基于BIM 的建筑LCA 测算研究

李奥 尚海静 姚晴龙 曹成晟 马洁浩 普俊涛

(武汉工程科技学院)

“双碳”是当今全球关注的重点，我国于2020 年提出“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”，指明我国面对气候变化问题要实现的“双碳”目标。建筑全生命周期的碳排放是指把建筑产品的全生命周期看成一个系统，该系统由于消耗能源、资源向外界环境排放的总碳量[1]。全生命周期评价（Life Circle Assessment, LCA）中包含对环境影响的综合评价数据[2]，LCA 可以被用来分析特定产品的环境影响来源，也能实现LCA 横向对比同类型的产品排放参数。

1 全生命周期碳排放计算

基于BIM 技术，根据碳排放计算软件，采用3D-BIM可视化模型对18#学生公寓碳排放进行分析，突破了碳排放分析的局限性，满足了绿色工程的需求，实现对绿色建筑设计的优化。同时，随着BIM 技术的发展，它已经成为了工程量统计与碳排放量计算的关键技术，其理论价值不可低估。然而，目前我国的碳排放测算仍然处于初级阶段[3]。因此，需要建立更加完善的计算机模型，以便更好地收集、分析、评估、预报、控制等多种环境影响因素。

建筑生命周期划分为材料生产阶段、施工建设阶段、运营维护阶段、报废拆除阶段一共4 个阶段进行碳排放量计算，通过数据综合可估算出全过程产生的碳排放。

1.1材料生产阶段

材料生产阶段的碳排放实际上主要包括材料生产阶段与材料运输阶段消耗生产的总碳排放量。

材料生产阶段碳排放计算式：

在制定新的技术标准之前，最好采集来自第三方的碳排放指标，以确保符合环保要求。若第三方未提供时，可参考（表1）中的指标确定。当使用其他再生原料时，应按其所替代的初生原料的碳排放的50%计算；建筑建造和拆除阶段产生的可再生建筑废料，可按其可替代的初生原料的碳排放的50%计算，并应从建筑碳排放中扣除。

表1 材料碳排放因子

材料运输阶段碳排放计算式：

在材料运输阶段，碳排放因子（Ti）应当考虑材料从原材料生产地点到施工现场的全部过程，以及这一过程中消耗的能源[1]。Ti、Di的取值可以参照表2中的规定。

表2 各类运输方式的碳排放因子 （t·Km）

材料生产阶段与材料运输阶段消耗生产的总碳排放量计算公式：

不同的运输方式会产生不同的碳排放量，应按表2取值。如，混凝土的最大运输里程可达40km，而其它材料的最大运输里程可达500km。（如表2）

1.2施工建设阶段

在施工建设阶段，碳排放量不仅来源于分部分项工程施工，还有其他措施的实施。这类措施的实施均会对环境造成一定的影响。施工阶段碳排放计算是从项目开工之日起至项目竣工验收合格止。

施工现场的机具设备、搅拌站、制作的构件和部品、临时设施，其产生的碳排放量应计入施工建设阶段的碳排放总量。施工阶段使用的办公区、生活区和材料仓库等临时设施的施工则不计入施工建设阶段的碳排放总量[1]。

分部分项工程计算公式：

1.3运营维护阶段

在建筑运营阶段，碳排放量应该根据各种能源消耗量以及它们所产生的碳排放因素来确定，而每平方米的总碳排放量CM计算公式：

维护阶段也就是整个建筑寿命周期的中老年时期，该时期的碳排放量相对来说较多。

维护阶段碳排放计算式：

1.4报废拆除阶段

拆除阶段的碳排放量包括人工拆除和机械拆除所产生的碳排量，其中绝大多数为机械的碳排放量。拆除阶段碳排放量计算时间从拆除之日起至主要结构拆除并运出止。

机械拆除的碳排放计算公式：

2 实例分析与实施

2.1项目概况

本项目位于湖北省武汉市江夏区武汉工程科技学院，18#学生公寓，总建筑面积为7563m2，建筑体积是25812.46m3，建筑层数11 层，建筑高度36.9m。建筑结构类型为框架结构，使用年限50 年（规范值）。（如图1、图2）

图1 项目总貌图

图2 平面楼层图

2.1.1建立项目软件模型

通过BIM 技术和斯维尔CEEB2022 计算软件，实现对建筑物的碳排放进行精确的评估，并且依据《建筑碳排放计算标准》，对其各阶段进行有效的管理，从而实现对建筑物的全寿命的有效控制。

2.1.2软件模型数据分析

在构建完成的模型基础上，按照《建筑节能气象参数标准》，将武汉的气候数据及太阳辐射数据综合分析，并利用《民用建筑物热工设计标准》GB50176-2016，对各种材质的导热系数λ等参数进行精确的测定，得出准确的测试数据。（如图3、图4）

图3 逐日干球温度图

图4 逐月辐照量图

图5 各阶段碳排放量占比

2.2全生命周期碳排放计算步骤

实例中建筑全生命周期的碳排放量是依据上述公式由斯维尔CEEB2022软件计算所得。

2.2.1材料生产阶段

在生产过程中，碳排放在材料的生产和运输阶段都有所体现（如表3、表4）。

年级的非标准化系数为正数，说明年级可以正向影响总分，即调查对象的年级越高，总分越高。是否上过医患沟通课的非标准化系数为正数，说明上过医患沟通课的调查对象的总分较没有上过医患沟通课的调查对象的总分高。对于专业，相对于国际交流生，麻醉专业、临床专业的总分均高于国际交流生；而影像专业的总分低于国际交流生。

表4 材料运输阶段的碳排放

2.2.2施工建设阶段

由于本项目结构类型设计为框架结构，在项目施工阶段的碳排放主要由施工机械台班产生的碳排放量为主，施工机械台班碳排放量见表5。

表5 施工机械台班碳排放量

2.2.3运营维护阶段

该项目现在进入了运营阶段，维护阶段是整个建筑寿命周期的中老年时期，运营阶段碳排放量见表6。

表6 运营阶段碳排放量

2.2.4拆除回收阶段

在拆除和回收过程中，常采取机械方式完成该过程。由于缺乏有效的数据支持，因此无法准确估算本过程的碳排放量。则默认为材料生产阶段和施工建设阶段总量的0.1倍。

Ecc=（28846.117+308.855+1.524）×0.1

=2915.65（tCO2）

3 结论

每阶段的碳排放量统计到表7 中，通过分析总的碳排放量数据可知每一阶段占全生命周期的百分比。其中材料生产阶段的碳排放量占总碳排放量的71%、运营阶段的碳排放量占总碳排放量的22%，由于施工阶段和拆除回收阶段的碳排放量相对来说较少，两者之和占总碳排放量的7%。

表7 总碳排放量

3.1具体措施

在建筑物的使用寿命中，运营和维修阶段的碳排放量是最高的，达到了71%。这些碳排放主要来源于供暖、供热、照明、生活热水。

供暖、供热方面，其实供暖、供热要在建材上就要考虑到保温和隔热。此外，还可以采用热反射的建筑材料，该材料可反射91%的非可见光，保证建筑物的冬暖夏凉性能[4]。

照明、生活热水方面，通过改进电气系统，大力推广LED 照明，结合先进的电梯智能集成控制，大大降低了对清洁能源的依赖，同时也有助于降低对环境的影响，最终实现了以太阳能作为照明和热水的可持续发展[5]。节能节水技术、建立水资源循环利用系统可 以有效提高能效，显著降低建筑碳排放。

3.2绿色智能建筑设计原则

3.2.1节能低碳环保原则

智能建筑设计的核心目标应该是通过应用智能技术来实现建筑的节能减排，并尽量减少能量的浪费[6]。

3.2.2功能性原则

建筑设计的核心任务就是满足人民的日益增长的居住、工作以及社会发展等需求。因此，应当以智能建筑的理念来指导建筑设计，采取智能建筑技术，以及先进的建筑设计理念，最终达到节能减排、低碳智能的建筑设计理念。

3.2.3经济性原则

建筑设计对于建筑企业来说，具有巨大的价值。因此，必须认真对待建筑的设计，并且着眼于如何最大限度地降低建筑的建设费用。需要综合运用多种技术和手段，来设计出能够满足不同需求的绿色智能建筑。

4 结语

尽管目前我国对建筑物的碳排放进行的计算仍处在初级阶段，缺乏数据来支持这一领域的发展。但是，借助斯维尔CEEB 软件的技术，研究发现该领域具有良好的发展前景。综合考虑到未来建筑的可持续性，智能建筑的设计将成为一个不容忽视的趋势[6]。因此，必须把握好智能建筑设计的核心环节，以建筑的整个生命周期为基础，实施综合管控设计。最终达到优化智能建筑设计，为未来的发展提供强有力的支撑。