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孫海營:建筑工程施工階段能耗和碳排放計量分析

2023-10-10 14:47:13 中國能源網

編者按:2023年9月12-14日,以“綠色 持續 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會”在江蘇常州武進召開,本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上,瑞杰歷信行(北京)數據科技有限公司副董事孫海營發表了《“建筑工程施工階段能耗和碳排放計量分析》的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

孫海營:尊敬的各位領導、來賓:上午好。感謝主辦方提供了這個交流的機會,也很榮幸能夠代表瑞杰歷信行來參加本次大會。

首先做一個背景的介紹,瑞杰歷信行是受英國皇家測試師協會規管的一家測試師事務所,自1997年進入中國大陸以來,一直是為房地產企業做成本顧問工作。在2016年企業開始做數字化轉型,并且完成了建筑投資數據模型的開發,在2022年6月,受住建部的委托,在同年年底與哈爾濱工業大學共同完成了建筑施工階段的碳排放計量分析工作。接下來我給大家匯報一下這個課題的研究成果。

這是我們在整個課題的研究背景,在國家綠色低碳建筑的政策引導下,伴隨著工程造價市場化的改革,我們認為有必要研究探索在工程施工階段碳排放量的計算方法,為建筑工程施工階段碳排放計量分析與低碳評價提供支撐。我們在2021年開始關注這個碳排放的研究工作,并且把這部分也并入了建筑成本數據模型里面。

這是我們課題研究的一個內容,主要是分三個方面,前兩個是關于建筑工程建造碳排放量計算方法研究,和我們在典型的碳排放計量核算基準研究,第三部分是關于建筑工程碳排放指標體系的研究。我們在第三方面的研究,主要是依托了建筑成本數據庫為基礎,第三部分的課題研究內容,主要建立建筑工程碳排放指標體系,再一個就是建立碳排放的數據庫和建筑碳排放指標的分析應用展開相關的研究工作。這是我們第三部分課題研究的標題和目錄,我們整個課題分了三部分,第一個是研究背景和思路介紹,第二部分就是建筑碳排放指標體系的建立和應用,第三是建筑碳排放數據庫的建立和應用,第四就是關于未來的一個展望。

關于這個研究內容和思路這一塊,前面大概介紹了,我們主要還是以實際建筑工程的項目案例為基礎,對建筑施工階段的碳排放進行定量評價,建立一個多維度的建筑工程碳排放指標體系,并且是找到相關的碳排放關鍵因素,探索減碳排的措施,并且針對碳排放的數據進行進一步開發應用,比如說低碳工藝、材料、設備的評比優化等提供支持,從法規上驅除落后產能,在市場比較上,鼓動先進產能的進步。

整個碳排放體系的建立分了四個階段,第一是關于碳排放因子的選擇、測定,并且建立我們的碳排放因子數據庫,第二是建筑施工階段碳排放源的分析,第三是建筑施工階段碳排放量的統計計算,第四是整個碳排放指標體系的建立。

關于碳排放因子庫的選擇,我們是結合了國家的一個計算標準,還有一個專業學校和研究機構對整個建筑材料、設備、碳排放指標的一個成果,進行一個匯總,基本上這一部分數據是當前獲得的可認可的數據來源,未來這個數據口徑發生變化的話,我們也可以完成數據采集的轉換,保證我們數據計算結果符合CCER的標準。后面我們有一個關于碳排放因子庫的簡單介紹,這一塊給大家舉例介紹一下,比如說我們建設一噸鋼材所需的碳排放值大概是2200公斤二氧化碳,鋼筋切斷機工作一個臺班所需要的大概能源消耗情況。這是我們一些示意,主要材料的設備能源消耗情況。關于碳排放因子庫的選擇,是與哈工大這邊的團隊共同研究,這一部分主要參考了學校這邊的研究數據進行統計分析,作為我們整個碳排放指標庫的一個基礎。這邊我們通過建筑成本數據庫標準建立,完成與碳排放數據庫的對接。在建筑行業關于碳計量的標準并沒有一個成文的規定,在短期內會有不斷地調整,我們這一塊也是做了一個相關的解決方案,在后續如果說標準有變化的話,我們也可以及時的實現一個數據的對接,這樣可以控制在一個項目的立項階段,把它的整個建筑碳數據進行一個準確的測算。

在建筑施工階段碳排放源的分析這一塊,也做了一些研究,比如從排放源的組成分了三類,第一個是直接排放這部分,比如說化石燃料,第二部分就是間接排放的,比如說電力的使用,第三就是其他的,比如說建筑用工材料,按照工程要素來分,就是按照日常的我們工程組成結構,這些分析結合國家的現行規范,為了適應市場化的需求,我們采用了以工程要素劃分這種形式作為研究對象,將分部分項工程作為基礎核算單元,形成類似清單項綜合單價,來計算各分項工程的綜合碳排放值,使得整個建筑施工階段的碳排放更加直觀透明,為后續的數據應用、關聯分析做一些準備。

關于整個建筑施工階段碳排放量的分析,我們分為了五個階段,第一是建材生產和運輸,第二是建筑施工,第三是建筑運行,第四是建筑拆除,第五是關于廢料的回收和處理。具體在生產和運輸階段,它的碳排放包括主要材料,像鋼筋、混凝土、玻璃這一類建材從生產到施工現場所產生的碳排放,關于建造階段就是完成各個工程碳排放的內容。在運行階段包括建筑使用年限內各個系統產生的碳排放,以及需要修繕產生的碳排放工作。第四方面就是關于建造拆除階段,包括人工的拆除還有使用機械拆除,所消耗各種能源動力產生的碳排放結果,最后就是關于廢料回收產生的碳排放,包括廢料的填埋焚燒這一系列的工作。

這一塊是我們整個關于建筑全生命周期它的各個階段,產生碳排放的一個占比情況的分析,可以看到在運營階段和項目的生產建設階段,它的建材這一塊占的比例是比較大的。通過我們對建材生產、運輸施工階段完成的項目數據,我們是通過數據模型里面的30個同類型的實際項目案例,做了這種系統的修正,統計一個計算結果,運營階段是按照項目的標準設計工況和假設的修繕條件進行測算,拆除階段是按照假設的拆除和回收方案進行測算,得出一系列的計算結果。

目前我們國家這個建設總量是比較大,造成了短期內的集中性碳排放比較集中,我們這個課題就是針對整個的建筑工程施工階段,包括了生產和建造兩個階段開展研究和思考。碳排放因子基礎數據庫的建立,是建筑工程碳排放量化工作的關鍵環節,是實現整個減排目標的一個重要基礎。

后面我們是介紹一些關于具體的專業工程它的材料碳排放的計算組成,這個是以鋼筋工程為例,我們是結合了實際應用案例中一個鋼筋工程它的所有人工、材料、機械消耗量,我們結合整個碳排放因子數據庫里面的數據,來去組成整個鋼筋工程在生產運輸階段和制造階段,它的碳排放量分別是多少。通過我們之前介紹的計算方式,也是結合建筑投資成本數據模型對整個工程章節的劃分,我們去分別測定各個專業工程在實施階段它的綜合碳排放值。這是鋼筋工程在整個住宅項目里面它的碳排放清單截選,也是分了從整個生產運輸和建造兩個階段,不同環節來統計它的結果。通過整個實際建筑工程項目通過建模分析,是以兩萬平米的住宅項目做了一個實際的統計,這是一個總包階段各專業工程匯總出來的,在各個專業工程它的材料、生產運輸階段和建造階段的碳排放值和占比,這一塊也可以根據我們統計出來它的占比重點情況,去做下一步的研究。通過我們這個材料生產運輸和整個施工分析,在整個施工階段材料和運輸的整個碳排放,占到了97%,集中體現在鋼筋、混凝土這些需要熱加工的材料,其次就是砌塊保溫內容。這是我們做的一個建筑施工碳排放和工程造價相關性的分析,后面也有一系列的示意圖。像這個就是我們把造價和碳排放放在了一起去做一個對比,可以看到它們基本上是呈正相關的關系,造價占比高的相關的碳排放也是相對較高的,基本上峰值就是出現在鋼筋和混凝土這一類工程里面。

這一塊是我們從另外一個角度,從建筑碳排放的統計結果和構件重量做一個相關性的分析,這個示意可以看出,關聯性并不是特別大,最終的碳排放結果還是和材料的加工工藝有關,有比較強的關聯關系,與構件重量并沒有太直接的關系。通過上面的這些統計結果,我們是對建筑工程單位重量的造價,還有單位重量的碳排放值,還有單位的建造面積,還有單位面積的碳排放值,還有單位造價的碳排放值這種指標多維度分析,最后形成這樣一個碳排放指標的數據庫建立。

關于碳排放指標體系的應用主要分了四個方面,第一個就是針對占比高的施工技術內容進行優化,第二就是針對占比高的材料進行優化,第三就是制定企業碳排放減排目標,第四就是碳排放與成本相結合的統籌管理方法。

關于第一個應用,從剛才的結果可以看出,建筑材料集中在了材料生產和運輸階段,可以從這個方面去考慮綠色建材的使用,比如說粉煤灰、礦渣來做的水泥等等,降低材料在生產階段的碳排放值。還有關于施工工藝這一塊的優化,比如說我們針對碳排放較大的施工過程,我們在制定施工組織計劃的時候,注意這兩個環節的施工組織安排,防止機械空轉,產生不必要的碳排放值。再一個就是針對這些環節進行一個施工工藝和機械的改造優化,在保證項目成本可控的范圍內,選用節能環保的機械,降低整個的碳排放。

關于在體系的應用,可以幫助我們在企業制定一個碳排放的減排目標,可以作為施工方制定碳排放減排目標的參考值,也可以制定有針對性的減排計劃。

第四個應用就是碳排放管理不能局限于項目的后評估階段,需要通過我們在碳排放指標的體系應用,充分利用統計結果與工程量的聯動關系,在項目的初期進行預控,在項目管理過程中進行優化,通過整個的系統操作,來完成整個碳排放的降低。

第三部分介紹一下關于整個碳排放數據庫的建立和應用,在大量實際案例中,我們是把各個項目的區域性差異,包括它的建筑規模和施工企業、開發企業,各個不同的因素都綜合進來去做一個測定,我們通過這種大數據的理念,來制定整個合理的碳排放區間,在形成碳排放數據庫的同時,也是對我們排放量的對比基準提供支持,也為后續低碳工藝材料設備評比優化提供支持。

碳排放數據庫需要建立在大量信息和經驗信息積累整理工作上完成的,用于指導碳排放估算指標的編制,精準預估項目開展過程中的碳排放量,預測發展趨勢,制定項目低碳目標,給項目的決策者做好低碳目標控制的依據。

這是關于碳排放數據庫的應用,我們給了幾條建議,一個是在國內這一塊目前還沒有針對施工階段碳排放建立統一標準,大部分對于碳排放核算研究都集中在全壽命周期理論建筑物的碳排放總量,并沒有針對各個專業和各個施工階段做一個詳細的分析,我們這一塊是想通過這種清單形式,把整個項目做一個分解,為后續我們做各專業工程的碳排放控制進行鋪墊。

大多數的研究對碳排放的計量目標是發生實際的碳排放進行評估,僅僅起到事后評價的作用,并沒有在碳排放的預估方面做出一個建議,我們是想在這方面通過我們數據庫的應用,來指導項目在立項階段碳排放指標的一個審批,提供一個依據。

這個是關于工程量清單中分部分項工程,涉及到的加工工藝包括整個涉事企業,以及施工工藝都是參差不齊,單位碳排放值的標準并不是唯一的,我們根據建筑投資成本數據模型,基于大量實際工程項目案例形成的數據庫,把地域性、建筑規模、施工企業生產力等因素進行綜合評判,測定單位綜合碳排放值的合理區間,在形成建筑工程碳排放數據庫的同時,也對我們整個碳排放基準數據做出一個恒定,為后續的一些材料和工藝評比優化提供支持。

碳成本控制和經濟決策平臺,它的數據模型分析是通過建設工程碳排放計量與統計、碳排放評價數據參考、建設工程碳排放核算基準指標管理體系,以及推動構建碳排放平臺化管理體系,幫助建筑企業完成成本定位、收益數據以及制定減排目標,統籌及預估購買碳排放配額的依據,實現節能減排的事前管理,或者預估項目碳排放量配額參與碳排放交易活動,以及碳排放實時監控等低碳管理工作。關于這個管理體系我們堅持以終為始的計量理念和適配品牌目錄鄧世昌華規則,在圖紙設計之前就完成建筑成本和碳排放的設計,通過大量實踐項目數據,實現精準度3%以內的管理目標。可以應用在任何的承包方模式下,無論是施工總承包,還是EPC,都可以依托碳成本控制及經濟決策平臺來完成碳計量和管理工作。

碳排放數據庫的建立需要大量信息和經驗數據的積累,我們預估擬建項目的碳排放量,預測其發展趨勢,制定項目的低碳目標。可以通過碳排放的計量結合CCER標準,建立企業溝通平臺,對建筑產品進行經濟分類以及編制評級制度,向滿足低碳要求的供應商提供合作機會、業務推廣等需求,遏制部分高碳排產業及降碳措施差的產業,對建筑業、建材生產業進行市場化良性引導,提高碳排放評價的一致性,使評價結果更有實際意義。再一個作用就是為成本決策提供依據,市場的碳交易以企業為對象,集成了建筑施工企業所有項目,因此施工企業需要碳排放的數據集成平臺作為支撐。另外碳交易的價格是波動的結果,平臺會通過碳值分析、預測系統快速反應,幫助企業完成成本決策。

第四個是將碳排放計量規則引入到招投標領域,實現施工碳排放預測,滿足企業或國家碳排放交易配額規劃要求,編制企業減排計劃、確定減排行動和控制企業碳排放總量的依據,提高碳排放信息的質量。

第五個作用就是企業建立碳成本控制及經濟決策平臺,通過標準化的管理流程,對企業的內部資源進行共享,進行市場化的推廣,實現碳排放評價的一致性,使評價結果更具有實際意義。

最后關于一些未來的展望,針對建筑工程施工碳排放指標體系的研究,通過我們構建碳排放數據庫,以碳排放核算數據為基礎編制我們的估算指標進行一個應用,然后施工碳排放的核算體系滿足工程項目低碳管理的要求,為實現進度、質量、成本、碳排放四個目標的項目管理工作提供支持。

碳數據的研究是以數據庫結構形態為基礎,我們的研究方向必須改變這種列表形式的大量數據形態,建立完整的數據庫,這樣的數據結構也創造了我們建筑業數據業務的提升,同時也為建筑業和其他行業數據之間的相互應用提供了一個基礎。

從企業低碳發展的角度,可以進一步對施工碳排放核算體系,對工程全過程低碳管理的應用,結合建設信息模型技術指導企業在建設工程各個階段對碳排放量的估算、預算、核查,核定企業碳排放報告制度,滿足區域碳排放總量的控制要求。

從行業低碳發展的角度來看,可以進行利用施工碳排放核算體系,指導完成行業碳排放估算指標、概算指標以及各類工程碳排放定額的編制。同時也進一步研究如何運用該體系實現較準確的碳排放配額的計算,準確制定建設工程行業企業的碳排放配額,加快建設工程行業企業加入碳排放交易市場的腳步。

從區域和國家低碳發展的角度來看,可以充分利用互聯網、物聯網、大數據以及云平臺等技術,包括建設碳排放因子、碳排放指標在內的國家基礎數據庫,搭建區域碳排放數據平臺,通過平臺信息的發布,實現不同建設項目碳排放情況的實時監測、一個區域的碳排放總量監測、超標預警等功能。

最后建設工程施工碳排放數據統計以及核算體系,不僅局限于指導施工階段實際碳排放計量,而最終獲得CCER的認證,并能知道在建設工程項目全過程低碳管理工作中碳排放核算工作,最終為碳交易做準備。本次大會還是針對未來能源的開發應用和提效,我們瑞杰歷信行的研究方向還是從能源應用端做一個節能減排,做一個控制,也是大家從各個方向共同努力實現碳中和的目標。

今天我的分享就到此結束,感謝大家。




責任編輯: 李穎