徐鵬鵬，申一村，傅 晏，毛 超，黃若鵬

（重慶大學(xué) 管理科學(xué)與房地產(chǎn)學(xué)院，重慶 400045，E-mail:shenyicun@163.com）

隨著全球環(huán)境的日益惡化，環(huán)境污染、能源消耗等問(wèn)題逐漸成為社會(huì)各界關(guān)注的重點(diǎn)。歐洲建筑師協(xié)會(huì)指出，建筑業(yè)是全球溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)者，相關(guān)行業(yè)消耗了地球50%的能源，造成50%的空氣污染，并排放了42%的溫室氣體[1]，這使得建筑行業(yè)針對(duì)綠色、低碳等方向的研究具有必要性和迫切性。建筑工業(yè)化被認(rèn)為是可以保持建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效方法之一[2]，齊寶庫(kù)等[3]通過(guò)對(duì)裝配式建筑和現(xiàn)澆建筑的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑的碳排放量比現(xiàn)澆建筑減少472.23kg/m2。裝配式建筑碳排放管理的研究與發(fā)展，是確保我國(guó)建筑業(yè)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

國(guó)內(nèi)外已有諸多學(xué)者針對(duì)建筑碳排放的測(cè)算進(jìn)行相關(guān)研究，主要使用投入產(chǎn)出法、基于過(guò)程法和混合法。Sandanayake等[4]使用基于過(guò)程法測(cè)算了建筑物施工階段的溫室氣體和非溫室氣體排放。Taehoon Hong等[5]梳理施工階段流程，通過(guò)投入產(chǎn)出法和基于過(guò)程法計(jì)算建設(shè)工程材料制造、運(yùn)輸和施工階段的碳排放。Zhang等[6]通過(guò)對(duì)3座建筑物的碳排放計(jì)算對(duì)比分析基于過(guò)程法和投入產(chǎn)出法的局限性，并提出融合兩者特點(diǎn)的混合法。Liu等[7]提出，對(duì)類似案例（隧道建設(shè)）相同階段碳排放占生命周期總碳排放比例的計(jì)算，不同學(xué)者的計(jì)算結(jié)果相差較大，這會(huì)影響碳排放的管理決策，因此提出在地鐵建設(shè)項(xiàng)目中，使用基于配額的溫室氣體排放量化模型來(lái)估算碳排放量，為方案內(nèi)部或方案之間的溫室氣體減排潛力提供參考。鄭艷丹等[8]參考工程造價(jià)的計(jì)算方法，利用工程量清單進(jìn)行建筑施工階段的碳排放計(jì)算，不僅可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)比不同方案的碳排放量，而且可以為建設(shè)項(xiàng)目的施工技術(shù)低碳化和改進(jìn)施工管理等提供參考。王成武等[9]依據(jù)建設(shè)工程概預(yù)算定額及消耗定額進(jìn)行建設(shè)工程施工過(guò)程的碳排放計(jì)算。

現(xiàn)階段針對(duì)碳排放測(cè)算與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的研究以真實(shí)反映和模擬項(xiàng)目碳排放數(shù)據(jù)為主要目標(biāo)[10]，但從管理角度來(lái)說(shuō)，僅有實(shí)際碳排放值，沒(méi)有碳排放績(jī)效優(yōu)化目標(biāo)，難以支撐碳排放管理活動(dòng)。因此，在我國(guó)裝配式建筑的消耗定額逐漸完善的背景下，本文以建設(shè)工程碳排放預(yù)算研究思路為基礎(chǔ)，針對(duì)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段，提出基于消耗定額和預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)圖集的預(yù)算碳排放計(jì)量方法，并分析構(gòu)件碳排放規(guī)律，為預(yù)制構(gòu)件碳排放評(píng)價(jià)與管理提供基準(zhǔn)確定依據(jù)。

1 基于定額的預(yù)制構(gòu)件碳排放計(jì)量模型

1.1 碳排放計(jì)算范圍

（1）碳排放氣體范圍。溫室氣體包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、六氟化硫（SF6）、氫氟碳化物（HFCs）和全氟碳化物（PFCs）6種氣體。燃料燃燒過(guò)程的技術(shù)、維護(hù)等因素會(huì)引起非 CO2排放量的變動(dòng)，導(dǎo)致非 CO2氣體的排放量難以確定。本研究以CO2作為溫室氣體核算邊界，隨著溫室氣體測(cè)量方法的成熟可以進(jìn)行氣體范圍的擴(kuò)充。

（2）碳排放計(jì)算邊界。裝配式建筑生命周期一般包括原材料的生產(chǎn)、預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工安裝、使用、拆除等階段，生產(chǎn)階段的碳排放比例高達(dá)88%[11]，因此本研究針對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段展開(kāi)碳排放的相關(guān)研究。

（3）碳排放計(jì)算方法。政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）頒布的《2006 IPCC 國(guó)家溫室氣體清單指南》（后文簡(jiǎn)稱IPCC指南）[12]是目前常用的碳排放計(jì)算依據(jù)。IPCC指南中提出了 3種碳排放計(jì)算方法，如表1所示。

表1 IPCC指南碳排放計(jì)算方法表

表1中，方法一適用于宏觀碳排放計(jì)算，本研究是針對(duì)預(yù)制構(gòu)件廠開(kāi)展，屬于微觀碳排放計(jì)算；方法三需投入較大人力物力，且不適用于CO2排放量的測(cè)算，本研究只分析CO2排放量。因此，本研究采用方法二計(jì)算碳排放，即排放因子法:

燃料是碳源，燃料數(shù)量是碳源數(shù)據(jù)，碳源數(shù)據(jù)一般稱為活動(dòng)數(shù)據(jù)，因此碳排放的計(jì)算公式為:

1.2 預(yù)制構(gòu)件碳排放計(jì)量

（1）排放因子確定。本研究的氣體范圍僅包括CO2，因此排放因子指單位活動(dòng)的CO2排放量。我國(guó)依據(jù)IPCC指南頒布并實(shí)施的《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366-2019）中提供了建筑領(lǐng)域的CO2排放因子，相對(duì)于IPCC指南中的CO2排放因子有更高的借鑒意義?！督ㄖ寂欧庞?jì)算標(biāo)準(zhǔn)》中的CO2排放因子包括化石燃料、其它能源、建筑材料、建材運(yùn)輸四大部分，不能完全涵蓋本研究的范圍，需要從相關(guān)文獻(xiàn)中查找適合的CO2排放因子。

（2）活動(dòng)數(shù)據(jù)確定。活動(dòng)數(shù)據(jù)從定額中獲取，主要包括人工、材料和機(jī)械碳源。由于重慶市在2013年成為我國(guó)碳交易示范點(diǎn)之一，且重慶市定額中包含裝配式建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此本研究以《重慶市房屋建筑與裝飾工程計(jì)價(jià)定額》（CQJZZSDE-2018第一冊(cè)建筑工程）（后文簡(jiǎn)稱重慶定額）為例進(jìn)行碳排放計(jì)算。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《建設(shè)工程定額管理辦法》，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司組織相關(guān)行業(yè)和地方定額管理機(jī)構(gòu)研究和制訂《建設(shè)工程定額編制規(guī)則》等，都在一定程度上統(tǒng)一和規(guī)范了全國(guó)建設(shè)工程定額的編制和管理工作[13]，基于規(guī)則的一致性，不同地區(qū)的計(jì)算方法相同。

重慶定額中對(duì)于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段主要涉及兩大部分:預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和鋼筋加工。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)部分的數(shù)據(jù)包括預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中（支模板、綁扎鋼筋、安裝預(yù)埋件、澆筑混凝土、振搗、抹平、拉毛、養(yǎng)護(hù)、堆場(chǎng)）消耗的人工工日、混凝土體積、機(jī)械運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)；鋼筋加工部分的數(shù)據(jù)包括預(yù)制構(gòu)件廠中鋼筋加工過(guò)程中（拉直、彎折、切斷等）消耗的人工工日、鋼筋重量、機(jī)械運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。

（3）碳排放定額計(jì)算。根據(jù)定額計(jì)算的碳排放是單位體積構(gòu)件碳排放，將其稱為碳排放定額。

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)碳排放定額計(jì)算式為:

鋼筋加工碳排放定額計(jì)算式與式（3）相同:

式（3）和式（4）中參數(shù)的含義如表2所示。

表2 碳排放定額參數(shù)含義表

（4）碳排放計(jì)量模型。預(yù)制構(gòu)件廠提供構(gòu)件的種類、體積、鋼筋用量等信息，結(jié)合預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和鋼筋加工碳排放定額進(jìn)行碳排放計(jì)算:

式中，Ci為第i種構(gòu)件的碳排放量（kgCO2e）；Qi為第i種構(gòu)件的構(gòu)件生產(chǎn)碳排放定額（kgCO2e/m3）；Vi為第i種構(gòu)件的體積（m3）；Qs為鋼筋加工碳排放定額（kgCO2e/kg）；Mi為第i種構(gòu)件的鋼筋質(zhì)量（kg）。

由于重慶定額的數(shù)據(jù)已經(jīng)考慮材料損耗因素，因此可以直接使用構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖中的體積和鋼筋用量進(jìn)行計(jì)算，無(wú)需設(shè)置損耗系數(shù)。為簡(jiǎn)便計(jì)算，式（5）用構(gòu)件體積代表混凝土用量。

2 基于定額的預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)

隨著我國(guó)裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)工業(yè)化建筑無(wú)需重復(fù)計(jì)算已標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的碳排放定額數(shù)據(jù)，可以形成基于定額的預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)，以提高碳排放管理效率。本文考慮到我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展還要經(jīng)歷比較漫長(zhǎng)的時(shí)期，因此提出一種在現(xiàn)行條件下預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建方法。本研究提出的基于定額的預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括目錄和構(gòu)件碳排放兩大部分。根據(jù)我國(guó)已有的預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化成果進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的目錄梳理，再根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲取性，提出“有定額數(shù)據(jù)無(wú)圖集信息”“有定額數(shù)據(jù)有圖集信息”以及“無(wú)定額數(shù)據(jù)有圖集信息”3類構(gòu)件及其對(duì)應(yīng)碳排放計(jì)算方法。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)目錄梳理

數(shù)據(jù)庫(kù)目錄的梳理主要依據(jù)重慶定額、圖集，以及中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)于 2018年發(fā)布的《裝配式建筑部品部件分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》報(bào)批稿中對(duì)預(yù)制構(gòu)件的分類，如表3所示。表中只列出了前兩級(jí)目錄，更詳細(xì)的目錄與圖集目錄相同，此處不再列明。

表3 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)目錄表

2.2 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算

預(yù)制構(gòu)件根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲取性主要分為如下三類:

（1）有定額數(shù)據(jù)，無(wú)圖集信息。重慶定額中有矩形柱、異形柱、矩形梁、異形梁的定額數(shù)據(jù)，圖集中沒(méi)有相關(guān)構(gòu)件的體積、鋼筋信息，只能根據(jù)預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)的實(shí)際構(gòu)件信息及碳排放定額數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式同式（5）。

（2）有定額數(shù)據(jù)，有圖集信息。重慶定額中有預(yù)制混凝土樓梯、過(guò)梁及桁架鋼筋混凝土疊合板（考慮到結(jié)構(gòu)的類似性，使用平板的定額數(shù)據(jù)代替）的定額數(shù)據(jù)，其標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，從圖集中獲得每種編號(hào)構(gòu)件的體積及鋼筋重量數(shù)據(jù)，結(jié)合碳排放定額數(shù)據(jù)，可計(jì)算出圖集中各類樓梯及過(guò)梁的碳排放量，計(jì)算原理與方法一類似。

（3）無(wú)定額數(shù)據(jù)，有圖集信息。預(yù)制混凝土剪力墻內(nèi)外墻板、陽(yáng)臺(tái)板、空調(diào)板、女兒墻等構(gòu)件有對(duì)應(yīng)圖集，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，可以獲取構(gòu)件體積、鋼筋重量等信息，但沒(méi)有對(duì)應(yīng)定額數(shù)據(jù)。

通過(guò)“有定額數(shù)據(jù)，有圖集信息”的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)碳排放中，主要材料（混凝土、鋼筋）引起的碳排放占比相當(dāng)大（見(jiàn)表 4），相關(guān)文獻(xiàn)中也有相同結(jié)論:楊路遠(yuǎn)等[15]計(jì)算預(yù)制混凝土構(gòu)件物化階段碳排放，結(jié)果顯示構(gòu)件生產(chǎn)階段，原材料產(chǎn)生的碳排放比超過(guò)80%，水泥和鋼筋的碳排放占原材料碳排放的95%以上；毛超等[16]根據(jù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段材料碳排放占99%以上。

表4 主要材料碳排放占比

此處取鋼筋混凝土碳排放平均占比為94%，則碳排放計(jì)算方法為:

式中，Vi為第i種構(gòu)件體積（m3），代表混凝土體積，系數(shù)1.01表示混凝土損耗（定額）；Fj為第j種混凝土排放因子（kgCO2e/m3）；Msi為第i種構(gòu)件的鋼筋重量（kg），系數(shù)1.02表示鋼筋損耗（定額）；Fs為鋼筋的排放因子（kgCO2e/kg）。

上述計(jì)算方法將我國(guó)積累的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件成果進(jìn)行整合，符合我國(guó)實(shí)際情況。隨著我國(guó)裝配式建筑定額及圖集的不斷完善，如數(shù)據(jù)精確度的提高、目錄耦合度的提高等，計(jì)算方法也將隨之改進(jìn)。

3 預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)量結(jié)果分析

本研究在進(jìn)行碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)量過(guò)程中，針對(duì)計(jì)量結(jié)果進(jìn)行如下分析。

3.1 預(yù)制構(gòu)件鋼筋混凝土碳排放占比分析

根據(jù)式（3）及式（4）計(jì)算的構(gòu)件生產(chǎn)及鋼筋加工碳排放定額如表5所示。

表5 基于重慶定額的預(yù)制構(gòu)件碳排放定額表

從數(shù)據(jù)中得出，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)碳排放定額Qi是針對(duì)單位體積進(jìn)行計(jì)算的，不同構(gòu)件的生產(chǎn)碳排放定額Qi數(shù)值差異不大。

構(gòu)件生產(chǎn)碳排放定額Qi和鋼筋加工碳排放定額Qs的具體碳排放組成如表6所示。

表6 構(gòu)件及鋼筋加工碳排放定額組成表

可以發(fā)現(xiàn)，不論在構(gòu)件加工過(guò)程中的混凝土碳排放占比，還是在鋼筋加工過(guò)程中的鋼筋碳排放占比都超過(guò) 90%，人工和機(jī)械產(chǎn)生的碳排放相對(duì)較少。在構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，混凝土碳排放高達(dá)97.6%，人工和機(jī)械產(chǎn)生的碳排放相差不大，都約為 1%。在鋼筋加工過(guò)程中，鋼筋碳排放占比相對(duì)較低，只有90.6%，機(jī)械產(chǎn)生的碳排放比人工高出許多。

3.2 基于定額的預(yù)制構(gòu)件碳排放程度分析

根據(jù)前述3種計(jì)算方法得到標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)，包括約1550個(gè)構(gòu)件，表7所示為不同類型標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件的平均單位體積碳排放量。單位體積碳排放最高的是雙向底板邊板，達(dá) 695.89 kgCO2e/m3，最低的是無(wú)洞口外墻板，為 436.63 kgCO2e/m3。表中疊合板單位體積碳排放為不含桁架的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)考慮桁架重量時(shí)，疊合板單位體積碳排放分別為:雙向底板邊板170.0464kgCO2e/m3，雙向底板中板 168.1674 kgCO2e/m3，單向板底板103.8740 kgCO2e/m3。

3.3 預(yù)制構(gòu)件含鋼率與碳排放值關(guān)系分析

（1）含鋼率與單位體積碳排放。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)不同類型預(yù)制構(gòu)件的單位體積碳排放與含鋼率有關(guān)，具體如表8所示。

表7 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件平均單位體積碳排放表

表8 單位體積碳排放與含鋼量關(guān)系表

使用Excel中的散點(diǎn)圖（線性）分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 單位體積碳排放與含鋼率散點(diǎn)圖

擬合的方程式為:

該方程式R2為0.9994，擬合效果較好，符合實(shí)際情況。

（2）含鋼率與鋼筋混凝土碳排放占比。鋼筋加工定額Qs中鋼筋產(chǎn)生的碳排放占比較低，隨著構(gòu)件鋼筋含量的升高，鋼筋混凝土碳排放占總碳排放的比例會(huì)逐漸下降，鋼筋混凝土碳排放占比與構(gòu)件鋼筋含量呈反比關(guān)系，這一推論可以根據(jù)“有定額有圖集”構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，如圖2所示。

圖2 鋼筋混凝土碳排放占比與構(gòu)件鋼筋含量趨勢(shì)圖

其中數(shù)值1~11指代如表9所示。

表9 趨勢(shì)圖數(shù)值指代含義表

使用Excel中的散點(diǎn)圖（線性）分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 鋼筋混凝土碳排放占比與構(gòu)件鋼筋含量散點(diǎn)圖

擬合的方程式為:

該方程式R2為0.9887，擬合效果較好，符合實(shí)際情況。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)階段碳排放管理過(guò)程中基準(zhǔn)值研究不足的情況，本文以裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件為研究對(duì)象，考慮基于定額數(shù)據(jù)的預(yù)制構(gòu)件碳排放計(jì)量及分析方法，構(gòu)建了基于定額的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放計(jì)量模型；基于該計(jì)量模型，提出預(yù)制構(gòu)件碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)的建構(gòu)方法，并分別討論“有定額，有圖集”“有定額，無(wú)圖集”和“有圖集，無(wú)定額”3種構(gòu)件信息情況的計(jì)算方法；通過(guò)對(duì)預(yù)制構(gòu)件碳排放計(jì)量結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，鋼筋混凝土產(chǎn)生的碳排放占比較高，約為總碳排放量的94%，且預(yù)制構(gòu)件單位體積碳排放與含鋼率呈正比例關(guān)系，關(guān)系式為y=2.5779x+312.22，鋼筋混凝土碳排放占比與構(gòu)件含鋼率呈反比例關(guān)系，關(guān)系式為y=-0.0166x+95.941。本文提出鋼筋混凝土碳排放占比和含鋼率兩個(gè)指標(biāo)，會(huì)影響構(gòu)件的單位體積碳排放，可作為企業(yè)碳排放管控指標(biāo)，并為開(kāi)展預(yù)制構(gòu)件碳排放規(guī)律研究提供參考。隨著裝配式建筑的廣泛應(yīng)用，以及碳稅、碳交易制度的推廣與試點(diǎn)，基于預(yù)制構(gòu)件碳排放規(guī)律研究裝配式建筑碳排放成本，值得進(jìn)一步的研究與討論。