基于全生命周期的建筑工程碳足迹计算模型优化

0 引言

随着全球气候变暖问题的日益严峻，减少碳排放已成为全球共识。建筑行业在其全生命周期内会产生大量的碳排放，对环境造成显著影响。准确计算建筑工程的碳足迹，是制定有效的低碳化策略和实现建筑行业可持续发展的关键。

1 建筑工程碳足迹计算模型的研究现状

目前，国内外学者针对建筑工程碳足迹计算模型开展了大量的研究工作。在模型构建方面，许多研究基于全生命周期理论，将建筑工程的各个阶段纳入计算范围。在数据采集方法上，主要采用问卷调查、实地测量、数据库查询等方式。然而，现有模型在应用过程中仍存在一些不足之处。例如，部分模型的边界界定不够清晰，导致不同研究之间的结果缺乏可比性；数据采集的准确性和完整性难以保证，尤其是对于一些非传统建筑材料和新型施工工艺的碳排放数据缺乏系统的统计；模型的参数设置缺乏统一的标准，使得计算结果存在较大的差异。这些问题限制了碳足迹计算模型在建筑工程低碳化决策中的有效应用。

2 现有建筑工程碳足迹计算模型的不足分析

2.1 数据采集体系不完善

现有模型的数据采集往往依赖于传统的统计方法和有限的数据源，难以全面、准确地获取建筑工程全生命周期各阶段的碳排放数据。一方面，对于一些新兴的建筑材料和技术，缺乏相应的碳排放数据积累；另一方面，数据采集过程中存在人为误差和数据更新不及时的问题，导致数据的准确性和时效性不足。此外，不同地区和不同项目之间的数据差异较大，缺乏统一的数据采集标准和规范，使得数据的整合和应用面临困难。

2.2 边界界定模糊

在建筑工程碳足迹计算中，边界界定的准确性直接影响计算结果的可靠性。然而，现有模型在边界界定方面存在模糊性。例如，在建筑材料运输阶段，对于运输距离和运输方式的界定不够明确；在建筑运营阶段，对于能源消耗的范围和计算边界的确定存在差异。这种边界界定的模糊性导致不同模型之间的计算结果缺乏可比性，也使得决策者难以根据计算结果进行有效的低碳化决策。

2.3 参数设置缺乏科学性

模型的参数设置是影响碳足迹计算结果的关键因素之一。现有模型在参数设置上往往缺乏科学的依据和统一的标准。例如，在计算建筑材料生产阶段的碳排放时，对于能源消耗系数和碳排放因子的取值存在较大的差异；在建筑运营阶段，对于设备的能源效率和使用频率等参数的设置缺乏详细的调研和分析。这些参数设置的不科学导致计算结果的准确性和可靠性受到影响，无法为建筑工程的低碳化设计和运营提供准确的指导。

3 基于全生命周期的建筑工程碳足迹计算模型优化策略

3.1 构建完善的数据采集体系

为了提高碳足迹计算模型的数据准确性和完整性，需要构建完善的数据采集体系。首先，应建立建筑工程碳排放数据的动态数据库，通过整合国内外相关研究成果、行业统计数据以及实际项目的监测数据，实现数据的实时更新和共享。其次，针对新兴的建筑材料和技术，开展专门的碳排放测试和分析，积累相关数据。同时，制定统一的数据采集标准和规范，明确数据采集的方法、范围和精度要求，确保数据的一致性和可比性。此外，引入先进的数据采集技术，如物联网、大数据分析等，提高数据采集的效率和准确性。

3.2 明确模型边界界定

为了消除现有模型边界界定的模糊性，需要明确建筑工程碳足迹计算模型的边界。在全生命周期的各个阶段，应根据项目的实际情况和研究目的，合理确定计算边界。例如，在建筑材料运输阶段，应明确运输的起点和终点、运输距离和运输方式；在建筑运营阶段，应界定能源消耗的范围，包括建筑内部的照明、空调、电梯等设备的能源消耗以及建筑外围护结构的热损失等。通过明确模型的边界界定，提高不同模型之间的可比性，为建筑工程的低碳化决策提供更准确的依据。

3.3 优化参数设置方法

为了提高模型参数设置的科学性和合理性，需要优化参数设置方法。首先，应加强对建筑工程全生命周期各阶段碳排放机理的研究，深入分析影响碳排放的关键因素，为参数设置提供理论依据。其次，通过大量的实地调研和实验数据，建立科学的参数数据库，实现参数的动态更新和优化。同时，引入先进的数学模型和优化算法，如神经网络、遗传算法等，对参数进行优化和校准，提高参数设置的准确性和可靠性。此外，应根据不同地区和不同项目的特点，制定个性化的参数设置方案，确保参数设置的合理性和适用性。

4 优化后建筑工程碳足迹计算模型的应用与验证

4.1 模型应用框架

优化后的建筑工程碳足迹计算模型应建立清晰的应用框架，以指导其在实际项目中的应用。该框架应包括项目信息收集、模型参数确定、碳足迹计算、结果分析与评估等环节。在项目信息收集中，应全面获取建筑工程的设计方案、材料清单、施工工艺、运营管理等相关信息；在模型参数确定中，根据项目的实际情况和所在地区的特点，从优化后的数据采集体系中选取合适的参数；在碳足迹计算中，按照明确的边界界定和优化后的参数设置方法，对建筑工程全生命周期各阶段的碳排放进行计算；在结果分析与评估中，对计算结果进行深入分析，评估建筑工程的碳排放状况，为低碳化决策提供建议。

4.2 模型验证方法

优化后的模型验证采用“数据比对-专家评估-场景推演”三维验证体系。首先建立多源数据对比机制，选取不同气候区（如严寒地区、夏热冬暖地区）的典型建筑项目（居住建筑、公共建筑、工业建筑），同步采集模型计算数据与现场实测数据。实测数据涵盖材料生产碳足迹（通过原材料供应商提供的LCA 报告）、施工阶段能耗（塔吊/混凝土搅拌机等设备的电表实时监测）、运营阶段碳排放（智能电表与燃气表的月度数据），将模型计算值与实测值进行偏差分析，要求各阶段误差率控制在 ±10% 以内。其次引入专家评审团，由建筑环境学者、碳排放核算工程师、行业协会代表组成，从模型边界合理性（如运输阶段是否涵盖全链条）、参数科学性（如建材碳排放因子是否采用最新 IPCC 数据）、算法逻辑性（如运营阶段碳排放动态修正公式）三个维度进行定性评估，形成专家评分表（总分100 分，要求 ≥85 分）。

4.3 模型应用价值分析

优化后的建筑工程碳足迹计算模型具备多维度应用价值。在建筑全生命周期各环节中，设计阶段可通过模型对比不同方案的碳排放量，辅助选择低能耗结构与材料组合；采购阶段能依据材料生产运输的碳足迹数据，建立低碳供应链筛选机制；施工阶段可优化机械排班与工艺衔接，降低现场能耗排放；运营阶段则通过能耗数据实时导入模型，动态调整设备运行策略，实现节能降耗。从行业发展看，模型为政府制定建筑碳排放限额标准提供量化依据，助力碳交易机制在建筑领域的落地；对企业而言，可通过模型输出的碳足迹报告提升绿色品牌竞争力，在招投标中形成差异化优势。此外，模型对新型建材与装配式建筑的碳足迹评估，能加速低碳技术的工程转化，推动建筑行业向零碳转型目标迈进。

5 结语

本研究优化了全生命周期建筑工程碳足迹计算模型，提升了计算准确性。未来需结合技术发展与数据积累持续完善模型，拓展特殊建筑与新技术应用场景，为建筑行业低碳发展提供更坚实支撑。

参考文献

[1]张森.基于 BIM 技术的设计阶段新建住宅全生命周期碳足迹核算方法研究[D].青岛理工大学,2024.

[2]叶琴.办公建筑全生命周期碳排放测算及减排策略研究[D].四川农业大学,2024.

[3]路振伟.建筑全生命周期碳排放核算系统的开发[D].山东建筑大学,2024.