基于生命周期评价法的新型装配式支架碳排放分析

作者简介：李松骏（1991—），工程师，主要从事项目安全管理工作。

文章采用生命周期评价法对新型装配式支架在生产阶段、运输阶段、装配与拆除阶段进行碳排放计算，旨在形成新型装配式支架在整个生命周期碳排放核算方法和提出节能减排建议，对降低造价成本与实现绿色建造具有重要的意义。

节能减排；低碳环保；生命周期评价法；绿色建造

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0 引言

全球气候变化形势严峻，自2010年以来，我国已成为全球最大的能源消费国，碳排放量急剧增长，给环境带来了巨大压力。为此，在过去十几年，我国积极实施了一系列应对气候变化的国家战略或政策，并宣布了2030年碳达峰和2060年碳中和的目标和愿景。目前，关于碳排放量的计算方法主要有实测法、质量平衡法以及生命周期评价法等。但由于实测法需要耗费大量的人力和物力，且对操作人员素质和专业设备要求较高，故难以进行大范围的推广。而质量平衡法工作量大，加之其需要搜集详细的工业生产过程数据和全面了解生产工艺等情况，因此仅适用于数据基础较好的行业。相比于实测法和质量平衡法，生命周期评价法操作简单，适用范围较广，受到国内大多数学者的青睐。近年来，为了更好地响应国家“双碳”政策，国内部分学者开展了基于生命周期评价法的建筑领域碳排放研究与分析。文献［1］以18层典型预制剪力墙住宅建筑为研究对象，建立了其碳排放计算模型，并进一步测算其在生产阶段、运输等阶段的碳排放量，给建筑行业节能减排提供了有效参考。文献［2］以重庆市某轻钢装配式集成别墅为例，基于装配式建筑的建造、使用以及废弃3个阶段，同时识别影响碳排放的主要因素，研究装配式建筑的全生命周期各个阶段碳排放的贡献率及其灵敏度，进一步地提高建筑废弃品的回收利用率，为今后回收建材提供新思路。然而，目前大多数学者仅对建筑领域的碳排放量有较多研究与分析，关于交通领域的碳排放涉及较少。鉴于此，本文基于生命周期评价法开展现浇箱梁用新型装配式支架研究，深入探讨其在生产阶段、运输阶段以及装配阶段与拆除阶段的全寿命周期碳排放量，最后对比分析各个阶段的碳排放量对整个生命周期碳排放贡献占比，并据此提出合理化的节能减排建议，为今后加工制造与现场装配提供新的思路。

1 碳排放核算技术路线

为了能够详细计算碳排放量，并结合现浇箱梁用新型装配式支架在全寿命周期上的特点，进一步明确碳排放核算研究技术路线。其基本思路大致为：（1）明确新型装配式支架核算边界，确定碳排放来源和碳排放因子，如新型装配式支架全寿命周期通常划分为生产阶段、运输阶段、装配阶段以及拆除阶段；（2）分别计算每个阶段的碳排放量，再次进行汇总装配式预制构件在整个生命周期下的碳排放总量，最后对比分析每个阶段的碳排放量对整个生命周期碳排放贡献占比，并提出合理化的节能减排建议。如图1所示。

2 生命周期评价法

目前，碳排放主要指的是以CO2为主的一些温室气体的排放量。为了响应国家能源政策，不少专家学者开始关注装配式建筑的碳排放研究，并采用不同的研究手段，其中包括实测法和生命周期评价法等。实测法可以直接根据具体项目有针对性、准确地测量实际项目的二氧化碳生产量，但其对测试人员技术性要求强，对测算设备的专业性要求高，需要耗费较大的人力物力成本。而相比于实测法，生命周期评价法具有简单明确、易于操作等优势，是一种从产品的整个生命周期评估其对环境影响的研究方法，因此本文主要采用该方法计算新型装配式支架碳排放量。

2.1 构建碳排放计算模型

基于新型装配式支架的生产、运输以及装配与拆除阶段的碳排放来源，如表1所示，构建生命周期碳排放模型，如式（1）所示：

2.2 碳排放系数选取

2.3 碳排放模型计算

2.3.1 生产阶段碳排放量

生产阶段的碳排放量主要包括2个部分，即原材料碳排放量和生产过程碳排放量。原材料碳排放主要指的是原材料在采购、加工以及出厂运输过程的碳排放量，其主要与原材料使用量和生产加工过程的碳排放系数有关，计算公式如式（2）所示：

而生产过程碳排放量主要与所使用的机械消耗量和相应的碳排放系数有关，计算公式如式（3）所示：

运输阶段的碳排放量不仅要考虑新型装配式支架的重量、运输车辆运输距离，而且也要考虑运输工程返程空载系数和碳排放系数，计算公式如式（5）所示：

2.3.3 装配与拆除阶段碳排放量

装配阶段碳排放计算指的是现场装配与拆除时运行各施工机械能源消耗产生的碳排放，主要与构件施工耗能量和对应的能源碳排放系数有关，计算公式如式（6）所示：

3 案例分析

目前，生命周期评价法主要分析装配式建筑的碳排放量，如预制叠合板和叠合梁等，但几乎未提及交通领域的装配式结构，特别是新型装配式支架。因此本文基于生命周期评价法对新型装配式支架开展全寿命周期内的碳排放量计算。

首先明确了新型装配式支架各个阶段的碳排放来源并进行归类统计（如表1所示）；其次查询《计算标准》，并根据不同材料类、能源类以及车辆运输类进一步确定相应的碳排放系数（如表2所示）；再次构建新型装配式支架碳排放模型并定量计算生命周期内材料消耗量或者能源消耗量，如下页表3所示；最后根据每个阶段的贡献占比进行结论分析及提出合理化建议。

进一步的，根据碳排放系数（表2）和生命周期内材料消耗量或能源消耗量（表3），并结合公式（1）～（6）分别计算新型装配式支架的生产阶段、运输阶段以及装配与

拆除阶段的碳排放量，如表4所示。

通过表4汇总得到新型装配式支架整个生命周期内碳排放量，进一步分析每个阶段的贡献占比和结论分析，进而提出合理化建议。

由图2可知，在新型装配式支架的整个生命周期中，生产阶段碳排放量占比最大，高达98.25%，其几乎涵盖了整个生命周期的碳排放量，运输阶段的碳排量次之，占比为1.49%，而装配与拆除阶段的碳排量最小，仅为0.26%，说明对整个生命周期的碳排量影响最小。因此，为了更好地控制新型装配式支架的碳排量，需要重点对其生产阶段的原材料用量与加工工艺进行优化，并提出针对性的节能减排建议。

（1）优化新型装配式支架重量：在满足支架结构受力性能和施工要求的前提下，优化新型装配式支架总体重量，从而减少支架加工量和减轻车辆的运输总重量，旨在源头上直接减少新型装配式的碳排量。

（2）优化新型装配式支架加工工艺：一方面制定加工排期计划表，明确每个节点重点任务并优化支架加工流程，合理安排机器作业，避免多次重复打开机械进而减少不必要的资源浪费；另一方面考虑采用螺栓连接或内外螺纹对接方式，减少支架加工焊接工作量，实现最大限度降低新型装配式支架加工的碳排放。

4 结语

本文基于生命周期评价法开展新型装配式支架碳排放研究，明确碳排放来源和确定碳排放系数，同时构造碳排放计算模型并定量地计算新型装配式支架的生产阶段、运输阶段以及装配与拆除阶段的碳排量，由此得出生产阶段的碳排量占比最大，并对该阶段的原材料用量与加工工艺提出了节能减排建议，为后续控制新型装配式支架的碳排量提供有效的参考。

［1］曹 西，缪昌铅，潘海涛.基于碳排放模型的装配式混凝土与现浇建筑碳排放比较分析与研究［J］.建筑结构，2021，51（S2）：1 233-1 237.

［2］郑晓云，徐金秀.基于LCA的装配式建筑全生命周期碳排放研究——以重庆市某轻钢装配式集成别墅为例［J］.建筑经济，2019，40（1）：107-111.