李 欽，鄧玉輝

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

近些年來，隨著全球氣候的變暖，建筑工程項目的碳排放控制已成為亟待解決的一個重要問題。BIM 技術(shù)作為當前建筑行業(yè)中一種先進的技術(shù)，以其獨特的優(yōu)勢在建筑碳排放計算與分析中發(fā)揮出了愈加重要的作用。廣東省技師學院新校區(qū)建設（一期）項目作為重要的教育基礎設施建設項目，其碳排放控制具有重要意義。

1 建筑碳排放的界定

對于建筑碳排放，對其進行綜合評價需要貫穿建筑的全生命周期，包括規(guī)劃與設計、材料構(gòu)件生產(chǎn)和建造與運輸階段、建筑建造階段、建筑拆除階段的碳排放等多個階段。在這一全循環(huán)過程中，物質(zhì)能源流動對環(huán)境帶來的影響，以及由此帶來的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境綜合效益，都是評價建筑碳排放時不可或缺的重要因素。其中，規(guī)劃與設計階段是建筑碳排放的源頭。在這一階段，設計人員的設計理念和設計方法直接影響著建筑整體的碳排放水平?？茖W與合理的建筑設計可以優(yōu)化和提升建筑的布局，提高建筑物體的采光和通風效果，減少能源消耗和碳排放；材料構(gòu)件生產(chǎn)和建造與運輸也是建筑碳排放的重要組成部分，在這一階段建筑材料的使用和生產(chǎn)工藝，都會對建筑的碳排放產(chǎn)生深遠影響；特別是在建筑建造階段，建筑物體的實際情況直接反映著碳排放的水平，在這一階段中碳排放主要集中于能源消耗，如燃氣和電力；在建筑拆除階段，建筑完工后的廢棄物處理也是評價碳排放指標的重要因素，合理的廢棄物處理方法和二次利用不僅可以減少其對于周邊環(huán)境的污染，還可以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，降低和減少碳排放[1]。

2 碳排放技術(shù)路線及計算過程

2.1 技術(shù)路線

碳排放技術(shù)路線的實施是一個復雜且系統(tǒng)的過程，涉及多個環(huán)節(jié)和步驟。首先，需要進行實施準備。這一階段主要包括收集碳排放相關的數(shù)據(jù)和信息，明確技術(shù)路線的目標和要求，以及確定所需的資源和技術(shù)支持。同時，建立建筑信息模型（BIM）。模型也是這一階段的重要任務，它能夠為后續(xù)的碳排放計算提供準確的基礎數(shù)據(jù)[2]。將建立的BIM 模型用來收集建筑物的相關資料和數(shù)據(jù)，并利用專業(yè)的BIM 軟件，創(chuàng)建一個精確的三維建筑模型。BIM 模型建立完成后，將其導入專業(yè)的碳排放計算軟件中。通過軟件的分析和計算，可以得出建筑物在運行過程中產(chǎn)生的碳排放量以及各個環(huán)節(jié)的碳排放貢獻度。這些數(shù)據(jù)可以為后續(xù)的碳排放專業(yè)設計提供了重要的參考依據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，將碳排放計算軟件的分析結(jié)果傳遞給專業(yè)設計團隊。設計團隊根據(jù)這些數(shù)據(jù)，結(jié)合建筑物的實際情況，制定針對性的碳排放減排方案。這些方案主要包括優(yōu)化建筑設計、改進能源使用方式、采用低碳材料等措施。最后，進入運行階段。在這一階段，將實施專業(yè)設計團隊制定的減排方案，并持續(xù)監(jiān)測建筑物的碳排放情況。通過不斷的數(shù)據(jù)反饋和調(diào)整，可以確保建筑物在運行過程中達到預期的碳排放目標。

2.2 BIM 技術(shù)的建筑碳排放計算

2.2.1 碳排放BIM 模型創(chuàng)建

BIM 模型主要由墻體、門窗、樓板、屋面，組成。模型應保證構(gòu)件基本參數(shù)準確性。模型深度應符合《建筑信息模型設計交付標準》中LOD3.0 的規(guī)定。模型房間墻體必須閉合，不應使用房間分割線劃分房間。門聯(lián)窗中的門窗構(gòu)件應分開放置。BIM 模型構(gòu)件參數(shù)準確設置，如：寬度、高度、厚度、標高等。圖1 為碳排放BIM 模型。

圖1 碳排放BIM 模型

2.2.2 碳排放BIM 模型的轉(zhuǎn)換

碳排放計算是基于綠色建筑性能設計系統(tǒng)PKPMGBP 軟件內(nèi)操作。用于碳排放計算的模型基于BIM 模型進行轉(zhuǎn)換，首先在專業(yè)碳排放轉(zhuǎn)換插件匹配樓層標記，在利用專業(yè)碳排放轉(zhuǎn)換插件導出bdls 模型，如圖2所示。

圖2 bdls 模型

2.2.3 碳排放計算原理

（1）建材生產(chǎn)及運輸階段。

計算原理。對于材料構(gòu)件生產(chǎn)、建造與運輸階段的碳排放計算，BIM 技術(shù)的計算原理得益于物料衡算法和生命周期評估法[3]。其中，物料衡算法依據(jù)質(zhì)量守恒定律，對生產(chǎn)過程中投入物料和產(chǎn)出的物質(zhì)進行精確計算，得出材料構(gòu)件生產(chǎn)、建造與運輸階段的碳排放量。而生命周期評估法則是對材料構(gòu)件從生產(chǎn)到運輸、再到建造使用的全過程中，每一個環(huán)節(jié)的碳排放進行詳細分析和計算。在BIM 技術(shù)的支持下，可以構(gòu)建精細化的建筑信息模型，從而對材料構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和建造過程進行模擬與分析，通過提取模型中材料的種類、數(shù)量、運輸距離等的信息，從而更準確的計算出這一階段的碳排放量。

計算過程。建材生產(chǎn)及運輸階段的碳排放應為建材生產(chǎn)階段碳排放與建材運輸階段碳排放之和，并應按式（1）計算。

式中：CJC——建材生產(chǎn)及運輸階段單位建筑面積的碳排放量，kgCO2e/m2；CSC——建材生產(chǎn)階段碳排放，kgCO2e；Cys——建筑運輸過程中的碳排放量，kgCO2e；A——建筑物體的面積，m2。

計算要點。材料構(gòu)件生產(chǎn)的碳排放計算要點在于準確識別和統(tǒng)計所使用的原材料種類及其數(shù)量[4]?；贐IM 技術(shù)的建筑按面積估算主要材料如圖3 所示。

圖3 基于BIM 技術(shù)的建筑按面積估算主要材料

（2）建筑建造階段。

計算原理。在建筑的建造階段，BIM 技術(shù)通過對建筑信息模型中數(shù)據(jù)的提取和分析，識別出建造階段中涉及碳排放的主要環(huán)節(jié)和因素，比如建筑材料的使用、施工機械的運行、能源消耗以及施工過程中廢棄物的處理等等[5]。此時，BIM 技術(shù)利用預設的碳排放計算規(guī)則和系數(shù)，對提取出的數(shù)據(jù)進行處理和計算，這一計算過程是借助統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出的，能夠準確反映不同材料和活動在碳排放方面的特性。最終，應用BIM 技術(shù)將計算結(jié)果以可視化的方式呈現(xiàn)出來，幫助項目團隊清晰地了解建筑建造階段的碳排放情況。

計算過程。建筑建造階段的碳排放量應按式（2）計算。

式中；CJz——建筑建造剪短單位建筑面積的碳排放量，kgCO2/m2；Ejz，l——建筑建造階段第l 種能源總用量，kW·h 或者kg；EFl——第l 類能源的碳排放因素，kgCO2或者kgCO2/kg；A——建筑物體的面積，m2。

計算要點。利用BIM 技術(shù)進行建筑建造階段的碳排放量計算時，需要關注數(shù)據(jù)準確性、碳排放系數(shù)的選擇、施工過程的模擬與分析、能源消耗的計算以及結(jié)果的可視化與呈現(xiàn)等關鍵要點。通過綜合考慮這些計算要點，可以更加準確、全面地評估建筑建造階段的碳排放情況，為制定有效的減排策略提供有力支持。

（3）建筑拆除階段。

計算原理。在建筑的拆除階段，需要考慮的碳排放來源包括拆除機械的運行、能源消耗、廢棄物的處理和運輸?shù)取IM 技術(shù)通過構(gòu)建拆除階段的虛擬模型，準確記錄拆除過程中的各項活動及其相關信息。根據(jù)這些信息，結(jié)合預先設定的碳排放因子和算法，對拆除過程中產(chǎn)生的碳排放進行精確計算。在這個過程中，BIM 技術(shù)能夠?qū)崟r更新模型中的數(shù)據(jù)，確保計算結(jié)果的準確性和實時性。

計算過程。建筑拆除階段的單位建筑面積的碳排放量應按式（3）計算。

式中：Coc——建筑拆除階段單位建筑面積的碳排放量，kgCO2/m2；Eco，l——建筑拆除階段第l 種能源總用量，kW·h或kg；EFl——第l 類能源的碳排放因子，kgCO2/kW·h。

計算要點。在使用BIM 技術(shù)進行拆除階段碳排放計算時，需要確保模型中的數(shù)據(jù)與實際拆除情況保持一致，避免因數(shù)據(jù)不準確或缺失導致計算結(jié)果偏差。

3 案例分享及研究成果

廣東省技師學院新校區(qū)建設（一期）項目位于惠州市博羅縣羅陽街道橫江尾桿和新角桿地段，工程建設規(guī)模：廣東省技師學院新校區(qū)建設項目總規(guī)劃用地面積1248 畝，除去留用地、安置地、市政道路等面積后，凈用地面積約1000 畝（以實際紅線圖為準）。一期用地面積344338m2。本案例已該項目B1 宿舍樓為例，使用的分析工具為建筑碳排放計算軟件PKPM-CES，計算建筑全生命周期碳排放水平。

依據(jù)《建筑碳排放計算標準》，對建筑在運行、建造及拆除、建材生產(chǎn)及運輸?shù)入A段的碳排放進行了全面分析，并詳細總結(jié)了各階段的碳排放核算方法，包括建筑建造階段碳排放CJZ 核算、運行階段碳排放CM 核算、拆除階段碳排放CCC 核算及碳匯量Cp 核算。結(jié)合傳統(tǒng)建筑碳排放計算方法，研究并總結(jié)了基于BIM 技術(shù)的建筑碳排放計算方法，包括BIM 模型的組成、模型轉(zhuǎn)換、以及具體的計算思路和計算方法。進行了實例測算，并與傳統(tǒng)計算方法進行了對比分析。結(jié)果表明，BIM模型在導出碳排放計算模型時由于保留了所有構(gòu)件信息，因此計算結(jié)果更為全面；同時，BIM 模型避免了重復建模工作，顯著提高了工作效率。

本方法與傳統(tǒng)方法的建筑運行階段碳排放降低結(jié)果對比如圖4 所示。

圖4 碳排放結(jié)果分析對比

4 結(jié)語

本研究雖然取得了一定成果，但由于客觀條件的限制，仍存在諸多不足，這些不足將在后續(xù)研究中得到進一步完善。具體來說：本研究僅選取了一棟建筑單體作為實例進行測算，且建筑類型相對單一，導致研究數(shù)據(jù)不夠豐富。為了彌補這一不足，后續(xù)研究將增加公共建筑類型的樣本，進一步豐富數(shù)據(jù)，并加強對比分析，以提高研究的準確性和可靠性。在本研究中，BIM 模型的工程量數(shù)據(jù)并未得到充分利用。為了進一步提升研究的深度和廣度，后續(xù)研究將探索采用分析工程量清單的方法進行碳排放計算，以充分利用BIM 模型中的工程量數(shù)據(jù)，為建筑碳排放的精確計算提供有力支持。盡管存在不足，但本研究提出的基于BIM 的建筑碳排放計算方法仍達到了預期目標，對于將BIM 技術(shù)與建筑碳排放計算相結(jié)合的研究具有重要意義?？傮w而言，BIM 技術(shù)作為我國推進建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關鍵手段之一，其未來在雙碳領域的應用前景廣闊，必將為綠色建造提供有力支撐。