基于生命周期評價法的新型裝配式支架碳排放分析

作者簡介：李松駿（1991—），工程師，主要從事項目安全管理工作。

文章采用生命周期評價法對新型裝配式支架在生產(chǎn)階段、運輸階段、裝配與拆除階段進行碳排放計算，旨在形成新型裝配式支架在整個生命周期碳排放核算方法和提出節(jié)能減排建議，對降低造價成本與實現(xiàn)綠色建造具有重要的意義。

節(jié)能減排；低碳環(huán)保；生命周期評價法；綠色建造

U444A431523

0?引言

全球氣候變化形勢嚴峻，自2010年以來，我國已成為全球最大的能源消費國，碳排放量急劇增長，給環(huán)境帶來了巨大壓力。為此，在過去十幾年，我國積極實施了一系列應(yīng)對氣候變化的國家戰(zhàn)略或政策，并宣布了2030年碳達峰和2060年碳中和的目標和愿景。目前，關(guān)于碳排放量的計算方法主要有實測法、質(zhì)量平衡法以及生命周期評價法等。但由于實測法需要耗費大量的人力和物力，且對操作人員素質(zhì)和專業(yè)設(shè)備要求較高，故難以進行大范圍的推廣。而質(zhì)量平衡法工作量大，加之其需要搜集詳細的工業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和全面了解生產(chǎn)工藝等情況，因此僅適用于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較好的行業(yè)。相比于實測法和質(zhì)量平衡法，生命周期評價法操作簡單，適用范圍較廣，受到國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者的青睞。近年來，為了更好地響應(yīng)國家“雙碳”政策，國內(nèi)部分學(xué)者開展了基于生命周期評價法的建筑領(lǐng)域碳排放研究與分析。文獻［1］以18層典型預(yù)制剪力墻住宅建筑為研究對象，建立了其碳排放計算模型，并進一步測算其在生產(chǎn)階段、運輸?shù)入A段的碳排放量，給建筑行業(yè)節(jié)能減排提供了有效參考。文獻［2］以重慶市某輕鋼裝配式集成別墅為例，基于裝配式建筑的建造、使用以及廢棄3個階段，同時識別影響碳排放的主要因素，研究裝配式建筑的全生命周期各個階段碳排放的貢獻率及其靈敏度，進一步地提高建筑廢棄品的回收利用率，為今后回收建材提供新思路。然而，目前大多數(shù)學(xué)者僅對建筑領(lǐng)域的碳排放量有較多研究與分析，關(guān)于交通領(lǐng)域的碳排放涉及較少。鑒于此，本文基于生命周期評價法開展現(xiàn)澆箱梁用新型裝配式支架研究，深入探討其在生產(chǎn)階段、運輸階段以及裝配階段與拆除階段的全壽命周期碳排放量，最后對比分析各個階段的碳排放量對整個生命周期碳排放貢獻占比，并據(jù)此提出合理化的節(jié)能減排建議，為今后加工制造與現(xiàn)場裝配提供新的思路。

1?碳排放核算技術(shù)路線

為了能夠詳細計算碳排放量，并結(jié)合現(xiàn)澆箱梁用新型裝配式支架在全壽命周期上的特點，進一步明確碳排放核算研究技術(shù)路線。其基本思路大致為：（1）明確新型裝配式支架核算邊界，確定碳排放來源和碳排放因子，如新型裝配式支架全壽命周期通常劃分為生產(chǎn)階段、運輸階段、裝配階段以及拆除階段；（2）分別計算每個階段的碳排放量，再次進行匯總裝配式預(yù)制構(gòu)件在整個生命周期下的碳排放總量，最后對比分析每個階段的碳排放量對整個生命周期碳排放貢獻占比，并提出合理化的節(jié)能減排建議。如圖1所示。

2?生命周期評價法

目前，碳排放主要指的是以CO2為主的一些溫室氣體的排放量。為了響應(yīng)國家能源政策，不少專家學(xué)者開始關(guān)注裝配式建筑的碳排放研究，并采用不同的研究手段，其中包括實測法和生命周期評價法等。實測法可以直接根據(jù)具體項目有針對性、準確地測量實際項目的二氧化碳生產(chǎn)量，但其對測試人員技術(shù)性要求強，對測算設(shè)備的專業(yè)性要求高，需要耗費較大的人力物力成本。而相比于實測法，生命周期評價法具有簡單明確、易于操作等優(yōu)勢，是一種從產(chǎn)品的整個生命周期評估其對環(huán)境影響的研究方法，因此本文主要采用該方法計算新型裝配式支架碳排放量。

2.1?構(gòu)建碳排放計算模型

基于新型裝配式支架的生產(chǎn)、運輸以及裝配與拆除階段的碳排放來源，如表1所示，構(gòu)建生命周期碳排放模型，如式（1）所示：

2.2?碳排放系數(shù)選取

2.3?碳排放模型計算

2.3.1?生產(chǎn)階段碳排放量

生產(chǎn)階段的碳排放量主要包括2個部分，即原材料碳排放量和生產(chǎn)過程碳排放量。原材料碳排放主要指的是原材料在采購、加工以及出廠運輸過程的碳排放量，其主要與原材料使用量和生產(chǎn)加工過程的碳排放系數(shù)有關(guān)，計算公式如式（2）所示：

而生產(chǎn)過程碳排放量主要與所使用的機械消耗量和相應(yīng)的碳排放系數(shù)有關(guān)，計算公式如式（3）所示：

運輸階段的碳排放量不僅要考慮新型裝配式支架的重量、運輸車輛運輸距離，而且也要考慮運輸工程返程空載系數(shù)和碳排放系數(shù)，計算公式如式（5）所示：

2.3.3?裝配與拆除階段碳排放量

裝配階段碳排放計算指的是現(xiàn)場裝配與拆除時運行各施工機械能源消耗產(chǎn)生的碳排放，主要與構(gòu)件施工耗能量和對應(yīng)的能源碳排放系數(shù)有關(guān)，計算公式如式（6）所示：

3?案例分析

目前，生命周期評價法主要分析裝配式建筑的碳排放量，如預(yù)制疊合板和疊合梁等，但幾乎未提及交通領(lǐng)域的裝配式結(jié)構(gòu)，特別是新型裝配式支架。因此本文基于生命周期評價法對新型裝配式支架開展全壽命周期內(nèi)的碳排放量計算。

首先明確了新型裝配式支架各個階段的碳排放來源并進行歸類統(tǒng)計（如表1所示）；其次查詢《計算標準》，并根據(jù)不同材料類、能源類以及車輛運輸類進一步確定相應(yīng)的碳排放系數(shù)（如表2所示）；再次構(gòu)建新型裝配式支架碳排放模型并定量計算生命周期內(nèi)材料消耗量或者能源消耗量，如下頁表3所示；最后根據(jù)每個階段的貢獻占比進行結(jié)論分析及提出合理化建議。

進一步的，根據(jù)碳排放系數(shù)（表2）和生命周期內(nèi)材料消耗量或能源消耗量（表3），并結(jié)合公式（1）～（6）分別計算新型裝配式支架的生產(chǎn)階段、運輸階段以及裝配與

拆除階段的碳排放量，如表4所示。

通過表4匯總得到新型裝配式支架整個生命周期內(nèi)碳排放量，進一步分析每個階段的貢獻占比和結(jié)論分析，進而提出合理化建議。

由圖2可知，在新型裝配式支架的整個生命周期中，生產(chǎn)階段碳排放量占比最大，高達98.25%，其幾乎涵蓋了整個生命周期的碳排放量，運輸階段的碳排量次之，占比為1.49%，而裝配與拆除階段的碳排量最小，僅為0.26%，說明對整個生命周期的碳排量影響最小。因此，為了更好地控制新型裝配式支架的碳排量，需要重點對其生產(chǎn)階段的原材料用量與加工工藝進行優(yōu)化，并提出針對性的節(jié)能減排建議。

（1）優(yōu)化新型裝配式支架重量：在滿足支架結(jié)構(gòu)受力性能和施工要求的前提下，優(yōu)化新型裝配式支架總體重量，從而減少支架加工量和減輕車輛的運輸總重量，旨在源頭上直接減少新型裝配式的碳排量。

（2）優(yōu)化新型裝配式支架加工工藝：一方面制定加工排期計劃表，明確每個節(jié)點重點任務(wù)并優(yōu)化支架加工流程，合理安排機器作業(yè)，避免多次重復(fù)打開機械進而減少不必要的資源浪費；另一方面考慮采用螺栓連接或內(nèi)外螺紋對接方式，減少支架加工焊接工作量，實現(xiàn)最大限度降低新型裝配式支架加工的碳排放。

4?結(jié)語

本文基于生命周期評價法開展新型裝配式支架碳排放研究，明確碳排放來源和確定碳排放系數(shù)，同時構(gòu)造碳排放計算模型并定量地計算新型裝配式支架的生產(chǎn)階段、運輸階段以及裝配與拆除階段的碳排量，由此得出生產(chǎn)階段的碳排量占比最大，并對該階段的原材料用量與加工工藝提出了節(jié)能減排建議，為后續(xù)控制新型裝配式支架的碳排量提供有效的參考。

［1］曹?西，繆昌鉛，潘海濤.基于碳排放模型的裝配式混凝土與現(xiàn)澆建筑碳排放比較分析與研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（S2）：1 233-1 237.

［2］鄭曉云，徐金秀.基于LCA的裝配式建筑全生命周期碳排放研究——以重慶市某輕鋼裝配式集成別墅為例［J］.建筑經(jīng)濟，2019，40（1）：107-111.