趙太民 龔志起

(青海大學(xué)土木工程學(xué)院 西寧 810016)

建筑業(yè)的能源消耗與污染排放一直是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，近年來(lái)全球建筑能源消耗占全球總能耗的 39%[1]。大約有50%的二氧化碳排放與建筑業(yè)有關(guān)，導(dǎo)致酸雨的二氧化硫有40%也是建筑業(yè)產(chǎn)生的[2]。縱觀建筑的全生命周期過(guò)程，能源消耗和污染排放主要源于建筑運(yùn)營(yíng)階段和物化階段[3]，相比于時(shí)間周期較長(zhǎng)的運(yùn)營(yíng)階段，建筑物化階段在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)境影響更為嚴(yán)重。所以，為了減少環(huán)境污染和能源消耗，讓建筑業(yè)更可持續(xù)發(fā)展，評(píng)估建筑物化階段產(chǎn)生的環(huán)境影響是十分必要的。

在對(duì)建筑業(yè)環(huán)境影響進(jìn)行量化的過(guò)程中，生命周期評(píng)價(jià)方法(Life Cycle Assessment, LCA)是研究人員常用的主流方法，針對(duì)各類建筑材料和不同建筑結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的全生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)十分廣泛[4-7]。目前對(duì)于建筑物化階段的環(huán)境影響評(píng)價(jià)取得了一定的成果，但缺乏針對(duì)特定地域的環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究。西北高原地區(qū)受制于特殊的地理氣候條件，屬于自然環(huán)境較為惡劣的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境恢復(fù)能力差，量化高原地區(qū)建筑物化階段產(chǎn)生的影響能夠更加準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和衡量環(huán)境損害程度，對(duì)保護(hù)高原生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

因此，基于生命周期評(píng)價(jià)方法，結(jié)合實(shí)際工程案例建立建筑物化階段環(huán)境輸入-輸出清單數(shù)據(jù)，通過(guò)環(huán)境污染物的分類、特征化和加權(quán)計(jì)算對(duì)高原地區(qū)建筑物化階段的環(huán)境影響進(jìn)行全面評(píng)估，最終評(píng)價(jià)結(jié)果以貨幣化的方式呈現(xiàn)。

1 評(píng)價(jià)框架

研究方法以生命周期評(píng)價(jià)理論為基礎(chǔ)，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義[8]：將生命周期分為目標(biāo)和范圍確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋四部分。其中，資源能源消耗定為輸入過(guò)程，環(huán)境影響定為輸出過(guò)程，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期中的輸入和輸出過(guò)程的環(huán)境影響潛值進(jìn)行量化、求和以及最終評(píng)價(jià)解釋。建筑物化階段生命周期評(píng)價(jià)框架如圖1所示。

圖1 建筑物化階段生命周期評(píng)價(jià)框架

環(huán)境影響評(píng)價(jià)過(guò)程是生命周期評(píng)價(jià)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，評(píng)價(jià)過(guò)程主要為分類、特征化、加權(quán)計(jì)算三個(gè)步驟。分類是將清單分析結(jié)果與不同階段環(huán)境影響類型對(duì)應(yīng)的過(guò)程，是進(jìn)行建筑物化階段影響評(píng)價(jià)階段的第一步[9]。研究綜合考慮建筑物化階段可能出現(xiàn)的環(huán)境問(wèn)題，最終選用中點(diǎn)損害類型，環(huán)境影響類型確定為10種。特征化就是將造成同一環(huán)境影響類型的多種污染物轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的單元，通常每種環(huán)境影響都會(huì)確定一個(gè)特定的類型指標(biāo)，以該物質(zhì)為基準(zhǔn)將引起該環(huán)境影響類型的其他污染物通過(guò)特征化因子折算為當(dāng)量值。貨幣化是對(duì)各類環(huán)境影響進(jìn)行加權(quán)評(píng)估的過(guò)程，目的是為了確定各類環(huán)境影響的權(quán)重大小，最終得到綜合環(huán)境影響值。采用課題組已有研究中針對(duì)西寧市惰性建筑垃圾生命周期影響評(píng)價(jià)時(shí)得到的各環(huán)境影響類型的貨幣化估值，使評(píng)價(jià)結(jié)果具有針對(duì)性。

2 案例分析

本研究所采用的工程實(shí)例為青海省西寧市某公共建筑項(xiàng)目，建筑高度23.3m，總建筑面積6356m2，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。施工過(guò)程的建筑材料消耗量、運(yùn)輸距離等均為實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)，環(huán)境影響評(píng)價(jià)具有較好的準(zhǔn)確性。

2.1 目標(biāo)和范圍確定

評(píng)價(jià)目的是對(duì)建筑物化階段的環(huán)境影響進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)，比較分析各過(guò)程環(huán)境影響量化值，對(duì)產(chǎn)生環(huán)境影響較大的階段提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境和改善人們生活環(huán)境的目的。

評(píng)價(jià)范圍為建筑物化階段，主要包括建筑材料生產(chǎn)階段、建筑材料運(yùn)輸階段和建筑施工階段。通過(guò)實(shí)地調(diào)研和搜集文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，建立建筑物化階段資源消耗和環(huán)境排放清單數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。

2.2 清單分析

清單數(shù)據(jù)的質(zhì)量決定著環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本研究中清單數(shù)據(jù)主要來(lái)源于實(shí)地調(diào)研和文獻(xiàn)查閱，數(shù)據(jù)具有可靠性。不同階段清單數(shù)據(jù)收集方法如下：

建筑材料生產(chǎn)階段：主要考慮的建筑材料為商品混凝土、鋼筋、木材、水泥、砂子、保溫材料和加氣混凝土砌塊。材料的消耗量由施工單位材料用量清單整理統(tǒng)計(jì)獲得，如表1所示。生產(chǎn)上述建材的能源消耗與污染物排放主要參考已有研究給出的相關(guān)數(shù)據(jù)[10-12]。

表1 主要建筑材料消耗量

建筑材料運(yùn)輸階段：建材運(yùn)輸階段的能源消耗主要受材料數(shù)量、運(yùn)輸方式、運(yùn)輸距離等因素的影響。借鑒前人研究成果，運(yùn)輸距離為項(xiàng)目調(diào)研獲得，不同運(yùn)輸方式造成的能源消耗和污染物排放參考研究數(shù)據(jù)[13]。

建筑施工階段：現(xiàn)場(chǎng)施工階段的主要輸入為各類機(jī)械設(shè)備的能源消耗，可以根據(jù)單位建筑面積的相關(guān)能耗指標(biāo)計(jì)算各類能耗值[14]，施工場(chǎng)地內(nèi)的材料運(yùn)輸?shù)惹闆r不予考慮。

通過(guò)對(duì)各階段輸入—輸出數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，功能單位選取單位建筑面積(1m2)，得到1m2現(xiàn)澆式鋼筋混凝土建筑物化階段環(huán)境清單如表2所示。

表2 1m2現(xiàn)澆式鋼筋混凝土建筑物化階段環(huán)境清單

2.3 影響評(píng)價(jià)

影響評(píng)價(jià)是對(duì)建筑物化階段產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行量化的過(guò)程，通過(guò)清單數(shù)據(jù)的分類、特征化、加權(quán)等對(duì)10種中點(diǎn)環(huán)境影響類型進(jìn)行分析計(jì)算，加權(quán)計(jì)算的貨幣化因子采用課題組針對(duì)西寧市各種污染物排放造成的環(huán)境影響類型的貨幣化估值，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更具有科學(xué)性。計(jì)算得到各階段單位建筑面積(1m2)環(huán)境影響貢獻(xiàn)值如表3～4所示。

表3 1m2建筑材料生產(chǎn)階段環(huán)境影響

表4 1m2建筑材料運(yùn)輸與建筑施工階段環(huán)境影響

3 結(jié)果與討論

3.1 各階段環(huán)境影響貢獻(xiàn)值對(duì)比

將材料生產(chǎn)階段、材料運(yùn)輸階段和建筑施工階段的各類環(huán)境影響貢獻(xiàn)值匯總，各階段環(huán)境影響貢獻(xiàn)值對(duì)比如圖2所示。

由圖2可知，各階段產(chǎn)生的環(huán)境影響存在明顯的差異，環(huán)境影響最為嚴(yán)重的是材料生產(chǎn)階段，單位建筑面積環(huán)境影響貨幣化估值為156.25元，主要是因?yàn)椴牧仙a(chǎn)階段會(huì)有大量的礦產(chǎn)資源與化石能源消耗，受限于制造工藝的差異，建筑材料的投入產(chǎn)出比較低，環(huán)境污染排放較為嚴(yán)重。因此，改進(jìn)生產(chǎn)工藝是降低此階段環(huán)境影響最為重要的途徑。建筑施工階段的環(huán)境影響略大于材料運(yùn)輸階段，這兩階段的環(huán)境影響主要是各類機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸工具能源消耗造成的，合理的選擇建筑材料購(gòu)買源頭和規(guī)劃施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備布置與調(diào)度將有效減少能源消耗帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。

圖2 各階段環(huán)境影響貢獻(xiàn)值對(duì)比

圖3 物化階段各類環(huán)境影響

3.2 物化階段各類環(huán)境影響貢獻(xiàn)值對(duì)比

物化階段產(chǎn)生的環(huán)境影響多樣，將各類型環(huán)境影響貢獻(xiàn)值所占比例繪圖3進(jìn)行比較，了解物化階段不同環(huán)境影響的貢獻(xiàn)率。

物化階段產(chǎn)生的最大環(huán)境影響為全球變暖(85.97%)，其次是酸化(23.74%)、粉塵(21.79%)、富營(yíng)養(yǎng)化(19.54%)和礦石資源消耗(16.18%)。木材資源消耗、固體廢棄物、化石能源消耗和淡水資源消耗的影響最小，四者之和僅為總值的18.65%。造成這一結(jié)果的原因是建筑材料生產(chǎn)階段CO2、SO2、粉塵等污染物的排放較多，同時(shí)礦石資源是建材生產(chǎn)必不可少的原材料，因此相對(duì)應(yīng)的環(huán)境影響占比就高。結(jié)合圖2分析，建筑材料運(yùn)輸階段和建筑施工階段的環(huán)境影響總值遠(yuǎn)小于建筑材料生產(chǎn)階段，所以控制材料生產(chǎn)階段CO2、SO2、粉塵等污染物的排放是減少物化階段環(huán)境影響的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

研究基于生命周期評(píng)價(jià)方法建立建筑物化階段生命周期評(píng)價(jià)框架，通過(guò)目標(biāo)和范圍確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)這3個(gè)步驟，將物化階段產(chǎn)生的環(huán)境影響用貨幣化表征。將評(píng)價(jià)框架運(yùn)用于西寧市某公共建筑項(xiàng)目，對(duì)其物化階段進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，得到如下結(jié)論：

(1)材料生產(chǎn)階段的節(jié)能減排是建筑生命周期中的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)改進(jìn)建筑原材料的加工工藝或者尋找新型的低能源低排放的建筑材料，可減少材料生產(chǎn)階段的物耗能耗，降低污染物質(zhì)的排放。

(2)物化階段的生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果用貨幣化表征，可以為施工企業(yè)執(zhí)行“污染者付費(fèi)原則”提供可靠的科學(xué)依據(jù)，在評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的改善措施，可以顯著減少環(huán)境污染問(wèn)題。

(3)后續(xù)研究可以持續(xù)關(guān)注建筑生命周期各種能源消耗與污染物質(zhì)排放的最新研究成果，不斷完善環(huán)境影響評(píng)價(jià)類型，使生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。