从交互角度出发的每日建筑碳排放与成本评估：BIM与基于代理的建模技术的整合

《Environmental Impact Assessment Review》：Daily construction carbon emissions and costs assessment from an interaction perspective: Integration of BIM and agent-based modeling

建筑碳排放与成本动态评估模型构建及钢厂应用研究。采用BIM-ABM集成方法量化天气、工人绩效与管理水平对碳排放及成本的动态影响，提出针对性优化策略，降低碳排放12.7%并节约成本8.3%。模型实现日级精度评估，突破传统静态研究局限。

　　随着工业化进程的加快，大气中的二氧化碳浓度持续上升，由此引发的全球变暖、海洋酸化等环境问题日益严重。建筑行业作为全球碳排放的重要来源之一，其对气候变化的影响不容忽视。根据IPCC第六次评估报告，建筑行业贡献了全球碳排放的31%，这一数据凸显了建筑领域在碳减排方面的紧迫性。与此同时，建筑成本的控制也是建筑行业关注的核心议题。精确的成本估算不仅为项目相关方的决策提供了依据，也是实现建筑行业经济可持续性的关键。因此，越来越多的研究开始聚焦于不同建筑类型的碳排放与成本评估，包括医院、住宅、教学楼以及办公楼等。

然而，现有研究在评估建筑碳排放与成本时存在两个主要的局限性。首先，多数研究将重点放在建筑的设计因素上，如建筑材料的选择、建筑结构的优化等，而对于非设计因素，如工人技能、现场管理能力以及天气条件等，缺乏系统性的考虑。即使对于设计相同但施工条件不同的建筑，这些非设计因素也会显著影响碳排放和成本。例如，低技能的工人可能导致返工，从而增加施工成本；管理不善可能导致资源浪费；极端天气条件则可能引发施工延误，增加资源消耗和成本。这些非设计因素在现有研究中往往被忽略，导致碳排放和成本估算的精度和可靠性受到影响。

其次，当前研究通常将跨度数月的施工活动视为单一研究对象，采用单一数值来量化整体碳排放和成本。然而，施工过程中产生的碳排放和成本是动态变化的，它们并不集中在某个特定时间点，也不遵循平均的时间分布。此外，这些因素在施工过程中的影响并非恒定。例如，工人技能可以通过培训得到提升，从而减少返工和浪费；承包商可能采取加班措施应对工期延误，这将导致劳动力成本上升；天气条件每天都在变化，对施工活动产生不同程度的干扰和影响。因此，不同时间段的碳排放和成本呈现出显著差异。传统的单一汇总结果无法揭示碳排放和成本的确切发生时间及变化趋势，使得在传统研究框架下难以识别哪些施工活动对碳排放和成本影响最大，哪些改进措施最具针对性和有效性，以及何时实施这些措施最为合适。回答这些问题对于实现精准的碳减排和成本节约具有重要意义。

为了解决上述问题，本研究提出了一种结合BIM与ABM的新型评估模型，用于模拟施工过程中受工人行为、管理能力和天气条件影响的碳排放和成本动态变化。与以往研究相比，本研究提供了三个主要的创新点。首先，它构建了一个新的评估模型，该模型通过整合BIM和ABM技术，能够准确地对施工阶段的碳排放和成本进行动态评估。BIM用于提取建筑数据，ABM则用于模拟不同因素之间的相互作用，从而实现对碳排放和成本的精准分析。其次，该模型系统地整合了工人、管理者和天气条件等非设计因素的综合影响，使评估结果更加贴近实际施工过程中的具体特征，提高了评估结果的准确性和代表性。第三，该模型捕捉了影响因素的动态变化，并进行每日模拟，提供了高时间粒度的动态评估结果，揭示了碳排放和成本的确切发生时间。

本研究选取了一座位于中国江苏省南京市的钢结构厂房作为案例，以验证所提出模型的适用性。近年来，钢结构的应用规模迅速扩大，并被广泛应用于各种类型的建筑中。钢结构因其高强度、轻质以及良好的可加工性而受到研究者的广泛关注，成为一种典型的建筑结构类型。所选的厂房是一座单层钢结构建筑，总面积较大，具有代表性。通过BIM-ABM模型，研究人员能够对该项目的碳排放和成本进行详细分析，并模拟不同优化策略的效果。

在优化策略的模拟中，本研究考虑了天气条件、工人技能和现场管理活动等影响因素。由于天气条件是客观存在的，且难以通过人工干预进行改变，因此优化策略主要从工人的角度和管理者的角度出发。具体而言，研究提出了一系列针对工人和管理者的优化措施，并通过案例建筑量化其碳减排和成本节约的效果。这些优化策略包括提高工人技能水平、优化现场管理流程以及采取适应性施工方案等。通过这些措施的模拟，研究人员能够评估其在不同施工阶段的实施效果，并识别哪些措施对碳排放和成本的影响最为显著。

通过BIM-ABM模型的模拟和分析，本研究不仅能够准确评估施工过程中的碳排放和成本，还能揭示其动态变化的趋势。这种动态评估方法为建筑行业的碳减排和成本控制提供了新的视角和工具。同时，该模型能够为未来的研究奠定基础，促进建筑行业的可持续发展。此外，本研究还强调了非设计因素在建筑碳排放和成本评估中的重要性，为建筑行业在实现低碳和高效施工方面提供了新的思路和方法。

在实施过程中，BIM提供了详细的建筑数据，包括建筑材料和构件的信息，而ABM则用于模拟施工过程中各种因素之间的相互作用。这种整合方法使得研究人员能够更全面地了解施工活动的碳排放和成本变化，从而为优化策略的制定提供科学依据。通过案例建筑的验证，研究人员能够评估所提出模型的实际应用效果，并进一步优化其参数和方法，以提高模型的准确性和适用性。

本研究的结果表明，通过整合BIM和ABM技术，建筑行业的碳排放和成本评估能够更加精准和动态。这不仅有助于提高建筑项目的可持续性，也为政策制定者和企业决策者提供了重要的参考依据。同时，本研究还展示了非设计因素在建筑碳排放和成本评估中的关键作用，为建筑行业在实现低碳和高效施工方面提供了新的研究方向和方法。通过这些研究，建筑行业可以更好地应对气候变化和资源消耗的挑战，实现更加环保和经济的施工模式。