單治超

（云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650228）

0 引言

1992年6月，世界各地舉行了一次世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)，并就《環(huán)境發(fā)展宣言》及《21世紀(jì)議程》提出了一項(xiàng)以可持續(xù)發(fā)展概念為主旨的方針。根據(jù)調(diào)查，中國(guó)的建筑工程能耗在全球能源消費(fèi)總量的50%左右，約40%為天然資源，其中黏土、石灰石、沙石等的消費(fèi)超過(guò)50億t，而能耗高達(dá)2300萬(wàn)t[1]。

從建筑工程的整個(gè)生命周期來(lái)評(píng)估建筑工程的環(huán)保效果，對(duì)其進(jìn)行全流程的綜合分析，最好既能滿(mǎn)足工程的現(xiàn)實(shí)需要，又能充實(shí)和改進(jìn)建材的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。從實(shí)際出發(fā)。本文建立了一個(gè)完整的生命周期評(píng)估指數(shù)基礎(chǔ)上，引入了綠度的定義，并對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行了量化、整合，并利用BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物料的追蹤與追溯，在實(shí)際應(yīng)用中有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 生命周期評(píng)價(jià)概述

環(huán)境影響評(píng)估概述隨著資源和能源的短缺，人類(lèi)和動(dòng)植物的生存環(huán)境日益惡化，各個(gè)產(chǎn)業(yè)都需要進(jìn)行“節(jié)能減排”和潔凈的制造。在這方面，對(duì)材料從開(kāi)采、運(yùn)輸、加工、生產(chǎn)、使用、報(bào)廢等整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行環(huán)保影響評(píng)估，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的首要任務(wù)。

2 生命周期評(píng)價(jià)定義與框架

當(dāng)前，已有很多行業(yè)和機(jī)構(gòu)對(duì)LCA進(jìn)行了定義，而ISO則是在國(guó)際環(huán)境毒理與化學(xué)協(xié)會(huì)（SETAC）和《國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》中最有權(quán)威的。在1993，SETAC為L(zhǎng)CA作了以下的界定：在被評(píng)估目標(biāo)的能源消耗、物質(zhì)消耗和廢物排放量的基礎(chǔ)上，對(duì)某一產(chǎn)品、過(guò)程或事件的環(huán)境負(fù)載進(jìn)行了評(píng)估；評(píng)估過(guò)程包括整個(gè)產(chǎn)品、工藝或事件的整個(gè)生命周期，包括原料的萃取和加工、生產(chǎn)、運(yùn)輸和銷(xiāo)售、使用、再使用、維護(hù)、循環(huán)再循環(huán)直至完全報(bào)廢。ISO（ISO14040）修正后的LCA定義是對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中輸入、輸出及其潛在的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行匯總和評(píng)估。生命周期技術(shù)一般采用LCA技術(shù)，并將生命周期費(fèi)用（LCC）和LO相融合。這種技術(shù)為生產(chǎn)廠家提供了新的機(jī)遇，讓他們既可以在技術(shù)上也可以在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益上達(dá)到最好的狀態(tài)。LCA按照SETAC和ISO14000的標(biāo)準(zhǔn)制定了一個(gè)共同的架構(gòu)，包括了目的和范疇、編目分析、環(huán)境影響評(píng)價(jià)和成果的說(shuō)明，如圖1所示。

圖1 生命周期理念評(píng)價(jià)框架

3 建筑材料全生命周期

整個(gè)產(chǎn)品的壽命過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)、綜合的過(guò)程，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的生命周期進(jìn)行全面的認(rèn)識(shí)是建立整個(gè)產(chǎn)品生命周期的前提。建筑材料的綠色全生命周期是空間與時(shí)間的多個(gè)層面，是一個(gè)科學(xué)的過(guò)程。

4 全生命周期評(píng)價(jià)方法及步驟

環(huán)境影響評(píng)估包括目標(biāo)和范圍、編目分析、環(huán)境影響評(píng)估和結(jié)果解釋。建材的整個(gè)生命期是指建材原料收集、生產(chǎn)、使用、維護(hù)、廢棄、拆除等整個(gè)生產(chǎn)流程與周?chē)年P(guān)系。

評(píng)價(jià)以資源消耗、水污染、固體廢物污染、大氣污染等為基礎(chǔ)，利用環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)建立評(píng)價(jià)體系。環(huán)境影響評(píng)價(jià)的手段多種多樣，但其主要內(nèi)容包括分類(lèi)、表征、歸一化、評(píng)估4個(gè)階段。

5 建筑材料的生命周期評(píng)價(jià)

建材在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的作用。建材的使用和制造是廣泛的，并且兩者都與人們的生活習(xí)慣有關(guān)。建筑的每一種材料都會(huì)對(duì)建筑的質(zhì)量產(chǎn)生重要的作用，所以必須對(duì)建筑的整個(gè)生命期進(jìn)行評(píng)估。從當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，建材的生命周期評(píng)估已經(jīng)成為L(zhǎng)CA的主要內(nèi)容。

建材行業(yè)、原材料、能源、基礎(chǔ)建材、環(huán)境污染等方面都存在著大量的問(wèn)題，包括了各種工藝，其中包括資源、能源、建材等。要想真正完善、成型的LCA技術(shù)，就需要有充足的基礎(chǔ)資料，以滿(mǎn)足目前的需求，首先要對(duì)建材生產(chǎn)企業(yè)、建材行業(yè)進(jìn)行環(huán)境基本資料的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)建材生產(chǎn)階段資源、能量、環(huán)境釋放及工業(yè)工藝的數(shù)據(jù)收集，為建材的生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其次，建立能源、基礎(chǔ)建材、建材等行業(yè)的過(guò)程數(shù)學(xué)模式，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲取基本的能源和能源消耗、污染物排放等基礎(chǔ)資料，實(shí)現(xiàn)短期、階段性的解決。建筑產(chǎn)品壽命周期評(píng)價(jià)旨在為在建筑工程中選擇綠色建筑材料，以及在施工中對(duì)建筑“綠色程度”進(jìn)行定量對(duì)比，從而達(dá)到對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)的目標(biāo)。由于對(duì)建筑材料行業(yè)的深入分析，對(duì)建筑材料生產(chǎn)過(guò)程中的資源、能源和環(huán)境排放等方面的統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)分析方法是目前亟待解決的問(wèn)題，而從長(zhǎng)期來(lái)看，建材壽命周期環(huán)境影響量化評(píng)價(jià)必須進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，建立資源、能源、建材生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸、基礎(chǔ)建材的清單數(shù)據(jù)庫(kù)。

人們相信，建筑原料已經(jīng)走過(guò)了“從萌芽到死亡”的整個(gè)歷程，但是不可能清楚地指明一塊磚塊和一噸隔熱物質(zhì)的生命周期，而基本的原材料僅僅是從“出生到制造”的過(guò)程。再經(jīng)基本建材加工組裝而成的建筑用部件，在整個(gè)建筑的整個(gè)生命周期中繼續(xù)進(jìn)行，并擔(dān)負(fù)起各種不同的作用。而不同的建筑構(gòu)件之間的對(duì)比，就是要達(dá)到同樣的效果。在確定建筑材料LCA的研究范疇時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行定義和定量，以便為其輸入和產(chǎn)出提供一個(gè)數(shù)理上的參考，從而為相關(guān)的建筑部門(mén)的環(huán)境效應(yīng)的比較提供能量。

建筑材料生命周期環(huán)境效應(yīng)量化評(píng)估的主要對(duì)象是建筑師、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商、綠色建筑評(píng)估師等，他們?nèi)狈Σ牧蠈W(xué)、環(huán)境學(xué)、LCA等方面的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，因此量化評(píng)估必須經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、分組和加權(quán)，最終形成單一的無(wú)因次環(huán)境評(píng)估指標(biāo)，便于一般的外行人士使用。標(biāo)準(zhǔn)化是指將特征化用所選擇的參考數(shù)值作為除法。轉(zhuǎn)換后的非因次量使得建筑材料對(duì)各種環(huán)境的作用可以比較，從而為建筑材料的各種環(huán)境效應(yīng)的權(quán)重計(jì)算奠定基礎(chǔ)。

6 建筑材料全生命周期的綠色度

6.1 綠色度概述

綠色建筑材料的評(píng)價(jià)不能簡(jiǎn)單地用定性的方法判斷是否達(dá)到了要求，要把定性與定量分析相統(tǒng)一，利用具體指數(shù)，從而得到更加科學(xué)的評(píng)價(jià)?！熬G色度”就是在這種情況下產(chǎn)生的。

6.2 建筑材料綠色度的使用

綠色度應(yīng)該從產(chǎn)品的生命周期中來(lái)看，因?yàn)樯a(chǎn)工藝是一個(gè)動(dòng)態(tài)的，所以在不同的生產(chǎn)工藝中，每一個(gè)產(chǎn)品都有一個(gè)綠色度，而每一個(gè)工藝都有一個(gè)相應(yīng)的綠色度，而在這個(gè)“綠色”的整體體系中進(jìn)行綜合評(píng)估時(shí)，采用最后的綠色色度作為評(píng)判指標(biāo)。所謂“綠色度”，一般是指一個(gè)物質(zhì)的整體綠色度，它涵蓋了一個(gè)材料整個(gè)生命周期中的全部“綠色度”。通過(guò)綠色度、過(guò)程綠色度、綜合綠色度進(jìn)行對(duì)比和分析。

綠色度不是指單一的綠色度，它表示材料的節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。“綠色度量表”表示原料采集、生產(chǎn)、使用、維護(hù)、拆除等各個(gè)環(huán)節(jié)的“綠色度”，也包括節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)、安全和經(jīng)濟(jì)等不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。“綜合綠色度”是對(duì)材料的整體環(huán)保性能進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。

綠色度本質(zhì)上是一種綠色的指標(biāo)，為方便分析和解釋?zhuān)岢觥熬G色度”應(yīng)該包含相應(yīng)的間隔分?jǐn)?shù)，其中“綠色度”的區(qū)間得分范圍從0到10，0代表著綠色程度非常低，10代表著最好，0和10應(yīng)該是一個(gè)關(guān)鍵的數(shù)字。

7 建筑材料綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)框架構(gòu)建

7.1 建筑材料綠色度靜態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)

建材的環(huán)保綜合評(píng)估是從各種不同的角度來(lái)衡量對(duì)環(huán)境的各種影響。從“綠色度”的概念和綠色建筑材料的定義出發(fā)，提出了節(jié)能、環(huán)保、舒適和經(jīng)濟(jì)程度等方面的靜態(tài)評(píng)估。

7.2 全生命周期下建筑材料評(píng)價(jià)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化

建材的生命周期綠度評(píng)估指數(shù)應(yīng)當(dāng)綜合考慮原料采集、運(yùn)輸、生產(chǎn)、施工、使用和拆除等各個(gè)階段的動(dòng)態(tài)評(píng)估指數(shù)。在評(píng)價(jià)期間，將采集和運(yùn)輸階段合并到建筑材料的制造階段進(jìn)行指數(shù)計(jì)算。

7.3 構(gòu)建建筑材料綠色度評(píng)價(jià)框架

在建筑材料的綠色評(píng)估體系中，應(yīng)該從產(chǎn)品的整個(gè)生命周期角度出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行全面的研究。從節(jié)能，環(huán)保，舒適，生態(tài)等方面探討了建材的問(wèn)題，并由此建立了建材的評(píng)估體系[2]。在建立綠色度評(píng)估體系時(shí)，必須遵守一些基本的準(zhǔn)則。首先是整體，要將影響到整個(gè)環(huán)境的各種因素都納入考量之中；然后是代表性，有許多指標(biāo)都是有普適性的，選擇一些有代表性的指數(shù)可以減少評(píng)估的工作量。

8 建筑材料環(huán)保能耗的比較分析

8.1 能耗權(quán)重的選擇

傳統(tǒng)建材能源消耗指標(biāo)的選取主要依據(jù)全生命周期的綠度值。在整個(gè)生命周期的綠色度評(píng)估中，根據(jù)各等級(jí)的不同，可以決定所消耗的重量。從整個(gè)生命周期來(lái)看，能源消耗的權(quán)值主要包含以下3個(gè)部分：①生產(chǎn)、施工、使用、拆除各個(gè)環(huán)節(jié)中的能源消耗。②各個(gè)工序中的能源消耗。③如果有三個(gè)等級(jí)劃分，則要考慮材料能源消耗、材料耐久性、材料生產(chǎn)成本等指標(biāo)的比重。在以往的大量資料中，常用的計(jì)算方法有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，而客觀賦權(quán)法則是以歷史資料為基礎(chǔ)，具有較高的客觀性，但所需的歷史資料較多，在缺少相應(yīng)資料的情況下，其彈性較差。目前，一般采用的客觀賦權(quán)法有變異系數(shù)法、主成分分析法、多目標(biāo)規(guī)劃法。在選擇現(xiàn)代建筑材料的能源消耗時(shí)，采用AHP法來(lái)計(jì)算有關(guān)的能源消耗。鑒于現(xiàn)代建材的環(huán)保評(píng)估既有定性的，也有定量的，而對(duì)其進(jìn)行全生命的分析，更是少之又少，且缺少相應(yīng)的歷史資料。因此，在能量權(quán)數(shù)的選取上，以主觀賦值為宜，而在較晚時(shí)，運(yùn)用AHP來(lái)進(jìn)行能量加權(quán)的選取。用AHP方法計(jì)算能量消耗的方法如下：①建立每個(gè)評(píng)估員評(píng)分的評(píng)判模型。②計(jì)算特征矢量。③一致性檢查。④各評(píng)判員對(duì)各因素的能量計(jì)算。⑤各評(píng)判員的權(quán)重，得出各因素的綜合能耗加權(quán)。全生命周期能耗如圖2所示。

圖2 全生命周期能耗

8.2 材料相關(guān)指標(biāo)實(shí)際值的測(cè)定

在整個(gè)生命周期中，所有相關(guān)方都可以獲取RFID技術(shù)，將資源消耗、能源消耗、廢物排放等相關(guān)環(huán)境負(fù)荷指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，建筑施工方通過(guò)掃描RFID標(biāo)簽，可以獲得建材相關(guān)數(shù)據(jù)資料，節(jié)省檢驗(yàn)步驟降低消耗，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)識(shí)別新的環(huán)境負(fù)載指數(shù)，這些指標(biāo)都能自動(dòng)鏈接到全生命周期的建材數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，通過(guò)對(duì)綠色程度的精確評(píng)估，對(duì)現(xiàn)代建材能源消耗的量值進(jìn)行了精確的測(cè)量，表明現(xiàn)代化建材能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的[3]。

8.3 綠色建材評(píng)價(jià)體系的維持

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行早期控制，再利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工建模和碰撞檢測(cè)，從而減少建筑的能源消耗。此外，BIM技術(shù)還可以在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行準(zhǔn)確的位置識(shí)別，減少風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)物料的使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，并在尾氣收集過(guò)程中進(jìn)行物料的分類(lèi)和合理的處置。此外，當(dāng)局還可以通過(guò)請(qǐng)求有關(guān)資料的科學(xué)、可信的檢定報(bào)告來(lái)控制公司實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。它充分反映了現(xiàn)代建材節(jié)能的特點(diǎn)。

9 結(jié)語(yǔ)

越來(lái)越多的人開(kāi)始重視生態(tài)問(wèn)題后，生命周期評(píng)價(jià)將逐步走向成熟，其影響也越來(lái)越大。目前，生命周期評(píng)估的方式有許多種，除了遵循結(jié)構(gòu)的需求之外，還有許多新的方法，將其他的算法與生命周期結(jié)合起來(lái)，對(duì)一個(gè)物料或系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，例如使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)（ANN）和基因演算法，改進(jìn)了該系統(tǒng)的生命期評(píng)估流程，以此為依據(jù)，考慮了機(jī)械性能，經(jīng)濟(jì)性等諸多影響的情況下，采用二者結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)模式，得到最少的環(huán)境負(fù)載。本文所述的模式都有各自的優(yōu)點(diǎn)和難點(diǎn)，在評(píng)價(jià)目標(biāo)后，要依據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)的整個(gè)生命特性和評(píng)估要求的準(zhǔn)確性來(lái)選取適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)模式。發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，避開(kāi)自己的弱點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，建立適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境狀況的生命周期評(píng)價(jià)方法，以促進(jìn)資源、能源的有效使用和可持續(xù)發(fā)展。