材料和建筑过程的环境评估分析某工业厂房建设的生命循环周期

材料和建筑过程的环境评估分析某工业厂房建设的生命循环周期摘要：
基于生命循环周期分析方法（ACV）能够实现产品从诞生到淘汰全面和详细的评估，可谓是“从摇篮到坟墓”的评价。

这个方法和概念已经是被大家所熟知，并且在世界上已经有统一的规范了，但是该方法却鲜用于建筑实体或建筑材料领域。

实际上，该领域涉及到产品在相对较长的生命周期伴有大量的能源和物资的消耗，所以这样的研究是具有深远意义的。

该方法运用于某工业厂房的建设中，该厂房分别使用三种材料结构，混凝土结构，钢结构，混凝土/木材混合结构，所以材料和施工程序都按照环境影响一一做了比较。

本文从技术和经济的角度提出了一个新的评价方法，可以让设计者和管理部门对建筑和环境间的相互作用有一个总体的把握。

1. 简介
我们的世界在不断的被人类所建设，建筑和周围的相互影响是持续而深远的，这带来了一些积极的方面，比如：生活范围的改变，废物的再生利用和与建筑有关的相关工业的发展。

但是同时也带来了很多负面影响，如：声污染、建筑垃圾、生态环境的改变等等。

建筑模式的选择一开始就需要考虑材料和建筑的使用寿命，同时要考虑消耗的能源和产生的建筑垃圾，这涉及到原材料的开采和运输，同时也涉及到工地上的机械，以及结构的建造和破坏等等方面。

只有这样，业主方，设计方，施工方才有可能对材料和建筑的整个生命周期有一个全面的认识，从而能够对其环境的影响作出正确的评估；才可能合理的将建材和结构融合到环境中，从而能够选择更为合理的建筑模式。

2. 生命周期分析：原则和方法
生命周期分析方法诞生于本世界70年代。

在那个时代，这项研究主要针对于包装产品（玻璃瓶，塑料瓶和纸盒）的能源消耗分析。

从那时开始，越来越多的环境影响因素被考虑，如温室效应，致癌物质，土壤过分使用，同时这些因素也越来越被很好的评估。

我们评价环境的负担根据一些指标，如原材料的使用、能源的消耗、水的消
耗、固体废料的产生、粉尘和有害气体的排放、水的污染等。

在评估中，这些指标被估计同时按照比例加权归总。

这个领域已经发展成熟，同时目前已经有出现了不少软件来评估建筑物在不同的生命阶段的对环境的影响，但是还没有能够对总体的生命周期进行评估。

另外，这些评估大多针对于材料的影响，但是本方法除了材料，还同时集成考虑了建筑技术和建筑过程对环境的总体影响。

“生态影响因子”和“生态分”的计算方法
3.1 方法的原理
该方法是于1991年由瑞士“环境，森林和风景联邦总署”（OFEFP）所开发完成的。

它规定排放某特定物质在特定的环境中的所造成的污染指标，并以此作为基值，其他物质的污染值和此值做对比得到。

该方法保证了：
（1）建立了各种物质在水或是空气中排放时的污染强度值；
（2）考虑了不同的生态空间对污染物质的消化能力，也就是说其吸收污染物质的允容范围和饱和度；
（3）转化所有的结果为统一的指标。

对于每一项生态环境的评估，都可以给出一个值，及所谓的“生态分”，它可以通过“生态影响因子”和物质的流量的乘积获得。

3.2 “生态影响因子”和“生态分”的计算
对于某物质i在给定的空间环境中，“生态影响因子”由下列关系式表达：生态影响因子=（1/Fki）∙（Fi/Fki）∙c
其中，Fki表示在给定的空间环境中可承担的某物质的最大容允量，用质量表示，比如吨；Fi表示具体案例中某物质对该环境带来的负担，也用质量表示；c是无量纲系数，保证结果的科学计数的乘方不会出现负值，一般取1012. 比值Fi/Fki表示了在该环境中某物质的饱和程度和达到限定值的程度。

也就是说“实际量/容允量”。

1/Fki表示某物质对环境带来危害的权重。

4．生态指标
生态指标取决于整个建筑生命周期中的材料和建设，并按照以下顺序：能源，交通，所有固态，液态，气态物质的排放，施工过程中的机械的使用。

这里要指出，当我们谈及能源产品的时候，比如说“电”。

我们应该的考虑不光是在使用过程中能源的燃耗给环境带来的负担，还应该考虑在原材料的提炼，处理，运输等，到最终送达到使用者手中这一系列环节中的能源损耗。

通常这成为：预燃耗。

运输在整个过程中的也扮演了很重要的角色。

所以应该详细的区分平均的能源消耗，运输路程或不同运输方式的运输时间。

进一步分析，发现运输将给空气，水和土壤带来污染。

运输带来的主要排放包括：二氧化碳CO2，氧化氮NOx，二氧化硫SO2，一氧化氮CO。

还包括一些固体粉尘，如粉煤灰等。

同时，比如煤油燃烧造成的“地区性冬季烟雾”。

由于废物和废油的排放，运输同样也给水带来污染。

另外，由于要使用除冰的盐等，运输也对土体造成污染。

综上，关于建筑生命周期中的各个环节的相对生态分总和可以分项计算，并列出报告，从而便于最终比较不同的建筑方式给环境带来的影响
5．建筑生命周期各个环节分析
5.1 原材料的提炼和材料的采用
混凝土，钢材和木材的生产参数如表1所示，本文以比利时为例。

表1- 生产混凝土，钢材和木材的基本参数
混凝土钢筋木材
水泥沙石子水添加剂
原材料产地本地古巴本地本地瑞士瑞典
南非北欧
比利时
提炼方式生产挖掘爆破，
挖掘泵送化学制品爆破，
挖掘砍伐，修枝，
集材，剥皮，锯
运输驳船，
卡车驳船，
卡车驳船，
卡车管道卡车轮船，
驳船卡车
制造混凝土搅拌站高炉冶炼厂工厂
5.2 运输和建造
运输环节对使用的材料和建筑的形式是十分敏感的。

实际的运输是考虑生产好的建筑构件从工厂运输到工地的环节，在这里考虑最不利的运输形式是空载返回出发地，因此路程需要按双倍计算。

这里要指出，对于原材料的运输计入材料构件（如混凝土梁柱等）的生产环节。

建造过程需要相对量化了的一些指标，比如工作的小时数，机械使用的台班数等。

5.3 使用和维护
针对于一个25年的建筑周期考虑的话，通常认为：
正常使用环境中的混凝土，无需维护。

正常使用环境下的内部的梁用钢材无需维护。

很显然，如果该工业厂房如果堆放具有腐蚀性的物质的时候，需要对钢材进行保护。

这里需要指出，本例中用于防火的涂料没有考虑。

外部的因素会加重外部钢材的腐蚀。

同理，内部的木材也无需特殊维护。

5.4 拆除和再循环
拆除环节和建筑形式的直接相关联：钢结构和木结构相对很容易，但钢筋和预应力混凝土结构却很费劲。

在本研究中，我们建议，从发展角度，将混凝土的再循环能力定为75%。

钢板，钢梁和钢柱可以百分百返回钢厂进行再利用。

钢筋骨架，虽然有混凝土和土壤等的污染，依然可以送回钢厂再次利用。

状态良好的话，有些拆除的钢梁和钢柱还可以直接进入市场，从而实现二次利用。

如果是这种情况的话，不用考虑循环环节。

木梁可以粉碎用于园林土壤铺垫或制作刨花板，可以燃烧，条件允许下也可以重新当梁使用。

6．“生态分”的计算
建筑过程的每一步的计算细节都很重要。

如前所述，“生态分”的计算步骤如下：
按照梁，柱，基础区别每立方米的混凝土的生产
每吨钢材和每立方米的木材的生产
工业厂房的组装和建造
材料的运输
包括建设阶段和拆除阶段的机械的使用
拆除后建筑垃圾的运输
拆除后建筑垃圾的处理
7．结果的讨论和解释
对于结果的解释是基于我们以下的几点假设：
原始数据和计算结果都是适用于给定的地区和经济体系，所以如果地域和体系改变了，其结果也将不真实，甚至出现错误。

结果也只是针对于本研究中所提到的结构形式才是正确的。

很显然，材料生产和制造过程的分值最重，甚至在总体的评价环境影响中是决定性的，其中分别是钢结构75%，混凝土和混凝土/木混合结构均为80%，许多学者也证实过这个观点。

但是同时，我们也证实了组装环节的影响也是很大的，钢结构，混凝土和混合结构所占比例分别为21%，11%，14%。

因此，能从这两个环节去减少建筑对环境的影响，将是很有效的。