摘要：建筑行業(yè)碳排放涉及上下游產(chǎn)業(yè)多，為碳排放統(tǒng)計(jì)帶來一定困難。通過搭建信息化系統(tǒng)，將建筑企業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)分為項(xiàng)目、公司、集團(tuán)三個(gè)層級(jí)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的能耗水平和直接碳排放量進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，將區(qū)塊鏈技術(shù)與碳排放數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相結(jié)合，使用硬件芯片保護(hù)密鑰提高系統(tǒng)的安全性。目前，該平臺(tái)已應(yīng)用于500余個(gè)實(shí)際項(xiàng)目，有效提高了項(xiàng)目碳排放統(tǒng)計(jì)和管理效率。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；碳排放；建筑企業(yè)；統(tǒng)計(jì)與管理平臺(tái)

0"引言

隨著我國雙碳戰(zhàn)略的實(shí)施，各行業(yè)積極踐行節(jié)能降碳行動(dòng)。建筑行業(yè)是我國碳排放的主要來源之一。2020年，全國建筑全過程碳排放總量為50.8億tCO2，占全國碳排放總量的50.9%[1]。由此可見，建筑行業(yè)急需轉(zhuǎn)型升級(jí)，降低碳排放。

建筑行業(yè)全過程碳排放涉及建材生產(chǎn)、施工建造和建筑運(yùn)維各階段。因此，需要準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)各階段碳排放值，為后續(xù)碳達(dá)峰方案制訂、降碳路徑優(yōu)化和降碳技術(shù)創(chuàng)新提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，如何準(zhǔn)確地對(duì)碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)成為建筑企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

1"建筑行業(yè)碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)與方法

1.1"計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，各國政府和國際組織關(guān)于碳排放的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)已形成一定成果。世界資源研究所（WRI）和世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(huì)（WBCSD）合作編寫了《溫室氣體核算體系》，提供了溫室氣體度量標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目計(jì)算框架，并將排放源分為直接排放源、間接排放源和其他間接排放源[2]，避免了碳排放重復(fù)計(jì)算的問題。2006年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布了ISO 14064系列標(biāo)準(zhǔn)，并于2018年和2019年進(jìn)行修訂。其中，對(duì)間接排放進(jìn)行了量化，提出了“顯著的間接排放”這一概念。

我國頒布的《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019）（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）于2019年12月1日開始實(shí)施，這是我國第一部建筑碳排放計(jì)算國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將建筑碳排劃分為建材生產(chǎn)階段、施工建造階段和運(yùn)行維護(hù)階段。其中，建材生產(chǎn)和運(yùn)行維護(hù)階段的碳排放量占比超過97%[1]。建材生產(chǎn)碳排放統(tǒng)計(jì)范圍包括建材生產(chǎn)和運(yùn)輸階段的碳排放，施工建造階段碳排放統(tǒng)計(jì)范圍包括各分部分項(xiàng)施工過程中產(chǎn)生的碳排放和各項(xiàng)措施項(xiàng)目在實(shí)施過程中產(chǎn)生的碳排放，運(yùn)行維護(hù)階段碳排放統(tǒng)計(jì)范圍包括暖通空調(diào)、生活用水、照明及電梯等產(chǎn)生的碳排放[3]。

1.2"計(jì)算方法

建筑行業(yè)碳排放計(jì)算的主要方法[4]包括實(shí)測(cè)法、投入產(chǎn)出法、物料衡算法和碳排放因子法。

（1）實(shí)測(cè)法。通過實(shí)際測(cè)量建筑物在各階段直接排放的氣體組成，準(zhǔn)確表征碳排放情況。該方法實(shí)際操作難度較大，受環(huán)境影響較大。

（2）投入產(chǎn)出法。通過統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)的投入與產(chǎn)出，建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量推斷該產(chǎn)品的平均內(nèi)含碳排放量。該方法一般適用于宏觀研究或產(chǎn)品生產(chǎn)部門。

（3）物料衡算法。依據(jù)物質(zhì)守恒定律，通過對(duì)排放主體的投入和產(chǎn)出中的含碳量進(jìn)行平衡計(jì)算得到碳排放數(shù)據(jù)。該方法適用于針對(duì)特定產(chǎn)品的碳排放量計(jì)算，不適用建筑全過程碳排放計(jì)算。

（4）碳排放因子法。通過單位數(shù)量不同活動(dòng)的碳排放因子乘以相應(yīng)活動(dòng)的時(shí)長或工作量得到碳排放值。由于建筑行業(yè)涉及的產(chǎn)品和活動(dòng)復(fù)雜，該方法具有較大的可行性，是目前主要采用的評(píng)價(jià)方法。

2"建筑企業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)現(xiàn)存問題

對(duì)于建筑企業(yè)，特別是施工企業(yè)而言，其生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)涉及從建材生產(chǎn)或購買到施工建造再到運(yùn)營維護(hù)和拆除的全過程。因此，建筑行業(yè)全過程碳排放值與建筑企業(yè)碳排放值密切相關(guān)。

針對(duì)建筑企業(yè)的碳排放統(tǒng)計(jì)不僅可以分析企業(yè)本身的碳排放數(shù)據(jù)，而且可以從側(cè)面反映我國建筑全生命周期碳排放狀況。目前，建筑行業(yè)企業(yè)進(jìn)行碳排放統(tǒng)計(jì)面臨以下問題：

（1）碳排放統(tǒng)計(jì)的可操作性不強(qiáng)。《標(biāo)準(zhǔn)》確定了基本的碳排放計(jì)算邊界，但對(duì)于碳排放數(shù)據(jù)的獲取方式?jīng)]有進(jìn)行詳細(xì)描述。

（2）碳排放統(tǒng)計(jì)的詳細(xì)度不足，部分統(tǒng)計(jì)方法誤差較大。例如，《標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于施工機(jī)具碳排放的統(tǒng)計(jì)方法采用臺(tái)班乘以單位碳排放因子的方式。然而，在通常情況下，施工現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)班統(tǒng)計(jì)包含了許多成本因素的綜合折算量，并非施工機(jī)具的實(shí)際工作量，因此存在統(tǒng)計(jì)誤差。

（3）建筑企業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)，特別是項(xiàng)目的碳排放統(tǒng)計(jì)缺乏系統(tǒng)化的填報(bào)規(guī)范和審核機(jī)制，人為因素影響較大，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量較低。

（4）建筑行業(yè)碳排放因子庫完整度和詳細(xì)度不足。目前，碳排放因子庫涵蓋面有限，部分材料的碳排放因子缺失，且詳細(xì)度不足。例如，僅根據(jù)鏟斗容量將挖掘機(jī)劃分為兩類，沒有考慮各類機(jī)具的使用效率和運(yùn)行情況對(duì)碳排放的影響。

3"碳排放統(tǒng)計(jì)與管理平臺(tái)構(gòu)建

為了解決上述問題，借助信息化手段構(gòu)建建筑企業(yè)碳數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與管理平臺(tái)，采用實(shí)測(cè)法和碳排放因子法相結(jié)合的方法，引入物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈等信息技術(shù)，提高碳數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確度和效率，幫助建筑企業(yè)提高碳數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和管理能力。

3.1"平臺(tái)設(shè)計(jì)

碳數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與管理平臺(tái)主要功能包括碳數(shù)據(jù)采集、碳數(shù)據(jù)分類管理、碳數(shù)據(jù)分析與導(dǎo)出、人員權(quán)限管理、BIM模型管理等。下面以碳數(shù)據(jù)采集和碳數(shù)據(jù)分類管理為例展開分析。

3.1.1"碳數(shù)據(jù)采集

在碳數(shù)據(jù)采集方面，采用人工填報(bào)和物聯(lián)網(wǎng)采集相結(jié)合的方式。設(shè)計(jì)人工填報(bào)表格，采用在線填報(bào)的方式對(duì)建筑企業(yè)涉及的碳排放內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括固定源化石燃料、移動(dòng)源化石燃料、制冷劑、六氟化硫、滅火器、生活廢水、外購電力、外購熱力、材料種類和用量、材料運(yùn)輸、碳匯、可再生能源等。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)內(nèi)容和碳排放因子相關(guān)文獻(xiàn)研究成果，建立碳排放因子庫，統(tǒng)一各類項(xiàng)目碳排放因子的統(tǒng)計(jì)單位和方法。

針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和自持物業(yè)的用電用能情況，研制內(nèi)嵌物聯(lián)網(wǎng)芯片的智能電表和水表。采用MQTT、CoAP、LwM2M物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和4G物聯(lián)網(wǎng)芯片實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳。同時(shí)，搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)具等設(shè)備，采用實(shí)測(cè)法測(cè)量碳排放值，研制碳排放采集設(shè)備并接入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

3.1.2"碳數(shù)據(jù)分類管理

在碳數(shù)據(jù)分類管理方面，采用前后端分離的設(shè)計(jì)搭建管理系統(tǒng)，應(yīng)用Javascript制作Web管理前端，基于Go語言編制后端服務(wù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。碳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)界面如圖1所示。

該系統(tǒng)分為三個(gè)層級(jí)：項(xiàng)目級(jí)、公司級(jí)和集團(tuán)級(jí)。共性展示內(nèi)容包括碳排放總量、單位產(chǎn)值碳排放量、配額、CCER、碳匯、可再生能源、隱含碳排放等。同時(shí)，可根據(jù)不同的項(xiàng)目類型進(jìn)行碳排放值分類匯總。項(xiàng)目級(jí)層面動(dòng)態(tài)展示項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的用能情況和不同工期對(duì)應(yīng)的階段性碳排放值，公司級(jí)層面展示不同子企業(yè)的碳排放總量、單位產(chǎn)值碳排放量和碳排放量排名，集團(tuán)級(jí)層面展示集團(tuán)的碳排放總量和不同地區(qū)的碳排放值。

3.2"區(qū)塊鏈系統(tǒng)

建筑行業(yè)參與方眾多，上下游關(guān)系復(fù)雜，不同企業(yè)間的管理模式差異較大，因此，難以準(zhǔn)確掌握建筑企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)的真實(shí)性和合規(guī)性。

區(qū)塊鏈技術(shù)作為去中心化、公開透明、可追溯、不可篡改的信息技術(shù)，已經(jīng)在數(shù)字金融領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。將區(qū)塊鏈技術(shù)與碳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理平臺(tái)相結(jié)合，能夠保障數(shù)據(jù)安全，實(shí)現(xiàn)碳數(shù)據(jù)可信流轉(zhuǎn)。同時(shí)，去中心化、非第三方管理的區(qū)塊鏈系統(tǒng)符合建筑行業(yè)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，有利于吸引更多的上下游企業(yè)融入?yún)^(qū)塊鏈生態(tài)，促進(jìn)行業(yè)協(xié)同降碳。

該系統(tǒng)采用聯(lián)盟鏈架構(gòu)[5]，各節(jié)點(diǎn)的加入需要企業(yè)進(jìn)行審核。采集到的碳數(shù)據(jù)作為一種“交易數(shù)據(jù)”打包鏈入?yún)^(qū)塊鏈，交易的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出方轉(zhuǎn)變?yōu)樘紨?shù)據(jù)的采集方和審核方。如果僅以單方驗(yàn)證的方式將采集到的碳數(shù)據(jù)進(jìn)行打包鏈入?yún)^(qū)塊鏈，將無法保證碳數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，存在惡意上傳或偽造數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，采用非對(duì)稱加密的方式，由碳數(shù)據(jù)采集方發(fā)起“交易”申請(qǐng)并對(duì)數(shù)據(jù)采用私鑰進(jìn)行簽名，同時(shí)指定審核方。審核方驗(yàn)證碳數(shù)據(jù)后同意“交易”并使用私鑰簽名，之后將該碳數(shù)據(jù)放入交易池內(nèi)等待共識(shí)節(jié)點(diǎn)的后續(xù)上鏈操作。通過公鑰驗(yàn)證各自簽名確認(rèn)交易的合法性，將多個(gè)碳數(shù)據(jù)打包形成區(qū)塊，并在全網(wǎng)廣播同步賬本信息，基本流程如圖2所示。

由于碳數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中應(yīng)用了大量物聯(lián)網(wǎng)采集技術(shù)，故將采集端私鑰固化至安全芯片，形成硬件錢包，大大降低了私鑰泄露風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.3"系統(tǒng)參與角色

在系統(tǒng)參與角色方面，引入建筑施工企業(yè)、上游建材企業(yè)、下游分包商、運(yùn)維方和監(jiān)管方。多方共同參與，形成一個(gè)去中心化的碳數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多方數(shù)據(jù)的共享與互通，提高了數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)效率。

4"應(yīng)用效果

目前，該平臺(tái)已應(yīng)用于中國建筑一局（集團(tuán)）有限公司的項(xiàng)目日常碳排放管理，500余個(gè)項(xiàng)目的碳排放數(shù)據(jù)已經(jīng)接入該平臺(tái)。該平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)匯總及時(shí)、各類能耗實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，基于該平臺(tái)，項(xiàng)目人員能夠?qū)崟r(shí)、便捷地對(duì)日常施工中的碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。

5"結(jié)語

本文基于建筑企業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)與管理現(xiàn)存問題，搭建了基于區(qū)塊鏈的碳數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與管理平臺(tái)，研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)具直接碳排放監(jiān)測(cè)設(shè)備。同時(shí)，對(duì)區(qū)塊鏈架構(gòu)進(jìn)行了適應(yīng)性改造，通過將私鑰與安全芯片進(jìn)行綁定，提高了碳數(shù)據(jù)的安全性。該平臺(tái)已應(yīng)用于500余個(gè)項(xiàng)目的碳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理，實(shí)現(xiàn)了既定設(shè)計(jì)功能，為建筑企業(yè)碳排放監(jiān)測(cè)與管理提供了支撐。

基于平臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)狀，提出以下升級(jí)和優(yōu)化建議：

（1）實(shí)現(xiàn)碳數(shù)據(jù)的自動(dòng)填報(bào)與審核。目前，部分碳數(shù)據(jù)信息采集仍需人工清單填報(bào)。然而，建筑企業(yè)大部分碳排放數(shù)據(jù)是以不同形式存在于不同系統(tǒng)中，建議打通系統(tǒng)信息壁壘，實(shí)現(xiàn)碳數(shù)據(jù)自動(dòng)填報(bào)與審核。

（2）完善碳排放因子庫?，F(xiàn)有因子庫不能滿足項(xiàng)目碳排放計(jì)算需求，同時(shí)缺乏新材料、新技術(shù)的碳排放因子庫，不利于主動(dòng)采用低碳新材料和綠色低碳施工新技術(shù)。建議今后進(jìn)一步完善和更新碳排放因子庫。

（3）加強(qiáng)區(qū)塊鏈在碳足跡中的應(yīng)用。區(qū)塊鏈具有多方參與、信息共享與不可篡改的特點(diǎn)，十分契合碳足跡的應(yīng)用需求。將區(qū)塊鏈與部品部件的碳足跡進(jìn)行深度耦合是今后建筑企業(yè)碳排放研究的主要方向。

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收稿日期：2023-05-18

作者簡(jiǎn)介：

王長軍（1981—），男，正高級(jí)工程師，研究方向：綠色低碳。

龐森（1989—），男，博士，工程師，研究方向：綠色低碳。

李浩（1982—），男，高級(jí)工程師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)、工程施工、綠色低碳。

王?。?983—），女，高級(jí)工程師，研究方向：項(xiàng)目管理。

王劭瑞（1969—），男，高級(jí)工程師，研究方向：綠色低碳。

許丹丹（1990—），女，工程師，研究方向：綠色低碳、科技管理。