《Sustainability》：Construction-Stage Carbon Accounting and Carbon Reduction Performance of Intelligent Construction in Landfill Vertical Barrier Engineering
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尽管低碳基础设施的需求日益增长，环境修复工程建造阶段的碳排放仍未得到充分量化。本研究基于中国海口一项全尺度修复工程，构建了填埋场垂直屏障工程的建造阶段碳排放核算框架。采用排放因子法（Emission Factor Method）量化了化石燃料消耗、建筑材料、施
尽管低碳基础设施的需求日益增长，环境修复工程建造阶段的碳排放仍未得到充分量化。本研究基于中国海口一项全尺度修复工程，构建了填埋场垂直屏障工程的建造阶段碳排放核算框架。采用排放因子法（Emission Factor Method）量化了化石燃料消耗、建筑材料、施工用电、施工用水及人员活动相关的碳排放，并对常规建造与智能建造两种情景进行了比较。结果表明，常规建造情景下化石燃料燃烧占总排放的80.87%，智能建造情景下占66.83%。智能建造使总排放降低19.34%，同时柴油消耗降低33.3%，HDPE土工膜消耗降低2.9%，施工工期缩短15.5%。设备电气化、自动化施工与智能注浆被识别为通过提升能源效率与材料利用率实现碳减排的主要驱动因素。所提出的框架为低碳建造与可持续填埋场修复提供了实践指导。
论文解读文章
一、研究背景与问题提出
在全球碳中和承诺与可持续基础设施转型的背景下，量化建造活动碳排放并识别有效减排路径已成为土木与环境工程领域的重要研究课题。生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）、排放因子法与投入产出分析是评估工程项目碳排放的主流方法，其中LCA因其能够系统评估项目全生命周期环境影响而成为主导框架。已有研究多聚焦于常规建筑、交通基础设施及地下工程，而对环境修复设施特别是填埋场垂直屏障工程建造阶段的碳排放关注明显不足。
填埋场作为地下水污染的重要来源，其渗滤液迁移对周边含水层构成潜在生态与健康风险，垂直防渗墙因此被广泛用于限制污染物侧向迁移。HDPE土工膜-膨润土复合屏障因低渗透性与高化学抗性而日益普及，但其长期防渗性能高度依赖施工质量，尤其是土工膜及其接缝的完整性。垂直屏障施工涉及沟槽开挖、HDPE土工膜铺设、膨润土回填、高压旋喷与帷幕注浆等多项高能耗、高材料消耗工序，其碳排放不仅受材料消耗影响，还受地质条件、设备配置、能源结构、施工工期及返工损失等多重因素制约。
然而，现有研究主要集中于污染物运移行为、屏障完整性与缺陷渗漏，对智能建造技术碳减排效益的定量评估极为匮乏。特别是以电力设备替代柴油机械的净碳效益，以及工期缩短与材料节约各自的贡献，尚未基于全尺度修复工程数据进行系统量化。为此，研究人员以海口市颜春岭生活垃圾填埋场垂直屏障工程为案例，构建了专门针对垂直屏障工程的建造阶段碳排放核算框架，并开展情景对比分析，以填补上述研究空白。
二、研究内容与主要结论
该研究建立了涵盖五种排放源的建造阶段碳排放核算框架，并通过常规与智能建造两种情景的系统比较，定量评估了智能建造技术的碳减排绩效。主要结论包括：化石燃料燃烧是建造阶段碳排放的主导来源，常规情景下占80.87%，智能情景下占66.83%；建筑材料是第二大排放源，分别占17.03%与21.17%；智能建造使总排放降低19.34%，柴油消耗降低33.3%，HDPE土工膜消耗降低2.9%，工期缩短15.5%；碳减排主要由设备电气化与施工效率提升驱动的化石燃料消耗下降所致，材料利用变化对整体碳平衡的贡献相对较小。
三、关键技术与方法
研究人员基于活动数据-排放因子（Activity Data-Emission Factor, AD-EF）方法构建核算框架，参照ISO 14067与IPCC指南。活动数据来源于工程量清单、施工日志、设备运行记录、材料消耗报告及现场监测数据。常规情景数据依据历史项目记录、设备规格及区域同类项目行业生产率重建；智能情景数据来自实际现场测量、智能电表读数与设备运行日志。排放因子优先采用国家标准、行业指南及权威数据库，其中电力排放因子采用海南省2023年碳排放基线0.4895 kg CO?/kWh。不确定性分析采用蒙特卡洛模拟（10,000次迭代）与单因素敏感性分析。案例项目位于海口市颜春岭生活垃圾填埋场，地质条件为强风化至微风化玄武岩，局部单轴抗压强度达30–40 MPa。
四、研究结果
4.1 常规建造碳排放清单
常规建造情景下，化石燃料燃烧占总排放80.87%，为主要排放源，反映常规建造对柴油动力重型机械的强依赖。建筑材料占17.03%，主要来自水泥、HDPE土工膜与膨润土生产的隐含碳。电力消耗占2.04%，施工用水占0.02%，人员相关排放占0.04%。分项工程分析表明，HDPE土工膜-膨润土复合墙施工贡献最大碳排放份额，其次为帷幕注浆与高压旋喷注浆。
4.2 智能建造碳排放清单
智能建造情景下，化石燃料燃烧占比降至66.83%，绝对排放量显著下降，主要归因于电动双轮铣槽机替代柴油动力开槽设备。电力相关排放占比从2.04%升至11.93%，但间接排放增量远小于柴油消耗减少带来的减排量。建筑材料占比升至21.17%，但隐含碳排放绝对值下降，自动焊接与机械化铺设系统将HDPE土工膜损坏率从5.0%降至2.1%，使HDPE消耗降低2.9%。智能注浆系统通过实时过程控制与自适应参数调整提高了浆液利用效率。
4.3 碳排放源贡献分析
两种情景下，化石燃料燃烧与建筑材料生产持续主导建造阶段碳排放。柴油消耗按设备类型的分解表明，开槽设备是柴油消耗的主要来源。水泥生产因高温煅烧与化石能源密集使用而具有较高碳强度，HDPE生产依赖石化原料与高能耗制造工艺，单位质量隐含碳强度显著更高。智能建造的碳减排中，化石燃料排放减少占主导，材料相关减排相对较小，电力排放增加但远低于避免的柴油燃烧排放。
4.4 智能建造碳减排绩效
智能建造使总碳排放降低19.34%，伴随柴油消耗降低33.3%（从约25,417.92 L降至16,945.28 L），HDPE土工膜消耗降低2.9%（从15,994 m2降至15,528 m2），工期缩短15.5%（从374天降至316天）。碳减排分解表明，化石燃料相关排放贡献139.38%的净减排，有效抵消了其他类别的显著增加；电力消耗呈?39.20%的负贡献，主要归因于设备电气化带来的电力需求激增；材料相关排放呈?0.22%的轻微负贡献；施工用水与人员相关排放贡献各仅0.02%。
五、讨论部分总结
智能建造的碳减排机制是设备电气化、施工效率提升与材料节约的协同过程。设备电气化是最具影响力的因素，海南电网较低的碳强度使电力替代柴油产生显著净减排。施工效率提升通过减少设备空转、降低重复作业与缩短工期，减少了完成项目所需的总能量。材料利用变化为次要效应，自动土工膜铺设与智能注浆控制减少了材料损坏与返工，但整体材料相关排放未显著下降。与既有研究比较，垂直屏障工程呈现燃料主导、材料密集、电力辅助的排放特征，智能建造的19.34%减排幅度具有项目特异性。工程启示包括：优先推进重型设备电气化、将智能建造技术整合至全过程、将碳核算纳入工程管理决策，以及区域电网脱碳将进一步放大电气化的碳减排效益。情景分析表明，在中国2050年可再生能源目标下，净碳减排将从19.34%增至约22.8%，近零碳条件下达25.6%。蒙特卡洛模拟得出平均净碳减排率19.34%，95%不确定性区间为17.1–21.2%，结果稳健。敏感性分析显示，开槽柴油消耗是常规情景最敏感参数，智能情景下电力排放因子与水泥排放因子影响力接近燃料消耗。研究局限包括核算边界限于建造阶段、基于单一项目、排放因子不确定性及工期缩短的归因复杂性。
六、研究结论翻译
（1）建立了适用于填埋场垂直屏障工程的建造阶段碳排放核算框架，通过界定核算边界并整合化石燃料消耗、建筑材料、电力消耗、人员相关排放及施工用水等多种排放源，纳入材料损耗与返工因素，支持采用相同核算边界与程序的情景对比分析，为环境岩土工程项目建造阶段碳排放评估提供了实用方法。
（2）化石燃料燃烧被识别为建造阶段碳排放的主导来源，常规建造情景下占总排放80.87%，智能建造情景下占66.83%。建筑材料为第二大排放源（分别为17.03%与21.17%），电力消耗（2.04%与11.93%）、施工用水（0.02%与0.02%）及人员相关排放（0.04%与0.05%）贡献比例较小。结果表明，重型施工设备与高能耗工程材料主导垂直屏障建造的碳足迹。
（3）智能建造技术显著降低了建造阶段碳排放。与常规建造情景相比，总碳排放降低19.34%，伴随柴油消耗降低33.3%，HDPE土工膜消耗降低2.9%，施工工期缩短15.5%。蒙特卡洛模拟结果表明，在假定输入不确定性下，估算的碳减排保持稳健。
（4）智能建造实现的碳减排主要由设备电气化与施工效率提升带来的化石燃料消耗下降驱动，材料利用变化对整体碳平衡的贡献相对较小。
总体而言，所提出的碳核算框架与识别的碳减排机制为垂直屏障工程低碳发展提供了理论支撑与工程指导，也为其他设备密集、高能耗的环境修复与岩土工程项目推广智能建造技术提供了参考。
