基于碳排放量的機械施工方案研究

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摘要：為了對建設工程施工階段的碳排放進行預測與控制，以期達到碳減排的目的，有必要對機械施工方案的碳排放進行事先計算分析。針對某土方工程的機械施工方案，通過建立碳排放計算模型以及施工方案比選模型，對備選施工方案的碳排放量及功能單位碳足跡進行了詳細計算與對比。研究結果表明：土方工程施工中，機械施工方案一的碳排放量小于機械施工方案二的碳排放量；機械施工方案一比機械施工方案二碳減排為0.28kgCO2eq/m3，土方工程機械施工方案一施工比機械施工方案二施工更環保。此研究給建筑施工企業提供了施工方案的比選方法，可幫助企業達到預測和控制碳排放的目的。

關鍵詞：碳排放量；施工方案；機械施工；比選研究

2016年，國務院在《“十三五”節能減排綜合工作方案》中的“加強重點領域節能”中提出要強化建筑節能，“要在建筑業領域內實施綠色建筑全產業鏈發展計劃，推行綠色施工方式?！币虼?，開展建筑施工方案比選研究對推行綠色施工，實現建筑節能具有重要意義。國內已有學者對施工方案評價優選方面進行了研究，比如趙升瓊[1]等人從建筑施工成本及生態環境的角度探討了施工方法的選取問題。還有一些學者[2-6]運用價值工程理論構建施工方案評價體系對施工方案進行評價。如王文明[2]提出以價值工程原理為基礎從環境保護、節約資源以及綠色施工管理等幾個主要方面構建施工方案評價體系；鄧朗妮[3]探討了如何運用價值工程方法對綠色施工方案進行評價及進行綠色施工方案比選；何小雨[4]等人運用價值工程方法對其綠色模板施工方案進行優化；許兆豐[5]通過利用價值工程原理，并結合層次分析法與灰色關聯度分析法，構建了對綠色施工方案的評價模型；李輝山[6]等利用改進模糊層次分析法確定指標權重，結合多層次灰色評價法進行功能評價，以價值系數作為方案比選的依據，建立了綠色施工方案的價值工程評價模型。還有一些學者運用其他理論進行了研究，比如孫明[7]等運用層次分析法，建立綠色施工評價體系，將綠色施工評價內容分解為6個要素項和30個指標項，逐項評分得到工程項目的綠色施工評價等級，再根據評價結果和指標項得分對施工方案進行優化。綜合來看，目前對施工方案評價及優化的研究大多數都是定性的研究，都是從環境保護、節約資源、成本控制等方面建立的評價體系。這些方法操作復雜，主觀因素對評價的結果影響大，很難應用于實際工程中。基于此，本文旨在建立一套簡單方便的以碳排放量為主要影響因素的施工方案比選體系，以期為建筑施工企業在選擇施工方案時提供數據參考，幫助施工企業實現對碳排放量的預測和控制。

1施工方案比選體系

1.1施工方案碳排放比選流程施工方案比選是基于兩個以上安全可行的施工方案，根據構建的施工方案碳排放計算模型及碳排放因子計算各個施工方案的碳排放量；將施工方案的碳排放量根據功能單位進行標準化得到功能單位碳足跡；將各個施工方案計算得出功能碳足跡結果進行比較和排序，確定功能碳足跡小的施工方案為最節能減排的可行施工方案（圖1）。1.2施工方案碳排放計算模型1.2.1碳排放因子李水生等人對運輸碳排放因子及機械臺班碳排放因子進行了相關研究，公路柴油運輸碳排放因子為0.1kgCO2eq/（t•km）[8]，公路汽油運輸碳排放因子為0.12kgCO2eq/（t•km）[8]。表1為常用施工機械臺班碳排放因子。1.2.2施工方案碳排放計算模型將建筑施工階段分成建筑材料運輸和現場機械施工2個環節，計算匯總2個環節碳排放量，得到整個建筑產品施工階段的碳排放總量，計算模型如式（1）所示：E=E1+E2（1）式中：E為建筑產品施工階段碳排放總量；E1為建筑材料運輸環節碳排放量；E2為現場機械施工環節碳排放量。（1）建筑材料運輸環節碳排放計算運輸環節的碳排放主要受建材重量、運輸距離、碳排放因子等因素的影響。在以往的一些研究中，建材重量主要是由現場實際統計出來的數據確定。本文的建材重量是依據工程量清單文件及定額消耗量標準，通過數學方法轉換得到。建筑材料運輸階段的碳排放計算模型如式（2）所示：E1=ti=1Σnj=1Σmjixdjixcjimji=qjixADiΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ（2）式中：mji為建筑材料j的運輸量；dji為建筑材料j的平均運輸距離；cji為運輸碳排放因子；qji為建筑工程概預算定額i每一計量單位建筑材料j的消耗量定額；ADi為建筑工程某項定額i的數量。（2）現場機械施工環節碳排放計算建筑施工期間需要投入大量的機械施工設備，施工機械的碳排放的影響因素主要有單位臺班消耗定額、單位臺班耗油量和耗電量、油電的碳排放因子，現場施工環節的碳排放計算模型如式（3）所示：E2=ni=1ΣQixADiQi=nj=1ΣTijxDijΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ（3）式中：Qi為建筑工程概預算定額子目i每一計量單位機械碳排放；ADi為建筑施工定額i的數量；Tij為建筑工程概預算定額子目i每一計量單位施工機械j的消耗量定額；Dij為施工機械j的臺班碳排放因子。1.3施工方案比選模型1.3.1確定施工方案碳排放比選指標要對備選施工方案進行比選優化，首先要設定比選指標，本文選取的是功能單位碳足跡作為施工方案碳排放比選指標。功能單位意為選取一個參考單位來對產品的性能進行量化，可以為所研究的產品提供參考。對于整個項目的施工方案，可選取建筑面積作為功能單位。對于分部分項工程的施工方案，選取工程量清單中的單位作為功能單位。1.3.2構建施工方案碳排放比選模型將由備選施工方案計算得到的二氧化碳當量根據功能單位進行標準化，使得施工方案的比選結果具有可比性。碳排放比選模型如式（4）所示：Si=EiA（4）式中，Si為施工方案i單位功能碳足跡；Ei為采取施工方案i時計算得到的碳排放量；A為功能單位。

2案例分析

某工程建筑面積3535.4m2，在進行基礎土方開挖時有兩種機械施工方案供選擇，下面從功能碳足跡進行比選，土方工程的清單工程量為2800.96m3。2.1土方工程機械施工方案一的功能碳足跡計算施工機械方案一，挖土選擇單斗挖掘機，挖土后直接裝車，卸土方選擇自卸汽車。采用機械組合方案一施工時，根據工程量清單和定額消耗量標準確定的施工機械臺班消耗量及機械施工碳排放量（表2）。由計算結果可知，機械施工方案一的碳排放量為4864.68kg-CO2eq，功能碳足跡為1.74kgCO2eq/m3。圖2為機械施工方案一碳排放構成圖。2.2土方工程機械施工方案二功能碳足跡計算對于該工程施工機械組合二，選擇挖土方為自行式鏟運機，而余方棄置使用自卸汽車。根據工程量清單和定額，確定施工機械臺班消耗量及機械施工碳排放量（表3）。由計算結果可知，機械施工方案二的碳排放量為5661.21kg-CO2eq，功能碳足跡為2.02kgCO2eq/m3。通過對表2、表3中的計算結果進行對比，可以得出：機械施工方案一的碳排放量為4864.68kgCO2eq，小于機械施工方案二的碳排放5661.2kgCO2eq。土方工程施工中機械施工方案一比機械施工方案二碳減排為0.28kgCO2eq/m3。根據兩種施工方法的工藝，得出兩種施工方法碳排放差別來源于：兩種施工方案使用的施工機械種類和臺班數量不一致。因此，機械施工方案一施工比機械施工方案二施工更環保。

3結語

在建筑節能減排的大環境下，對建筑施工方案進行碳排放計算和碳排放比選研究，對環保施工意義重大。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選方法，給出了施工方案比選流程，收集了碳排放因子，建立了施工方案碳排放計算模型及施工方案碳排放比選模型，并進行實例計算，證明其實用性；（2）對實際工程進行分析，根據計算結果可知，機械施工方案一的碳排放量為4864.68kgCO2eq，小于機械施工方案二的碳排放5661.2kgCO2eq。土方工程施工中機械施工方案一比機械施工方案二碳減排為0.28kgCO2eq/m3。土方工程機械施工方案一施工比機械施工方案二施工更環保。

參考文獻：

[1]趙升瓊，李惠強.基于成本分析的綠色施工方案評價[J].華中科技大學學報：城市科學版，2006（2）：46-48.

[2]王文明.價值工程原理下的綠色施工方案評價探討[J].山西建筑，2018（27）：200-201.

[3]鄧朗妮，黃如寤.基于價值工程的綠色施工方案評價[J].施工技術，2007（S1）：449-451.

[4]何小雨，王佳杰.價值工程在綠色施工方案優化中的應用研究[J].安徽建筑大學學報：自然科學版，2016（1）：44-48.

[5]許兆豐，田杰芳.基于價值工程的深基坑支護綠色施工方案評價[J].河北聯合大學學報：自然科學版，2018（3）：51-58.

[6]李輝山，韓永康.基于價值工程原理的綠色施工方案評價研究[J].建筑節能，2017（2）：125-129.

[7]孫明，盛莉，姚宇.紅粘土地區中深基坑支護工程的綠色施工方案優化研究[J].冶金叢刊，2017（10）：195-196.

[8]李水生，肖初華，楊建宇，等.建筑施工階段碳足跡計算與分析研究[J].環境科學與管理，2020（3）：41-45.

作者:楊偉軍 肖初華 陳嬋璐 何經綸 單位:長沙理工大學土木工程學院