基于BIM的装配式建筑施工现场碳排放精细化计算模型开发与验证

为解决传统装配式建筑施工现场碳排放（CEA5）计算方法操作性差、可信度低的问题，研究人员结合BIM技术开发了基于ArchiCAD、Rhino和Grasshopper的精细化计算工具。该工具通过提取施工过程活动数据（PAD）并与碳排放因子（PCEF）数据库整合，实现了CEA5的自动化计算与溯源分析。案例验证表明，该方法能精准识别主要碳排放源（98.3%数据自动匹配），为施工方案低碳优化提供理论支撑。

　　

在全球建筑行业加速低碳转型的背景下，装配式建筑因其施工效率高、污染少的优势成为各国政策推广重点。然而联合国环境规划署报告显示，建筑运行与材料生产仍占全球37%的碳排放，中国2021年建筑相关碳排放达16亿吨。尽管研究表明装配式建筑在构件生产、施工等阶段具有碳减排潜力，但现有施工现场碳排放（CE_A5）计算方法存在明显缺陷：传统基于机械工时与额定功率的估算方法误差可达两个数量级（如Cole与Guggemos研究相差70倍），且无法精准溯源各施工环节的碳排放贡献。

针对这一难题，华南理工大学等机构的研究团队在《Environmental Impact Assessment Review》发表论文，开发了基于BIM的精细化CE_A5计算方法。研究创新性地以施工工序为功能单元，通过ArchiCAD提取建筑设计与构件生产数据，结合Rhino+Grasshopper搭建参数化计算流程，整合现场实测的施工过程碳排放因子（PCEF）数据库，实现了从工程图纸到碳排放清单的自动化生成。

关键技术方法
研究选取北方某多层钢结构案例，通过BIM模型自动导出基础、钢柱、主梁等主要分项工程的施工活动数据（PAD），与预建立的PCEF数据库匹配计算。采用现场实测验证机械能耗数据，对98.3%自动导出数据与人工计算结果一致性进行校验，剩余1.7%通过人工调整完成。

主要研究结果

1. 现有方法局限性：对比显示传统基于机械额定功率的方法高估塔吊能耗达40%，而忽略间歇作业特征的估算会导致混凝土搅拌环节误差超200%。
2. PAD清单提取验证：钢构件安装等主要分项工程的PAD数据自动导出准确率达98.3%，仅临时支撑安装等非标工序需人工干预。
3. 碳排放分布特征：案例中塔吊作业贡献CE_A5的53%，焊接工艺占22%，精准量化结果颠覆了"电力消耗主导"的传统认知。

结论与意义
该研究建立的BIM-参数化计算框架，首次实现施工碳排放的工序级溯源（如区分钢柱吊装与螺栓紧固的碳排放差异）。现场实测的PCEF数据库填补了传统机械功率估算的偏差，其中焊接工艺实测因子较标准值低18%。这套方法可在方案设计阶段快速评估不同施工组织的碳足迹，为《2030年前碳达峰行动方案》要求的绿色施工提供量化工具。正如通讯作者Borong Lin指出，该技术将推动建筑业从"经验减排"转向"数据驱动减排"，其工序分解思路还可延伸至装修、拆除等全生命周期阶段。