高原地区建筑物化阶段环境影响评价

赵太民 龚志起

(青海大学土木工程学院 西宁 810016)

建筑业的能源消耗与污染排放一直是实现可持续发展的热点问题。统计数据表明，近年来全球建筑能源消耗占全球总能耗的 39%[1]。大约有50%的二氧化碳排放与建筑业有关，导致酸雨的二氧化硫有40%也是建筑业产生的[2]。纵观建筑的全生命周期过程，能源消耗和污染排放主要源于建筑运营阶段和物化阶段[3]，相比于时间周期较长的运营阶段，建筑物化阶段在短时间内产生的环境影响更为严重。所以，为了减少环境污染和能源消耗，让建筑业更可持续发展，评估建筑物化阶段产生的环境影响是十分必要的。

在对建筑业环境影响进行量化的过程中，生命周期评价方法(Life Cycle Assessment, LCA)是研究人员常用的主流方法，针对各类建筑材料和不同建筑结构所进行的全生命周期环境影响评价十分广泛[4-7]。目前对于建筑物化阶段的环境影响评价取得了一定的成果，但缺乏针对特定地域的环境影响评价研究。西北高原地区受制于特殊的地理气候条件，属于自然环境较为恶劣的地区，生态环境恢复能力差，量化高原地区建筑物化阶段产生的影响能够更加准确认识和衡量环境损害程度，对保护高原生态环境具有重要意义。

因此，基于生命周期评价方法，结合实际工程案例建立建筑物化阶段环境输入-输出清单数据，通过环境污染物的分类、特征化和加权计算对高原地区建筑物化阶段的环境影响进行全面评估，最终评价结果以货币化的方式呈现。

1 评价框架

研究方法以生命周期评价理论为基础，根据国际标准化组织(ISO)的定义[8]：将生命周期分为目标和范围确定、清单分析、影响评价和结果解释四部分。其中，资源能源消耗定为输入过程，环境影响定为输出过程，进而对产品系统生命周期中的输入和输出过程的环境影响潜值进行量化、求和以及最终评价解释。建筑物化阶段生命周期评价框架如图1所示。

图1 建筑物化阶段生命周期评价框架

环境影响评价过程是生命周期评价的一个重要环节，评价过程主要为分类、特征化、加权计算三个步骤。分类是将清单分析结果与不同阶段环境影响类型对应的过程，是进行建筑物化阶段影响评价阶段的第一步[9]。研究综合考虑建筑物化阶段可能出现的环境问题，最终选用中点损害类型，环境影响类型确定为10种。特征化就是将造成同一环境影响类型的多种污染物转化为统一的单元，通常每种环境影响都会确定一个特定的类型指标，以该物质为基准将引起该环境影响类型的其他污染物通过特征化因子折算为当量值。货币化是对各类环境影响进行加权评估的过程，目的是为了确定各类环境影响的权重大小，最终得到综合环境影响值。采用课题组已有研究中针对西宁市惰性建筑垃圾生命周期影响评价时得到的各环境影响类型的货币化估值，使评价结果具有针对性。

2 案例分析

本研究所采用的工程实例为青海省西宁市某公共建筑项目，建筑高度23.3m，总建筑面积6356m2，结构形式为框架剪力墙结构。施工过程的建筑材料消耗量、运输距离等均为实际调研数据，环境影响评价具有较好的准确性。

2.1 目标和范围确定

评价目的是对建筑物化阶段的环境影响进行生命周期评价，比较分析各过程环境影响量化值，对产生环境影响较大的阶段提出相应的改进措施，达到保护生态环境和改善人们生活环境的目的。

评价范围为建筑物化阶段，主要包括建筑材料生产阶段、建筑材料运输阶段和建筑施工阶段。通过实地调研和搜集文献数据，建立建筑物化阶段资源消耗和环境排放清单数据库，为进行环境影响评价奠定基础。

2.2 清单分析

清单数据的质量决定着环境影响评价结果的准确性，本研究中清单数据主要来源于实地调研和文献查阅，数据具有可靠性。不同阶段清单数据收集方法如下：

建筑材料生产阶段：主要考虑的建筑材料为商品混凝土、钢筋、木材、水泥、砂子、保温材料和加气混凝土砌块。材料的消耗量由施工单位材料用量清单整理统计获得，如表1所示。生产上述建材的能源消耗与污染物排放主要参考已有研究给出的相关数据[10-12]。

表1 主要建筑材料消耗量

建筑材料运输阶段：建材运输阶段的能源消耗主要受材料数量、运输方式、运输距离等因素的影响。借鉴前人研究成果，运输距离为项目调研获得，不同运输方式造成的能源消耗和污染物排放参考研究数据[13]。

建筑施工阶段：现场施工阶段的主要输入为各类机械设备的能源消耗，可以根据单位建筑面积的相关能耗指标计算各类能耗值[14]，施工场地内的材料运输等情况不予考虑。

通过对各阶段输入—输出数据的分析计算，功能单位选取单位建筑面积(1m2)，得到1m2现浇式钢筋混凝土建筑物化阶段环境清单如表2所示。

表2 1m2现浇式钢筋混凝土建筑物化阶段环境清单

2.3 影响评价

影响评价是对建筑物化阶段产生的环境影响进行量化的过程，通过清单数据的分类、特征化、加权等对10种中点环境影响类型进行分析计算，加权计算的货币化因子采用课题组针对西宁市各种污染物排放造成的环境影响类型的货币化估值，使得评价结果更具有科学性。计算得到各阶段单位建筑面积(1m2)环境影响贡献值如表3～4所示。

表3 1m2建筑材料生产阶段环境影响

表4 1m2建筑材料运输与建筑施工阶段环境影响

3 结果与讨论

3.1 各阶段环境影响贡献值对比

将材料生产阶段、材料运输阶段和建筑施工阶段的各类环境影响贡献值汇总，各阶段环境影响贡献值对比如图2所示。

由图2可知，各阶段产生的环境影响存在明显的差异，环境影响最为严重的是材料生产阶段，单位建筑面积环境影响货币化估值为156.25元，主要是因为材料生产阶段会有大量的矿产资源与化石能源消耗，受限于制造工艺的差异，建筑材料的投入产出比较低，环境污染排放较为严重。因此，改进生产工艺是降低此阶段环境影响最为重要的途径。建筑施工阶段的环境影响略大于材料运输阶段，这两阶段的环境影响主要是各类机械设备和运输工具能源消耗造成的，合理的选择建筑材料购买源头和规划施工现场机械设备布置与调度将有效减少能源消耗带来的环境污染问题。

图2 各阶段环境影响贡献值对比

图3 物化阶段各类环境影响

3.2 物化阶段各类环境影响贡献值对比

物化阶段产生的环境影响多样，将各类型环境影响贡献值所占比例绘图3进行比较，了解物化阶段不同环境影响的贡献率。

物化阶段产生的最大环境影响为全球变暖(85.97%)，其次是酸化(23.74%)、粉尘(21.79%)、富营养化(19.54%)和矿石资源消耗(16.18%)。木材资源消耗、固体废弃物、化石能源消耗和淡水资源消耗的影响最小，四者之和仅为总值的18.65%。造成这一结果的原因是建筑材料生产阶段CO2、SO2、粉尘等污染物的排放较多，同时矿石资源是建材生产必不可少的原材料，因此相对应的环境影响占比就高。结合图2分析，建筑材料运输阶段和建筑施工阶段的环境影响总值远小于建筑材料生产阶段，所以控制材料生产阶段CO2、SO2、粉尘等污染物的排放是减少物化阶段环境影响的关键。

4 结论

研究基于生命周期评价方法建立建筑物化阶段生命周期评价框架，通过目标和范围确定、清单分析、影响评价这3个步骤，将物化阶段产生的环境影响用货币化表征。将评价框架运用于西宁市某公共建筑项目，对其物化阶段进行量化评价，得到如下结论：

(1)材料生产阶段的节能减排是建筑生命周期中的重要环节，通过改进建筑原材料的加工工艺或者寻找新型的低能源低排放的建筑材料，可减少材料生产阶段的物耗能耗，降低污染物质的排放。

(2)物化阶段的生命周期评价结果用货币化表征，可以为施工企业执行“污染者付费原则”提供可靠的科学依据，在评价结果的基础上提出相应的改善措施，可以显著减少环境污染问题。

(3)后续研究可以持续关注建筑生命周期各种能源消耗与污染物质排放的最新研究成果，不断完善环境影响评价类型，使生命周期评价结果更加准确。