加强技术改进, 改善产业结构, 降低能源强度和碳强度, 提升碳效率成为应对气候变化的一种主要途径。我国为化解产能过剩、优化产业结构、实现节能减排目标, 截至2016年底已发布实施能效强制性标准73项、能耗限额强制性标准104项、节能推荐性国家标准150余项。这表明我国碳减排工作已经迈入总量控制阶段。

　　 由于建筑生产 (建设工程施工) 是一种粗犷型的高耗能活动, 因此包括建筑生产在内的建筑节能将是我国实现2030年碳减排目标的关键领域。为此, 国家发改委在《节能标准体系建设方案》中专门针对建设工程施工构建了包括节能施工、验收等方面的建设标准子体系。为科学构建节能标准体系, 提高节能标准实施效果, 《中国建筑能耗研究报告 (2016年) 》建议, 加快完善我国建筑能耗统计制度, 夯实建筑节能数据基础, 制订出台基于“数据驱动”的建筑节能政策体系, 推动实施我国建筑碳排放总量控制战略。

　　 由此可见, 在总量控制战略背景下建筑能耗及碳排放量数据对建筑节能减排工作的基础性作用愈显突出, 无论制订建筑能耗总量控制目标, 抑或能耗强度控制目标以及推动建筑碳交易等市场机制发展, 均需依赖足够的数据支撑。

　　 但是, 由于目前不同机构或学者对我国建筑能耗及碳排放量的测算, 选择不同的计算方法、统计口径、数据来源, 导致关于我国建筑能耗占全国能源消费比重的测算数据分布在15%~50%超大区间之内。

　　 基于此, 结合珠海横琴新区马骝洲交通隧道超大直径泥水平衡盾构施工 (简称横琴隧道盾构施工) 项目提出建设工程施工碳排放计算方法。本文试图为建设工程施工碳排放数据采集提供一套简便、科学、规范的计算方法。

　　 针对某一行业进行碳排放核算, 首先要解决计算方法、计算范围和方法层级等计算方法体系问题 (见图1) 。

　　 针对碳排放的计算, 国际上常用的方法有物料平衡法、排放因子法、直接测量法。根据建设工程的特点, 建设工程施工拟采用排放因子法作为计算碳排放的基本方法, 其计算式为:

　　 其中, 为建设工程施工排放的二氧化碳总量;EF为排放因子, 量化每单位活动的气体排放量或清除量的系数;AD为活动数据, 特定时期内在界定地区里, 人类活动导致的排放或清除的数据, 本文称其为碳源消耗量。

　　 世界资源研究所 (WRI) 和世界可持续发展工商理事会 (WBCSD) 编制的温室气体核算体系 (Green House Gas Protocol) 将温室气体核算设定了三个“范围” (见图2) 。

　　 并且针对产品的生命周期, 给出了《企业核算与报告标准 (2011) 》 (简称《企业标准》) 、《产品寿命周期核算和报告标准 (2011) 》 (简称《产品标准》) 和《企业价值链 (范围三) 核算与报告标准 (2011) 》 (简称《范围三标准》) 与三个范围之间的关系 (见图3) 。

　　 由于建设工程是产品, 建设工程施工属产品生命周期中的生产环节, 所以应以范围一和范围二排放为对象确定计算边界和碳源类型。

　　 《2006 IPCC指南》按照各个部门活动数据的来源, 依详细程度提供了从方法1到方法3的三级估算方法。根据方程 (1) 可知, 三级估算方法的主要区别在于对排放因子和活动数据的选择要求不同。表1是对三级估算方法的一般特点所作的比较分析, 针对各个部门的相关源类别, 《2006 IPCC指南》对三级估算方法还有更加具体的要求。

　　 建设工程施工碳排放核算是一项非常复杂的工作, 除涉及工料机等因素影响外, 还受施工工艺、施工过程和施工环境等因素的影响。因此, 宜采用考虑特定时空范围的方法2。

　　 基于上述分析, 建设工程施工碳排放计算体系, 应以范围一和范围二排放为对象, 在考虑特定时空界面的情况下, 应用碳排放因子法进行计算。

　　 在建设工程施工碳排放计算体系框架下, 如何科学、规范、便捷地确定建设工程施工碳排放量, 关键是要构建一套具有普遍适用性和便于推广应用的建设工程施工碳排放计算模式。

　　 由式 (1) 知, 确定建设工程施工碳排放的关键是碳排放因子和活动数据, 而要确定碳排放因子和活动数据, 首先要确定施工过程中产生二氧化碳排放的碳源。为此, 建设工程施工碳排放核算模式应包括碳盘查和建立施工碳排放计算模型。

　　 本文所述碳盘查, 是指针对建设工程施工过程中各环节直接或间接排放的温室气体的归类与盘点, 包括范围盘查和碳源盘查。

　　 工程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工程施工中的各种资源 (包括人力、材料、机械、能源和技术) 在时间和空间上合理组织物化的过程。范围盘查的目的就是确定建造过程碳排放的计算边界, 包括时间边界、空间边界、功能边界、要素边界等。这是准确界定建设工程施工范围内碳源种类的基础。

　　 碳源盘查是准确确定建设工程施工碳排放量的基础。碳源盘查包括碳源范围分析和碳源类型分析。碳源范围分析的基础是空间边界和功能边界, 它既要保证碳源“范围空间”的边界清晰, 又要保证各类碳源的界面划分准确;碳源类型分析的基础是要素边界, 它要保证碳源不能重复归类、错误归类和归类漏项等问题。

　　 施工碳排放计算模型包括碳排放因子计算模型、碳源消耗量计算模型、碳排放量计算模型。结合笔者原有研究成果, 在此仅就上述计算模型的成果进行介绍:

　　 对于建设工程施工而言, 产生二氧化碳排放的碳源主要有电力和化石类物质, 为此笔者分别建立了电力和化石类碳排放因子计算模型。

　　 其中, EF_P为P省电网的平均CO₂排放因子;Em_p为P省发电产生的CO₂直接排放量;Em_{p, e}为其他省、外国及区域电网i向P省净输送电量产生的CO₂排放量;E_P为P省年度总发电量;E_{p, e}为其他省、外国及区域电网i向P省净输送电量总和。

　　 其中, 为燃料m基于质量或体积的CO₂排放因子;OF_m为燃料m在燃烧过程中的碳氧化率;CC_m为燃料m的单位热值含碳量;CF_{m, tce}为重点用能单位“能源利用状况报告”中为燃料m提供的参考折标因子;β为每吨标准煤的热值, 为29307兆焦耳;为二氧化碳与碳的转换因子。

　　 其中, Q_jk为建设工程施工过程中第j类资源的第k项碳源消耗量标准;w_j为建设工程概预算定额中第j类资源的投入量标准;q_k为第j类资源的相应定额中第k项碳源消耗量标准。

　　 其中, EF_{j k}为第j类资源的第k项碳源的碳排放因子;C_ij为建设工程概预算定额第i个子目中第j类资源的碳排放量标准。

　　 其中, AD_i为建设工程施工过程中第i个子目的估算工程量;为建设工程施工过程排放的二氧化碳总量。

　　 应用上述计算模型可编制建设工程施工碳排放定额。该定额除具有建设工程概预算定额原有的功能 (可确定建设工程概预算定额中的工、料、机消耗量标准及造价) 外, 还可确定碳源消耗量标准和碳排放量标准。使用者可在施工前针对工程量清单, 应用此定额直接测 (估) 算出建设工程施工过程中的碳排放量。

　　 笔者以珠海横琴隧道盾构施工项目为依托, 编制了一套盾构施工碳排放量定额 (见表2) 。由于篇幅所限, 表2做了部分删减, 仅显示反映碳排放量标准的内容。

　　 本文以横琴隧道盾构施工项目为例, 对预估碳排放量进行演算 (由于篇幅所限, 仅计算碳排放量, 不对结果进行分析) 。

　　 横琴隧道位于珠海市南湾城区和横琴新区, 工程全长约2.8km, 其中盾构隧道长约1081.6m (双向合计2179.13m) , 隧道外径14.5m, 采用14.93m的超大直径泥水平衡盾构施工。根据勘察报告, 盾构主要穿越地层自上往下依次为:淤泥、粘土、中粗砂、砾质黏性土和全风化花岗岩, 且岩层部分侵入隧道断面。

　　 由于横琴隧道具有超大直径、海底施工、海相地层, 且岩层部分侵入隧道断面等特点, 因此施工难度极大, 属华南地区海相地层第一条超大直径盾构隧道。又由于盾构施工, 尤其是超大直径盾构施工使用的机械设备具有大型或超大型的特点, 其消耗的能源和产生的温室气体排放均较大。

　　 因此, 针对横琴隧道盾构施工进行碳排放测算, 可为盾构施工项目的节能减排提供理论依据和可行方法。

　　 以圆隧道段双管总长 (2179.13m) 作为计算基础, 其中环宽2.0米。

　　 在泥水平衡盾构施工中, 盾构机和井下管片运输机械以电力驱动为主, 化石类燃料在盾构掘进中消耗较少, 本案例不予考虑。为此, 本文仅以电力消耗作为测算盾构掘进的活动数据。

　　 根据公式 (2) 计算得出2015年广东省电力碳排放因子为:5.886吨CO₂/万k Wh。

　　 (1) 依据碳源消耗量计算模型 (式 (4) ) 和单位碳排放量计算模型 (式 (5) ) 以及盾构施工碳排放量定额, 可计算得出盾构机械电力单位碳排放量数据 (见表3) 。

　　 (2) 依据碳排放量计算模型 (式 (6) ) 以及横琴隧道盾构标段施工组织设计和工程量清单计算得出盾构掘进预测 (估) 碳排放量 (见表4) 。

　　 (1) 预估横琴隧道盾构掘进施工因消耗电能产生的总碳排放量为:18273.169吨;

　　 (2) 预估横琴隧道盾构掘进施工耗电单位碳排放量为:8.386吨/米, 16.771吨/环, 且正常段的单位耗电碳排放量最小 (8.083吨/米, 16.166吨/环) ;

　　 (3) 预估横琴隧道盾构掘进施工碳排放量的变化趋势为: (1) 由负环段到进洞段, 单位碳排放量逐渐增大, 斜率为0.022; (2) 由进洞段到正常段, 单位碳排放量逐渐减小, 斜率为-0.005; (3) 由正常段到出洞段, 单位碳排放量逐渐增大, 斜率为0.005。

　　 上述计算结果系开工前根据工程量清单及碳排放量定额预估的结果, 施工单位可针对碳排放量较大的工作内容调整施工方案, 改进施工工艺, 实现节能减排。

　　 由上述案例可知, 针对一个工程项目, 应用该方法可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的二氧化碳排放量。即该方法已具备预测建设工程施工碳排放量的功能。

　　 由于该方法已具备预测一个建设工程施工阶段二氧化碳排放量的功能。因此, 可将该方法植入到政府构建的建设领域碳排放大数据平台 (笔者参与了广东省建设领域碳排放大数据平台建设) , 并要求辖区内在建工程按照施工碳排放计算模型的要求输入相关信息。这些信息通过平台的大数据计算和处理, 可得到一个行政区域内 (区、市、省乃至全国) 所有建设工地在任意时空节点的二氧化碳排放量, 从而实现一个行政区域未来某个时间范围内总的二氧化碳排放量的动态可视化预报。该预报可作为政府进行二氧化碳减排监测的重要参考数据。

　　 该计算方法可通过软件开发实现预控施工碳排放的功能。即可将预测结果按分部分项或造价的组成或碳源类型进行排序, 评判其二氧化碳排放量是否超过预先设置的碳排放量限制目标, 当超过限制目标时, 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。

　　 国家发改委出台的《碳排放权交易管理暂行办法》, 规定了国家碳市场初期的交易品种包括配额、国家核证自愿减排量以及其他交易产品。同时, 允许重点排放单位、机构及个人参与排放权交易。重点排放单位应根据国家标准或国务院碳交易主管部门公布的企业温室气体排放核算与报告指南, 制定监测计划, 编制温室气体排放报告, 向所在地区省级碳交易主管部门提交配额履约。而作为非重点排放单位, 则可通过向国家主管部门申请自愿减排方法学备案的方式, 参与自愿减排交易。

　　 2016年1月11日, 《国家发展改革委办公厅关于切实做好全国碳排放权交易市场启动重点工作的通知》 (发改办气候[2016]57号) , 将涵盖石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力、航空8大重点排放行业的18个子类年能耗1万吨标准煤以上企业的碳排放权纳入全国碳排放权交易市场, 实施碳排放配额管控制度。

　　 建设工程领域虽然没有被纳入碳排放权交易市场, 但其碳排放量不容小觑。尤其是施工阶段的碳排放量之大, 可通过本案窥见一斑。因此, 将建设工程施工碳排放纳入碳交易市场非常重要, 建筑施工企业 (行业) 可通过申请自愿减排方法学加入碳交易体系。

　　 自愿减排方法学是指用于确定项目基准线、论证额外性、计算排放量、确认减排量、制定监测计划的方法指南。国家发改委颁布的《温室气体自愿减排交易管理暂行办法》 (简称《暂行办法》) 规定, 我国对自愿减排交易, 采取备案管理, 参与自愿减排交易的项目, 需向国家主管部门申请自愿减排方法学备案。

　　 本研究成果已具备国家发改委颁布的《温室气体自愿减排交易管理暂行办法》规定的, 申请自愿减排方法学备案应满足的方法学基本框架与内容, 包括方法体系、核算机制、监控方法等。因此, 可应用本研究成果编制建筑 (行业) 施工自愿减排方法学, 如地铁项目建设及运营自愿减排方法学、装配式住宅工业化生产和建造自愿减排方法学等。并通过向国家发改委申请建筑 (行业) 施工自愿减排方法学”备案, 使其作为该行业施工碳排放测算与核查标准, 纳入到碳排放权交易市场。用市场机制激励建筑行业推动建筑施工节能减排。即, 在建设工程施工过程中, 超出碳排放权配额 (核证自愿减排量) 标准的施工项目需向碳交易市场购买碳排放指标, 低于配额 (核证自愿减排量) 标准的可向碳交易市场出售自己的碳排放指标。由此促进每一个建设工程施工项目努力挖潜, 实现节能、减排、增效的目标。

　　 绿色施工作为建筑业大力推行的施工方式, 从“四节一环保”五个方面提出评价标准。但由于大部分指标属于定性评价, 受主观因素影响较大, 并且由于建设工程的特殊性、单一性, 定性评价不利于工程之间的比较。这就需要我们寻找一种能够将定性指标转换成定量指标, 并且具有统一度量衡的元素。

　　 施工碳排放量则是定量评价绿色施工最合适的度量衡元素, 可以通过量纲分析及应用相关数学分析方法, 将绿色施工评价体系中的定性指标换算成碳排放量指标, 实现绿色施工由定性评价向定量评价的飞跃。使绿色施工评价更客观、规范、科学。

　　 本文提出的施工碳排放量计算方法, 由于借助了建设工程概预算定额和相关的资源消耗量定额, 因此在活动数据的选取方面能够科学、全面、系统地提供建设工程施工阶段的碳源类型和消耗量, 符合碳盘查的要求;而基于此编制的施工碳排放定额, 则提供了一套通用、简便、快速确定建设工程施工碳排放量的有效工具。