建筑工程碳排放论文

1建筑工程主体施工阶段二氧化碳排放量研究模型

1.1二氧化碳排放量模型的构建

根据建筑工程施工阶段施工工序内容，可以将主体结构施工系统划分为钢筋工程、模板工程、混凝土工程、脚手架工程和运输工程五个子系统．分别对各子系统进行二氧化碳排放量研究，进而综合为整个主体施工阶段的二氧化碳排放量．所构建的主体结构施工阶段二氧化碳排放量分析模型如图1所示．在利用计算机进行模拟分析时，首先利用Vensim软件中的“Model”（模型）功能键，确定所建模型的初始运行时间、终止时间、步长及时间单位等，接着在Vensim窗口中依次选择系统中的各个变量，点击“Equation”（方程式）功能键，在出现的窗口中输入方程式或常数．完成所有变量赋值后，运用“RunaSimulation”（执行模拟）功能键运行模型．最后，利用分析工具栏中的“TableTimeDown”（直向表格）功能键，便可计算出各子系统的二氧化碳排放量，从而确定主要的影响子系统．

1.2各子系统二氧化碳排放量分析

1.2.1模板工程系统目前建筑行业普遍使用的模板主要是钢模板和木模板，塑料模板和铝模板也在不断的推广中．其中，钢模板的使用面积占总量不到1/4，而木模板使用面积达到75%以上[8]．因为模板系统在使用阶段对环境的影响很小，所以将生产模板所产生的碳排放量作为施工阶段对环境影响的考虑因素．钢模板二氧化碳排放量计算公式为：E=，其中：E为二氧化碳排放量（g）；Q为每千克钢材二氧化碳总排放量（g）；K为钢材总重（kg）；n为钢模板周转使用次数．每千克钢材二氧化碳排放量Q为410g[9]，结合施工过程中模板使用的总重量K，得出总的二氧化碳排放量，再根据钢模板的周转使用次数n，将总的二氧化碳排放量进行平均，从而计算出钢模板使用一次的二氧化碳排放量．在计算木模板二氧化碳排放量时，因为无法计算使用木材对环境排放的二氧化碳的量，所以可以将这一部分木材本应吸收的二氧化碳量，作为其对环境的负面影响加以考虑．木模板二氧化碳排放量计算方法为：根据模板的木材使用量，再结合木材吸收二氧化碳量，就可计算出每年木模板本应吸收的二氧化碳的量，再乘以一定的年限即可，本文取为20年，同时要考虑到木模板的周转次数，一般取8次[8]．据专家测定，森林每生长1m3木材大约可以吸收1.83t二氧化碳．1.2.2钢筋工程系统钢筋工程系统包括钢筋的存储、加工、绑扎、焊接、回收利用等．钢筋加工流程为：除锈—调整调直—切断—弯曲成型．所使用到的机器有调直机、切断机和弯曲机，焊接过程需要使用电焊机，加工及焊接过程二氧化碳排放计算方法为：∑，其中：E为二氧化碳排放量（kg）；a为燃煤产生每千瓦时电能所排放的二氧化碳量（kg）；i=1,2,3,4，分别表示调直机、切断机、弯曲机和电焊机；为相应机器在整个施工阶段的工作总时长（h）；为相应机器的功率（kW）；表示相应机器的数量．与模板一样，将钢筋生产阶段的二氧化碳排放量计入施工阶段．在进行钢筋工程施工时，要精确计算钢筋需求量，降低损失率，将损耗率控制在2%以下．要做好钢筋的回收使用，例如将回收中质量合格的钢筋当做马凳和墙体定位筋等．1.2.3混凝土工程系统混凝土工程包括运输、浇筑、振捣、养护．普通混凝土划分为十四个等级，生产不同等级的混凝土所排放的二氧化碳也不一样，王帅详细分析了生产六个等级的混凝土对环境的影响，可作为参考[10]．在施工阶段，主要考虑混凝土的浇筑、振捣和养护过程对环境的影响．在浇筑过程中使用的机械包括：混凝土输送泵、振动器．根据机械的功率、使用时长即可计算出耗电量，继而可得出二氧化碳排放量．严格控制冲洗混凝土输送泵用水量和养护过程中用水量，并做好记录统计．根据消耗每立方米水资源所排放的二氧化碳，便可计算总的排放量．1.2.4脚手架工程系统脚手架按照所用材料的种类可以分为：木脚手架、竹脚手架和钢管脚手架，在高层建筑中，使用钢管脚手架较为普遍，因而主要考虑使用此种脚手架对环境的二氧化碳排放影响．同样将生产过程的二氧化碳排放计入施工阶段．计算方法为：E=，其中：L为钢管总长（m）；A为钢管规格（kg/m）；n为钢管、铸铁周转使用次数（取50次）；为每千克钢材二氧化碳总排放量（g）；M为扣件的总重量（t）；为每吨铸铁的标准煤耗,根据国家铸造协会的统计数据，中国铸铁业平均能耗为800kgce/t；为每千克标准煤的二氧化碳排放量2.46kg．1.2.5运输工程系统运输工程系统主要考虑施工材料场内的垂直运输，统计垂直运输机械的电能消耗和原油消耗，即可得出相应二氧化碳的排放量．

2实例分析

2.1案例概况

西安市某栋高层住宅，总建筑面积21757m，地上18层，地下1层，建筑高度为58m，主体为钢筋混凝土剪力墙结构，工期为352d，其中从地下室到主体结构完工耗时85d，近似记为6个月，材料耗用情况如表2所示．

2.2模拟结果及分析

该模型包含五个子系统，由于篇幅有限，仅以商品混凝土工程CO2排放子系统为例进行简单的分析．在Vensim窗口中选择“商品砼工程CO2排放变化量”变量，用鼠标双击该变量使之成为工作变量，再点击分析工具栏中的“CausesTree”(因果树图)按钮，便可得到如图2所示的因果树图，从中可以较为清晰的了解该子系统中的影响因素，再点击“Equations”（方程式）键，利用方程式编辑器来建立编辑模块方程式，如图3所示．其他变量依此操作逐步进行确定，最后点击工具列中的“RunaSimulation”(执行模拟)便可得出相应的结果．商品混凝土工程CO2排放子系统状态变量和速率变量的计算方程如下：状态变量方程：商品砼工程CO2排放量=商品砼过去时刻排放量＋商品砼过去至当前时刻排放变化量(1)速率变量方程：商品砼工程CO2排放变化量=商品砼生产排放量＋用水量排放量＋砼浇筑过程排放量(2)本案例的持续时间为6个月，计每段时间间隔为1个月，为了便于统计最终结果，可以在主体结构施工结束后，将各项消耗汇总输入模型，再将商品砼工程CO2排放变化量除以六，即认为每月的输入量相等，那么商品砼工程CO2排放量就会呈现线性增长，如图4所示．将各变量的数值输入模型，得出相应子系统所排放CO2量依次为：商品混凝土工程子系统排放2824210kg，钢筋工程子系统排放538463kg，模板工程子系统排放754918kg，钢管脚手架工程子系统排放3617kg，运输工程子系统排放95220kg．各部分在CO2总排放量中所占比例如图5所示．从图5中可以看出，在主体工程施工阶段商品混凝土工程所排放的CO2量所占比重最大，其次是模板工程和钢筋工程，而脚手架工程和运输工程排放量所占比重较小．因而在推行绿色施工时，要特别注重商品混凝土工程、模板工程及钢筋工程的施工过程，严格控制材料的投入，减少材料在使用过程中的损耗率，大力推广绿色施工材料，开发绿色替代材料，减少施工过程对环境的影响．

3结语

在构建二氧化碳排放量分析模型时，本文首次有针对性的分析建筑工程项目主体施工阶段，并将该阶段划分为5个子系统，在计算过程中创新性的引入系统动力学软件，使得繁杂的运算过程简单化．最后，结合实际工程案例，对各变量进行赋值或编辑方程，找出了该阶段影响二氧化碳排放量的主要子系统有三个，分别是：商品混凝土工程、模板工程及钢筋工程．将建筑物物化阶段二氧化碳排放量的主要影响因素具体化，使得有关施工阶段二氧化碳排放量的已有研究成果更加充实，为今后实施绿色施工提供参考．当然，本文也存在一些不足，如未能对各子系统工程提出相应的替代方案，将不同的方案进行比较，从而找出最优的施工方案，这也是今后继续研究的方向．

作者：赵平马宏飞王冲张东海单位：西安建筑科技大学土木工程学院