碳排放监控预警智慧平台及节能减碳方法研究

一、国、内外研究现状和发展动态

二氧化碳等其他温室气体排放量增多是造成全球气候变暖的重要原因，为应对气候变化，我国在 2020 年正式提出“双碳”目标（二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和）[1-3]。

建筑与基础设施建设领域是我国“碳排放大户”。2019 年全国建筑全过程碳排放总量为 49.97 亿吨二氧化碳，占全国碳排放的比重为 50.6‰ 。我国整个基建行业依然体现三个特点：大量建设、大量消耗和大量排放[4,5]。

交通基础设施工程在施工和运营过程中的能源消耗及产生的环境污染越来越受到关注。有学者研究了不同结构形式的桥梁对环境的影响。通过钢混组合桥与钢桥的数据对比和对桥的寿命过程所带来 CO₂ 的排放，得出在回收利用这一阶段，钢混组合桥的 CO₂ 排放量要远高于钢桥[6,7]。在对高架桥建造周期内 CO₂ 排放源分析的基础上，建立了高架建造周期内 CO₂ 排放量的计算模型，分析了 CO₂ 排放量的分布情况，给出了设计阶段、施工阶段的一些低碳建议[8,9]。进一步地，研究人员利用钢材和混凝土不同材料建造桥梁，其碳排放系数是不同的[10]，由此通过分析，可得到两种材质下桥梁在整个寿命阶段的碳排放量，但需注意，钢材在支模并使结构达到一定强度后，需要拆除，从而达到可回收利用的目的，其所带来的碳排放的减少量需要在计算时予以减掉。

通过总结国内外研究现状，现有研究存在以下问题：

（1）交通基础设施建设过程中碳排放统计监测等基础工作相对薄弱，底数不清，无法准确核算出工程项目在建设期内的碳排放；

（2）交通基础设施建设项目中每个分部分项工程在不同阶段碳排放差异很大，目前对各个分部分项工程的碳排放还不够明确，也就无法提出具有针对性的减排策略；

（3）碳排放数据的可视化、信息化、直观化、动态化还很欠缺，容易造成信息孤岛，无法与低碳化施工深入融合。

二、碳排放监控预警智慧平台的构建

（一）平台架构与功能设计

碳排放监控预警智慧平台旨在实现对交通基础设施工程施工阶段碳排放的实时监测、预警与分析。平台架构包括数据采集层、数据处理层、分析预警层和应用展示层。数据采集层负责收集施工机械、建筑材料、能源消耗等相关数据；数据处理层对数据进行清洗、整合与标准化处理；分析预警层运用大数据、人工智能等技术对数据进行深入分析，识别碳排放异常点，发出预警信号；应用展示层则提供直观的可视化界面，便于管理人员实时掌握碳排放情况。

（二）关键技术与应用

1.物联网技术：通过部署传感器等设备，实时采集施工现场的碳排放数据，实现数据的远程传输与实时监控。

2.大数据技术：对海量碳排放数据进行存储、处理与分析，挖掘数据背后的规律与趋势，为节能减排提供科学依据。

3.人工智能技术：运用机器学习、深度学习等技术，构建碳排放预测模型，实现碳排放的精准预警与智能决策。

（三）平台实施与挑战

在实施碳排放监控预警智慧平台的过程中，面临着数据质量、技术集成、人员培训等多方面的挑战。为确保数据的准确性与完整性，需要加强对数据采集设备的维护与校准；在技术集成方面，需要解决不同系统之间的兼容性问题，实现数据的无缝对接；此外，还需要加强对管理人员的培训，提高其对平台操作与数据分析的能力。

三、交通基础设施工程施工阶段的节能减排方法

（一）优化施工方案与设计

1.重视公路设计工作，节约土地资源。在公路设计阶段，应充分考虑地形、气候等因素，优化设计方案，减少大填大挖，节约土地资源。同时，加强公路建设成本控制，降低工程造价，提高工程的可靠性和耐久性。

2.推广绿色环保材料。在交通基础设施工程施工中，应积极推广使用再生砂、矿山废渣等绿色环保材料，减少对原生土壤的破坏，提高资源利用率。

（二）提高施工机械能效

1.淘汰高耗能机械。工地应综合评价目前使用的工程机械，对机械状况差、耗油量严重超标、燃油燃烧率低且没有修理改进价值的机械进行报废处理，更换为能效更高的新型设备。

2.加强机械管理与维修保养。提高机械设备的管理和维修保养水平，确保机械处于最佳工作状态，减少能源消耗和碳排放。

（三）实施智能交通系统

在交通基础设施工程施工阶段，可以引入智能交通系统，如自适应交通信号控制系统、电子收费系统等，提高交通效率，减少车辆怠速时间和能源消耗。同时，鼓励使用电动汽车和混合动力汽车，降低尾气排放。

（四）强化施工管理

加强对施工过程中的能源消耗和碳排放的监控与管理。制定严格的节能减排管理制度，明确责任分工，确保各项节能减排措施得到有效落实。同时，加强对施工人员的培训与教育，提高其节能减排意识。

四、实施效果与展望

（一）实施效果

通过构建碳排放监控预警智慧平台并实施节能减排措施，交通基础设施工程施工阶段的碳排放得到了有效控制。具体而言，平台能够实时监测碳排放数据，及时发现并预警碳排放异常点；节能减排措施的实施则有效降低了能源消耗和碳排放量，提高了资源利用率。

（二）未来展望

展望未来，碳排放监控预警智慧平台及节能减碳方法将在交通基础设施工程施工阶段发挥更加重要的作用。一方面，随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断发展，平台的监测预警能力将进一步提升；另一方面，随着绿色建材、高效施工机械等技术的不断推广与应用，节能减排效果将更加显著。同时，政府、企业和社会各界应共同努力，加强合作与交流，推动节能减排技术在交通基础设施工程施工阶段的广泛应用与深入发展。

此外，为了进一步提升节能减排效果，未来还应加强以下几个方面的工作：一是加强科技创新，研发更加高效、环保的施工技术和设备；二是完善法律法规，明确节能减排的标准和要求；三是加强宣传与教育，提高全社会的节能减排意识和参与度。通过这些措施的实施，将为实现交通基础设施工程的可持续发展贡献力量。

结论：

构建碳排放监控预警智慧平台并研究有效的节能减碳方法对于推动交通基础设施工程的可持续发展具有重要意义。通过优化施工方案与设计、提高施工机械能效、实施智能交通系统以及强化施工管理等措施的实施，交通基础设施工程施工阶段的碳排放得到了有效控制。展望未来，随着技术的不断进步和社会的共同努力，节能减排工作将取得更加显著的成效。

参考文献

[1]于婷婷,冷红,袁青.“双碳”目标下县域城镇空间低碳规划技术研究[J/OL].城市规划:1-11[2023-05-09].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2378.TU.20230421.1656.006.html

[2]王梦林,程梦雨,康皓,姜立.变电建筑碳排放计算方法研究与低碳案例实践[J].智能建筑与智慧城市,2023(04):98-100.DOI:10.13655/j.cnki.ibci.2023.04.028.

[3]苑翔,陈伟娇,乔春珍.双碳目标下建筑能源应用学科融合发展路径研究[J].现代商贸工业,2023,44(09):261-264.DOI:10.19311/j.cnki.1672-3198.2023.09.089.

[4]钟丽雯,于江,祝侃,田炜.建筑全生命周期碳排放计算分析及软件应用比较[J].绿色建筑,2023,15(02):70-75.