基于BIM的建筑物化碳足迹计算模型研究

摘要

近年来，由耗能产生的众多环境问题引起了人们的重点关注。其中，建筑能耗作为我国主要能源消耗，仅次于工业能耗。随着经济社会发展和城市化进程的推进，建筑能耗持续增长，对资源和环境产生重要的影响。建筑能耗一般使用碳足迹来衡量，但目前还没有能够有效量化标准化计算的模型及应用系统。因此，充分了解建筑碳排放的来源及其规律，通过量化建筑碳足迹进行建筑设计优化，进而对建筑能耗进行控制，减少温室气体的产生，减少环境问题具有重要的理论价值和实践意义。 本文以建筑的物化碳足迹为研究对象，首先，在明确建筑物化阶段碳足迹来源的基础上，将建筑物化碳足迹分为建材开采（生产）阶段、物料运输阶段、土体施工阶段及施工配套设旋，依据不同阶段碳足迹来源建立建筑物化碳足迹汁算总模型和子模型。其次，分析了模型中涉及到的碳足迹因子以及材料、机械消耗量等计量因素，建立了碳足迹因子数据库，基于BIM技术建立三维模型并快速统计工程量，进行消耗量的转化计算，为模型应用提供数据基础。再次，为了实现模型的应用，基于Delphi开发应用系统，通过对系统框架、数据库以及BIM接口进行设计，开发了建筑物化碳足迹计算系统，实现建筑物化碳足迹的快速量化计算。最后，将模型及系统应用至具体案例中，对比不同建筑、同一建筑不同结构、同一建筑不同建材三种情况下建筑碳浓度，得出以下结果：同一建筑框架结构物化过程碳足迹浓度为417.68kgCO2eq/m2，而框剪结构高出框架结构约20.5%，为503.32kgC02eq/m2，将泡沫混凝土替换加气混凝土，可使总碳足迹减少3.6%左右，实际中可以通过结构和材料的优化降低碳足迹浓度；通过对比物化阶段不同过程碳足迹浓度，发现建材生产（开采）：物料运输：主体施工比例约为90∶2∶8，建材开采（生产）所占比例最大，且钢材类建材碳浓度最高，在建材开采（生产）方面可通过提高钢材的可回收性降低碳浓度，也可以通过发展材料的新型生产工艺降低材料生产碳浓度，或生产新型绿色可替代材料，可有效降低建筑物化阶段碳浓度。 本研究探究了基于BIM的建筑物化碳足迹的量化与应用，构建了物化阶段的量化模型，并进行了应用系统开发，实现了建筑低碳的快速定量化研究，为建筑设计优化及分析提相关依据，为绿色建筑与可持续提参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究进展

1.3.1 绿色建筑研究

1.3.2 建筑碳排放测算研究

1.3.3 建筑工程算量技术研究

1.4 硏究内容和方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.4.3 研究方法

2 相关概念、理论与方法

2.1 绿色建筑概述

2.1.1 绿色建筑的概念

2.1.2 绿色建筑的特征

2.2 建筑碳足迹概述

2.2.1 建筑碳足迹的概念

2.2.2 建筑碳足迹的特点

2.2.3 建筑工程碳足迹的分类

2.3 碳足迹常用计算方法

2.3.1 实测法

2.3.2 投入产出法

2.3.3 排放系数法

2.4 BIM技术概述及发展

2.4.1 BIM技术发展

2.4.2 BIM技术特点

2.5 本章小结

3 基于BIM的建筑物化碳足迹计算模型构建

3.1 建筑物化碳足迹分析

3.1.1 建材开采（生产）阶段

3.1.2 物料运输阶段

3.1.3 主体施工阶段

3.1.4 施工配套设施

3.2 建筑物化碳足迹计算模型

3.2.1 碳足迹评价指标

3.2.2 总模型

3.2.3 子模型

3.3 建筑物化碳足迹因子分析

3.3.1 能源碳足迹因子

3.3.2 材料碳足迹因子

3.3.3 运输机械碳足迹因子

3.3.4 施工机械碳足迹因子

3.4 基于BIM的建筑物化碳消耗量分析统计

3.4.1 建筑物化碳消耗量指标

3.4.2 基于BIM的三维模型建立

3.4.3 基于BIM的建筑工程量计算

3.4.4 工程量与消耗量转换

3.4.5 建筑物化消耗量计算

3.5 本章小结

4 建筑物化碳足迹计算系统设计与实现

4.1 需求分析

4.1.1 模型应用需求

4.1.2 碳足迹快速计算需求

4.1.3 信息化发展趋势需求

4.2 可行性分析

4.2.1 技术可行性

4.2.2 操作可行性

4.2.3 经济可行性

4.3 系统设计

4.3.1 设计原则

4.3.2 框架设计

4.3.3 数据库设计

4.3.4 BIM接口设计

4.4 系统实现

4.4.1 开发流程

4.4.2 关键技术

4.4.3 功能实现

4.5 本章小结

5 模型及系统应用

5.1 不同建筑碳浓度对比分析

5.1.1 项目概况

5.1.2 碳足迹计量

5.1.3 碳浓度对比分析

5.2 同一建筑不同结构碳浓度对比分析

5.2.1 项目概况

5.2.2 碳浓度对比分析

5.3 同一建筑不同建材碳浓度对比分析

5.3.1 项目概况

5.3.2 碳浓度对比分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录