基于掙得碳值的施工現(xiàn)場碳排放追蹤模型

中圖分類號：TU71；X506 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-6717（2025）04-0172-11

Carbon emission tracking model for construction sites based on earnedcarbonvalues

SONG Guanghana，LU Yujiea，b，WANG Naa，LI Peixian c，d （20 （a.College of Civil Engineering；b.KeyLaboratoryofPerformanceEvolutionand Controlfor Engineering Structures ofMinistry of Education；c.College of Architecture and Urban Planning;d.China KeyLaboratoryof Ecology and Energy-saving Studyof Dense Habitat，MinistryofEducation，Tongji University，Shanghai 2Ooo92，P.R.China）

Abstract： Carbon emissions from construction sites exhibit distinct traits of spatial concentration and temporal intensity，which underscores the pressing need for effective monitoring and regulation of their environmental impacts.However，many constructionsite carbon assessments are carried out before or after project completion，with litle attention paid to monitoring environmental performance during the construction process. This paper develops a performance assessment model caled Earned Carbon Value Management （ECVM） based on construction quota theory， internet of things technology and earned value theory to assess the performance of carbon emissions during construction and improve the accuracy and eficiency of the carbon emissions management at construction sites.The model links construction carbon emissions with project completion volume and resource consumption，proposing thre key parameters and four key indicators.The development model was applied to aconstruction project ofa building in Shanghai，and the evaluation revealed thatat the 20- day mark of construction，the project had an emission variance （EV） of -105.46kgCO₂e ，while the schedule variance （SV） was -215kgCO₂e . This indicates significant delays in the current construction progress，with carbon emissions exceeding the allocated limit. However， when construction progressed to 30days ， the EV and SV of the project were -2 603.18kgCO₂e and 555.39kgCO₂e ，respectively. This demonstrates the positive impact of a moderate progress adjustment，resulting in effctive control of the construction schedule. Nevertheless，the carbon emissions still exceeded the allotted limit， necesitating further measures to mitigate carbon emisions.The case demonstrates that ECVM can analyze the relationship between construction progress and carbon emissions during the construction process analyze the causes of deviations and propose targeted corrective measures based on carbon emision performance indicators.The model presented in this paper is generic and can be used for any construction project that aims to reduce carbon emissions.

Keywords： construction carbon emission；earned carbon value management；construction progress；deviation management；construction machinery

在“雙碳”目標(biāo)背景下，施工機(jī)具碳排放精細(xì)化管理逐漸成為新的研究熱點(diǎn)。建筑物化過程中溫室氣體排放集中且強(qiáng)度大，已有相關(guān)研究強(qiáng)調(diào)評估這一階段碳排放的重要性[1-2]。建筑物化階段的碳排放主要來源于建材消耗，其導(dǎo)致的隱含碳排放通常占整個(gè)物化階段碳排放總量的 92%～94%^×3] ，已有很多學(xué)者關(guān)注施工建材的碳排特征和減碳方案[4-5]。除建材隱含碳排放外，施工機(jī)具的使用也將導(dǎo)致短時(shí)間段內(nèi)大量溫室氣體排放。此外，智能建造的興起導(dǎo)致自動(dòng)化施工機(jī)具和信息化管控設(shè)備的應(yīng)用逐漸增加，進(jìn)而加劇了施工場地的上述排放。相比物化碳排放和運(yùn)維碳排放，盡管建筑全生命周期由施工機(jī)具產(chǎn)生的碳排放占比較小，但面對當(dāng)前中國基礎(chǔ)設(shè)施不完善、還需進(jìn)行長期投資建設(shè)的大背景，深入研究該類型碳排放特征、挖掘減排潛力并提出切實(shí)可行的減碳方案十分必要。

施工現(xiàn)場碳排放主要是由施工機(jī)具消耗能源所致，其碳排放量不僅受工程量的影響，還受到機(jī)具性能、臺班安排、耗能類型等方面的影響。實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場碳排放精細(xì)化管理的前提是實(shí)時(shí)定量化評估施工碳排放量。當(dāng)前業(yè)界多關(guān)注施工前的碳排放配額和竣工后的碳排放結(jié)算，但對于施工過程中的碳排放評估關(guān)注不足。碳排放配額多根據(jù)工程量與施工定額進(jìn)行估算，適用于施工前建設(shè)單位與設(shè)計(jì)單位對碳排放的前瞻把控[6]。碳排放結(jié)算多根據(jù)項(xiàng)自能源消耗統(tǒng)計(jì)清單進(jìn)行計(jì)算，適用于建設(shè)單位和施工單位對竣工項(xiàng)目碳排放的總結(jié)評估[7]。施工過程碳排放關(guān)注不足的主要原因是難以實(shí)時(shí)獲取能源消耗清單。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，基于信息物理系統(tǒng)（cyber-physical systems，CPS）的施工場地實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)感知傳輸系統(tǒng)可用于施工場地碳排放的監(jiān)測[8。在實(shí)時(shí)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，挖掘?qū)嶋H碳排放量與施工場地資源消耗量、工程產(chǎn)出量、施工進(jìn)度與碳排放配額量等要素間的耦合關(guān)系有助于實(shí)時(shí)掌握施工碳排放態(tài)勢，并針對性采取相關(guān)減碳措施。

基于上述背景，筆者結(jié)合施工定額理論、物聯(lián)感知技術(shù)及掙值管理模型開發(fā)了一個(gè)針對施工碳排放與工程進(jìn)度的績效評估模型。該模型將施工碳排放與工程完成量、資源消耗量關(guān)聯(lián)，提出3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)和4個(gè)關(guān)鍵績效指標(biāo)。該模型可作為動(dòng)態(tài)評估碳排放的工具，可用于提升施工場地碳排放管理的精度和效率。

1 相關(guān)研究

1.1 施工碳排放核算

碳排放核算方法通常包括投入產(chǎn)出法、實(shí)測法和碳排放系數(shù)法。投入產(chǎn)出法是一種自上而下的方法，需對投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)，具有較高的時(shí)間與工作成本，且其結(jié)果不確定性偏高、難以對細(xì)節(jié)過程進(jìn)行針對性分析[9]，適用于建筑行業(yè)等宏觀尺度的碳排放估算[10-11]。實(shí)測法是指采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量工具對碳源實(shí)時(shí)監(jiān)測獲取碳排放的方法。實(shí)測法的監(jiān)測結(jié)果理論上最接近碳排放實(shí)際值，但其對檢測實(shí)體的代表性和精確性都有較為苛刻的要求，且其檢測成本相對高昂[12]。碳排放系數(shù)法的計(jì)算方法相對簡單，適用范圍最廣泛，可應(yīng)用于建筑全壽命周期內(nèi)各個(gè)階段的測算[13]。綜合考慮上述3種方法的優(yōu)點(diǎn)和局限性，本研究采用碳排放系數(shù)法進(jìn)行施工碳排放量的核算。

碳排放系數(shù)法的核心是能準(zhǔn)確獲取施工活動(dòng)數(shù)據(jù)清單。參考國際政府間氣候變化專門委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）提供的計(jì)算方法，碳排放系數(shù)法可以理解為活動(dòng)數(shù)據(jù)與碳排放因子的乘積。在施工碳排放計(jì)算過程中，活動(dòng)數(shù)據(jù)清單主要是指施工過程中能源消耗清單。根據(jù)消耗時(shí)間，能源消耗清單可以劃分為應(yīng)用于施工前估算階段的定額清單、應(yīng)用于施工期間的近實(shí)時(shí)消耗清單和應(yīng)用于竣工階段的能源消耗結(jié)算清單。

1）定額清單。施工定額是指在合理的施工條件下，以工序?yàn)闇y定對象而規(guī)定的完成單位合格產(chǎn)品所需消耗的人工、材料和施工機(jī)具臺班標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量。Fang等提出了基于定額的碳排放追蹤模型，用于幫助施工管理者確定低碳施工方法與運(yùn)輸計(jì)劃，最大限度減少了施工階段碳排放。

2）消耗清單。施工期間材料消耗清單與竣工階段的結(jié)算清單多通過人工統(tǒng)計(jì)等傳統(tǒng)方式獲取，該方式需大量的人力和時(shí)間成本，且統(tǒng)計(jì)細(xì)粒度較低。已有學(xué)者試圖使用CPS等信息技術(shù)手段進(jìn)行施工活動(dòng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化近實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。例如，Li等[14]提出了一種基于YOLOv3檢測器的深度學(xué)習(xí)方法，通過圖像自動(dòng)檢測和計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)施工場地鋼筋消耗數(shù)量。Liu等[15-16]應(yīng)用CPS實(shí)時(shí)感知施工過程中的機(jī)具能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)而核算并可視化追蹤施工場地碳排放。

由于工程設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐的不確定性、碳排放測量誤差等原因，定額碳排放和實(shí)測碳排放之間的偏差難以避免。及時(shí)評估碳排績效偏差并開展針對性糾偏舉措對于施工場地碳排放的精細(xì)化管理至關(guān)重要。

1.2基于掙值法的碳排放管理

掙值管理法（earnedvaluemanagement，EVM）是一種將項(xiàng)目成本和進(jìn)度進(jìn)行集成管理和控制的項(xiàng)目管理方法。EVM將時(shí)間尺度信息依據(jù)一定的規(guī)則轉(zhuǎn)化為貨幣尺度，用同一套貨幣指標(biāo)系統(tǒng)來系統(tǒng)度量項(xiàng)目進(jìn)度和項(xiàng)目成本績效，是表征績效差距的強(qiáng)有力工具，廣泛應(yīng)用于項(xiàng)目進(jìn)度和成本的監(jiān)測和控制[17-19]

已有研究試圖將EVM擴(kuò)展至項(xiàng)目施工的溫室氣體管理領(lǐng)域。Abdi等2基于EVM邏輯開發(fā)了一個(gè)衡量項(xiàng)目溫室氣體績效指標(biāo)模型，在項(xiàng)目執(zhí)行階段，項(xiàng)目管理人員應(yīng)用該模型可實(shí)現(xiàn)施工場地環(huán)境性能監(jiān)測和控制。不過該研究缺乏具體的方法論細(xì)節(jié)，例如沒有詳細(xì)論述對模型有效性至關(guān)重要的數(shù)據(jù)收集方法等核心信息。Kim等21利用EVM開發(fā)了一個(gè)集成 CO₂ 、成本與進(jìn)度管理（integratedCO₂ ，cost and schedulemanagement，ICCSM）的系統(tǒng)，便于管理人員根據(jù)施工進(jìn)度對碳排放和成本進(jìn)行調(diào)度、監(jiān)測、評估和預(yù)測。上述系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)和操作流程不明確，仍需進(jìn)一步探索和研究。Liu等[22]開發(fā)了基于掙值管理理論的綠色價(jià)值管理（earnedgreenvaluemanagement，EGVM）模型，用于改善預(yù)制和模塊化建筑項(xiàng)目的碳排放管理。不過該模型基于傳統(tǒng)方式采集施工過程中的活動(dòng)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致其施工過程中的碳排放監(jiān)測與績效評估結(jié)果相對滯后，不利于管理者即時(shí)評估、進(jìn)而采取針對性減碳措施。上述基于掙值邏輯的碳排放管理模型有效應(yīng)用的前提是能高效且合理地預(yù)配碳排放額度和近實(shí)時(shí)順利追蹤項(xiàng)目進(jìn)度百分比及碳排放量。總體而言，上述針對施工進(jìn)度和碳排放綜合度量的研究還不充分，特別是預(yù)期碳排放配額和實(shí)測碳排放的數(shù)據(jù)獲取體系還不完善。

基于上述背景，基于EVM邏輯，結(jié)合施工定額理論與物聯(lián)感知技術(shù)開發(fā)了一個(gè)碳排偏差近實(shí)時(shí)評估模型，以實(shí)現(xiàn)對施工進(jìn)度、碳排放水平的協(xié)同管理與精細(xì)化管控。

2 方法

2.1 系統(tǒng)邊界

基于“三個(gè)范圍”的相關(guān)邏輯確定了施工現(xiàn)場碳排放核算的系統(tǒng)邊界。“三個(gè)范圍”的概念于2021年首次被正式引入到《溫室氣體議定書》（KyotoProtocol）的企業(yè)報(bào)告準(zhǔn)則中，成為評估企業(yè)溫室氣體排放的常用方法。范圍1排放是指來自實(shí)體擁有或控制的資源導(dǎo)致的直接排放，范圍2排放是指實(shí)體外購能源所導(dǎo)致的間接排放；范圍3排放是指實(shí)體價(jià)值鏈中所發(fā)生的間接排放。對應(yīng)建筑物化過程，本研究認(rèn)為，KyotoProtocol的范圍1是指施工現(xiàn)場挖掘機(jī)、運(yùn)輸車等機(jī)具消耗燃料型能源所導(dǎo)致的直接碳排放；范圍2是指塔吊、電梯等應(yīng)用電力能源所導(dǎo)致的間接碳排放；范圍3是指建材生產(chǎn)、建材和機(jī)具場外運(yùn)輸?shù)葘?dǎo)致的間接碳排放。主要關(guān)注范圍1與范圍2的施工碳排放，即燃料型能源消耗導(dǎo)致的直接碳排放（范圍1）和過程性能源消耗所導(dǎo)致的間接性排放（范圍2）。為了聚焦于施工現(xiàn)場的碳排放，不包括建材生產(chǎn)和建材、機(jī)具等場外運(yùn)輸、人員安排等所導(dǎo)致的碳排放，也不包括施工現(xiàn)場工作人員辦公、生活所導(dǎo)致的碳排放（范圍3）。

2.2 模型開發(fā)

圖1展示了掙得碳值管理（ECVM）的績效評估模型框架。該模型由3部分組成：基于施工定額與工程量開展施工碳配額估算；基于物聯(lián)感知技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場能-碳近實(shí)時(shí)測算；基于EVM邏輯進(jìn)行碳排偏差分析。

2.2.1施工碳排放配額

施工碳排放配額基于施工定額理論通過自下而上的方式進(jìn)行估算。由于施工期碳排放與工程量、工程進(jìn)度、特定類型施工機(jī)具在單位時(shí)間內(nèi)完成的工作與其材料消耗密切相關(guān)，因此，選取時(shí)間定額進(jìn)行活動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。工作分解結(jié)構(gòu)（workbreakdownstructure，WBS）可以將施工項(xiàng)目工作細(xì)化到分部分項(xiàng)工程并基于分部分項(xiàng)工程進(jìn)行碳定額[23]。施工現(xiàn)場的碳排放配額基于工程量、機(jī)具消耗定額和施工機(jī)具所消耗能源的碳排放因子確定，其中計(jì)劃單位工程的碳定額（carbonquotaforunitworkscheduled，CQUWS）計(jì)算方法如式（1）所示。

（20 （1）式中： CQUWS_P 為完成單位工程量分部分項(xiàng)工程 ? 所需的碳配額（carbon quota）; QM_{ρ，m，i} 為完成單位工程量分部分項(xiàng)工程 ? 所涉及的 ?_m 種類施工機(jī)具的定額臺班數(shù)，亦可稱為 m 種類施工機(jī)具時(shí)間定額；QC_{p，m，e} 為應(yīng)用于分部分項(xiàng)工程 ? 的 m 種類機(jī)具的能耗 e 定額； EF_m，e 為機(jī)具 m 消耗能源 e 的碳排放因子。分部分項(xiàng)工程根據(jù)具體施工內(nèi)容會(huì)有多樣化的工程量統(tǒng)計(jì)單位，例如土方工程多以體積單位“ m^3? 進(jìn)行施工量統(tǒng)計(jì)，而鋼筋工程多以質(zhì)量單位“t\"或計(jì)量單位“根”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

可基于施工作業(yè)完成工程量和 CQUWS_p 來估算相關(guān)分部工程在該施工階段的碳排放配額量，如式（2）所示。

BEWS_p，t=CQUWS_p×W_p，t

式中： BEWS_ρ，t 為施工至 t 時(shí)刻時(shí)計(jì)劃完成項(xiàng)目 p 工程量的預(yù)算碳排放（budgetedemissionforworkscheduled，BEWS）， W_p，t 是指至 t 時(shí)刻時(shí)分部工程 p 施工完成工程量。

對所有分部分項(xiàng)工程的碳概算求和可確定施工碳配額總量和任何時(shí)段的碳配額量，如式（3）式（4）所示。

式中： BEWS_total，t 為施工至 t 時(shí)刻時(shí)建筑施工碳預(yù)算量； BEWS_total 為建筑施工碳預(yù)算量總量； QW_? 為分部工程 p 的預(yù)計(jì)工程總量。

2.2.2近實(shí)時(shí)碳排放測量

施工碳排放量基于物聯(lián)感知技術(shù)獲取的能源近實(shí)時(shí)消耗量和該類能源碳排放因子進(jìn)行推算。式（5）表示了至 t 時(shí)刻完成分部分項(xiàng)工程的實(shí)際碳排放量（actual emission for work performed，AEWP）。

式中： AEWP_ρ，t 為施工至 t 時(shí)刻完成項(xiàng)目工程量的實(shí)際排放； AC_{m，e，t} 為施工至 t 時(shí)刻分部工程 P 使用 m 種類機(jī)具所消耗的 e 種能源的量。

對某一時(shí)間段所有分部分項(xiàng)工程的碳排放量求和就可以確定該時(shí)段碳排放總量，如式（6）所示，AEWPtotal.t是指施工至 t 時(shí)刻時(shí)項(xiàng)目的碳排放總量。

2.2.3進(jìn)度-碳排放協(xié)同分析

參照掙值理論，采用計(jì)劃完成項(xiàng)目工程量的預(yù)算碳排放（budgeted emission forwork scheduled，BEWS）已完成項(xiàng)目工程量的預(yù)算碳排放（budgeted emission for work performed，BEWP）、已完成項(xiàng)目工程量實(shí)際排放（actualemissionforworkperformed，AEWP）3個(gè)參數(shù)來評估施工項(xiàng)目的碳排放與進(jìn)度的關(guān)系。BEWP也被理解為項(xiàng)目的掙得碳值（earnedcarbonvalue，ECV），可以以分部分項(xiàng)工程施工完成量（workperformed）和 CQUWS_P 來確定該工程在特定時(shí)間點(diǎn) t 的BEWP。

BEWP_P，t=ECV_P，t=CQUWS_P×AP_P，t （7）式中： BEWP_P，t 為實(shí)際施工至 t 時(shí)刻時(shí)分部工程 p 的碳預(yù)算量； AP_P，t 為施工至 t 時(shí)刻時(shí)分部工程 p 實(shí)際完成工作量。

求和所有分部工程 t 時(shí)間點(diǎn)的BEWP值可以確定整個(gè)施工項(xiàng)目ECV量。

式中： BEWP_total，t 為施工至 t 時(shí)刻時(shí)完成工程量的預(yù)期配額碳排放。

基于掙值邏輯設(shè)置4個(gè)評價(jià)指標(biāo)：

EV_t=BEWP_t-AEWP_t

SV_t=BEWP_t-BEWS_t

式中： EV_t 為施工至?xí)r間 χ_t 時(shí)的碳排放偏差（emissionvariance，EV）。當(dāng) EV_tgt;0 時(shí)，表示 t 時(shí)刻的實(shí)際碳排放少于計(jì)劃碳排放，反之則表示實(shí)際排放高于計(jì)劃排放。 EPI_t 為施工至 t 時(shí)刻的碳排放績效指數(shù)（emission performance index，EPI）; SV_t 為施工至?xí)r間 t 時(shí)的進(jìn)度偏差（schedulevariance，SV）。當(dāng) SV_tgt;0 時(shí)，表示 t 時(shí)刻施工進(jìn)度超前，反之則施工進(jìn)度延誤。 SPI_t 指檢查時(shí)間 t 時(shí)刻進(jìn)度績效指數(shù)（scheduleperformance index，SPI）。

項(xiàng)目管理人員首先可以基于AEWP、BEWS和BEWP三個(gè)碳排放參數(shù)繪制掙得碳值曲線，然后基于4個(gè)評價(jià)指標(biāo)（式（9）～式（12））來判斷項(xiàng)目進(jìn)度與碳排放的關(guān)系（如表1所示），進(jìn)而優(yōu)化糾偏管理決策，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度-碳排放協(xié)同精細(xì)化管理。共有2個(gè)評判內(nèi)容：碳排放偏差和施工進(jìn)度偏差。碳排放偏差可以細(xì)分為碳排超標(biāo)和碳減排，其中碳排放超標(biāo)表示實(shí)際碳排放大于配額值，即AEWP大于BEWP，對應(yīng)于 EVlt;0 ；碳減排表示實(shí)際碳排放小于配額值，即AEWP小于BEWP，對應(yīng) EVgt;0 。施工進(jìn)度偏差可以細(xì)分為過于超前、超前、延誤、過于延誤4種類型：1）若BEWP大于（小于）BEWS，且AEWP介于BEWP和BEWS之間，則表示施工進(jìn)度過于超前（過于延誤）；2）若BEWP大于（小于）BEWS，且AEWP小于（大于）BEWS，則表示施工進(jìn)度超前（延誤）；3）若BEWP大于（小于）BEWS，且AEWP大于（小于）BEWP，則表示施工進(jìn)度超前（延誤）?；谔寂欧藕瓦M(jìn)度的績效評估，總結(jié)了相關(guān)的綱領(lǐng)性糾偏措施（表1）。碳排放糾偏措施的底層邏輯：采取措施可使實(shí)際單位工程量的碳排放等于甚至小于單位工程量計(jì)劃碳排放。獲取到具體項(xiàng)目的相關(guān)細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)后，即可將其綱領(lǐng)性文件拓展為具體針對措施。

3 案例實(shí)證分析

3.1 案例介紹

以上海某房建項(xiàng)目的主體工程施工內(nèi)容為案例驗(yàn)證掙得碳值模型的實(shí)用性。案例為一商業(yè)綜合樓，共6層，總建筑面積為 5747.05m² ，建筑主體高度為 24.12m ，結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)。主體工程可分為砌體工程、混凝土工程、鋼筋工程和模板工程。主體工程項(xiàng)目于2022年8月1日開始施工，預(yù)設(shè)工期62d，其中1層預(yù)設(shè)12d，其他樓層每層預(yù)設(shè)10d 。

3.2 數(shù)據(jù)收集

采集了施工至第37天的作業(yè)工程量和能源消耗等信息?；趻甑锰贾的Ｐ退婕暗臄?shù)據(jù)包括：1）施工機(jī)具的能耗定額；2）能源碳排放因子；3）施工機(jī)具臺班數(shù)據(jù)；4）碳配額；5）能源消耗量;6）施工進(jìn)度。

1）施工機(jī)具能耗定額。施工機(jī)具能耗定額是指一臺機(jī)具工作一個(gè)臺班（ （8h） 所消耗的能源量。施工機(jī)具能耗定額一般可通過建設(shè)工程預(yù)算定額標(biāo)準(zhǔn)體系獲取。該標(biāo)準(zhǔn)體系通常由各省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳基于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀制定，每5年更新一次。表2從《2018年全國統(tǒng)一施工機(jī)械臺班費(fèi)用定額》表中篩選的施工機(jī)具能耗定額。

2）能源碳排放因子。以往的研究多假設(shè)化石燃料能 100% 充分燃燒（IPCC，2006）[24]，為了提高碳排放測算精度，采用《省級溫室氣體清單編制指南》中的方法對化石能源的碳排放因子進(jìn)行修正[25]。

式中： CC_e 為 Ψ_e 類能源的單位熱值的碳含量； NCV_e 為 Ψ_e 類能源單位能耗的熱值； OF_m，e 為 Ψ_e 類能源在 ?_m 類機(jī)具中的碳氧化率，當(dāng)無法獲得實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，一般默認(rèn)油品類能源的碳氧化率取值為 98% ，氣體燃料的碳氧化率取值為 99%^[25] 。對于電力能源碳排放因子，采用由中國國家生態(tài)環(huán)境部2022年發(fā)布的全國電網(wǎng)平均排放因子[26]。表3為涉及的能源特征和相關(guān)碳排放因子。

3）施工機(jī)具臺班數(shù)據(jù)和碳配額?；凇渡虾Ｊ薪ㄖ脱b飾工程概算定額表（SH01-21—2020）》、施工項(xiàng)目設(shè)計(jì)工程量（總建筑面積為 5747.05m² ）規(guī)劃作業(yè)周期等參數(shù)，應(yīng)用專業(yè)工程預(yù)算軟件預(yù)測了砌體工程、混凝土工程、鋼筋工程和模板工程所涉及施工機(jī)具的臺班數(shù)。在確定施工機(jī)具臺班量后，結(jié)合獲取的施工機(jī)具能耗定額、能源碳排放因子等參數(shù)，即可獲得相關(guān)作業(yè)工程的碳配額值，具體計(jì)算公式見式（14）。

Q_m，c=WS_m×Q_m，e×EF_e

式中： Q_m，c 為 m 機(jī)具的碳排放定額； WS_m 為 m 機(jī)械的預(yù)期臺班（workshift）量; Q_m，e 為 m 機(jī)械的能耗定額； EF_e 為 m 機(jī)械消耗的 e 能源的碳排放因子。

案例所涉施工機(jī)具碳排放定額的求和值即為相關(guān)項(xiàng)目碳定額總值。表4為案例所涉相關(guān)機(jī)具名稱、機(jī)具臺班數(shù)及其碳配額值。結(jié)合上述碳配額值和預(yù)期作業(yè)完成百分比等參數(shù)，應(yīng)用式（1）和式（2）即可計(jì)算單位工程量碳配值和對應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的碳配值。

4）基于物聯(lián)感知的能源消耗量。案例所涉機(jī)具燃燒能源和電力能源分別通過無線傳感器和智能電表實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)和云端服務(wù)器等CPS設(shè)備實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。圖2記錄了上述感知設(shè)備采集的施工至第37天時(shí)各類能耗的消耗量。其中，圖2（a）是由智能電表采集記錄的所有電力機(jī)具能消耗量，而圖2（b）是由無線傳感器采集記錄的所有耗汽油設(shè)備的能源消耗量。相比之前，模板和木材的場地外運(yùn)輸是施工第1天通過柴油貨車運(yùn)輸至施工場地，核算其碳排放總量并基于作業(yè)工程量均攤分析單位工程量的碳排放貢獻(xiàn)值?；谠摼鶖倖挝还こ塘康奶寂欧咆暙I(xiàn)值和特定時(shí)間點(diǎn)作業(yè)工程量即可核算出該作業(yè)時(shí)間點(diǎn)的柴油基碳排放量（圖2（c））。

5）施工進(jìn)度?；趥鹘y(tǒng)方法進(jìn)行施工進(jìn)度人工統(tǒng)計(jì)。盡管已有研究開發(fā)了面向飾面工程的智能進(jìn)度評估模型[27-28]，但該類智能評估方法還未覆蓋施工全領(lǐng)域。本研究目前基于傳統(tǒng)方法進(jìn)行施工進(jìn)度人工統(tǒng)計(jì)，待施工進(jìn)度智能評估技術(shù)全面發(fā)展后，可更新為施工進(jìn)度智能評估，以提高其碳排放核算的自動(dòng)化水平水準(zhǔn)?？紤]到主體工程中砌體工程、混凝土工程、鋼筋工程和模板過程施工類型交替進(jìn)行，且施工類型存在差異，為了便于統(tǒng)計(jì)和類比，每5天統(tǒng)計(jì)一次主體工程作業(yè)工程量（圖3），中間天數(shù)的工程量做插值處理。

600mlll8月5日8月10日8月15日8月20日8月25日8月30日9月4日9月6日作業(yè)時(shí)間點(diǎn)

3.3 掙得碳值分析

圖4顯示了應(yīng)用ECVM模型分析的項(xiàng)目執(zhí)行期間碳排放量和施工進(jìn)度間的關(guān)系。施工至第20天，ECVM三參數(shù)關(guān)系為： BEWS₂₀gt;AEWP₂₀gt; BEWP₂₀ ，且同時(shí) SV₂₀=-215kgCO₂elt;0 。上述參數(shù)關(guān)系符合表1中“編號5\"的描述，說明當(dāng)前施工進(jìn)度過于延誤，碳排放超標(biāo)，亟需開展進(jìn)度管控和碳控制等糾偏措施。施工管理團(tuán)隊(duì)通過“增加熟練機(jī)械工人投入、規(guī)范施工人員設(shè)備操作過程、減少設(shè)備空轉(zhuǎn)和無效作業(yè)、提高清潔能源應(yīng)用比例、降低電力浪費(fèi)\"等措施以提高單位碳排放（油耗）工程產(chǎn)出，同時(shí)通過“增加施工人員投入，優(yōu)化人機(jī)配置\"等措施提升項(xiàng)目規(guī)劃執(zhí)行水平，追趕工期，加快施工進(jìn)度。趕工期至第30天時(shí)，ECVM三參數(shù)關(guān)系為： AEWP₃₀gt;BEWP₃₀gt; BEWS₃₀ ，且同時(shí) EV₃₀=-2603.18kgCO₂elt;0 SV₃₀=555.39kgCO₂egt;0 0

該參數(shù)關(guān)系符合表1中“編號4\"的描述，說明經(jīng)過進(jìn)度管控等糾偏措施后，項(xiàng)目施工進(jìn)度超前，達(dá)到了良好的進(jìn)度控制效果，但項(xiàng)目整體的碳控制措施實(shí)施仍存在不足，碳排放超過配額排放，因此還需適當(dāng)實(shí)施相關(guān)措施，糾偏碳偏差。

為了更深人地分析施工至第30天施工機(jī)具碳排產(chǎn)生偏差的原因，對比了作業(yè)完成單位主體工程量相關(guān)施工機(jī)具的碳排貢獻(xiàn)。限于篇幅，僅展示8月21日一30日期間實(shí)測碳排放占比最大的4種施工機(jī)具的對比結(jié)果（圖5），分別是木工圓鋸機(jī)0 17.5% ）、交流電焊機(jī)（ 15.6% ）、汽車式起重機(jī)中 12.3% 和混凝土輸送泵 （10.6% ）。

結(jié)果顯示，4種機(jī)具的實(shí)際單位工程量碳排值都不同程度高于配額碳排放。木工圓鋸機(jī)的實(shí)測碳排值波動(dòng)最大（圖5（a）），偏差區(qū)域?yàn)?5.56%～ 14.99% ，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工過程中有部分非專業(yè)工人基于工程進(jìn)度需要參與了部分木材和木模板的加工，導(dǎo)致其對應(yīng)單位工程量木工圓鋸機(jī)的效率偏低、波動(dòng)性大。另外，施工過程木模板損耗率偏高，重復(fù)使用少于預(yù)定施工方案的8次，進(jìn)而引起用于加工木模板的木工圓鋸機(jī)使用時(shí)間增長和單位主體工程量基于木工圓鋸機(jī)的碳排放量增長。交流電焊機(jī)單位主體工程量的碳排放實(shí)測值和配額值間波動(dòng)較?。▓D5（b）），都只是略高于配額值，偏差比例區(qū)域僅為 4.86%～6.31% 。汽車式起重機(jī)單位主體工程量的碳排放實(shí)測值普遍高于配額值（圖5（c）），偏差較大，其比例區(qū)域達(dá)到 18.28%～24.67% 。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工過程中存在起重機(jī)操作不當(dāng)和空轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，這可能是碳排偏差較大的原因。混凝土輸送泵的波動(dòng)性和偏差都最?。▓D5（d）），偏差比例區(qū)域僅為 2.18%～5.95% 。此外，還發(fā)現(xiàn)汽車式起重機(jī)和混凝土輸送泵單位主體工程量的實(shí)測碳排放呈上升趨勢。這是因?yàn)殡S著施工樓層的升高，由于重力作用，涉及提升工作的施工機(jī)具對應(yīng)單位主體工程量能源消耗和碳排放呈增長趨勢。也就是說，隨著施工樓層的升高，單位主體工程量的碳排配額呈微增長趨勢，須基于工程實(shí)踐優(yōu)化該階段相關(guān)的碳配額值。

基于上述4類機(jī)械的碳排放績效分析，認(rèn)為亟需采取的碳排放-進(jìn)度糾偏措施包括：1）抽調(diào)工程經(jīng)驗(yàn)豐富、操作效率高的機(jī)具操作員替換當(dāng)前操作人員，加強(qiáng)機(jī)具操作人員的培訓(xùn)和管理；2）加強(qiáng)每日上報(bào)作業(yè)制度建設(shè)，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化施工進(jìn)度方案；3）應(yīng)用信息技術(shù)手段加強(qiáng)施工機(jī)具效率的監(jiān)控，提高現(xiàn)場施工機(jī)具的利用率，盡量減少空轉(zhuǎn)時(shí)間，減少能源消耗；4）擴(kuò)大清潔能源（電力）應(yīng)用比例，將部分燃油機(jī)具替換為使用清潔能源的相應(yīng)機(jī)具等；5）根據(jù)施工實(shí)踐優(yōu)化施工碳排配額值估算。

4結(jié)論

量化施工場地碳排放量、動(dòng)態(tài)評估配額碳排放和近實(shí)時(shí)計(jì)算碳排放的偏差有助于提高碳排放績效、實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場碳排放精細(xì)化管控，對建筑業(yè)碳減排意義重大。在此背景下，基于掙值邏輯開發(fā)了一個(gè)適用于建筑施工現(xiàn)場碳排放近實(shí)時(shí)追蹤和精細(xì)化管理模型，其中，施工碳排放配額通過施工定額參數(shù)和施工進(jìn)度量進(jìn)行估算，而近實(shí)時(shí)碳排放量則基于物聯(lián)感知技術(shù)監(jiān)測的能源消耗量進(jìn)行計(jì)算。最后，以上海某建筑施工場地為例，驗(yàn)證了模型的適用性。應(yīng)用模型評估發(fā)現(xiàn)，施工至第20天時(shí)，項(xiàng)目 EV₂₀ 為 -105.46kgCO₂e ，而 SV₂₀ 為—215kgCO₂e ，施工整體進(jìn)度過于延誤，碳排放超出了配額值。實(shí)施糾偏措施后，項(xiàng)目 EV₃₀ 為—2603.18kgCO₂e （第30天），而 SV₃₀ 為 555.39kgCO₂e （第30天）。表明實(shí)施進(jìn)度糾偏措施后，達(dá)到了良好的進(jìn)度控制效果，但其碳排放仍呈超排狀態(tài)，還需再適當(dāng)糾偏。評估了4種應(yīng)用于案例項(xiàng)目的機(jī)具碳排放偏差績效，其中汽車起重機(jī)單位主體工程量的碳排放偏差最大，偏差區(qū)間為 18.28%～24.67% 。而混凝土輸送泵的碳排放偏差區(qū)間最小，僅為 2.18%～ 5.95% 。案例表明，ECVM可對案例項(xiàng)目施工過程中碳排放進(jìn)行近實(shí)時(shí)計(jì)算，進(jìn)而評估碳排放和施工進(jìn)度的偏差關(guān)系，為施工場地碳排放精細(xì)化管理提供數(shù)據(jù)支撐。

提出了一個(gè)系統(tǒng)、全面的施工過程碳排放動(dòng)態(tài)管理模型ECVM，提高了施工場地碳排放管理效率和精度。應(yīng)用ECVM不僅可以近實(shí)時(shí)測算施工過程中分部分項(xiàng)工程-單體建筑-施工區(qū)域等多尺度的碳排放量，還能夠基于施工配額的預(yù)期碳排放進(jìn)行施工進(jìn)度-碳排放偏差評估。相比于前人的研究[20-22]，開發(fā)的模型具備兩大特點(diǎn)：1）ECVM更注重施工全過程的碳排放動(dòng)態(tài)追蹤，詳細(xì)描述了施工前和施工過程中碳排放的數(shù)據(jù)采集、處理和績效評估；2）首繪了“ECVM參數(shù)分析與對應(yīng)綱領(lǐng)舉措\"清單，使用者結(jié)合開發(fā)模型評估結(jié)果和該清單可以快速分析判斷施工場地碳排放趨勢，并能快速映射出提綱性糾偏措施。

在“雙碳”目標(biāo)下，開發(fā)并應(yīng)用ECVM進(jìn)行施工過程碳排放管理具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義。1）施工過程碳排放追蹤：項(xiàng)目管理者可基于ECVM模型來衡量特定時(shí)間段內(nèi)的預(yù)期和實(shí)際碳排放量，進(jìn)而評估碳排放和施工進(jìn)度偏差程度，并采取相應(yīng)的糾偏措施進(jìn)行糾偏。2）施工項(xiàng)目碳排放管理：開發(fā)的模型不僅適用于項(xiàng)目施工前配額碳排放的規(guī)劃，也可用于項(xiàng)目竣工后碳績效的整體評估，更能基于碳績效指數(shù)預(yù)測項(xiàng)目施工過程中的碳排放趨勢。3）促進(jìn)部門監(jiān)管和控制：將ECVM模型應(yīng)用于項(xiàng)目碳排放管理，有利于促進(jìn)企業(yè)碳信息的披露、加強(qiáng)政府部門對施工項(xiàng)自碳排放的監(jiān)管。4此外，研究人員也可基于ECVM相關(guān)案例進(jìn)行低碳措施優(yōu)選及低碳方案智能推薦。

未來研究可從以下方面開展：首先，案例是基于人工、半人工的方式進(jìn)行碳排放計(jì)算和偏差評估，未來可進(jìn)一步提升信息采集的自動(dòng)化水平，如基于計(jì)算機(jī)視覺的施工進(jìn)度信息自動(dòng)化采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工碳排放自動(dòng)近實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算，提高施工場地碳排放精細(xì)化管理效率。其次，模型不包括建筑材料消耗引起的隱含碳排放，若核算邊界拓展至建筑材料，則需要調(diào)整掙得碳值模型的預(yù)期碳排放測算方法和建材消耗量的快速跟蹤方法。

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（編輯 王秀玲）