建筑物建造过程碳排放计算方法研究 (1)

第30卷第2期2014年2月
建筑科学BUILDING SCIENCE
Vol.30，No.2Feb．2014
［文章编号］
1002-8528（2014）02-0008-05建筑物建造过程碳排放计算方法研究
王建军，
赵伟，王世亮（中国建筑科学研究院，北京100013）
［摘要］从确定建筑物建造过程碳排放的计算边界入手，将建筑建造过程碳排放分解为基础工程、结构工程、装修工
程、安装工程、场内运输和施工临设等六个部分，利用《全国统一建筑工程基础定额》中的机械台班消耗量和
《全国统一施工机械台班费用定额》中的单位机械台班能源消耗量等基础数据，提出了建筑物建造过程碳排放计算模型。

以北京某工程为例，介绍了建造阶段碳排放计算方法。

［关键词］建造碳排放；基础定额；碳排放因子；计算模型［中图分类号］P463.3［文献标识码］A Study on Calculation Methods of Carbon Emissions of Buildings during the Construction
WANG Jianjun ，ZHAO Wei ，WANG Shiliang （China Academy of Building Ｒesearch ，Beijing 100013，China ）
Abstract ：Starting from confirmation of the boundaries for calculating carbon emissions of buildings during the construction ，this paper divides carbon emissions of buildings during the construction into foundation works ，structural works ，fitting-out works ，installation works ，internal transportation and temporary construction ，uses
mechanical machine-team consumption in National Unified Basic Quotas for Construction Foundations and unit
mechanical machine-team energy consumption in National Unified Quotas for Machine-Team Expenses of
Construction Machinery and proposes a calculation model for carbon emissions of buildings during the construction．Taking a project in Beijing as an example ，this paper describes the calculation methods of carbon emissions at the construction stage．
Keywords ：carbon emissions during the construction ，basic quotas ，carbon emission factor ，calculation model
［收稿日期］2013-09-30［修回日期］2013-12-17［基金项目］国家“十二五”科技支撑计划项目
“标准化绿色建筑研究与工程示范”
（2012BAJ10B04）；住房和城乡建设部科技计划项目
“中国建筑物碳排放通用计算方法研究”（2011-Ｒ1-1）
［作者简介］王建军（1977-），男，博士，高级工程师
［联系方式］wjianjun2000@163．com
0引言
近年来，随着我国建筑业的迅猛发展和人们对
居住质量的不断提高，建筑能耗总量和能耗强度持续增长，我国建筑业总能耗占全社会总能耗的25% 28%，建筑业碳排放量占社会总排放量的40%左右
［1］。

国际上，减少温室气体排放，积极应对气候
变化已经成为各国政府的共识，碳排放已经成为了1种越来越重要的国际话语权，碳减排也正成为发达国家与发展中国家新一轮政治经济较量的工具。

在这种背景下，建筑业节能减排不仅是实现我国节能减排战略的重要抓手，也是增强我国碳减排国际
话语权的重要途径［2］。

实现建筑碳减排的重要基
础是建立统一的建筑碳排放计算方法，对建筑全生命周期的各环节的碳排放状况进行分析，从而有针对性地实施建筑碳减排措施。

建筑物全生命周期可分为建材生产及运输、建筑建造、建筑使用和拆除回收利用4个阶段。

建筑物全生命期的碳排放自然也围绕这4个阶段进行计算并汇总
［3］。

建材生产运输阶段的碳排放和建筑
使用维护阶段的碳排放已有多个国家的组织和单位开展研究，并取得了相关成果
［4-5］。

吴水根等将施
工活动仅划分为化石燃料和电力等几个主要的碳排放源，然后统计各排放源的使用和消耗量，提出了装配式结构物化阶段的碳排放计算模型［6］。

林波荣
等统计了国内外97个建筑碳排放典型案例，对计算
模型、能耗和碳排放数据进行了分析
［7］。

只有少部
分案例对于建造过程的能耗和碳排放进行了研究和计算，从数据的来源看主要是通过相关研究进行的估算，实际施工过程的数据较少，针对建造过程碳排放的研究不够深入。

DOI:10.13614/ki.11-1962/tu.2014.02.002
第2期王建军，等：建筑物建造过程碳排放计算方法研究
本文首先确定了建筑物建造过程碳排放的计算边界，遵循基础数据有据可依、计算模型简明实用、计算方法合理科学的原则，将建造阶段分为基础工程、结构工程、装饰工程、安装工程、场内运输和施工临设等6个部分，提出了建筑物建造过程碳排放的计算模型；然后依据《全国统一建筑工程基础定额》中单位工程量中的机械台班消耗量［8］和《全国统一施工机械台班费用定额》中单位机械台班能源消耗量［9］等基础数据，详细阐述了基于定额的建筑物建造过程单位能耗和碳排放因子的计算方法；最后以北京某工程为例，介绍了建造过程碳排放计算方法。

1建筑建造碳排放计算边界
建筑物建造过程是根据设计图纸和施工条件，通过一系列活动将投入到项目施工中的各种资源（包括人力、材料、机械、能源和技术）在时间和空间上合理组织起来物化的过程。

建造过程碳排放的计算边界包括时间边界、对象边界、要素边界和场地边界等。

1.1时间边界
以施工单位进场施工为起始边界，以项目竣工验收后工程移交为终止边界。

1.2对象边界
以单体建筑为计算对象，对于群体建筑逐一计算单体建筑的碳排放并进行汇总。

对于园区或小区的绿化、道路、主干线的供电、供水管道、排水管道等项目的施工过程能耗不计入建筑建造能耗。

1.3要素边界
人、材、机3要素方面，施工人员劳动过程产生的碳排放不计入建造过程碳排放；建筑材料工地现场内的二次搬运和垂直运输能耗计入建造过程碳排放；施工机械设备和机具场地内的安拆、搬运和使用能耗计入建造过程碳排放。

1.4场对边界
构成建筑实体的建筑材料、建筑施工周转性材料、零星材料、易耗品以及各种施工机械设备和小型机具以运至工地现场为起始边界，场地外的运输、加工不计入建造过程能耗。

1.5其他规定
对于半成品和场外加工的材料、部品遵循下列规定：
1）商品混凝土、商品砂浆等半成品材料，以运至工地现场后为建造过程碳排放计算起始边界，商品混凝土、商品砂浆的搅拌、运输能耗列入材料生产和运输阶段；对于现场自拌混凝土、自拌砂浆等材料，以运至工地现场的砂、石、水泥等原材料为建造过程碳排放计算起始边界。

2）门窗等半成品建筑部件，以运至工地现场后为建造过程碳排放计算起始边界，门窗的工地现场内运输、固定、安装、玻璃及五金件的安装计入建造过程能耗；门窗在生产厂房内的下料、组装以及运输能耗列入材料生产和运输阶段。

3）场外加工的钢筋、钢结构构件等半成品，其加工过程能耗不计入建造过程能耗；在场内加工的钢筋、钢结构构件等半成品，其加工过程能耗计入建造过程能耗。

4）预制方桩、预制管桩等预制桩场外生产制造的建筑基础部件以运至工地现场后为建造过程碳排放计算起始边界；预制桩生产、运输过程能耗计入建材生产运输能耗。

5）不构成工程实体的模板、木方、钢管等周转性材料的生产和运输过程能耗计入建材生产运输能耗。

2建筑建造碳排放计算模型
2.1总体框架
建筑建造过程总体上可分为基础施工、主体结构施工、室内外装修和水暖电管线设备安装等4个阶段，建造过程的能耗和碳排放也主要由这4个阶段产生。

此外，建造过程材料的场内运输、施工临时设施安拆及使用也是产生施工能耗的主要来源。

因此，本文提出的建造过程碳排放计算模型将建造能耗分为6部分，如表1所示。

表1建造过程能耗来源划分表
一级分类二级分类
基础工程
场地平整夯实、土方开挖运输、地基处理、桩基施
工、基坑支护和施工降排水
结构工程
钢筋工程、模板工程、混凝土工程、砌筑工程、钢结
构安装、脚手架工程
装修工程
门窗和幕墙安装、楼地面、墙柱面、轻质隔墙、屋面
和室内精装修和保温防水
安装工程水电系统、通风空调系统、电梯安装
场内运输垂直运输机械、超过加压施工用水能耗
施工临设临设房屋安拆、办公区、生活区和现场照明
W
c
=（E
基础
+E
结构
+E
装修
+E
安装
+E
运输
+E
临设
）C
（1）
9
建筑科学第30卷
式中：W c为建造阶段碳排放总量，kgCO2；E基础为地
基基础施工能耗；E结构为主体结构施工能耗；E装修为
室内外装修能耗；E安装为设备安装能耗；E运输为场内
运输能耗；E临设为临设房屋安拆、办公生活和夜间照
明能耗；C为能源的CO2当量碳排放因子［5］，电力
0.69kg CO
2/kWh，柴油3.68kg CO
2
/kg。

2.2建造能耗计算方法
1）基础、结构、装修和安装工程能耗计算
基础、结构、装修和安装阶段能耗以分项工程的工程量为计算单位，能耗按式（2）计算。

E
基础（或E
结构
、E
装修
、E
安装
）=∑n
i=1
Q
i
f
i
K
i
（2）
式中：Q i为第i个分项工程工程量；K i为第i个分项工程能耗调整系数，不同分项工程具有不同的含义；f
i
为第i个分项工程单位工程量的能耗，按式（3）计算。

f i =∑m
j=1
A
i，j
·B
i，j
（3）
式中：A i，j为单位工程量第j种机械设备台班消耗量，查《全国统一建筑工程基础定额》；B i，j为单位工程量第j种机械设备单位台班能耗，查《全国统一施工机械台班费用定额》。

2）场内运输能耗计算
场内运输是形成建筑物实体的重要过程，其中垂直运输机械能耗是建造能耗重点之一。

依据《全国统一建筑工程基础定额》对垂直运输机械台班定额编制原理，并结合《全国统一施工机械台班费用定额》中垂直运输设备台班能源的消耗，场内运输能耗按式（4）计算。

E
运输=∑
n
i=1
A
i
·B
i
·K
i
（4）
式中：A i为每平方米建筑面积所需的第i种运输机械台班数，查《全国统一建筑工程基础定额》；B i为第i种运输机械单位台班数的能耗，查《全国统一施工机械台班费用定额》；K i为第i种运输机械综合调整系数，不同机械具有不同的含义。

3）施工临设能耗计算
施工临设能耗包括施工临设安装和拆除能耗、办公区和生活区使用能耗以及夜间照明能耗等几方面，按式（5）计算。

E
临设=E
临设房屋安拆
+E
办公区
+E
生活区
+E
现场照明
（5）
式中：
①E
临设房屋安拆
为施工临设用安拆能耗，按式（6）
计算：
E
临设房屋安拆
=A
临设房屋
ˑf
临设安拆
（6）
式中：A临设房屋为施工临时用房的建筑面积，根据施工
组织方案确定；f临设安拆为施工临时用房安装和拆除
单位面积的能耗；
②E
办公区
为施工现场办公用房使用能耗，包括办
公设备、办公照明、供暖和制冷能耗等几方面，按式
（7）计算：
E
办公
=A
办公
（f
照明
T
1
+f
供暖
T
2
+f
制冷
T
3
）（7）
式中：A临设房屋为办公区、生活区用房面积，根据施工
方案确定；f照明、f供暖、f制冷为办公照明、供暖和空调制
冷能耗系数；T1、T2、T3为每平方米办公区照明时
间、供暖时间、空调制冷时间，根据施工定额工
期［10］、施工期内供暖和制冷天数计算。

③E
生活区
为施工工地生活用房使用能耗，办公施
工现场管理人员和工人宿舍的照明、制冷用能以及
食堂炊事用能。

计算方法与E办公区相同。

④E
照明
为工地现场夜间照明能耗，按式（8）计
算。

E
现场照明
=n·k·T
4
（8）
式中：n、k为夜间照明灯具数量和功率，根据施工方
案确定；T4为施工现场夜间照明时间，根据定额工
期计算和施工方案确定。

2.3单位能耗的确定
以结构工程中的钢筋分项工程为例，说明单位
能耗的确定方法。

钢筋工程的能耗包括钢筋调直、切割、弯曲、焊
接等加工和连接过程用能，钢筋工程量以吨为单位，
钢筋接头数量以个为单位计算。

依据《全国统一施工机械台班费用定额》，钢筋
加工机械规格型号及对应的单位台班的能耗如表2
所示。

表2钢筋加工机械单位台班能耗
全国统一机械
台班定额编号
机械名称规格型号
单位台班能耗
kWh/台班
7-1钢筋调直机直径/mmΦ1411.90
7-2钢筋切断机直径/mmΦ4032.10
7-3钢筋弯曲机直径/mmΦ4012.80
7-4钢筋镦头机直径/mmΦ542.47
9-13直流电焊机功率/kW3090.80
9-18对焊机容量/kVA75122.90
01
第2期王建军，等：建筑物建造过程碳排放计算方法研究
依据《全国统一建筑工程基础定额》第七章混
凝土及钢筋混凝土工程中钢筋定额子目，不同直径
的钢筋调直、切断、弯曲成型和焊接的机械台班消耗
量及换算的每吨能耗分别见表3 表5：
表3钢筋加工调直工序单位能耗
全国统一机械台班定额编号机械名称
规格型号
单位台
班能耗
kWh/台班
全国统一
建筑基础
定额编号
钢筋
直径
台班消耗
量台班
/t
单位
能耗
kWh/t
7-1钢筋调直
机直径
Φ14mm
11.90
5-294Φ6.50.37 4.40
5-295Φ80.32 3.81
5-307Φ100.33 3.93
5-308Φ120.31 3.69
5-309Φ140.22 2.62表4钢筋加工切割工序单位能耗
全国统一机械台班定额编号机械名
称规格
型号
单位台
班能耗
/（kWh/台班）
全国统一
建筑基础
定额编号
钢筋
直径
台班消耗
量台班
/t
能耗系数
/（kWh/t）
7-2钢筋切断
机直径
Φ40mm
32.10
5-294Φ6.50.12 3.85
5-295Φ80.12 3.85
5-307Φ100.10 3.21
5-308Φ120.10 3.21
5-309Φ140.10 3.21
5-310Φ160.10 3.21
5-311Φ180.09 2.89
5-312Φ200.08 2.57
5-313Φ220.08 2.57
5-314Φ250.13 4.17
5-315Φ280.13 4.17
5-316Φ300.13 4.17
5-317Φ320.13 4.17表5钢筋加工弯曲工序的单位能耗
全国统一机械台班定额编号机械名
称规格
型号
单位台
班能耗
/（kWh/台班）
全国统一
建筑基础
定额编号
钢筋
直径
台班消耗
量台班
/t
单位能耗
/（kWh/t）
7-3
钢筋弯曲
机直径
Φ40mm
12.80
5-295Φ80.36 4.61
5-307Φ100.31 3.97
5-308Φ120.26 3.33
5-309Φ140.21 2.69
5-310Φ160.23 2.94
5-311Φ180.20 2.56
5-312Φ200.17 2.18
5-313Φ220.20 2.56
5-314Φ250.18 2.30
5-315Φ280.13 1.66
5-316Φ300.13 1.66
5-317Φ320.13 1.66按照相同方法，可分别对钢筋机械接头、焊接接
头、对焊接头的单位能耗进行计算。

根据以上对钢筋加工制作各工序的单位能耗统计，为方便使用，同时考虑到与工程预算书结果衔接，将钢筋分为Φ10以下（含Φ10）和Φ10以上2种类型，分别求其平均值作为简化计算的单位能耗，结果如表6所示。

2.4碳排放因子计算
根据每度电的碳排放因子0.69kgCO2/kWh，可分别计算出加工每吨钢筋各工序的碳排放因子，结果如表6所示。

表6钢筋分项工程能耗系数和碳排放因子项目
钢筋直径
/mm
计量
单位
单位能耗
电/（kWh/单位）
碳排放因子
/（kgCO2/单位）钢筋调直
Φ10以内t 3.76 2.59
Φ12 Φ14t 2.86 1.97钢筋切割
Φ10以内t0.110.08
Φ10以外t0.090.06钢筋成型
Φ10以内t 3.40 2.35
Φ10以外t 2.40 1.66
机械接头连接个0.370.26
钢筋焊接连接Φ10以外t45.2031.19
钢筋对焊连接Φ10以外t11.207.73依据《全国统一建筑工程基础定额》和《全国统一施工机械台班费用定额》的基础数据，采用上述方法可以计算出其他各分项工程的单位工程量的能耗和碳排放因子。

3建造阶段碳排放算例
项目概况：北京某大厦位于北京市中关村软件园，本工程用地南北长123m，东西长101.6m。

占地面积约10042m2，总建筑面积30111m2，其中：地下2层，11533m2，地上6层18578m2。

本工程地基采用天然地基，场地类别为Ⅱ类。

基坑，采用复合土钉墙护坡，面层喷射厚100mm的C20细石混凝土，无施工降排水。

结构全部采用预拌商品混凝土；基础筏板模板外围采用240mm厚砖胎模，墙、梁、板采用多层板或胶合板模板，核心筒剪力墙采用86系列大钢模；直径大于16mm的钢筋均采用直螺纹接头机械连接。

墙体砌筑材料采用200mm厚大孔轻集料或同类型砌块砌筑。

施工现场临建办公区采用复合彩钢板搭建，其中办公室15间，面积480 m2；职工餐厅面积156m2；项目管理人员宿舍255 m2；劳务工人宿舍建筑面积1400m2，项目库房、卫生间、配电室、变配电站：建筑面积200m2。

该项目各分项部分工程的工程量数据根据该项目的施工预
11
建筑科学第30卷算书获取。

表7施工阶段碳排放量kgCO
2
一级分类二级
分类
说明
各分项
碳排放量
合计
碳排放量
基础工程场地平整
土方开挖
土方回填
基坑支护
ʃ0.3m以内就地挖填685
场地类别为Ⅱ类39373
11751
土钉4029
锚杆887
喷护13129
69853
结构工程
钢筋工程
混凝土工程
模板工程
砌筑工程
钢结构工程
直径10mm以内4779
直径10mm以外6827
机械连接15154
地下防水砼，商砼20226
地上普通砼，商砼9911
木模，钢支撑1147
砼空心砌块3951
钢桁架、钢梁164
62158
装修工程门窗工程
幕墙工程
楼地面
墙柱面
轻质隔墙
室内精装
木门、不锈钢门、防火
门、人防密闭门
383
断桥铝合金窗、百叶窗7
陶板幕墙137
玻璃幕墙436
找平层1536
混凝土面42
塑料及涂料地面84
块料地面1231
木地板22
地毯27
水泥墙面65
块料墙面70
干挂石材墙面1880
轻钢龙骨石膏板29
中等装修37175
43354
安装工程水电安装
给排水、强弱电和消防
水电系统
53296
空调通风空调、通风、防排烟33423
电梯4台，客梯8站，1350kg131
86849
场内运输垂直运输塔吊，施工电梯117433
增压水泵10804
128237
施工临设
临设安拆含办公用房、宿舍5156
办公区用能
含办公设备和照明、
供暖和空调能耗
33630
生活区用能含照明、制冷能耗27473
现场照明依据施工方案3519
72892
该项目建造阶段碳排放总量为463343kgCO2，
单位面积平均碳排放量约为15.39kgCO2。

按电力的碳排放因子0.69kgCO2/kWh进行反算，折合建造阶段每建筑平米耗电22.3kWh/m2。

根据该项目实施过程中对电力能耗的统计（没有收集到施工过程汽油、柴油等化石能源消耗量），从进场施工到竣工验收，累计总用电量约60万kWh，折合建造阶段每建筑平米耗电20kWh/m2，与模型计算结果基本吻合。

4结论
1）首次提出了以基础定额中的单位工程量的台班消耗量和施工机械台班费用定额中的单位台班能源消耗量等基础数据为单位能耗计算依据的建筑物建造过程碳排放计算模型。

2）明确了建筑物建造阶段碳排放计算边界，便于不同工程建造阶段能耗和碳排放的统计和比较，也便于不同计算模型结果对比分析。

3）将建造过程的碳排放划分为基础工程、主体工程、装修工程、安装工程、场内运输和施工临设能耗等6个部分，既涵盖了主要施工过程的碳排放，又简明实用，便于推广。

4）以钢筋工程为例，详细说明了单位工程量能耗和碳排放因子的分析过程。

5）通过具体工程实例，介绍了建造阶段碳排放量的计算方法，证明了本文提出计算模型的可行性和合理性。

［参考文献］
［1］蔡向荣，王敏权，傅柏权．住宅建筑的碳排放量分析与节能减排措施［J］．防灾减灾工程学报，2010，30（S1）：428-431
［2］张时聪，徐伟，孙德宇．建筑物碳排放计算方法的确定与应用范围的研究［J］．建筑科学，2013，29（2）：35-41
［3］尚春静，张智慧．建筑生命周期碳排放核算［J］．工程管理学报，2010，24（1）：7-12
［4］罗智星，杨柳，刘加平．建筑材料CO2排放计算方法及其减排策略研究［J］．建筑科学，2011，27（4）：1-8
［5］中国建筑科学研究院．建筑物运行碳排放通用计算方法研究［Ｒ］．2012
［6］吴水根，谢银．浅析装配式建筑结构物化阶段的碳排放计算［J］．建筑施工，2013，35（S）：85-88
［7］林波荣，刘念雄，彭渤，等．国际建筑生命周期能耗和CO2排放比较研究［J］．建筑科学，2013，29（8）：22-27
［8］中华人民共和国建设部．全国统一建筑工程基础定额［M］．北京：中国计划出版社，1995
［9］中华人民共和国建设部．全国统一施工机械台班费用定额［M］．北京：中国建筑工业出版社，1998
［10］中华人民共和国建设部．全国统一建筑安装工程工期定额［M］．北京：中国计划出版社，2000
21。