全生命周期理念下的建筑材料环保评价体系分析

单治超

（云南省设计院集团有限公司，云南 昆明 650228）

0 引言

1992年6月，世界各地举行了一次世界环境与发展大会，并就《环境发展宣言》及《21世纪议程》提出了一项以可持续发展概念为主旨的方针。根据调查，中国的建筑工程能耗在全球能源消费总量的50%左右，约40%为天然资源，其中黏土、石灰石、沙石等的消费超过50亿t，而能耗高达2300万t[1]。

从建筑工程的整个生命周期来评估建筑工程的环保效果，对其进行全流程的综合分析，最好既能满足工程的现实需要，又能充实和改进建材的评估标准。从实际出发。本文建立了一个完整的生命周期评估指数基础上，引入了绿度的定义，并对各指标进行了量化、整合，并利用BIM技术、物联网技术实现了物料的追踪与追溯，在实际应用中有着重要的应用价值。

1 生命周期评价概述

环境影响评估概述随着资源和能源的短缺，人类和动植物的生存环境日益恶化，各个产业都需要进行“节能减排”和洁净的制造。在这方面，对材料从开采、运输、加工、生产、使用、报废等整个生产过程进行环保影响评估，是实现可持续发展的首要任务。

2 生命周期评价定义与框架

当前，已有很多行业和机构对LCA进行了定义，而ISO则是在国际环境毒理与化学协会（SETAC）和《国际标准》中最有权威的。在1993，SETAC为LCA作了以下的界定：在被评估目标的能源消耗、物质消耗和废物排放量的基础上，对某一产品、过程或事件的环境负载进行了评估；评估过程包括整个产品、工艺或事件的整个生命周期，包括原料的萃取和加工、生产、运输和销售、使用、再使用、维护、循环再循环直至完全报废。ISO（ISO14040）修正后的LCA定义是对一个生产过程中输入、输出及其潜在的环境效应进行汇总和评估。生命周期技术一般采用LCA技术，并将生命周期费用（LCC）和LO相融合。这种技术为生产厂家提供了新的机遇，让他们既可以在技术上也可以在环保和经济效益上达到最好的状态。LCA按照SETAC和ISO14000的标准制定了一个共同的架构，包括了目的和范畴、编目分析、环境影响评价和成果的说明，如图1所示。

图1 生命周期理念评价框架

3 建筑材料全生命周期

整个产品的寿命过程是一个动态、综合的过程，对整个产品的生命周期进行全面的认识是建立整个产品生命周期的前提。建筑材料的绿色全生命周期是空间与时间的多个层面，是一个科学的过程。

4 全生命周期评价方法及步骤

环境影响评估包括目标和范围、编目分析、环境影响评估和结果解释。建材的整个生命期是指建材原料收集、生产、使用、维护、废弃、拆除等整个生产流程与周围的关系。

评价以资源消耗、水污染、固体废物污染、大气污染等为基础，利用环境评价技术建立评价体系。环境影响评价的手段多种多样，但其主要内容包括分类、表征、归一化、评估4个阶段。

5 建筑材料的生命周期评价

建材在我国经济发展中占有举足轻重的作用。建材的使用和制造是广泛的，并且两者都与人们的生活习惯有关。建筑的每一种材料都会对建筑的质量产生重要的作用，所以必须对建筑的整个生命期进行评估。从当前的发展趋势来看，建材的生命周期评估已经成为LCA的主要内容。

建材行业、原材料、能源、基础建材、环境污染等方面都存在着大量的问题，包括了各种工艺，其中包括资源、能源、建材等。要想真正完善、成型的LCA技术，就需要有充足的基础资料，以满足目前的需求，首先要对建材生产企业、建材行业进行环境基本资料的统计，并对建材生产阶段资源、能量、环境释放及工业工艺的数据收集，为建材的生命周期环境影响评价奠定数据基础。其次，建立能源、基础建材、建材等行业的过程数学模式，并对其进行统计，获取基本的能源和能源消耗、污染物排放等基础资料，实现短期、阶段性的解决。建筑产品寿命周期评价旨在为在建筑工程中选择绿色建筑材料，以及在施工中对建筑“绿色程度”进行定量对比，从而达到对工程项目进行评价的目标。由于对建筑材料行业的深入分析，对建筑材料生产过程中的资源、能源和环境排放等方面的统计资料进行统计分析，建立相应的数学分析方法是目前亟待解决的问题，而从长期来看，建材寿命周期环境影响量化评价必须进行数据采集，建立资源、能源、建材生产工艺、运输、基础建材的清单数据库。

人们相信，建筑原料已经走过了“从萌芽到死亡”的整个历程，但是不可能清楚地指明一块砖块和一吨隔热物质的生命周期，而基本的原材料仅仅是从“出生到制造”的过程。再经基本建材加工组装而成的建筑用部件，在整个建筑的整个生命周期中继续进行，并担负起各种不同的作用。而不同的建筑构件之间的对比，就是要达到同样的效果。在确定建筑材料LCA的研究范畴时，应对其进行定义和定量，以便为其输入和产出提供一个数理上的参考，从而为相关的建筑部门的环境效应的比较提供能量。

建筑材料生命周期环境效应量化评估的主要对象是建筑师、房地产开发商、绿色建筑评估师等，他们缺乏材料学、环境学、LCA等方面的专门技术，因此量化评估必须经过标准化、分组和加权，最终形成单一的无因次环境评估指标，便于一般的外行人士使用。标准化是指将特征化用所选择的参考数值作为除法。转换后的非因次量使得建筑材料对各种环境的作用可以比较，从而为建筑材料的各种环境效应的权重计算奠定基础。

6 建筑材料全生命周期的绿色度

6.1 绿色度概述

绿色建筑材料的评价不能简单地用定性的方法判断是否达到了要求，要把定性与定量分析相统一，利用具体指数，从而得到更加科学的评价。“绿色度”就是在这种情况下产生的。

6.2 建筑材料绿色度的使用

绿色度应该从产品的生命周期中来看，因为生产工艺是一个动态的，所以在不同的生产工艺中，每一个产品都有一个绿色度，而每一个工艺都有一个相应的绿色度，而在这个“绿色”的整体体系中进行综合评估时，采用最后的绿色色度作为评判指标。所谓“绿色度”，一般是指一个物质的整体绿色度，它涵盖了一个材料整个生命周期中的全部“绿色度”。通过绿色度、过程绿色度、综合绿色度进行对比和分析。

绿色度不是指单一的绿色度，它表示材料的节能、环保和经济。“绿色度量表”表示原料采集、生产、使用、维护、拆除等各个环节的“绿色度”，也包括节能、环保、生态、安全和经济等不同的评价标准。“综合绿色度”是对材料的整体环保性能进行权重计算。

绿色度本质上是一种绿色的指标，为方便分析和解释，提出“绿色度”应该包含相应的间隔分数，其中“绿色度”的区间得分范围从0到10，0代表着绿色程度非常低，10代表着最好，0和10应该是一个关键的数字。

7 建筑材料绿色度评价指标框架构建

7.1 建筑材料绿色度静态评价指标

建材的环保综合评估是从各种不同的角度来衡量对环境的各种影响。从“绿色度”的概念和绿色建筑材料的定义出发，提出了节能、环保、舒适和经济程度等方面的静态评估。

7.2 全生命周期下建筑材料评价指标的动态变化

建材的生命周期绿度评估指数应当综合考虑原料采集、运输、生产、施工、使用和拆除等各个阶段的动态评估指数。在评价期间，将采集和运输阶段合并到建筑材料的制造阶段进行指数计算。

7.3 构建建筑材料绿色度评价框架

在建筑材料的绿色评估体系中，应该从产品的整个生命周期角度出发，对其进行全面的研究。从节能，环保，舒适，生态等方面探讨了建材的问题，并由此建立了建材的评估体系[2]。在建立绿色度评估体系时，必须遵守一些基本的准则。首先是整体，要将影响到整个环境的各种因素都纳入考量之中；然后是代表性，有许多指标都是有普适性的，选择一些有代表性的指数可以减少评估的工作量。

8 建筑材料环保能耗的比较分析

8.1 能耗权重的选择

传统建材能源消耗指标的选取主要依据全生命周期的绿度值。在整个生命周期的绿色度评估中，根据各等级的不同，可以决定所消耗的重量。从整个生命周期来看，能源消耗的权值主要包含以下3个部分：①生产、施工、使用、拆除各个环节中的能源消耗。②各个工序中的能源消耗。③如果有三个等级划分，则要考虑材料能源消耗、材料耐久性、材料生产成本等指标的比重。在以往的大量资料中，常用的计算方法有主观赋权法和客观赋权法，而客观赋权法则是以历史资料为基础，具有较高的客观性，但所需的历史资料较多，在缺少相应资料的情况下，其弹性较差。目前，一般采用的客观赋权法有变异系数法、主成分分析法、多目标规划法。在选择现代建筑材料的能源消耗时，采用AHP法来计算有关的能源消耗。鉴于现代建材的环保评估既有定性的，也有定量的，而对其进行全生命的分析，更是少之又少，且缺少相应的历史资料。因此，在能量权数的选取上，以主观赋值为宜，而在较晚时，运用AHP来进行能量加权的选取。用AHP方法计算能量消耗的方法如下：①建立每个评估员评分的评判模型。②计算特征矢量。③一致性检查。④各评判员对各因素的能量计算。⑤各评判员的权重，得出各因素的综合能耗加权。全生命周期能耗如图2所示。

图2 全生命周期能耗

8.2 材料相关指标实际值的测定

在整个生命周期中，所有相关方都可以获取RFID技术，将资源消耗、能源消耗、废物排放等相关环境负荷指标。在此基础上，建筑施工方通过扫描RFID标签，可以获得建材相关数据资料，节省检验步骤降低消耗，同时通过自动识别技术识别新的环境负载指数，这些指标都能自动链接到全生命周期的建材数据库。因此，通过对绿色程度的精确评估，对现代建材能源消耗的量值进行了精确的测量，表明现代化建材能够达到节能降耗的目的[3]。

8.3 绿色建材评价体系的维持

利用物联网技术进行早期控制，再利用BIM技术进行施工建模和碰撞检测，从而减少建筑的能源消耗。此外，BIM技术还可以在生产过程中对物料进行准确的位置识别，减少风险，并对物料的使用情况进行实时的跟踪，并在尾气收集过程中进行物料的分类和合理的处置。此外，当局还可以通过请求有关资料的科学、可信的检定报告来控制公司实现可持续发展。它充分反映了现代建材节能的特点。

9 结语

越来越多的人开始重视生态问题后，生命周期评价将逐步走向成熟，其影响也越来越大。目前，生命周期评估的方式有许多种，除了遵循结构的需求之外，还有许多新的方法，将其他的算法与生命周期结合起来，对一个物料或系统进行评估，例如使用人工神经网络控制技术（ANN）和基因演算法，改进了该系统的生命期评估流程，以此为依据，考虑了机械性能，经济性等诸多影响的情况下，采用二者结合的网络模式，得到最少的环境负载。本文所述的模式都有各自的优点和难点，在评价目标后，要依据评价目标的整个生命特性和评估要求的准确性来选取适当的评价模式。发挥自己的优势，避开自己的弱点。在此基础上，建立适合当地环境状况的生命周期评价方法，以促进资源、能源的有效使用和可持续发展。