岳小莉 郭婧娟

(北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100044)

0 引言

近年來(lái)，低碳經(jīng)濟(jì)理念深入人心，氣候變化問(wèn)題也越來(lái)越受到人們的重視，溫室氣體的減排工作被更多地提上議程。2011 年12 月國(guó)務(wù)院發(fā)布的《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》中明確提出“到2015 年全國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2010 年下降17%”和“溫室氣體排放統(tǒng)計(jì)核算體系基本建立”的目標(biāo)。

目前，我國(guó)尚無(wú)通用的碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程碳排放的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量成為亟待解決的重要問(wèn)題?，F(xiàn)有研究中，大多數(shù)學(xué)者采用的是生命周期評(píng)價(jià)法(Life-cycle Assessment，LCA)，以求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“從搖籃到墳?zāi)埂比A段的碳排放計(jì)量。LCA 對(duì)衡量建設(shè)工程碳排放有重要的價(jià)值，但也存在一些不足之處。例如，在LCA 中許多學(xué)者將研究重心放在了生命周期全過(guò)程，對(duì)某一階段的重點(diǎn)研究則存在不足。建設(shè)工程全生命周期的決策設(shè)計(jì)階段、工程建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段和拆除階段，每個(gè)階段碳排放的來(lái)源和側(cè)重點(diǎn)都有所區(qū)別。本文選取工程建設(shè)階段作為研究對(duì)象，主要是考慮到工程建設(shè)階段在建設(shè)工程全生命周期中碳排放比重較大，同時(shí)，工程建設(shè)階段的碳排放較其他階段更易實(shí)現(xiàn)量化計(jì)算和有效控制，有利于工程建設(shè)領(lǐng)域的低碳發(fā)展［1］。

1 工程建設(shè)碳排放的計(jì)算

1.1 計(jì)算范圍

所謂碳排放，即指溫室氣體排放。溫室氣體主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFC5)、全氟碳化物(PFCS)和六氟化硫(SF6)。由于CO2在溫室氣體中比重較大，故大多數(shù)研究中采用CO2當(dāng)量來(lái)表示溫室氣體的排放量［2］。

環(huán)境管理生命周期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(ISO14040)將生命周期評(píng)價(jià)方法分為四個(gè)步驟:研究目標(biāo)和范圍確定、生命周期清單分析、生命周期的影響評(píng)價(jià)以及生命周期結(jié)果解析。其技術(shù)框架如圖1所示。

圖1 生命周期評(píng)價(jià)技術(shù)框架

碳排放計(jì)量的首要工作是確定計(jì)算的目標(biāo)和范圍。工程建設(shè)階段是建設(shè)產(chǎn)品的形成階段，這一階段產(chǎn)生的碳排放來(lái)源有三個(gè)方面，分別是建材生產(chǎn)碳排放、建材和機(jī)械運(yùn)輸碳排放和工程施工碳排放，需要確定每一部分碳排放的邊界范圍。

(1)建材生產(chǎn)碳排放，主要由建材生產(chǎn)時(shí)消耗的各種能源產(chǎn)生。由于原材料和生產(chǎn)工藝不同，不同建材的碳排放量有很大差別，選擇合適的建材是減少碳排放的一個(gè)重要措施。另外，人的因素產(chǎn)生的碳排放量相對(duì)很小，在測(cè)算建材生產(chǎn)碳排放時(shí)可以忽略不計(jì)。

(2)建材和機(jī)械運(yùn)輸碳排放(以下簡(jiǎn)稱運(yùn)輸碳排放)，主要由運(yùn)輸過(guò)程消耗的燃油資源產(chǎn)生。其碳排放量與所運(yùn)輸?shù)奈锲贩N類、數(shù)量、運(yùn)輸工具以及運(yùn)輸距離等因素有關(guān)。在工程造價(jià)文件中，運(yùn)輸碳排放數(shù)據(jù)體現(xiàn)在運(yùn)輸車輛的機(jī)械臺(tái)班消耗上，根據(jù)機(jī)械臺(tái)班消耗量可估算出運(yùn)輸碳排放量。

(3)施工過(guò)程較建材生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程更加復(fù)雜，碳排放范圍也更廣泛。施工生產(chǎn)要素消耗包括人工、材料、機(jī)械三類，其中，人工碳排放量相對(duì)很少，可以忽略不計(jì);建材生產(chǎn)過(guò)程已經(jīng)計(jì)算過(guò)材料碳排放，不必重復(fù)計(jì)算。故施工碳排放主要考慮施工機(jī)械和施工工藝因素，通過(guò)對(duì)施工方案和施工組織設(shè)計(jì)的優(yōu)化可有效減少碳排放量。

1.2 計(jì)算方法

目前，工程建設(shè)碳排放計(jì)量尚無(wú)通用的國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可參考產(chǎn)品碳計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程建設(shè)碳排放的計(jì)算。如 ISO/CD14067、英國(guó)PAS2050:2008 規(guī)范以及IPCC 國(guó)家溫室氣體(GHG)排放清單指南等，這些規(guī)范在碳排放的范圍核算和計(jì)量方法上都較為成熟，具有很大的參考價(jià)值。

對(duì)現(xiàn)有規(guī)范和參考文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，得到工程建設(shè)領(lǐng)域可借鑒的幾種碳排放量計(jì)算方法:

(1)實(shí)測(cè)法。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)計(jì)量設(shè)施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)燃燒設(shè)備有關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)際計(jì)量，得到排放氣體的流速、流量和濃度數(shù)據(jù)，據(jù)此計(jì)算碳排放。實(shí)測(cè)法結(jié)果較為準(zhǔn)確，但耗費(fèi)的人工和費(fèi)用成本較高，一般應(yīng)用于量大面廣的碳排放測(cè)量。

(2)投入產(chǎn)出法。投入產(chǎn)出法又稱物料衡算法，它的原理是遵循質(zhì)量守恒定律，即生產(chǎn)過(guò)程投入某系統(tǒng)或設(shè)備的燃料和原料中的碳等于該系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)出的碳。投入產(chǎn)出法可用于計(jì)算整個(gè)或局部生產(chǎn)過(guò)程的碳足跡，但其無(wú)法區(qū)別出不同施工工藝和技術(shù)的差異，且獲得結(jié)果的準(zhǔn)確性有偏差。

(3)過(guò)程法。過(guò)程法在工程建設(shè)領(lǐng)域又叫作施工工序法。它是基于產(chǎn)品生命周期整個(gè)過(guò)程的物質(zhì)和能源流動(dòng)消耗來(lái)測(cè)算碳排放量，其思路是將施工階段進(jìn)行劃分，列出分部分項(xiàng)工程的機(jī)械清單，然后用單位量乘以量就得到各分部分項(xiàng)工程的施工碳排放［3］。過(guò)程法簡(jiǎn)便易行、精確性較高，但基于過(guò)程的物質(zhì)和能源消耗數(shù)據(jù)不易獲得，在一定程度上限制了該方法的應(yīng)用。

(4)清單估算法。清單估算法采用IPCC 政府間氣候變化專門委員會(huì)公布的《IPCC 溫室氣體排放清單》計(jì)算碳排放，主要原理是用各種能源的實(shí)際消耗量乘以碳排放因子加總得到總的碳排放量。碳排放因子指生產(chǎn)單位產(chǎn)品所排放的CO2的當(dāng)量值，根據(jù)正常作業(yè)及管理?xiàng)l件，生產(chǎn)同一產(chǎn)品的不同工藝和規(guī)模下溫室氣體排放量加權(quán)平均得到，可在相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中查得。清單估算法簡(jiǎn)單可行、應(yīng)用面廣，關(guān)鍵是要確定溫室氣體的排放清單并選擇適當(dāng)?shù)奶寂欧乓蜃?。幾種碳排放計(jì)算方法對(duì)比見表1。

本文的工程建設(shè)碳排放量計(jì)算是基于生命周期評(píng)價(jià)理論，將過(guò)程法和清單估算法有機(jī)結(jié)合而成的混合計(jì)算方法。具體過(guò)程為:首先，采用過(guò)程法，按照工程圖樣列出材料機(jī)械消耗清單，也可直接采用清單計(jì)價(jià)時(shí)的分部分項(xiàng)工程材料機(jī)械清單;其次，采用清單估算法，將各個(gè)材料和機(jī)械的消耗量進(jìn)行匯總并選擇合適的碳排放因子;最后，將消耗量數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)碳排放因子相乘并加總，即得到整個(gè)工程建設(shè)階段的碳排放量。基于工程造價(jià)的工程建設(shè)碳排放計(jì)算見圖2。

表1 幾種碳排放計(jì)算方法對(duì)比

圖2 基于工程造價(jià)的工程建設(shè)碳排放計(jì)算

這種混合碳排放計(jì)算模型集合了過(guò)程法和清單估算法的優(yōu)點(diǎn)，具有更強(qiáng)的可操作性和準(zhǔn)確性，能夠方便地應(yīng)用于實(shí)際工程。同時(shí)，采用的工程量清單數(shù)據(jù)可直接套用工程造價(jià)數(shù)據(jù)，大大減少了碳排放計(jì)算工作量，在工程建設(shè)的同時(shí)，還可隨工程造價(jià)進(jìn)行碳排放的動(dòng)態(tài)管理和控制［4］?；诠こ淘靸r(jià)的碳排放管理過(guò)程大致如圖3 所示。

圖3 基于工程造價(jià)的工程建設(shè)碳排放管理

2 案例實(shí)證

本文選取鐵路工程某建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行工程建設(shè)階段碳排放實(shí)例分析，由于該工程的特殊性質(zhì)，在此不便對(duì)工程概況進(jìn)行介紹，只運(yùn)用工程造價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析。

2.1 清單匯總

按照工程造價(jià)文件中的分部分項(xiàng)工程量清單，匯總出本工程材料和機(jī)械消耗量，用大寫字母Q 表示(表2)。

根據(jù)工程造價(jià)文件中的機(jī)械臺(tái)班消耗量和2005 年《鐵路工程機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額》中的單位臺(tái)班消耗指標(biāo)，二者相乘即得到總的機(jī)械能源消耗量。匯總后，本文選取燃料和電力消耗總量最大的20 種機(jī)械列舉如表3 所示，機(jī)械臺(tái)班消耗能源匯總表如表4 所示。

表2 主要燃料、材料消耗量一覽表 (單位:kg)

表3 機(jī)械臺(tái)班能源消耗一覽表

表4 機(jī)械臺(tái)班消耗能源匯總表

2.2 碳排放因子確定

碳排放因子(Carbon Emission Factor)是計(jì)算碳排放的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，指消耗單位質(zhì)量能源所產(chǎn)生的溫室氣體轉(zhuǎn)化為二氧化碳的量。能源的碳排放因子包括了單位質(zhì)量能源從開采、加工、使用各個(gè)環(huán)節(jié)中排放的溫室氣體量轉(zhuǎn)化為二氧化碳量的總和［5］。

目前，關(guān)于碳排放因子的選用尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同國(guó)家、組織和地區(qū)算得的碳排放因子往往有很大差別，在一定程度上影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文總結(jié)并借鑒了現(xiàn)有碳排放因子，選擇其常用值或平均值作為工程建設(shè)階段碳排放計(jì)算的參考，各能源或材料的碳排放因子用F 表示?，F(xiàn)有能源和材料碳排放因子數(shù)據(jù)匯總見表5。

表5 現(xiàn)有能源和材料碳排放因子數(shù)據(jù)匯總

2.3 碳排放量計(jì)算

根據(jù)上文數(shù)據(jù)，可利用以下公式求得工程建設(shè)不同階段總的碳排放量CE。工程建設(shè)不同階段碳排放量匯總見表6。

表6 工程建設(shè)不同階段碳排放量匯總(單位:t)

3 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算結(jié)果顯示，僅此一個(gè)工程主要材料和機(jī)械的碳排放量就高達(dá)約200 萬(wàn)t。對(duì)比三個(gè)階段的碳排放量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于重視程度不夠，工程建設(shè)實(shí)際上并未將碳排放量作為一個(gè)控制方面加以管理，致使可行性研究階段超出了初步設(shè)計(jì)階段的碳排放量。為此，有必要按照工程造價(jià)的思路對(duì)不同階段碳排放量進(jìn)行目標(biāo)控制，即后一階段的碳排放量不能超過(guò)前一階段的目標(biāo)值，否則需要對(duì)設(shè)計(jì)文件或施工方案加以改進(jìn)。

建設(shè)工程碳排放計(jì)算過(guò)程與工程造價(jià)具有緊密聯(lián)系，在工程造價(jià)過(guò)程中，不僅可以計(jì)算工程建設(shè)碳排放，還可實(shí)現(xiàn)碳排放的逐層細(xì)化和動(dòng)態(tài)管理。首先，隨著設(shè)計(jì)圖樣的深化，相應(yīng)的估算、概算、預(yù)算文件都會(huì)有所變化，此模型可實(shí)現(xiàn)碳排放量的實(shí)時(shí)更新并檢查下一階段的碳排放目標(biāo)值是否超過(guò)上一階段的限制;其次，借助相關(guān)定額和造價(jià)軟件，可將工程建設(shè)過(guò)程碳排放的控制細(xì)化到具體的材料和機(jī)械，追蹤每部分的碳排放來(lái)源并進(jìn)行控制;最后，結(jié)合工程領(lǐng)域?qū)Τ杀?、進(jìn)度和質(zhì)量的動(dòng)態(tài)控制方法，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程建設(shè)過(guò)程每個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放偏差并糾正，從而動(dòng)態(tài)控制并減少整個(gè)項(xiàng)目的碳排放量。

建議相關(guān)部門和單位要加強(qiáng)重視，將低碳經(jīng)濟(jì)和低碳發(fā)展的理念貫徹落實(shí)到工程建設(shè)過(guò)程之中，可以借鑒本文中提到的方法和手段，不斷加強(qiáng)工程建設(shè)碳排放的管理，最終實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)領(lǐng)域的低碳發(fā)展。

［1］ 陶良虎. 中國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)— —面向未來(lái)的綠色產(chǎn)業(yè)革命［M］. 北京:研究出版社，2010.

［2］ Taehoon Hong，ChangYoon Ji，MinHo Jang，et al. Assessment model for energy consumption and greenhouse gas emissions during building construction ［J］ . Journal of Management in Engineering，2014 (30):226-235.

［3］ KY G Kwok，C Statz，Wai K Oswald Chong. Carbon emission modeling for green building: acomprehensive study of methodologies ［J］. ASCE，2012 (3):9-17.

［4］ 于萍，陳效逑，馬祿義. 住宅建筑生命周期碳排放研究綜述［J］. 建筑科學(xué)，2011 (4):9-12

［5］ 張春霞，章蓓蓓，黃有亮，等. 建筑物能源碳排放因子選擇方法研究［J］. 建筑經(jīng)濟(jì)，2010 (10):106-109. PMT