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一种建设工程施工碳排放运算系统

阅读：505发布：2021-03-02

IPRDB可以提供一种建设工程施工碳排放运算系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种确定建设工程施工碳排放量的运算系统，该运算系统将建设工程施工碳排放因子数据库和建设工程碳排放综合定额作为信息参数集成到BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技术中，从而具备了施工方案模拟、工程量测算、资源投入量确定、碳源消耗量确定等功能，可在建设工程施工开工前，估算出该工程在施工过程中任意时间节点的二氧化碳即时排放量和累计排放量；还能以二氧化碳为控制因素优化施工方案，使优化的施工方案满足节能减排的要求。，下面是一种建设工程施工碳排放运算系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种建设工程施工碳排放运算系统，其特征在于，该运算系统包括：BIM技术平台：用于施工方案的模拟、工程量测算、各种工况下资源投入量计算与分析；

建设工程碳排放综合定额：包含建设工程施工过程中各类碳源的碳排放因子数据库及各定额子目的资源投入量标准、碳源消耗量标准和碳排放量标准；

运算模型：应用BIM技术，集成建设工程碳排放综合定额，计算建设工程施工碳排放量。

其中，该运算系统将建设工程碳排放综合定额植入到BIM技术的三维虚拟模型中，基于对该三维虚拟模型的建构，实现具有施工方案模拟、工程量测算、资源投入量确定、碳源消耗量确定、数据库存储、数据输出输入调用、检测反馈等功能的，能对建设工程施工碳排放量进行实时计算与分析的运算系统。

2.根据权利要求1所述的建设工程施工碳排放运算系统，其特征在于，所述运算系统的运算流程如下：Ⅰ、针对具体的建设工程施工项目，采用BIM技术进行施工方案的空间及时间模拟；

Ⅱ、针对备选施工方案及图纸，测算各种工况下的工、料、机及与施工相关的资源投入量，包括任意时间点的资源投入量和累计资源投入量；

Ⅲ、应用系统中的运算模型将资源投入量与建设工程碳排放综合定额联动，计算建设工程施工过程中任意时间节点的碳排放量和累计碳排放量。

3.根据权利要求1所述的建设工程施工碳排放运算系统，其特征在于：还具有检测反馈功能，所述检测反馈功能用于评判计算所得的二氧化碳排放量是否超过预先设置的碳排放量控制目标，当超过控制目标时，系统将发出需进行施工方案优化的反馈信号，并对需要进行优化的工作内容提出建议；

所述检测反馈功能，能自动将计算求得的碳排放量按要求进行分类，并按大小进行排序。

4.根据权利要求3所述的建设工程施工碳排放运算系统，其特征在于，所述检测反馈功能的工作流程如下：步骤1，将建设工程按分部分项工程和/或造价的组成和/或碳源类型进行分类；

步骤2，将计算求得的碳排放量按各分类进行排序，得出各分类项目中的碳排放量大小及顺序位阶；

步骤3，按照预先设置的碳排放量控制标准进行评价，对超出碳排放量控制标准的各项工作内容，从优化施工方案的角度提出降低碳排放量的改进措施，使优化的施工方案满足节能减排的要求。

说明书全文

一种建设工程施工碳排放运算系统

技术领域

[0001] 本发明涉及碳排放领域，尤指一种建设工程施工碳排放运算系统，为专门针对建设工程施工过程中的碳排放，提供的一种确定碳排放量及以碳排放量为影响因素优化施工方案的运算系统。

背景技术

[0002] 温室气体排放与工业过程有关。在整个工业过程中，将消耗大量的自然资源和能源，产生大量的温室气体。

[0003] 建筑业是高耗能行业。根据2012年全国统计数据分析，2012年全国土木加建筑(含房屋和基础设施)总能耗约占全社会总能耗的50％。其中：房屋建筑总能耗为12.5亿吨标准煤，占全社会总能耗的38.2％。

[0004] 根据国家统计局和中国建材信息总网提供并经换算得到下列统计数据：全国2013年建筑业在建及竣工房屋建筑面积为1519212.62万平方米，建筑业房屋水泥用量约为164105.7万吨，建筑业钢材用量约为52543.0万吨。

[0005] 原住建部总工程师王铁宏在“2014低碳生态城市与绿色建筑论坛”上说：生产1吨钢，消耗1.1吨标准煤，排放约3吨CO2。因此仅以建筑用钢量为例，2013年全国建筑用钢产生的二氧化碳排放约为157629万吨，但这还没有考虑施工机械、工人操作及其他有关材料自身排放的二氧化碳。

[0006] 由上述数据可知建筑减排比重最大，贡献最大，是几何式减排。

[0007] 建筑减排包括对既有建筑的减排和对在建工程施工过程的减排。减排的基础首先是能够准确确定建筑在使用和建造过程中的碳排放量。

[0008] 目前，我国针对建筑碳排放计算方法的研究，已有部分成果，如中国专利CN103439463A公开了一种“建筑碳排放实时在线监测系统”，但该监测系统仅适用于既有建筑领域，不能对施工过程的碳排放进行评估运算。

[0009] 建设工程施工碳排放的计算非常复杂，除涉及施工机械、人工及相关材料等影响因素外，还涉及复杂的施工工艺和施工过程。因此，目前尚无能够全面、系统、便捷的运算建设工程施工过程中任意时间节点的碳排放量和以碳排放量为控制因素优化施工方案的技术与方法。

[0010] 本发明基于BIM技术，集成了建设工程碳排放综合定额及与建设工程施工相关的碳排放数据信息，可在时间坐标的任意点进行实时碳排放量和累计碳排放量运算，实现了建设工程施工碳排放运算自动化；同时还能以碳排放量为控制因素进行施工方案优化分析，为建设工程施工节能减排提供了简便、实用、可行的方法，是对建设工程施工方案优化的创新。

发明内容

[0011] 本发明的目的在于提供一种能够实时地、动态地确定建设工程施工碳排放量，并以碳排放量为影响因素进行施工方案优化分析的运算系统。

[0012] 本发明通过以下技术方案实现：

[0013] 一种建设工程施工碳排放运算系统，包括：

[0014] BIM技术平台：用于施工方案的模拟、工程量测算、各种工况下资源投入量计算与分析；

[0015] 建设工程碳排放综合定额：包含建设工程施工过程中各类碳源的碳排放因子数据库及各定额子目的资源投入量标准、碳源消耗量标准和碳排放量标准；

[0016] 运算模型：应用BIM技术，集成建设工程碳排放综合定额，计算建设工程施工碳排放量；

[0017] 其中，所述建设工程施工碳排放运算系统将建设工程碳排放综合定额植入到BIM技术的三维虚拟模型中，基于对该三维虚拟模型的建构，实现具有施工方案模拟、工程量测算、资源投入量确定、碳源消耗量确定、数据库存储、数据输出输入调用、检测反馈等功能的，可对建设工程施工碳排放量进行实时计算与分析的运算系统。

[0018] 对上述技术方案进行进一步阐述。

[0019] 所述建设工程施工碳排放运算系统的运算流程如下：

[0020] I、针对具体的建设工程施工项目，采用BIM技术进行施工方案的空间及时间模拟；

[0021] II、针对备选施工方案及图纸，测算各种工况下的工、料、机及与施工相关的其他资源投入量，包括任意时间点的资源投入量和累计资源投入量；

[0022] III、应用系统中的运算模型将资源投入量与建设工程碳排放综合定额联动，计算建设工程施工过程中任意时间节点的碳排放量和累计碳排放量。

[0023] 其中，所述建设工程施工碳排放运算系统中的运算模型，应用以下计算公式实现资源投入量与建设工程碳排放综合定额的联动：

[0024] 步骤1，由下列公式实现资源投入量与碳源消耗量的换算：

[0025] Qjk＝wj×qk (1)

[0026] 其中，Qjk为建设工程碳排放综合定额第j类资源的第k项碳源消耗量标准；

[0027] 其中，wj为建设工程概预算综合定额中第j类资源投入量标准；

[0028] 其中，qk为第j类资源的相应定额中第k项碳源消耗量标准。

[0029] 步骤2，由下列公式实现碳源消耗量与碳排放量的换算：

[0030]

[0031] 其中，Cij为建设工程概预算综合定额第i个子目中第j类资源的碳排放量标准；

[0032] 其中，EFjk为第j类资源的第k项碳源的碳排放因子。

[0033] 其中，本运算系统将上述公式中的wj、Qjk、EFjk、Cij等因素编入建设工程碳排放综合定额中，并可通过运算模型从该定额中自动调取，实现因素间的联动。

[0034] 步骤3，由下列公式实现资源投入量与建设工程碳排放综合定额联动，估算建设工程施工碳排放量Eco2：

[0035]

[0036] 其中，Eco2为建设工程施工排放的二氧化碳总量；

[0037] 其中，ADi为建设工程概预算综合定额第i个子目的估算工程量。

[0038] 根据所述运算系统，可以实现对建设工程施工碳排放量进行实时运算及以碳排放量为影响因素的施工方案优化。

[0039] 为此，本发明所述运算系统，还包括检测反馈功能。所述检测反馈功能可用于评判计算所得的二氧化碳排放量是否超过预先设置的碳排放量控制目标，当超过控制目标时，系统将发出需进行施工方案优化的反馈信号，并对需要进行优化的工作内容提出建议；所述检测反馈功能可以自动将计算求得的碳排放量按要求进行分类，并按大小进行排序。

[0040] 本发明所述检测反馈功能的工作流程如下：

[0041] 步骤1，将建设工程按分部分项工程和/或造价的组成和/或碳源类型和/或其他要求进行分类；

[0042] 步骤2，将计算求得的碳排放量按各分类进行排序，得出各分类项目中的碳排放量大小及顺序位阶；

[0043] 步骤3，按照预先设置的碳排放量控制标准进行评价，对超出碳排放量控制标准的各项工作内容，从优化施工方案的角度提出降低碳排放量的改进措施，使优化的施工方案满足节能减排的要求。

[0044] 本发明的有益效果与应用价值在于：

[0045] 基于BIM技术的建设工程施工碳排放运算系统，可以时间坐标为主线，在建设工程施工开工前，极为便捷地估算出该建设工程施工过程中任意时间节点二氧化碳的即时排放量和累计排放量，从而为我国的碳排放信息报告、核查与统计提供了较为准确的实时数据；

[0046] 以二氧化碳为控制因素优化施工方案，是对建设工程方案优化的创新。目前我们有建筑方案优选、机械设备方案优选、结构方案优选，但是没有碳排放方案优选。随着国家积极推广绿色建筑、绿色施工，节能减排将成为制定施工方案的重要影响因素。因此，以二氧化碳为控制因素优化施工方案，使优化的施工方案满足节能减排的要求，对于减少温室气体排放、保护环境具有重要的意义。

[0047] 建设工程碳排放综合定额，是对建设工程概预算综合定额的创新，它除了具有建设工程概预算综合定额原有的功能外，还增加了碳源消耗量标准和碳排放量标准，为快速、简便地估算建设工程施工碳排放量提供了有效的工具。

附图说明

[0048] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例和技术方案中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0049] 图1为本发明所述建设工程施工碳排放运算系统的流程示意图；

[0050] 图2为实施例中地下室各项工程碳排放量柱状图；

[0051] 图3为实施例中地下室各项工程碳排放量折线图；

[0052] 图4为实施例中裙楼各项工程碳排放量柱状图；

[0053] 图5为实施例中裙楼各项工程碳排放量折线图；

[0054] 图6为实施例中塔楼各项工程碳排放量柱状图；

[0055] 图7为实施例中塔楼各项工程碳排放量折线图；

[0056] 图8为实施例中总体各项工程碳排放量柱状图；

[0057] 图9为实施例中总体各项工程碳排放量折线图。

具体实施方式

[0058] 下面将结合本发明实施例，对本发明技术方案及附图进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前，提出所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0059] 图1所示，为本发明公开的建设工程施工碳排放运算系统的流程表述及相应的系统构成。

[0060] 其中，根据本发明公开的内容，发明人编制了碳排放因子数据库，并将该数据库汇编到建设工程碳排放综合定额之中。下表1为除西藏、港澳台以外的30个省、自治区、直辖市的电力类动态温室气体排放因子数据库示例表。

[0061] 表1

[0062]

[0063]

[0064] 其中，根据本发明公开的内容，发明人编制了建设工程碳排放综合定额。该定额包含建设工程施工过程中各类碳源的碳排放因子数据库及各定额子目的资源投入量标准、碳源消耗量标准和碳排放量标准。下表2和表3分别为建设工程碳排放综合定额子目编制示例表及定额汇总编制示例表。

[0065] 表2

[0066] 计量单位：1000m3

[0067]

[0068]

[0069]

[0070] 结合本发明公开的内容，具体实施时采用以下步骤：

[0071] 步骤1，针对具体的建设工程施工项目，应用本发明公开的运算系统(见图1)进行施工方案的4D模拟，即空间及时间模拟；

[0072] 步骤2，针对备选施工方案及图纸，应用该运算系统(见图1)开发的工程量计算软件测算各种工况下的工、料、机等资源投入量(包括任意时间点的资源投入量和累计资源投入量)，作为测算碳源消耗量的基础数据；

[0073] 步骤3，应用该运算系统(见图1)中的运算模型将资源投入量与建设工程碳排放综合定额联动，计算建设工程施工过程中任意时间节点的碳排放量和累计碳排放量。

[0074] 步骤4，该运算系统(见图1)自动将步骤3的计算结果按分部分项工程和/或造价的组成和/或碳源类型和/或其他要求进行分类排序，得出各分类项目中的碳排放量大小及顺序位阶；

[0075] 步骤5，该运算系统(见图1)按照预先设置的碳排放量评判标准(控制目标)对排序的碳排放量进行评价，超过评判标准的工作内容，系统将发出需进行施工方案优化的反馈信号，以保证碳排放量控制目标实现。

[0076] 为了更好的说明本发明公开的内容，发明人通过一个具体案例继续进行说明。

[0077] 实施例：广东省某大厦建设工程项目，工程总建筑面积约49272m2，其中地下室面2 2
积为12306m、地上裙楼及塔楼面积为36966m，由一栋27层塔楼及6层裙楼组成，地下室3层。下面仅以施工机械为例进行说明：

[0078] 步骤1，应用BIM技术进行施工方案的空间及时间模拟，求得任意时间节点的工作状况；

[0079] 步骤2，针对备选施工方案及图纸，应用该运算系统开发的工程量计算软件测算各种工况下的工、料、机等资源投入量；

[0080] 步骤3，应用该运算系统中的运算模型将资源投入量与建设工程碳排放综合定额联动，计算建设工程施工过程中任意时间节点的碳排放量和累计碳排放量。

[0081] 上述步骤可通过BIM技术平台自动实现。

[0082] 本实施例计算得出机械台班的碳排放总量为：3416518.17kgCO2，单位建筑面积碳2
排放量为69.34kgCO2/m。

[0083] 步骤4，将建筑物分为地下室、裙楼、塔楼三部分，并分别按分部分项工程(包括：一土石方工程、二砌筑工程、三砼及钢筋砼工程、四金属工程、五屋面及防水工程、六楼地面工程、七墙柱面工程、八顶棚工程、九油漆涂料裱糊工程等)和措施项(包括：十脚手架工程、十一模板工程、十二垂直运输工程、十三混凝土泵送等)进行统计分析，得出建设工程碳排放量统计结果，见表4及表5。

[0084] 表4按分部分项工程统计的碳排放量单位：吨

[0085]

[0086] 表5按措施项统计的碳排放量单位：吨

[0087]

[0088] 步骤5，根据步骤4的统计结果，得出碳排放量的各项排序如图2至图9所示。

[0089] 如果本案例以200吨碳排放量作为评判标准，则：

[0090] 由图2及图3知，地下室工程中“砼及钢筋砼工程”和“垂直运输工程”的碳排放量比较大，分别为346.38吨和323.98吨。

[0091] 由图4及图5知，裙楼工程中“垂直运输工程”的碳排放量比较大，为213.96吨，其余均低于20吨。

[0092] 由图6及图7知，塔楼工程中“垂直运输工程”和“砼及钢筋砼工程”的碳排放量比较大，分别为1537.95吨和360.89吨。

[0093] 由图8及图9知，整个建筑机械台班碳排放量中，“垂直运输工程”和“砼及钢筋砼工程”的碳排放量比较大，分别为2075.88吨和713.91吨。并且“垂直运输工程”中地下室、裙楼及塔楼工程中的碳排放量均较大，“砼及钢筋砼工程”仅在地下室和塔楼工程中的碳排放量较大。除此之外，混凝土泵送的碳排放量也较大，为254.47吨。

[0094] 步骤6，根据步骤4的统计结果，得出各项碳排放量的比例，见表6至表8。

[0095] 表6分部分项各项所占比例(％)

[0096]

[0097] 表7措施项各项所占比例(％)

[0098]

[0099] 表8建设工程各项所占比例(％)

[0100]

[0101] 如果本实施例以60％作为各项碳排放量的评判标准，则：

[0102] 由表6知，分部分项工程中：地下室部分“砼及钢筋砼工程”的比例较大，为90.79％；裙楼部分无超过60％的分部工程；塔楼部分“砼及钢筋砼工程”的比例较大，为
73.09％。

[0103] 由表7知，措施项中：地下室部分“垂直运输工程”的比例较大，为71.75％；裙楼部分“垂直运输工程”的比例较大，为84.42％；塔楼部分“垂直运输工程”的比例较大，为87.92％。

[0104] 由表8知，在整个工程的机械台班项中，仅有“垂直运输工程”的比例超过60％，为61.84％。

[0105] 综合步骤5和步骤6，“垂直运输工程”和“砼及钢筋砼工程”应作为施工方案优化的重点。

[0106] 步骤7，针对“垂直运输工程”和“砼及钢筋砼工程”的工作内容进行碳盘查，见表9和表10。

[0107] 表9垂直运输工程工作内容碳盘查结果

[0108]

[0109] 表10砼及钢筋砼工作内容碳盘查

[0110]

[0111] 通过碳盘查，筛选出各建筑部位的碳排放量大于10％的工作内容，作为具体优化的内容，实施施工方案优化。

[0112] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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