建造完成之前的所有階段，其系統(tǒng)邊界如圖1所示，主要包括：1）材料生產(chǎn)階段，包括原材料生產(chǎn)過程和生產(chǎn)過程中所需要的能量；2）運(yùn)輸階段，包括物料運(yùn)輸過程中所耗能源的開采生產(chǎn)過程；3）施工階段，包括施工區(qū)域內(nèi)各種機(jī)械設(shè)備的能耗，以及辦公區(qū)、生活區(qū)的照明、空調(diào)、辦公設(shè)備、烹飪等能耗。

物質(zhì)流體系的邊界為施工過程中所需要的各種建材和輔助材料，以及由各種建筑材料預(yù)制而成的預(yù)制構(gòu)件。其中，材料生產(chǎn)中使用的各種設(shè)備產(chǎn)生的材料損耗和環(huán)境影響不計(jì)入系統(tǒng)邊界內(nèi)。能源系統(tǒng)邊界包括煤、天然氣、汽油、柴油和電力。

2.2 模型構(gòu)建

根據(jù)建設(shè)工程施工流程，結(jié)合工程概預(yù)算定額，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的分解與集成。采用基于工程量清單的CO2排放計(jì)算模式，以單元工序?yàn)榛締挝唬瑯?gòu)建各單元工序的CO2排放清單和“綜合CO2排放系數(shù)”。這種計(jì)算模式的優(yōu)點(diǎn)：一方面是基于建筑構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，便于相關(guān)設(shè)計(jì)人員更有針對(duì)性地控制CO2排放；另一方面，在實(shí)際操作中，工程量清單的計(jì)算過程與概預(yù)算編制過程是一致的，可以有效地減少計(jì)算過程中所涉及的統(tǒng)計(jì)工作量。

各單元工序的碳排放系數(shù)計(jì)算公式見式（1）。

E n=∑p i（W/w）EF mat，i+∑p iL iEF tra+∑（p iβ iL iEF tra+p iβ iEF dis，i+q jEF mach，j）

（1）

式中：E n為單元工序n的CO2排放系數(shù)，kg；p i為完成單元工序n消耗的第i種材料用量；W為建筑設(shè)計(jì)使用壽命；w為材料設(shè)計(jì)使用壽命；EF mat，i為第i種材料的CO2排放系數(shù)；L i為第i種材料的運(yùn)輸距離，km；EF tra為運(yùn)輸階段的CO2排放系數(shù)；β i為第i種材料的損耗系數(shù)；EF dis，i為第i種材料垃圾處理的CO2排放系數(shù)；q j為完成單位單元工序n消耗的第j種機(jī)械量，臺(tái)班；EF mach，j為第j種機(jī)械的CO2排放系數(shù)。

以單位工程定額清單為基礎(chǔ)，建立分項(xiàng)工程定額清單，并計(jì)算已完成分項(xiàng)工程的綜合碳排放系數(shù)。分項(xiàng)工程碳排放系數(shù)計(jì)算方法見式（2）。

E p=∑n Qn En（2）

式中：E p為單位分項(xiàng)工程p的CO2排放系數(shù)；Q n為完成單位分項(xiàng)工程所需要的單元工序n的工程量。

建設(shè)項(xiàng)目按規(guī)模從大到小可分為單位工程、分部工程、分項(xiàng)工程。因此，通過各分項(xiàng)工程相加可得到整個(gè)建筑工程物化階段的CO2排放量。建筑工程物化階段碳排放總量計(jì)算公式如式（3）所示。

E=∑r∑q∑p Ep（3）

式中：E為建筑工程物化階段CO2排放總量；r為單位工程；q為分部工程；p為分項(xiàng)工程。

綜上，建筑物化階段中材料生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工建造3部分的碳排放計(jì)算公式分別為： 1）材料生產(chǎn)階段

E mat=∑r∑q∑p∑n pi×（W/w）×EF mat，i（4）

式中：E mat為材料生產(chǎn)階段的CO2排放量，kg；n為單元工序。

2）運(yùn)輸階段

E tra=∑r∑q∑p∑n pi×L i×EF tra（5）

式中：E tra為運(yùn)輸階段的CO2排放量，kg。

根據(jù)2017年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)[26]，2016年中國公路貨物運(yùn)輸?shù)钠骄\(yùn)輸距離為183 km。建筑材料的主要運(yùn)輸方式是公路運(yùn)輸。因此，運(yùn)輸距離均按全國公路平均運(yùn)輸距離計(jì)算，后續(xù)會(huì)根據(jù)不同運(yùn)輸距離的取值情況分析不同情景。據(jù)李學(xué)東[27]的研究，公路運(yùn)輸?shù)娜加拖牧繛?.0152 kg/（t·km），則EF tra=0.0556 kg/（t·km）。

3）施工建造階段 由于數(shù)據(jù)收集的局限性，僅考慮施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)所有施工機(jī)械的能耗，如式（6）所示。

E con=∑r∑q∑p∑n qj EF mach，j（6）式中：E con為施工建造階段的CO2排放量，kg。

建筑物化階段的CO2排放總量如式（7）所示。

E=E mat+E tra+E con（7）

2.3 排放因子

所需的各種材料CO2排放因子主要以《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019）[28]為依據(jù)，部分排放因子選用GABI軟件[29]中的數(shù)據(jù)庫。GABI軟件是一款由德國開發(fā)的評(píng)價(jià)產(chǎn)品或服務(wù)潛在環(huán)境影響的常用工具，受到學(xué)術(shù)界的廣泛好評(píng)。

能源排放考慮了能源生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用3個(gè)階段。普通柴油、生物柴油、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的碳排放因子均來自GABI，其余材料的碳排放因子均來自《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019）。

施工建造階段的機(jī)械設(shè)備單位臺(tái)班能耗按《全國統(tǒng)一施工機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額》確定，結(jié)合能源的碳排放系數(shù)，可得到各機(jī)械設(shè)備單位臺(tái)班的碳排放系數(shù)。

2.4 不確定性分析模型

2.4.1 不確定性的來源 建筑生命周期評(píng)價(jià)的不確定性包含3類，分別是參數(shù)的不確定性、情景的不確定性和模型的不確定性。

1）僅考慮不同材料和機(jī)械使用過程中產(chǎn)生的碳排放，因此，參數(shù)不確定性主要來源于清單分析階段各數(shù)據(jù)的不確定性。

2）對(duì)不同運(yùn)距、能源類別的不同情景的選擇作為情景不確定性。

3）模型不確定性指在環(huán)境影響計(jì)算過程中由于所用的各種數(shù)學(xué)模型本身不完善而產(chǎn)生的不確定性。在環(huán)境排放的特征化中，如將CHA特征化為CO2 eq的過程，由于是通過對(duì)太陽輻射等效升溫來考慮的特征化因子，各地區(qū)、各國的實(shí)際條件對(duì)此的影響可以忽略不計(jì)，因此認(rèn)為此模型本身并不存在不確定性。在本文中，只涉及將大氣排放物當(dāng)量為某一種特定物質(zhì)的過程，所以不考慮這種不確定性。

2.4.2 數(shù)據(jù)不確定性分析模型 采用DQI方法確定不確定度，具體的計(jì)算過程如圖2所示。根據(jù)黃娜等[11]的研究，可以得到適合中國國情的數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)及不確定度。

工程量數(shù)據(jù)全部來自建設(shè)項(xiàng)目部預(yù)算清單，排放因子數(shù)據(jù)來自多個(gè)數(shù)據(jù)庫，屬于單一的數(shù)據(jù)來源。根據(jù)Ecoinvent數(shù)據(jù)庫[11]中對(duì)數(shù)據(jù)分布形式的考慮，選擇對(duì)數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)分布類型。此外，將獲取清單和數(shù)據(jù)庫時(shí)原始數(shù)據(jù)的不確定度設(shè)為U b，按Ecoinvent數(shù)據(jù)庫[11]中提供的標(biāo)準(zhǔn)差來考慮此類。

綜上所述，數(shù)據(jù)不確定度的計(jì)算公式見式（8）、式（9）。

式中：U 1～U 5為第i個(gè)數(shù)據(jù)的5個(gè)數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)的不確定度；U i為第i個(gè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量不確定度；U d，i為第i個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)不確定度；U b為第i個(gè)數(shù)據(jù)的基本不確定度。

2.4.3 情景不確定性分析模型 在分析情景不確定性時(shí)，首先確定碳排放量化過程中的不同情景，然后根據(jù)每個(gè)情景的不同選擇對(duì)結(jié)果的不確定性進(jìn)行計(jì)算。

1）運(yùn)輸距離 不同建材廠與施工地點(diǎn)之間的距離不同，甚至相差很大，因此，選用不同的廠家時(shí)應(yīng)對(duì)應(yīng)選擇不同的運(yùn)輸方案。運(yùn)輸距離分兩種情景：情景a，取全國的平均運(yùn)距183 km；情景b，建材廠位于項(xiàng)目所在地周邊，平均運(yùn)距假定為100 km。

2）能耗種類 建筑物化階段能源能耗很大，消耗的量化標(biāo)的主要是油和電。對(duì)于燃油來說，存在普通柴油和生物柴油兩種選擇，情景a為普通柴油，碳排放因子3.6603 kg/kg；情景b為生物柴油，碳排放因子2.3816 kg/kg。對(duì)于電力來說，由于不同地區(qū)的發(fā)電模式構(gòu)成不同，因此存在不同的電力結(jié)構(gòu)。設(shè)情景a為電能來自項(xiàng)目所在地的電力結(jié)構(gòu)，碳排放因子為1.058 kg/kWh；情景b為電能來自水力發(fā)電，碳排放因子為0.00746 kg/kWh；情景c為電能來自風(fēng)力發(fā)電，碳排放因子為0.0152 kg/kWh。

由于案例為已經(jīng)實(shí)際施工完成的項(xiàng)目，所以在計(jì)算CO2排放的過程中各數(shù)據(jù)的選擇為確定情景。

因此，有關(guān)情景部分的討論針對(duì)物化階段各減排手段的實(shí)際效果來展開，綜合考慮項(xiàng)目所在地位置、建設(shè)成本、技術(shù)可行性等因素。運(yùn)距的情景概率根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局提供的全國平均運(yùn)距與項(xiàng)目自身所在地位置給出，能耗種類的情景概率根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局中的能源種類消耗統(tǒng)計(jì)給出。各情景發(fā)生的概率值見表1。

假設(shè)不同類型的情景相互獨(dú)立，則各情景的不確定度計(jì)算公式見式（10）。

式中：U Si為第i種情景類型的不確定度；U Si a、U Si b…為第i種情景類型下不同情景（a或b）的不確定度。

3 案例分析

3.1 工程概況

選取位于北京市大興區(qū)的某棟住宅項(xiàng)目作為案例，該住宅樓為裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積8420.29 m 2，其中，地下3層，地上17層，建筑層高3 m，建筑高度52.5 m，該工程由中鐵建設(shè)集團(tuán)施工總承包。

3.2 CO2排放計(jì)算結(jié)果

該項(xiàng)目可分解為不同的分項(xiàng)工程，如土建工程、裝飾工程、電氣工程、給排水工程、采暖工程、通風(fēng)工程、消防工程等。根據(jù)建立的碳排放計(jì)算模型，每個(gè)單位工程內(nèi)有不同的分部分項(xiàng)工程。

根據(jù)項(xiàng)目工程量清單及各分部分項(xiàng)工程的碳排放系數(shù)，得出各單位工程CO2排放量，見表2。

表2中，不同分項(xiàng)工程的機(jī)械碳排放是建筑施工過程中使用的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的碳排放，而材料碳排放表示生產(chǎn)建材及柴油過程中所產(chǎn)生的碳排放量。每個(gè)分項(xiàng)工程施工過程中均存在材料生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工建造3個(gè)階段，因此，根據(jù)文中提到的模型進(jìn)行計(jì)算，可得到表3。

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)以及建筑總面積可知，物化階段單位建筑面積的CO2排放量為8.85×102kg/m 2，其中，土建工程、裝飾工程、電器工程、給排水工程、采暖工程、通風(fēng)工程和消防工程碳排放分別為7.90×102、3.84×101、3.82×101、1.66×10-1、6.63×10-1、3.52×10-1、6.42×10-2 kg/m 2。

建筑物化階段中材料生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工建造階段的CO2排放量分別為7.00×106、2.51×105、2.01×105 kg。各階段單位建筑面積的CO2排放量分別為8.31×102、2.98×101、2.38×101 kg/m 2。

3.3 不確定性分析

3.3.1 數(shù)據(jù)不確定性分析 材料生產(chǎn)、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工建造的不確定性計(jì)算結(jié)果如下： 1） 材料生產(chǎn)階段 材料生產(chǎn)階段的CO2排放計(jì)算公式如式（4）所示，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，認(rèn)為建筑和材料壽命是常數(shù)。在進(jìn)行蒙特卡洛模擬時(shí)，分別進(jìn)行了500～20000次抽樣。抽樣到10000次時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差開始穩(wěn)定。表4顯示了材料生產(chǎn)階段CO2排放的不確定度及變異系數(shù)。

2） 運(yùn)輸階段 式（5）中材料及能源的碳排放因子的不確定度分別為0.035和0.0433，根據(jù)相關(guān)論文及國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，運(yùn)距和運(yùn)輸工具能耗的不確定度分別為0.347和0.351，則運(yùn)輸階段CO2排放不確定度如表5所示。

3） 施工建造階段 式（6）為施工階段碳排放計(jì)算公式，其中建筑面積及施工時(shí)間等為確定數(shù)據(jù)，不確定度為0。因此，施工建造階段的碳排放數(shù)據(jù)不確定度見表6。

從表4～表6的數(shù)據(jù)不確定度和CO2排放量來看，如圖3所示，對(duì)物化階段CO2排放量影響較大的是土建及給排水工程，相應(yīng)的數(shù)據(jù)不確定度也較??；其次是電氣工程，雖然只占材料生產(chǎn)階段CO2排放的4%左右，但在施工階段可以達(dá)到16%，雖然裝飾、消防、通風(fēng)和采暖工程數(shù)據(jù)的不確定度較大，但碳排放量占總排放量的比例不足1%，因此，其不確定度產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)總排放量的影響可忽略不計(jì)。

整個(gè)建筑物化階段碳排放總量的變異系數(shù)為0.37%，由此可以判斷，建筑物化階段碳排放結(jié)果的數(shù)據(jù)可信度較高，結(jié)果較理想。

3.3.2 情景不確定性分析 采用不同情景對(duì)運(yùn)距和能源類型進(jìn)行不同概率的排列組合，得到不同情景下相應(yīng)的數(shù)據(jù)及不確定度，見表7。

圖4為不同情景下運(yùn)輸階段減排情況及變異系數(shù)變化比例，可以看出，單情景情況下，情景S1減排比例最高，為32%，減排量為7.96×104 kg；多情景情況下，S1+S6情景發(fā)生時(shí)，則可減少39%的CO2排放，減排量為9.75×104 kg。因此，通過改變運(yùn)輸距離和柴油使用的種類均可達(dá)到良好的減排效果。且運(yùn)距改變時(shí)，CO2排放的變異性系數(shù)均小于10%。因此，在未來的施工運(yùn)輸過程中，可綜合考慮運(yùn)距及柴油類型來達(dá)到更好的減排效果。

圖5為不同情景下建造階段減排及變異系數(shù)變化比例。由圖5可知，在施工建造階段，單情景情況下，S7情景可以減排27%，約5.44×104 kg，其次是情景S8，可以減排18%，約3.62×104 kg，而改變運(yùn)距及柴油類型，減排均小于1%，因此，混合情景模式下，運(yùn)距及柴油類型對(duì)整體碳減排的影響可以忽略不計(jì)。綜上可知，電力結(jié)構(gòu)是施工建造階段碳排放的主要影響因素，通過改變用電結(jié)構(gòu)，可以大大減少施工建造階段的碳排放量，因此，未來大力發(fā)展清潔能源（如風(fēng)能、水能、太陽能）發(fā)電是很有必要的。

3.4 建筑物化階段CO2排放分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該案例在物化階段的碳排放總量為7.45×106 kg，而各階段碳排放所占比例如圖6所示。從不同階段來看，材料生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放占到93%，是物化階段最主要的碳排放貢獻(xiàn)階段，主要是因?yàn)椴牧仙a(chǎn)時(shí)耗費(fèi)的鋼筋混凝土等建材的內(nèi)含能較大，而運(yùn)輸階段和施工建造階段的碳排放僅分別占整個(gè)物化階段的3%和4%。從不同施工工序來看，土建工程的碳排放占比最高，達(dá)到了89%，其次是裝飾工程及電氣工程，均占4%。因此可以看出，若想減少整個(gè)階段的碳排放量，最重要的是減少土建施工過程中的碳排放。從不同施工部位來看，構(gòu)件廠碳排放量占比為42%，地下部分占比為34%，而地上部分占比為16%。出現(xiàn)這種情況的主要原因是本案例為裝配式建筑，其中預(yù)制構(gòu)件的使用量較大，且主要用在地上部分，因此，地上部分有較多碳排放量計(jì)算到構(gòu)件廠部分中。

為了對(duì)案例中各單位工程碳排放量有更清晰的了解，圖7給出了各單位工程物化階段的碳排放比例。從圖7中可知，在物化階段的所有單位工程中，土建工程、裝飾工程、電氣工程三者碳排放占比之和達(dá)到98%，而這3個(gè)單位工程中占比最高的均為材料生產(chǎn)，分別占各自部分的95%、85%、98%。此外，給排水工程、采暖工程和消防工程中，施工建造階段產(chǎn)生的碳排放占主要貢獻(xiàn)，分別為61%、60%、95%。對(duì)于通風(fēng)工程來說，其材料生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段及施工建造階段的碳排放占比較為均勻，分別為46%、35%、19%。

根據(jù)上述分析可知，材料生產(chǎn)階段產(chǎn)生的碳排放占比達(dá)到90%以上。因此，實(shí)現(xiàn)建筑物化階段碳減排的重要方法之一是控制材料生產(chǎn)階段的碳排放。而減少材料生產(chǎn)碳排放的方法主要有兩種：一是建材生產(chǎn)廠商從源頭進(jìn)行減排，目前，很多水泥及鋼材生產(chǎn)廠商均在進(jìn)行減排改革，通過使用清潔可再生能源以及碳捕捉、碳封存等技術(shù)來減少生產(chǎn)中的碳排放；二是通過利用建筑廢料作為主要建材，如使用再生混凝土，提高廢物利用率，可大大減少材料生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放。

施工現(xiàn)場(chǎng)的碳排放直接影響著項(xiàng)目周邊的環(huán)境，因此，單獨(dú)考慮施工建造階段的碳排放很有必要。項(xiàng)目建設(shè)階段碳排放量隨時(shí)間變化情況如圖8所示。從圖8中可知，從2016年3月到2016年8月，碳排放量呈線性增加，主要是因?yàn)橹黧w結(jié)構(gòu)的施工，大型機(jī)械的使用導(dǎo)致這階段耗油、耗電量急劇增加，碳排放量也隨之增加。而2016年8月之后，進(jìn)行采暖工程、電氣工程等施工，這一階段所使用的機(jī)械能耗較小，產(chǎn)生的碳排放速率也大大減緩。

4 結(jié)論

建立了建筑物化階段的碳排放計(jì)算模型，并考慮了不同建材運(yùn)輸距離和施工能源結(jié)構(gòu)情景下的不確定性；結(jié)合案例，確立了建筑碳排放計(jì)算框架。

得到以下主要結(jié)論：

1）以某施工單位提供的工程概預(yù)算清單為基礎(chǔ)，對(duì)建筑物化階段不同施工工序的碳排放進(jìn)行詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)土建工程施工碳排放占總體的85%，材料生產(chǎn)階段碳排放占比達(dá)93%，均為碳排放控制重點(diǎn)，并給出了減排建議。

2）計(jì)算建筑物化階段CO2排放的數(shù)據(jù)和情景不確定度，給出各單位工程CO2排放的變異系數(shù)，分析不同情景下的碳排放情況，并給出減排建議，運(yùn)輸階段，改變運(yùn)距及柴油類型可碳減排39%，施工階段，改變用電類型可減排27%。

3）建立以工程概預(yù)算定額和實(shí)際工程量為基礎(chǔ)的碳排放量化模型，并分析施工碳排放隨施工進(jìn)度的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)施工階段及裝飾階段為碳排放主要貢獻(xiàn)階段。

建筑業(yè)是高耗能行業(yè)，隨著資源環(huán)境約束的收緊和城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能減排變得越來越重要。雖然本文給出了建設(shè)階段CO2排放量的計(jì)算方法，但仍有大量工作有待進(jìn)一步研究和完善：

1）受限于數(shù)據(jù)收集，本文未考慮施工現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)及生活區(qū)的碳排放，后續(xù)研究中將進(jìn)一步探討。

2）采用區(qū)域統(tǒng)計(jì)理論值進(jìn)行計(jì)算分析。在后續(xù)計(jì)算中，如果可以采用企業(yè)實(shí)際施工水平的企業(yè)定額，結(jié)果會(huì)更加準(zhǔn)確。

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（編輯 黃廷）