BIM技术与建筑能耗评价分析方法-清单分析结果

1）全生命周期清单分析数据来源及质量

本研究所使用的全生命周期数据库来源于PE INTERNATIONAL GmbH公司开发的生命周期工程软件GaBi，现行最新的版本为GaBi6，其拥有强大而全面的数据库，具有4700种生命周期评估常用数据资料组，覆盖各种行业生产，例如农业、建筑、化工、电子、能源、食品、服务行业等。同时还有扩展数据库19种，可以根据行业需求的不同进行数据库的扩展，例如有色金属、可再生材料、能源、钢铁等，该专业数据库的数据质量能够得到保证。

2）定义楼板的钢筋混凝土材料成分

Tally能够与Revit分类中的天花板、门、窗、地板、栏杆、台阶、结构基础、墙等兼容。以土木交通教学科研楼的建筑材料五楼的楼板为例，面积约为1323m2（参见图7-6），评估范围被确定之后，需要定义BIM元素和材料之间的关系，部分楼板类型见表7-1。表7-1和表7-2中，100＋150表示面层厚度为100mm，结构层厚度为150mm的楼板，相应地， 100＋200表示面层厚度为100mm，结构层厚度为200mm的楼板。FW-150表示结构层厚度为150mm的卫生间部位使用的楼板，JT-150表示结构层厚度为150mm的楼梯部位使用的楼板，SH-150表示结构层厚度为150mm的房间部位使用的楼板。

图7-6 楼板平面图

在Tally中定义钢筋混凝土的材料成分，见图7-7，楼板材料信息定义界面见图7-8。其中，BIM元素与Tally的对应关系见表7-1。

表7-1 BIM元素与Tally对应关系

续表7-1

图7-7 定义钢筋混凝土材料成分

图7-8 楼板材料信息定义界面

其中，以钢筋为例，钢铁生产涉及几个工艺阶段，包括炼钢、铸造和热轧。随后经过一些制造加工工序：冷轧、退火、回火、涂层与（或）热处理。钢铁生产LCA模型反映了所有可能应用的钢铁生产工艺，GaBi软件创建的通用模型能够让参与调查的生产厂都可以使用其参与数据收集过程，从而确保了数据收集的一致性。GaBi网络调查表是根据国际钢铁协会LCA模型而设计的，此模型由国际钢铁协会与PE国际联合开发。模型中包含了所有相关的流（物流、能流、排放流等）、工序以及工序的连接。各厂商的数据收集通过GaBi网络调查表进行，调查表包含每个过程的所有必要的输入和输出，包括材料、能源介质、排放、固体废弃物和副产品。完成数据收集后，导入国际钢铁协会GaBi模型计算钢铁产品LCI之前，钢铁协会专家对各工序进行检查，以确保不会发生数据收集错误。每个公司的调查表都设有密码保护，确保公司数据的保密性。

进行数据处理时，加权平均法是一种较为可靠和科学的方法。生命周期清单仍然是纵向计算的，即通过纵向求和的方式计算每个生产厂的生命周期清单并求出所有作出贡献的生产厂的平均值。如图7-9所示。当进行数据分析时，采用直线平均法（每个生产厂以同量加权处理）。

图7-9 横向平均和纵向求和

表7-3列出了钢筋的典型环境影响评价结果。

表7-3 典型的1kg钢铁产品生命周期影响评价结果

其中，以GWP为例，单位kgCO2eq表示二氧化碳当量，用作比较不同温室气体排放的量度单位。不同温室气体对地球温室效应的贡献程度不同。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC，Intergovernmental Panel on Climate Change）第四次评估报告指出，在温室气体的总增温效应中，二氧化碳（CO2）贡献约占63％，甲烷（CH4）贡献约占18％，氧化亚氮（N2O）贡献约占6％，其他贡献约占13％。为统一度量整体温室效应的结果，需要一种能够比较不同温室气体排放的量度单位，由于CO2增温效益的贡献最大，因此，规定二氧化碳当量为度量温室效应的基本单位。CO2的GWP为1，其他温室气体的GWP值一般大于二氧化碳的，但由于它们在空气中的含量少，仍然认为CO2是造成温室效应的主要气体。部分气体的二氧化碳当量参见表7-4。(www.xing528.com)

表7-4 部分气体二氧化碳当量表

3）结果分析

钢筋混凝土楼板材料信息确定之后（见图7-8），即可由Tally生成功能单位楼板各环境影响特征化计算结果（见表7-2），其环境影响特征化见图7-10。橙色、深绿、浅绿分别代表混凝土在生产阶段、维护阶段、生命期末端在各类环境影响中所占的比值。由表7-2和图7-10可以看出（见书末彩图）：

图7-10 环境影响特征化图例

（1）生产阶段

生产阶段包括各种自然资源、建筑材料、劳动力、机械设备等的项目投入，建设项目在生产阶段的产出主要是对自然环境有影响的物质和能量的排放，包括废水、废气、废物等对环境产生的污染。建设项目的生产阶段应尽可能增加可更新资源和能源的利用比例。

①楼板生命周期各环境影响主要来源于楼板（细石混凝土及钢筋）的生产过程。在生产过程中，各类环境影响大小排序为：全球变暖潜势（GWP）＞酸化潜势（AP）＞不可再生能源需求（non-renewable energy）＞初级能源需求（PED）＞烟雾形成潜势（SFP）＞潜在性富营养化（EP）＞臭氧破坏潜势（ODP）＞可再生能源需求（renewableenergy）。由于楼板生产阶段产生的不可再生资源消耗影响以及初级能源需求分别占楼板生命周期不可再生资源消耗影响的比重约为80％以上，因此选用生命周期中环境影响小的细石混凝土及钢筋原材料对改善楼板乃至整个建筑的环境负荷意义重大。

②楼板的生产阶段是造成温室效应的重要阶段，由环境影响特征化计算结果（见表7-2）得出，楼板生产阶段产生的全球变暖潜势影响占楼板生命周期全球变暖潜势影响的比重约为50％以上，所排放的温室效应气体合计为7929t二氧化碳当量值。需要指出的是，这是生产1323m2楼板所需用材料产生的二氧化碳气体。随着国内建设项目的快速发展，产生的二氧化碳气体体量十分庞大。该阶段的全球变暖潜势主要是由于能源的燃烧产生的直接排放，因此可采取提高能源燃烧效率以及运用先进的燃烧技术来减少全球变暖潜势影响。

（2）维护阶段

建设项目维护阶段的主要投入是维持项目的正常运转所需的水、电、气、人力、物资等，同时项目定期维护所需要的自然资源、建筑材料、劳动力、机械设备、资金等也是重要投入之一。建设项目的维护阶段应加强项目产生的废物、废水、废气等的回收和循环利用。

①维护阶段产生的温室效应达到了其整个生命周期的30％，所排放的二氧化碳当量约为3650t。其主要是因为此阶段消耗大量的电能，而生产1kW·h的电能会释放1kg的二氧化碳气体，其中还不包括其他产生温室效应的气体。

②从环境影响特征化图中，可以看出，臭氧破坏潜势在维护阶段所占的环境影响比例最大，达到50％。在该阶段，臭氧破坏潜势的环境影响比例大的原因主要为由人类活动造成的NOx、H2O、N2O、CFC等气态物的增加。

（3）生命期末端

由表7-2和图7-10可以看出，楼板在生命期末端的臭氧破坏潜势和可再生能源的需求为正值，其余环境影响皆为负值，出现负值主的原因为楼板的废料回收参与到新的建筑材料的制造，即废钢循环收益。在该阶段，全球变暖潜势（GWP）的影响值约为4274t，因此从环境收益的角度考虑，尽可能地进行废料的回收与利用对改善环境影响和减少温室效应具有十分重要的意义。

通过BIM-LCA功能模块生成的功能单位楼板各环境影响特征化计算结果和环境影响特征化图例，可以看出每种材料在建筑的全生命周期的各个阶段中环境影响，何种材料的环境影响值最大，从而有针对性地对该种材料或建筑做法进行必要的改进或优化，如改进加工工艺或在满足同样使用功能的前提下，选择可替代的环境影响值较小的材料。