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1建筑工程主體施工階段二氧化碳排放量研究模型

1.1二氧化碳排放量模型的構(gòu)建

根據(jù)建筑工程施工階段施工工序內(nèi)容，可以將主體結(jié)構(gòu)施工系統(tǒng)劃分為鋼筋工程、模板工程、混凝土工程、腳手架工程和運輸工程五個子系統(tǒng)．分別對各子系統(tǒng)進(jìn)行二氧化碳排放量研究，進(jìn)而綜合為整個主體施工階段的二氧化碳排放量．所構(gòu)建的主體結(jié)構(gòu)施工階段二氧化碳排放量分析模型如圖1所示．在利用計算機(jī)進(jìn)行模擬分析時，首先利用Vensim軟件中的“Model”（模型）功能鍵，確定所建模型的初始運行時間、終止時間、步長及時間單位等，接著在Vensim窗口中依次選擇系統(tǒng)中的各個變量，點擊“Equation”（方程式）功能鍵，在出現(xiàn)的窗口中輸入方程式或常數(shù)．完成所有變量賦值后，運用“RunaSimulation”（執(zhí)行模擬）功能鍵運行模型．最后，利用分析工具欄中的“TableTimeDown”（直向表格）功能鍵，便可計算出各子系統(tǒng)的二氧化碳排放量，從而確定主要的影響子系統(tǒng)．

1.2各子系統(tǒng)二氧化碳排放量分析

1.2.1模板工程系統(tǒng)目前建筑行業(yè)普遍使用的模板主要是鋼模板和木模板，塑料模板和鋁模板也在不斷的推廣中．其中，鋼模板的使用面積占總量不到1/4，而木模板使用面積達(dá)到75%以上[8]．因為模板系統(tǒng)在使用階段對環(huán)境的影響很小，所以將生產(chǎn)模板所產(chǎn)生的碳排放量作為施工階段對環(huán)境影響的考慮因素．鋼模板二氧化碳排放量計算公式為：E=，其中：E為二氧化碳排放量（g）；Q為每千克鋼材二氧化碳總排放量（g）；K為鋼材總重（kg）；n為鋼模板周轉(zhuǎn)使用次數(shù)．每千克鋼材二氧化碳排放量Q為410g[9]，結(jié)合施工過程中模板使用的總重量K，得出總的二氧化碳排放量，再根據(jù)鋼模板的周轉(zhuǎn)使用次數(shù)n，將總的二氧化碳排放量進(jìn)行平均，從而計算出鋼模板使用一次的二氧化碳排放量．在計算木模板二氧化碳排放量時，因為無法計算使用木材對環(huán)境排放的二氧化碳的量，所以可以將這一部分木材本應(yīng)吸收的二氧化碳量，作為其對環(huán)境的負(fù)面影響加以考慮．木模板二氧化碳排放量計算方法為：根據(jù)模板的木材使用量，再結(jié)合木材吸收二氧化碳量，就可計算出每年木模板本應(yīng)吸收的二氧化碳的量，再乘以一定的年限即可，本文取為20年，同時要考慮到木模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)，一般取8次[8]．據(jù)專家測定，森林每生長1m3木材大約可以吸收1.83t二氧化碳．1.2.2鋼筋工程系統(tǒng)鋼筋工程系統(tǒng)包括鋼筋的存儲、加工、綁扎、焊接、回收利用等．鋼筋加工流程為：除銹—調(diào)整調(diào)直—切斷—彎曲成型．所使用到的機(jī)器有調(diào)直機(jī)、切斷機(jī)和彎曲機(jī)，焊接過程需要使用電焊機(jī)，加工及焊接過程二氧化碳排放計算方法為：∑，其中：E為二氧化碳排放量（kg）；a為燃煤產(chǎn)生每千瓦時電能所排放的二氧化碳量（kg）；i=1,2,3,4，分別表示調(diào)直機(jī)、切斷機(jī)、彎曲機(jī)和電焊機(jī)；為相應(yīng)機(jī)器在整個施工階段的工作總時長（h）；為相應(yīng)機(jī)器的功率（kW）；表示相應(yīng)機(jī)器的數(shù)量．與模板一樣，將鋼筋生產(chǎn)階段的二氧化碳排放量計入施工階段．在進(jìn)行鋼筋工程施工時，要精確計算鋼筋需求量，降低損失率，將損耗率控制在2%以下．要做好鋼筋的回收使用，例如將回收中質(zhì)量合格的鋼筋當(dāng)做馬凳和墻體定位筋等．1.2.3混凝土工程系統(tǒng)混凝土工程包括運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)．普通混凝土劃分為十四個等級，生產(chǎn)不同等級的混凝土所排放的二氧化碳也不一樣，王帥詳細(xì)分析了生產(chǎn)六個等級的混凝土對環(huán)境的影響，可作為參考[10]．在施工階段，主要考慮混凝土的澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)過程對環(huán)境的影響．在澆筑過程中使用的機(jī)械包括：混凝土輸送泵、振動器．根據(jù)機(jī)械的功率、使用時長即可計算出耗電量，繼而可得出二氧化碳排放量．嚴(yán)格控制沖洗混凝土輸送泵用水量和養(yǎng)護(hù)過程中用水量，并做好記錄統(tǒng)計．根據(jù)消耗每立方米水資源所排放的二氧化碳，便可計算總的排放量．1.2.4腳手架工程系統(tǒng)腳手架按照所用材料的種類可以分為：木腳手架、竹腳手架和鋼管腳手架，在高層建筑中，使用鋼管腳手架較為普遍，因而主要考慮使用此種腳手架對環(huán)境的二氧化碳排放影響．同樣將生產(chǎn)過程的二氧化碳排放計入施工階段．計算方法為：E=，其中：L為鋼管總長（m）；A為鋼管規(guī)格（kg/m）；n為鋼管、鑄鐵周轉(zhuǎn)使用次數(shù)（取50次）；為每千克鋼材二氧化碳總排放量（g）；M為扣件的總重量（t）；為每噸鑄鐵的標(biāo)準(zhǔn)煤耗,根據(jù)國家鑄造協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國鑄鐵業(yè)平均能耗為800kgce/t；為每千克標(biāo)準(zhǔn)煤的二氧化碳排放量2.46kg．1.2.5運輸工程系統(tǒng)運輸工程系統(tǒng)主要考慮施工材料場內(nèi)的垂直運輸，統(tǒng)計垂直運輸機(jī)械的電能消耗和原油消耗，即可得出相應(yīng)二氧化碳的排放量．

2實例分析

2.1案例概況

西安市某棟高層住宅，總建筑面積21757m，地上18層，地下1層，建筑高度為58m，主體為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，工期為352d，其中從地下室到主體結(jié)構(gòu)完工耗時85d，近似記為6個月，材料耗用情況如表2所示．

2.2模擬結(jié)果及分析

該模型包含五個子系統(tǒng)，由于篇幅有限，僅以商品混凝土工程CO2排放子系統(tǒng)為例進(jìn)行簡單的分析．在Vensim窗口中選擇“商品砼工程CO2排放變化量”變量，用鼠標(biāo)雙擊該變量使之成為工作變量，再點擊分析工具欄中的“CausesTree”(因果樹圖)按鈕，便可得到如圖2所示的因果樹圖，從中可以較為清晰的了解該子系統(tǒng)中的影響因素，再點擊“Equations”（方程式）鍵，利用方程式編輯器來建立編輯模塊方程式，如圖3所示．其他變量依此操作逐步進(jìn)行確定，最后點擊工具列中的“RunaSimulation”(執(zhí)行模擬)便可得出相應(yīng)的結(jié)果．商品混凝土工程CO2排放子系統(tǒng)狀態(tài)變量和速率變量的計算方程如下：狀態(tài)變量方程：商品砼工程CO2排放量=商品砼過去時刻排放量＋商品砼過去至當(dāng)前時刻排放變化量(1)速率變量方程：商品砼工程CO2排放變化量=商品砼生產(chǎn)排放量＋用水量排放量＋砼澆筑過程排放量(2)本案例的持續(xù)時間為6個月，計每段時間間隔為1個月，為了便于統(tǒng)計最終結(jié)果，可以在主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，將各項消耗匯總輸入模型，再將商品砼工程CO2排放變化量除以六，即認(rèn)為每月的輸入量相等，那么商品砼工程CO2排放量就會呈現(xiàn)線性增長，如圖4所示．將各變量的數(shù)值輸入模型，得出相應(yīng)子系統(tǒng)所排放CO2量依次為：商品混凝土工程子系統(tǒng)排放2824210kg，鋼筋工程子系統(tǒng)排放538463kg，模板工程子系統(tǒng)排放754918kg，鋼管腳手架工程子系統(tǒng)排放3617kg，運輸工程子系統(tǒng)排放95220kg．各部分在CO2總排放量中所占比例如圖5所示．從圖5中可以看出，在主體工程施工階段商品混凝土工程所排放的CO2量所占比重最大，其次是模板工程和鋼筋工程，而腳手架工程和運輸工程排放量所占比重較小．因而在推行綠色施工時，要特別注重商品混凝土工程、模板工程及鋼筋工程的施工過程，嚴(yán)格控制材料的投入，減少材料在使用過程中的損耗率，大力推廣綠色施工材料，開發(fā)綠色替代材料，減少施工過程對環(huán)境的影響．

3結(jié)語

在構(gòu)建二氧化碳排放量分析模型時，本文首次有針對性的分析建筑工程項目主體施工階段，并將該階段劃分為5個子系統(tǒng)，在計算過程中創(chuàng)新性的引入系統(tǒng)動力學(xué)軟件，使得繁雜的運算過程簡單化．最后，結(jié)合實際工程案例，對各變量進(jìn)行賦值或編輯方程，找出了該階段影響二氧化碳排放量的主要子系統(tǒng)有三個，分別是：商品混凝土工程、模板工程及鋼筋工程．將建筑物物化階段二氧化碳排放量的主要影響因素具體化，使得有關(guān)施工階段二氧化碳排放量的已有研究成果更加充實，為今后實施綠色施工提供參考．當(dāng)然，本文也存在一些不足，如未能對各子系統(tǒng)工程提出相應(yīng)的替代方案，將不同的方案進(jìn)行比較，從而找出最優(yōu)的施工方案，這也是今后繼續(xù)研究的方向．

作者：趙平馬宏飛王沖張東海單位：西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院