基于碳排放量的机械施工方案研究

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摘要：为了对建设工程施工阶段的碳排放进行预测与控制，以期达到碳减排的目的，有必要对机械施工方案的碳排放进行事先计算分析。针对某土方工程的机械施工方案，通过建立碳排放计算模型以及施工方案比选模型，对备选施工方案的碳排放量及功能单位碳足迹进行了详细计算与对比。研究结果表明：土方工程施工中，机械施工方案一的碳排放量小于机械施工方案二的碳排放量；机械施工方案一比机械施工方案二碳减排为0.28kgCO2eq/m3，土方工程机械施工方案一施工比机械施工方案二施工更环保。此研究给建筑施工企业提供了施工方案的比选方法，可帮助企业达到预测和控制碳排放的目的。

关键词：碳排放量；施工方案；机械施工；比选研究

2016年，国务院在《“十三五”节能减排综合工作方案》中的“加强重点领域节能”中提出要强化建筑节能，“要在建筑业领域内实施绿色建筑全产业链发展计划，推行绿色施工方式。”因此，开展建筑施工方案比选研究对推行绿色施工，实现建筑节能具有重要意义。国内已有学者对施工方案评价优选方面进行了研究，比如赵升琼[1]等人从建筑施工成本及生态环境的角度探讨了施工方法的选取问题。还有一些学者[2-6]运用价值工程理论构建施工方案评价体系对施工方案进行评价。如王文明[2]提出以价值工程原理为基础从环境保护、节约资源以及绿色施工管理等几个主要方面构建施工方案评价体系；邓朗妮[3]探讨了如何运用价值工程方法对绿色施工方案进行评价及进行绿色施工方案比选；何小雨[4]等人运用价值工程方法对其绿色模板施工方案进行优化；许兆丰[5]通过利用价值工程原理，并结合层次分析法与灰色关联度分析法，构建了对绿色施工方案的评价模型；李辉山[6]等利用改进模糊层次分析法确定指标权重，结合多层次灰色评价法进行功能评价，以价值系数作为方案比选的依据，建立了绿色施工方案的价值工程评价模型。还有一些学者运用其他理论进行了研究，比如孙明[7]等运用层次分析法，建立绿色施工评价体系，将绿色施工评价内容分解为6个要素项和30个指标项，逐项评分得到工程项目的绿色施工评价等级，再根据评价结果和指标项得分对施工方案进行优化。综合来看，目前对施工方案评价及优化的研究大多数都是定性的研究，都是从环境保护、节约资源、成本控制等方面建立的评价体系。这些方法操作复杂，主观因素对评价的结果影响大，很难应用于实际工程中。基于此，本文旨在建立一套简单方便的以碳排放量为主要影响因素的施工方案比选体系，以期为建筑施工企业在选择施工方案时提供数据参考，帮助施工企业实现对碳排放量的预测和控制。

1施工方案比选体系

1.1施工方案碳排放比选流程施工方案比选是基于两个以上安全可行的施工方案，根据构建的施工方案碳排放计算模型及碳排放因子计算各个施工方案的碳排放量；将施工方案的碳排放量根据功能单位进行标准化得到功能单位碳足迹；将各个施工方案计算得出功能碳足迹结果进行比较和排序，确定功能碳足迹小的施工方案为最节能减排的可行施工方案（图1）。1.2施工方案碳排放计算模型1.2.1碳排放因子李水生等人对运输碳排放因子及机械台班碳排放因子进行了相关研究，公路柴油运输碳排放因子为0.1kgCO2eq/（t•km）[8]，公路汽油运输碳排放因子为0.12kgCO2eq/（t•km）[8]。表1为常用施工机械台班碳排放因子。1.2.2施工方案碳排放计算模型将建筑施工阶段分成建筑材料运输和现场机械施工2个环节，计算汇总2个环节碳排放量，得到整个建筑产品施工阶段的碳排放总量，计算模型如式（1）所示：E=E1+E2（1）式中：E为建筑产品施工阶段碳排放总量；E1为建筑材料运输环节碳排放量；E2为现场机械施工环节碳排放量。（1）建筑材料运输环节碳排放计算运输环节的碳排放主要受建材重量、运输距离、碳排放因子等因素的影响。在以往的一些研究中，建材重量主要是由现场实际统计出来的数据确定。本文的建材重量是依据工程量清单文件及定额消耗量标准，通过数学方法转换得到。建筑材料运输阶段的碳排放计算模型如式（2）所示：E1=ti=1Σnj=1Σmjixdjixcjimji=qjixADiΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ（2）式中：mji为建筑材料j的运输量；dji为建筑材料j的平均运输距离；cji为运输碳排放因子；qji为建筑工程概预算定额i每一计量单位建筑材料j的消耗量定额；ADi为建筑工程某项定额i的数量。（2）现场机械施工环节碳排放计算建筑施工期间需要投入大量的机械施工设备，施工机械的碳排放的影响因素主要有单位台班消耗定额、单位台班耗油量和耗电量、油电的碳排放因子，现场施工环节的碳排放计算模型如式（3）所示：E2=ni=1ΣQixADiQi=nj=1ΣTijxDijΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ（3）式中：Qi为建筑工程概预算定额子目i每一计量单位机械碳排放；ADi为建筑施工定额i的数量；Tij为建筑工程概预算定额子目i每一计量单位施工机械j的消耗量定额；Dij为施工机械j的台班碳排放因子。1.3施工方案比选模型1.3.1确定施工方案碳排放比选指标要对备选施工方案进行比选优化，首先要设定比选指标，本文选取的是功能单位碳足迹作为施工方案碳排放比选指标。功能单位意为选取一个参考单位来对产品的性能进行量化，可以为所研究的产品提供参考。对于整个项目的施工方案，可选取建筑面积作为功能单位。对于分部分项工程的施工方案，选取工程量清单中的单位作为功能单位。1.3.2构建施工方案碳排放比选模型将由备选施工方案计算得到的二氧化碳当量根据功能单位进行标准化，使得施工方案的比选结果具有可比性。碳排放比选模型如式（4）所示：Si=EiA（4）式中，Si为施工方案i单位功能碳足迹；Ei为采取施工方案i时计算得到的碳排放量；A为功能单位。

2案例分析

某工程建筑面积3535.4m2，在进行基础土方开挖时有两种机械施工方案供选择，下面从功能碳足迹进行比选，土方工程的清单工程量为2800.96m3。2.1土方工程机械施工方案一的功能碳足迹计算施工机械方案一，挖土选择单斗挖掘机，挖土后直接装车，卸土方选择自卸汽车。采用机械组合方案一施工时，根据工程量清单和定额消耗量标准确定的施工机械台班消耗量及机械施工碳排放量（表2）。由计算结果可知，机械施工方案一的碳排放量为4864.68kg-CO2eq，功能碳足迹为1.74kgCO2eq/m3。图2为机械施工方案一碳排放构成图。2.2土方工程机械施工方案二功能碳足迹计算对于该工程施工机械组合二，选择挖土方为自行式铲运机，而余方弃置使用自卸汽车。根据工程量清单和定额，确定施工机械台班消耗量及机械施工碳排放量（表3）。由计算结果可知，机械施工方案二的碳排放量为5661.21kg-CO2eq，功能碳足迹为2.02kgCO2eq/m3。通过对表2、表3中的计算结果进行对比，可以得出：机械施工方案一的碳排放量为4864.68kgCO2eq，小于机械施工方案二的碳排放5661.2kgCO2eq。土方工程施工中机械施工方案一比机械施工方案二碳减排为0.28kgCO2eq/m3。根据两种施工方法的工艺，得出两种施工方法碳排放差别来源于：两种施工方案使用的施工机械种类和台班数量不一致。因此，机械施工方案一施工比机械施工方案二施工更环保。

3结语

在建筑节能减排的大环境下，对建筑施工方案进行碳排放计算和碳排放比选研究，对环保施工意义重大。本文主要完成了以下工作：（1）提出了基于碳排放量的施工方案比选方法，给出了施工方案比选流程，收集了碳排放因子，建立了施工方案碳排放计算模型及施工方案碳排放比选模型，并进行实例计算，证明其实用性；（2）对实际工程进行分析，根据计算结果可知，机械施工方案一的碳排放量为4864.68kgCO2eq，小于机械施工方案二的碳排放5661.2kgCO2eq。土方工程施工中机械施工方案一比机械施工方案二碳减排为0.28kgCO2eq/m3。土方工程机械施工方案一施工比机械施工方案二施工更环保。

参考文献：

[1]赵升琼，李惠强.基于成本分析的绿色施工方案评价[J].华中科技大学学报：城市科学版，2006（2）：46-48.

[2]王文明.价值工程原理下的绿色施工方案评价探讨[J].山西建筑，2018（27）：200-201.

[3]邓朗妮，黄如寤.基于价值工程的绿色施工方案评价[J].施工技术，2007（S1）：449-451.

[4]何小雨，王佳杰.价值工程在绿色施工方案优化中的应用研究[J].安徽建筑大学学报：自然科学版，2016（1）：44-48.

[5]许兆丰，田杰芳.基于价值工程的深基坑支护绿色施工方案评价[J].河北联合大学学报：自然科学版，2018（3）：51-58.

[6]李辉山，韩永康.基于价值工程原理的绿色施工方案评价研究[J].建筑节能，2017（2）：125-129.

[7]孙明，盛莉，姚宇.红粘土地区中深基坑支护工程的绿色施工方案优化研究[J].冶金丛刊，2017（10）：195-196.

[8]李水生，肖初华，杨建宇，等.建筑施工阶段碳足迹计算与分析研究[J].环境科学与管理，2020（3）：41-45.

作者:杨伟军 肖初华 陈婵璐 何经纶 单位:长沙理工大学土木工程学院