基于模糊综合评判的建筑业“碳中和”实现路径因素量化评价研究

杨 蒙，林皓鋆，朱丙宸

(湖南省第六工程有限公司，湖南 长沙 410035)

1 引言

在经济高速发展的今天，城乡居民聚集区建设中的高楼大厦和交通设施随处可见。特别是2018年中央经济工作会议提出新基建概念后，可以预想到未来将会出现更多的建设项目。但在第二产业蓬勃发展的同时，环境问题也日益暴露出来。建筑业排放CO2占全球能源和过程相关CO2排放的40%，而过量积累的CO2也使世界气候面临着严重问题[1,2]。碳中和也叫碳补偿，是指计算CO2的排放量，再通过植被吸收，以达到环保的目的[3]。

随着我国提出“2030年碳达峰，2060年碳中和”的战略目标，相关学者也逐渐从各专业的角度对其进行大量研究。林波荣[4]从建筑运营阶段中减少间接碳排放的角度出发，提出了建筑行业用能全面电气化的解决策略。余晶[5]则站在企业视角，提出了4个绿色商业发展战略的有效步骤，以实现低碳减排以及可持续发展经营。邓明君[6]通过使用信息可视化软件综合国外相关理论研究，生成知识图谱，供我国进行相关研究提供参考数据。潘逸群[7]和王深[8]分别基于计算模型和多目标模型的方法，研究我国减碳路线的优化与选择。王文[9]从金融学的角度分析了我国碳市场，并提出了相关建议。陈伟[10]也从我国林业碳汇交易市场的角度出发，提出了林业碳汇交易市场发展路径。

据有关专家预测，中国建筑行业将在2050年贡献出全国56%的减碳量[11,12]。建筑行业减碳成效与否，直接关系着我国能否实现碳达峰、碳中和的承诺。因此，本文旨在基于模糊综合评判方法对我国建筑业“碳中和”实现路径的相关因素进行量化分析与研究，为我国建筑业实现减碳提供支持和参考。

2 建筑行业“碳中和”实现路径的相关因素

建筑行业所有环节都属于3个阶段：建材生产阶段、建筑建设阶段、建筑使用阶段。这3个阶段的各个环节都会使用大量能源产生碳排放。建材生产阶段中，包括了基础建材(砼、钢材等)、绿色装配式构件等产品的设计、生产、运输和存储等环节；建筑建设阶段则由工程从业人员在现场的衣食住行，工程机械的种类、运行、维护，建材与构件的应用等环节组成；而建筑使用阶段包含了如照明、供暖及制冷等设备的使用，建筑物的运营与维护等环节。

碳足迹根据排放途径可分为直接碳排放和间接碳排放。直接碳排放可以理解为化石燃料燃烧释放的CO2，间接碳排放则是在电力、热力输送过程中产生的碳排放。3个阶段中除建筑建设阶段中的工程机械运行环节外，大部分环节的碳排放主要还是间接碳排放。我国第三阶段碳排放CO2约21 亿t，约占我国碳排放总量的20%，超过了建筑行业碳排放量的50%。因此，仅仅把注意力放在第一、二阶段，或是主抓直接碳排放都是片面的，最后的治理效果容易事倍功半。

根据以上观点发散，采用模糊数学综合评价来建立建筑行业“碳中和”实现路径评价模型。模糊综合评价是应用模糊数学变换原理和最大隶属度原则，考虑与被评价事物相关的各个因素，对其所作的综合评价[13]。

3 评价模型的构建

评价模型的层次是：建立分因素层→矩阵化结合评语集计算因素层→矩阵化计算指标层→根据权重比得出最终评价[14]。这种方法数学模型简单易懂，对多因素研究对象的评价效果良好。

3.1 模糊要素及计算公式

将UA、UB、UC分别定义为指标层、因素层、分因素层的单因素集合。各层的编码如表1。

表1 模糊要素编码

根据模糊数学理论，将集合R定义为评语集，分为优秀(100)、良好(80)、合格(60)、不合格(0)4个级别。由相关专业的专家定量计算后根据打分比例评分决定，最后形成包含(0,1)的集合矩阵。将集合W定义为权重集，根据因素层、分因素层中所含的子项个数平均计算权重，参考3个阶段碳排放占比将指标层权重分别定为0.2、0.3、0.5(其中1>Wi>0，ΣWi=1)。将集合B定义为模糊评判集:

B=WR

(1)

式(1)中，W为因素集对应的权重集；R为因素集对应的评语集。

(1)由分因素层UC确定评价因素集RC，RC={RB0101,RB0201,RB0202,RB0304}。其中：

RB0101={RC010101,RC010102,RC010103}

RB0201={RC020101,RC020102,RC020103}

RB0202={RC020201,RC020202,RC020203}

RB0304={RC030401,RC030402}

由式(1)可求出分因素层UC的各模糊评判集Bci。

(2)对于因素集UB，同理求出因素集UB中除UC外其他因素集的模糊评判集，接着可将其结合分因素层UC的模糊评判集Bci组成一个新的评语集RB。再将RB代入式(1)计算出Bbi。

(3)对于指标层UA，同理可求得Ba。

3.2 工程实例

某精装住房小区及配套商业广场工程位于长沙市岳麓区，东侧为城市道路，北侧为一已建成小区，西、南侧为城市道路及公园。规划净用地面积为3245.8 m2。

该工程包含3栋6个单元的高层住宅(建筑高度100 m以内)，及相连地下室。总面积为89314.63 m2；地下建筑面积20914.31 m2；地上建筑面积68400.32 m2。

该工程创奖创优目标为中国建设工程鲁班奖(国家优质工程)，对各绿色建造目标标准要求较高。严格遵守国家各行政单位有关环境保护法律法规等规定，采取有效措施，积极应用绿色施工技术，采用绿色材料。

根据定量计算以及相关专业专家评分，建立评分如表2。

表2 指标与评分

Bc0101=WC0101RB0101

={0.333,0.667,0,0}

Bb01=WB01RB01

={0.6665,0.3335,0,0}

同理可求得:

={0.8666,0.1334,0,0}

={0.4,0.6,}

Ba=WARA

={0.59328,0.40672,0,0}

根据最大隶属度原则，该评价应为优秀。评判集Ba为该评价模型的最终模糊综合评判集。根据公式S=BT[14]，可以计算出该工程建筑行业“碳中和”实现路径评价分值为：S={0.59328,0.40672,0,0}[100,80,60,0]T=91.8656。

由此工程实例模拟可验证，本文构建的建筑行业“碳中和”实现路径评价模型可行。

4 讨论

上述评价模型较为简单、粗糙，目的旨在为类似研究提供参考。建筑行业“碳中和”实现路径除去表1中的因素还有很多，比如可考虑碳补偿机制：集合绿色施工中种植要求进行现场植树项目，从而实现森林碳补偿；建设附加水利水电工程，实现工程层面的碳补偿；在既有的绿色建造要求上，深化各环节与碳补偿相关的细节等。亦或是可以考虑加强现场工程机械电气化，从而降低石油燃料占比；优化电力热力输送方式与线路，降低输送工程中能源损耗；加强建筑保温隔热功能，降低能量损耗；建立建筑行业碳汇金融交易市场，从利益角度上约束建筑企业的碳排放行为。诸如此类众多因素，都可以使评价模型更加精细化。但由于篇幅、能力有限，不再深入探讨。

5 结论与展望

(1)从建筑行业的3个阶段(建材生产阶段、建筑建设阶段、建筑使用阶段)出发，分析各阶段存在的碳排放环节，再根据这些环节确定控制因素。

(2)运用模糊数学理论针对建筑行业“碳中和”实现路径构建评价模型，结合实际工程对该模型进行验证。计算出评价分值为91.8656分，评价为优秀。同时也验证了评价模型可以运用于实际。

(3)综合所探讨的控制因素，建议可从多领域、交叉领域的角度提出更多的碳排放控制方法与技术，最终实现国家提出的碳达峰、碳中和目标。