基于模糊綜合評(píng)判的建筑業(yè)“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑因素量化評(píng)價(jià)研究

楊 蒙，林皓鋆，朱丙宸

(湖南省第六工程有限公司，湖南 長沙 410035)

1 引言

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，城鄉(xiāng)居民聚集區(qū)建設(shè)中的高樓大廈和交通設(shè)施隨處可見。特別是2018年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出新基建概念后，可以預(yù)想到未來將會(huì)出現(xiàn)更多的建設(shè)項(xiàng)目。但在第二產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境問題也日益暴露出來。建筑業(yè)排放CO2占全球能源和過程相關(guān)CO2排放的40%，而過量積累的CO2也使世界氣候面臨著嚴(yán)重問題[1,2]。碳中和也叫碳補(bǔ)償，是指計(jì)算CO2的排放量，再通過植被吸收，以達(dá)到環(huán)保的目的[3]。

隨著我國提出“2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)，相關(guān)學(xué)者也逐漸從各專業(yè)的角度對(duì)其進(jìn)行大量研究。林波榮[4]從建筑運(yùn)營階段中減少間接碳排放的角度出發(fā)，提出了建筑行業(yè)用能全面電氣化的解決策略。余晶[5]則站在企業(yè)視角，提出了4個(gè)綠色商業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的有效步驟，以實(shí)現(xiàn)低碳減排以及可持續(xù)發(fā)展經(jīng)營。鄧明君[6]通過使用信息可視化軟件綜合國外相關(guān)理論研究，生成知識(shí)圖譜，供我國進(jìn)行相關(guān)研究提供參考數(shù)據(jù)。潘逸群[7]和王深[8]分別基于計(jì)算模型和多目標(biāo)模型的方法，研究我國減碳路線的優(yōu)化與選擇。王文[9]從金融學(xué)的角度分析了我國碳市場，并提出了相關(guān)建議。陳偉[10]也從我國林業(yè)碳匯交易市場的角度出發(fā)，提出了林業(yè)碳匯交易市場發(fā)展路徑。

據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，中國建筑行業(yè)將在2050年貢獻(xiàn)出全國56%的減碳量[11,12]。建筑行業(yè)減碳成效與否，直接關(guān)系著我國能否實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的承諾。因此，本文旨在基于模糊綜合評(píng)判方法對(duì)我國建筑業(yè)“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑的相關(guān)因素進(jìn)行量化分析與研究，為我國建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)減碳提供支持和參考。

2 建筑行業(yè)“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑的相關(guān)因素

建筑行業(yè)所有環(huán)節(jié)都屬于3個(gè)階段：建材生產(chǎn)階段、建筑建設(shè)階段、建筑使用階段。這3個(gè)階段的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)使用大量能源產(chǎn)生碳排放。建材生產(chǎn)階段中，包括了基礎(chǔ)建材(砼、鋼材等)、綠色裝配式構(gòu)件等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)；建筑建設(shè)階段則由工程從業(yè)人員在現(xiàn)場的衣食住行，工程機(jī)械的種類、運(yùn)行、維護(hù)，建材與構(gòu)件的應(yīng)用等環(huán)節(jié)組成；而建筑使用階段包含了如照明、供暖及制冷等設(shè)備的使用，建筑物的運(yùn)營與維護(hù)等環(huán)節(jié)。

碳足跡根據(jù)排放途徑可分為直接碳排放和間接碳排放。直接碳排放可以理解為化石燃料燃燒釋放的CO2，間接碳排放則是在電力、熱力輸送過程中產(chǎn)生的碳排放。3個(gè)階段中除建筑建設(shè)階段中的工程機(jī)械運(yùn)行環(huán)節(jié)外，大部分環(huán)節(jié)的碳排放主要還是間接碳排放。我國第三階段碳排放CO2約21 億t，約占我國碳排放總量的20%，超過了建筑行業(yè)碳排放量的50%。因此，僅僅把注意力放在第一、二階段，或是主抓直接碳排放都是片面的，最后的治理效果容易事倍功半。

根據(jù)以上觀點(diǎn)發(fā)散，采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)來建立建筑行業(yè)“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑評(píng)價(jià)模型。模糊綜合評(píng)價(jià)是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評(píng)價(jià)事物相關(guān)的各個(gè)因素，對(duì)其所作的綜合評(píng)價(jià)[13]。

3 評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

評(píng)價(jià)模型的層次是：建立分因素層→矩陣化結(jié)合評(píng)語集計(jì)算因素層→矩陣化計(jì)算指標(biāo)層→根據(jù)權(quán)重比得出最終評(píng)價(jià)[14]。這種方法數(shù)學(xué)模型簡單易懂，對(duì)多因素研究對(duì)象的評(píng)價(jià)效果良好。

3.1 模糊要素及計(jì)算公式

將UA、UB、UC分別定義為指標(biāo)層、因素層、分因素層的單因素集合。各層的編碼如表1。

表1 模糊要素編碼

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論，將集合R定義為評(píng)語集，分為優(yōu)秀(100)、良好(80)、合格(60)、不合格(0)4個(gè)級(jí)別。由相關(guān)專業(yè)的專家定量計(jì)算后根據(jù)打分比例評(píng)分決定，最后形成包含(0,1)的集合矩陣。將集合W定義為權(quán)重集，根據(jù)因素層、分因素層中所含的子項(xiàng)個(gè)數(shù)平均計(jì)算權(quán)重，參考3個(gè)階段碳排放占比將指標(biāo)層權(quán)重分別定為0.2、0.3、0.5(其中1>Wi>0，ΣWi=1)。將集合B定義為模糊評(píng)判集:

B=WR

(1)

式(1)中，W為因素集對(duì)應(yīng)的權(quán)重集；R為因素集對(duì)應(yīng)的評(píng)語集。

(1)由分因素層UC確定評(píng)價(jià)因素集RC，RC={RB0101,RB0201,RB0202,RB0304}。其中：

RB0101={RC010101,RC010102,RC010103}

RB0201={RC020101,RC020102,RC020103}

RB0202={RC020201,RC020202,RC020203}

RB0304={RC030401,RC030402}

由式(1)可求出分因素層UC的各模糊評(píng)判集Bci。

(2)對(duì)于因素集UB，同理求出因素集UB中除UC外其他因素集的模糊評(píng)判集，接著可將其結(jié)合分因素層UC的模糊評(píng)判集Bci組成一個(gè)新的評(píng)語集RB。再將RB代入式(1)計(jì)算出Bbi。

(3)對(duì)于指標(biāo)層UA，同理可求得Ba。

3.2 工程實(shí)例

某精裝住房小區(qū)及配套商業(yè)廣場工程位于長沙市岳麓區(qū)，東側(cè)為城市道路，北側(cè)為一已建成小區(qū)，西、南側(cè)為城市道路及公園。規(guī)劃凈用地面積為3245.8 m2。

該工程包含3棟6個(gè)單元的高層住宅(建筑高度100 m以內(nèi))，及相連地下室。總面積為89314.63 m2；地下建筑面積20914.31 m2；地上建筑面積68400.32 m2。

該工程創(chuàng)獎(jiǎng)創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)為中國建設(shè)工程魯班獎(jiǎng)(國家優(yōu)質(zhì)工程)，對(duì)各綠色建造目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求較高。嚴(yán)格遵守國家各行政單位有關(guān)環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)等規(guī)定，采取有效措施，積極應(yīng)用綠色施工技術(shù)，采用綠色材料。

根據(jù)定量計(jì)算以及相關(guān)專業(yè)專家評(píng)分，建立評(píng)分如表2。

表2 指標(biāo)與評(píng)分

Bc0101=WC0101RB0101

={0.333,0.667,0,0}

Bb01=WB01RB01

={0.6665,0.3335,0,0}

同理可求得:

={0.8666,0.1334,0,0}

={0.4,0.6,}

Ba=WARA

={0.59328,0.40672,0,0}

根據(jù)最大隸屬度原則，該評(píng)價(jià)應(yīng)為優(yōu)秀。評(píng)判集Ba為該評(píng)價(jià)模型的最終模糊綜合評(píng)判集。根據(jù)公式S=BT[14]，可以計(jì)算出該工程建筑行業(yè)“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑評(píng)價(jià)分值為：S={0.59328,0.40672,0,0}[100,80,60,0]T=91.8656。

由此工程實(shí)例模擬可驗(yàn)證，本文構(gòu)建的建筑行業(yè)“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑評(píng)價(jià)模型可行。

4 討論

上述評(píng)價(jià)模型較為簡單、粗糙，目的旨在為類似研究提供參考。建筑行業(yè)“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑除去表1中的因素還有很多，比如可考慮碳補(bǔ)償機(jī)制：集合綠色施工中種植要求進(jìn)行現(xiàn)場植樹項(xiàng)目，從而實(shí)現(xiàn)森林碳補(bǔ)償；建設(shè)附加水利水電工程，實(shí)現(xiàn)工程層面的碳補(bǔ)償；在既有的綠色建造要求上，深化各環(huán)節(jié)與碳補(bǔ)償相關(guān)的細(xì)節(jié)等。亦或是可以考慮加強(qiáng)現(xiàn)場工程機(jī)械電氣化，從而降低石油燃料占比；優(yōu)化電力熱力輸送方式與線路，降低輸送工程中能源損耗；加強(qiáng)建筑保溫隔熱功能，降低能量損耗；建立建筑行業(yè)碳匯金融交易市場，從利益角度上約束建筑企業(yè)的碳排放行為。諸如此類眾多因素，都可以使評(píng)價(jià)模型更加精細(xì)化。但由于篇幅、能力有限，不再深入探討。

5 結(jié)論與展望

(1)從建筑行業(yè)的3個(gè)階段(建材生產(chǎn)階段、建筑建設(shè)階段、建筑使用階段)出發(fā)，分析各階段存在的碳排放環(huán)節(jié)，再根據(jù)這些環(huán)節(jié)確定控制因素。

(2)運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論針對(duì)建筑行業(yè)“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，結(jié)合實(shí)際工程對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證。計(jì)算出評(píng)價(jià)分值為91.8656分，評(píng)價(jià)為優(yōu)秀。同時(shí)也驗(yàn)證了評(píng)價(jià)模型可以運(yùn)用于實(shí)際。

(3)綜合所探討的控制因素，建議可從多領(lǐng)域、交叉領(lǐng)域的角度提出更多的碳排放控制方法與技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)國家提出的碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。