水利工程施工期碳排放核算体系构建与低碳化施工技术研究

引言

水利工程作为支撑国民经济与生态安全的重要基础设施，其在运行期具备生态调节与资源配置功能，但施工期却面临显著的碳排放压力。混凝土浇筑、土方开挖、设备运输与动力供能等环节构成了施工期碳源的主要结构，而这些活动往往在工程计划初期未被纳入环保评价体系中，导致实际碳排放控制滞后，难以满足国家“碳达峰”“碳中和”时间表。与此同时，随着绿色建造理念在交通、市政与建筑工程领域逐渐落地，水利工程对低碳化施工技术的需求亦日益增强。但目前在工程实践中，缺乏适应水利行业特性的碳排放核算标准与方法，碳排放数据统计口径不一致、技术措施分散、管理链条断裂等问题依然突出。因此，研究一套科学、适配性强的施工期碳排放核算体系，并结合工程特点发展具有可推广性的低碳施工技术，已成为推进水利行业可持续发展的关键举措。

一、水利工程施工期碳排放核算体系构建

1.碳排放边界与核算对象界定

构建科学的碳排放核算体系，首要任务是界定合理的排放边界。针对水利工程施工期，其碳排放应涵盖直接排放源与间接排放源两个层级。直接排放主要包括施工机械燃油消耗、动力设备运行及施工现场临时设施运行所产生的碳排放；间接排放则包括施工用电（如照明、水泵）、材料运输、建筑材料（如水泥、钢筋等）生产过程的隐含碳排放。核算对象应覆盖整个施工周期，包括准备阶段、基础开挖、结构施工、设备安装与收尾环节。为提高核算的准确性，应制定与水利工程类型相匹配的工序列表与施工资源清单，按单位工序核定其能耗与碳因子。同时，建议对施工规模较大的项目采用分区核算与阶段性评价相结合的策略，形成多维度的碳排放追踪模型。

2.碳因子选取原则与核算方法设计

为了保障碳排放核算的科学性与通用性，碳因子的选取应优先参考国家发布的权威数据，如《中国地区碳排放系数指南（2022 年版）》等，结合地方能源结构进行修正。不同于一般建筑工程，水利工程的区域差异大、机械种类多、工期跨度长，因此在核算方法上应强调动态调整与实际测算相结合。核算方式建议采用“活动水平 × 碳因子”模型，对每一类活动单独建模，再叠加计算得出总体碳排放。具体而言，机械作业类可根据运行小时数或燃油消耗量核算碳排放量，电力使用则需考虑电网供电结构差异，材料类应根据采购来源与运输路径测算其隐含排放。在技术实现方面，可通过 BIM 模型与能耗采集平台对接，实现施工过程中的碳数据实时获取与动态记录，为后续碳排放趋势分析与低碳优化提供基础数据支撑。最终目标是在系统平台中实现碳排放可视化、可比较、可预警，真正形成可执行的管理闭环。

二、水利工程典型施工环节碳源特征分析

1.高碳工序识别与排放结构解析

在水利工程施工全过程中，碳排放分布并不均衡。根据实际工程测算结果，混凝土浇筑、钢筋绑扎与机械开挖是排放强度最大的环节。混凝土浇筑过程中，水泥使用量大且生产能耗高，每吨水泥约释放碳排放 0.9 吨；钢筋制作则涉及高温冶炼工艺，是典型的高碳材料；机械开挖类作业如推土、挖掘、运输等，依赖燃油设备，属于典型的移动源排放。此外，水利工程多位于山区、河谷等偏远区域，交通运输路线长，材料运输造成的间接碳排放占比也不容忽视。对某水库大坝项目的碳排放结构分析显示，建材生产与运输类占比可达总碳排放的 60%以上，而机械作业类约占 25% ，临时设施与辅助能耗类约占 15%_⨀ 。通过建立典型工序碳排放数据库，可提前识别高碳环节，有针对性地开展工艺优化与替代技术研究。

2.时空分布特性与碳排放动态演化

水利工程施工周期长、阶段性特征明显，不同时间节点的碳排放强度存在显著差异。施工初期的场地平整与开挖阶段，机械运行密集，碳排放呈短时高峰状态；结构施工阶段则由于材料大量使用与运输频繁，碳排放强度维持在中高水平；收尾阶段碳排放强度逐步下降。从空间分布看，施工主场区、材料堆场与混凝土搅拌区是碳排放的集中区域，而生活区与辅助设施区域则以低强度但持续排放为主。这种“前期高峰—中期平稳—后期回落”的碳排放演化规律，为碳排放监控与时段性优化调控提供了理论依据。通过搭建碳排放时空分布模型，可以在关键节点提前部署低碳措施，实现精准施策与主动减排。

三、低碳化施工技术体系构建与关键措施应用

1.材料替代与绿色建材推广路径

在水利工程碳排放结构中，建筑材料的生产与使用是最主要的碳源之一。因此，绿色建材的引是推动施工期碳减排的重要技术路径。在混凝土使用方面，可通过部分替代水泥的方式降低碳强度，如使用粉煤灰、矿渣微粉等工业副产品，不仅减排明显，还能提升混凝土的耐久性与工作性。在钢筋使用方面，推广HRB500 高强钢筋可有效减少钢材总用量，降低冶炼能耗。在边坡支护、防渗层施工中，推广高分子复合材料、土工膜与植物护坡材料，可在保障工程质量的同时降低传统材料消耗。此外，对于小型临时构筑物如支架、围挡等，建议优先使用可重复利用材料或装配式构件，实现材料循环使用，减少一次性碳排放。在采购环节，应建立绿色建材采购标准，优先选用本地资源，减少运输过程中的隐含排放。通过构建系统的绿色材料使用标准体系，有望实现全生命周期的碳排放压降。

2.施工设备节能与电动化改造策略

施工机械设备的燃油消耗是直接碳排放的重要来源。在不影响施工进度与安全的前提下，推动施工设备向清洁能源转型是减排的关键方向。目前，电动化施工机械已在城市轨道交通、市政工程中取得广泛应用，适用于水利施工场景的电动挖掘机、电动吊车及电动搅拌运输车亦逐步推广。对于大型燃油机械设备，应推广使用节能型发动机与再生制动系统，并引入发动机工况优化系统，实现燃油消耗最小化。同时，应加强设备使用管理，通过智能传感器监测设备空转、怠速与高负荷运行时长，及时调整运行策略。研究表明，通过工程机械电动化改造与运行精细化管理，可减少直接碳排放 10%-30%. 建议施工单位引入施工机械碳足迹评价指标，并将其纳入设备选型与施工组织决策依据，系统推进节能减排技术的落地。

四、碳排放动态监测平台构建与低碳施工管理机制

1.碳排放监控平台设计与数据集成策略

实现全过程的碳排放监控与动态调控，需要依托信息化平台进行技术支撑。建议建立以“实时监测—动态分析—预警调控”为主线的碳排放智慧管理平台，集成能耗监测系统、施工进度系统与碳排放核算模块。平台应接入机械设备、施工用电、材料入场等多维数据源，构建统一的碳数据底座，通过数据接口打通各业务系统，实现横向数据共享与纵向逐级监管。在技术实现层面，可借助物联网技术实现关键设备与能耗节点的实时采集，并结合GIS 系统实现碳排放的空间定位与动态可视化。此外，平台应内置碳排放趋势预测模型与节能评估功能，根据实时数据自动分析高碳工序与异常排放行为，及时向管理人员推送预警信息。该平台的建设将极大提升水利施工碳管理的科学性与执行效率。

2.绿色施工管理制度与激励机制设计

低碳化施工不仅是技术问题，更是管理体系的系统重构。为推动施工单位积极落实碳减排措施，需构建以绿色指标为核心的项目管理评价体系，将碳排放强度控制纳入工程目标考核体系。建议建立碳排放责任制，由项目经理负责碳排放绩效目标的分解与落实。同时，地方政府与业主单位可设立绿色施工激励机制，对碳排放控制效果显著的施工企业给予政策倾斜与资金支持。此外，应强化施工单位绿色意识，通过组织碳管理培训、发布典型示范工程案例、建立碳排放公示机制等方式，营造浓厚的绿色建造氛围。通过技术与制度双轮驱动，将低碳理念深度融入水利施工全链条，有望推动行业整体迈向更高层次的绿色发展水平。

结论

水利工程施工期碳排放控制是实现“双碳”目标在工程建设阶段的重要环节。本文围绕碳排放核算体系的构建与低碳施工技术的应用展开研究，明确了施工期碳排放的边界与核算方法，识别出高碳工序与动态演化特征，并提出绿色建材替代、电动设备推广与信息化监控平台建设等多项可操作性减排路径。同时强调了低碳化管理机制的重要性，建议将碳排放控制纳入工程绩效考核与绿色激励体系。研究显示，水利工程碳排放管理需技术与制度协同推进，未来可进一步在碳排放数据库建设、智慧工地平台集成与行业标准制定层面加大投入，以实现全过程碳减排与绿色建造目标的深度融合。

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