物流配送過(guò)程的碳排放研究

緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛(ài)發(fā)表網(wǎng)為您精選了1篇物流配送過(guò)程的碳排放研究，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！

0引言

隨著我國(guó)城鄉(xiāng)建筑面積逐漸增加，建筑業(yè)對(duì)我國(guó)碳排放的貢獻(xiàn)愈加顯著，建筑業(yè)中大量建筑材料的產(chǎn)生、建筑施工及運(yùn)行過(guò)程中消耗的能源，都有大量CO2排放的產(chǎn)生[1]。近年來(lái)，我國(guó)提出碳達(dá)峰與碳中和的相關(guān)政策，這對(duì)我國(guó)各工業(yè)領(lǐng)域的碳排放標(biāo)準(zhǔn)做出嚴(yán)格的規(guī)定，如何有效減少碳排放并實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)已然成為各領(lǐng)域?qū)W者研究和探討的重點(diǎn)所在。為響應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策，近幾年裝配式建筑得到大力發(fā)展，這種新型建造方式能夠有效降低建筑建造過(guò)程中的碳排放量，減少資源浪費(fèi)和能源消耗。因此，研究裝配式建筑在建造過(guò)程中碳排放的產(chǎn)生機(jī)制，并結(jié)合實(shí)際給出碳減排的相關(guān)意見(jiàn)和建議，對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)裝配式建筑的綠色化發(fā)展具有重要的價(jià)值意義。國(guó)外有許多學(xué)者對(duì)裝配式建筑進(jìn)行了研究，F(xiàn)angYou等發(fā)現(xiàn)85%~90%的二氧化碳排放來(lái)自建筑運(yùn)營(yíng)階段，7%~11%來(lái)自建筑材料生產(chǎn)和運(yùn)輸階段，3%來(lái)自建筑施工階段[2]；HainingWang模擬了裝有不同數(shù)量預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸車輛的實(shí)際碳排放，并對(duì)運(yùn)輸車輛的碳排放系數(shù)和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，結(jié)果提高了運(yùn)輸階段碳排放計(jì)算的準(zhǔn)確性[3]；KaitongXu研究并構(gòu)建出組合梁等構(gòu)件在物流運(yùn)輸階段中的碳排放計(jì)算模型，研究發(fā)現(xiàn)中型柴油卡車在運(yùn)輸階段產(chǎn)生的碳排放最多[4]；ZhikunDing等基于建筑信息建模，采用碳排放系數(shù)法建立了預(yù)制住宅碳排放測(cè)量模型，該系統(tǒng)在中國(guó)深圳的一個(gè)項(xiàng)目中的實(shí)施表明，超過(guò)90%的碳排放是在建筑材料生產(chǎn)和施工階段產(chǎn)生的[5]。我國(guó)學(xué)者通過(guò)對(duì)建筑的生產(chǎn)到施工，再到建筑的運(yùn)行這一過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排放展開(kāi)深入的研究。王玉建立了預(yù)制裝配式建筑的碳排放計(jì)量模型，分析并核算出各階段的碳排放量，同時(shí)對(duì)各相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定[6]。劉瑩在對(duì)運(yùn)輸階段的碳排放進(jìn)行研究時(shí)，考慮到了預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸重量、運(yùn)輸距離等關(guān)鍵要素，將碳排放源歸結(jié)為運(yùn)輸工具的化石燃料消耗，以及吊車等起重機(jī)械所產(chǎn)生的電力消耗[7]。鄭曉云等基于各類能源消耗量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)碳排放貢獻(xiàn)率和靈敏度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，最后提出改進(jìn)的建議[8]。馬彩云則將水平運(yùn)輸階段的碳排放影響因素總結(jié)為交通運(yùn)輸工具的選取、運(yùn)輸距離、運(yùn)輸路線規(guī)劃等，并提出可有效降低建筑整體碳排放量的相關(guān)建議[9]。預(yù)制構(gòu)件的物流配送過(guò)程是建筑物流供應(yīng)鏈中的關(guān)鍵一環(huán)，是預(yù)制構(gòu)件從工廠生產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)組裝成為裝配式建筑的關(guān)鍵所在，扮演著橋梁的角色。在“雙碳”政策下，將裝配式建筑碳排放問(wèn)題融入到預(yù)制構(gòu)件的物流配送過(guò)程中進(jìn)行分析具有重要的應(yīng)用價(jià)值和意義。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，鮮有學(xué)者研究裝配式建筑物流配送過(guò)程的碳排放，因此本文在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論與實(shí)際，對(duì)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件在物流配送過(guò)程中的碳排放展開(kāi)進(jìn)一步的研究。

1裝配式建筑碳排放的相關(guān)研究基礎(chǔ)

1.1生命周期評(píng)價(jià)理論

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）是指某類產(chǎn)品在其產(chǎn)生到終結(jié)的周期內(nèi)，對(duì)其環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估的方法。它在建筑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可用于建筑碳排放的定量分析，本文將借助該理論對(duì)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件物流配送過(guò)程的碳排放進(jìn)行研究。

1.2碳排放系數(shù)法

該方法是通過(guò)獲得實(shí)際的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)與碳排放因子，對(duì)建筑物生命周期各階段碳排放進(jìn)行加權(quán)計(jì)算來(lái)得到準(zhǔn)確的結(jié)果[10]。碳排放量通常是由能源消耗量等數(shù)據(jù)和與之對(duì)應(yīng)的能源碳排放因子相乘得到的[11]。碳排放因子是計(jì)算碳排放的關(guān)鍵參數(shù)，它是指某一種能源燃燒過(guò)程中，每單位該能源產(chǎn)生的碳排放數(shù)量[12]，為了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，本研究選取的是如表1中所示的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的碳排放因子E。

1.3系統(tǒng)邊界

明確建筑生命周期各個(gè)階段碳排放的來(lái)源，對(duì)碳排放系統(tǒng)邊界進(jìn)行劃分和界定，對(duì)于建筑碳排放的計(jì)量具有重要的作用[13]。本研究所構(gòu)建的預(yù)制構(gòu)件物流配送過(guò)程碳排放系統(tǒng)邊界，如圖1所示。

2裝配式建筑物流配送過(guò)程碳排放計(jì)量模型的構(gòu)建

依據(jù)生命周期評(píng)價(jià)理論對(duì)預(yù)制構(gòu)件的物流配送過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)邊界的界定，將該過(guò)程劃分為預(yù)制廠內(nèi)裝載、場(chǎng)外運(yùn)輸、施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝三個(gè)階段，然后運(yùn)用碳排放系數(shù)法構(gòu)建裝配式建筑物流配送過(guò)程的碳排放模型。

2.1預(yù)制廠內(nèi)裝載階段碳排放模型

該階段的碳排放主要產(chǎn)生于預(yù)制構(gòu)件裝載過(guò)程中的機(jī)械能耗。由專家調(diào)查法確定關(guān)鍵參數(shù)：?jiǎn)挝惑w積預(yù)制構(gòu)件消耗的臺(tái)班數(shù)、單位臺(tái)班能源消耗量等，模型構(gòu)建如下：Cv=ni=1ΣVi×Ti×R×Ec（1）式中：Cv為預(yù)制廠內(nèi)裝載階段的碳排放總量；Vi為構(gòu)件的體積；Ti為裝載單位體積預(yù)制構(gòu)件所耗費(fèi)的臺(tái)班數(shù)；R為單位臺(tái)班能源消耗量。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和文獻(xiàn)參考，本研究案例將選取的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制疊合板、疊合梁、樓梯、剪力墻以及AAC板。在曹西等人分析得出的施工吊裝階段單位體積預(yù)制構(gòu)件臺(tái)班數(shù)的基礎(chǔ)上，由專家調(diào)查法，計(jì)算得出預(yù)制廠內(nèi)裝載階段的數(shù)據(jù)[14]。結(jié)果如表2第二列數(shù)據(jù)所示。此外，汽車吊的單位臺(tái)班能源消耗量R為38.41kg[15]。根據(jù)公式（1）計(jì)算預(yù)制廠內(nèi)裝載階段單位體積預(yù)制構(gòu)件碳排放量Cvi，其計(jì)算過(guò)程如下所示：Cv1=T1×R×Ec=0.030×38.41×2.73=3.15Cv2=T2×R×Ec=0.021×38.41×2.73=2.20Cv5=T5×R×Ec=0.016×38.41×2.73=1.68計(jì)算結(jié)果如表2所示。

2.2場(chǎng)外運(yùn)輸階段碳排放模型

該階段的碳排放大多來(lái)自運(yùn)輸設(shè)備和起重機(jī)械的能源消耗，可以劃分為水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸兩個(gè)運(yùn)輸階段。經(jīng)專家調(diào)查法發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行場(chǎng)外運(yùn)輸時(shí)，需綜合考慮運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸路徑、運(yùn)輸方式等因素，還要選擇高效的運(yùn)輸設(shè)備以避免二次運(yùn)輸。構(gòu)件體積、運(yùn)輸距離等參數(shù)對(duì)于該階段碳排放的影響較大，兩者呈正比例相關(guān)關(guān)系，因此將其作為該階段模型構(gòu)建所需參數(shù)，碳排放模型構(gòu)建如下：（1）水平運(yùn)輸階段Cl=ni=1ΣVi×Di×Ei×K=ni=1ΣVi×Di×H×Ec×Y÷Vci()×K（2）式中：Cl為該階段的碳排放總量；Di為運(yùn)輸車輛從預(yù)制廠到施工現(xiàn)場(chǎng)的平均運(yùn)輸距離；Ei為單位體積單位運(yùn)距的預(yù)制構(gòu)件碳排放因子；K為空載系數(shù)；H為單位換算系數(shù)；Y為車輛的每公里耗油量；Vci為車輛滿載運(yùn)輸時(shí)預(yù)制構(gòu)件的體積。根據(jù)公路運(yùn)輸方式下的碳排放相關(guān)參數(shù)（如表3所示），計(jì)算參數(shù)Ei，計(jì)算過(guò)程如下：E1=H×Ec×Y÷Vc1=0.85×0.4×2.73÷9.46=0.0981E2=H×Ec×Y÷Vc2=0.85×0.4×2.73÷9.06=0.1025E5=H×Ec×Y÷Vc5=0.85×0.4×2.73÷25.55=0.0363參數(shù)Ei的計(jì)算結(jié)果如表4所示。（2）垂直運(yùn)輸階段該階段的碳排放計(jì)算原理與預(yù)制廠內(nèi)裝載階段相近，是預(yù)制廠內(nèi)裝載階段的逆過(guò)程，因此兩者的碳排放量可視為相等，即Cv=Cv'，模型構(gòu)建如下：Cv'=ni=1ΣVi×Ti×R×Ec（3）式中：Cv'為垂直運(yùn)輸階段的碳排放總量；Ti為該階段卸載預(yù)制構(gòu)件時(shí)，機(jī)械所耗費(fèi)的臺(tái)班數(shù)；其它參數(shù)含義同上。

2.3施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝階段碳排放模型

該階段碳排放量的多少主要與吊裝機(jī)械臺(tái)班數(shù)密切相關(guān)，臺(tái)班數(shù)越高，則機(jī)械耗能越多，施工所產(chǎn)生的碳排放量就越多。模型設(shè)計(jì)如下：Cd=ni=1ΣVi×Ti×R×Ed（4）式中：Cd為施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝階段的碳排放總量；Ti為該階段機(jī)械吊裝單位體積預(yù)制構(gòu)件所耗費(fèi)的臺(tái)班數(shù)；Ed為電力碳排放因子。塔吊單位臺(tái)班能源消耗量266.04kW·h[15]，根據(jù)式（4）計(jì)算吊裝階段單位體積預(yù)制構(gòu)件碳排放量，計(jì)算過(guò)程如下：Cd1=T1×R×Ed=0.050×266.04×0.7921=10.54Cd2=T2×R×Ed=0.043×266.04×0.7921=9.06Cd5=T5×R×Ed=0.032×266.04×0.7921=6.74計(jì)算結(jié)果如表5所示。考慮到以上各階段的權(quán)重問(wèn)題，本研究將各階段視為等權(quán)來(lái)對(duì)上述各碳排放模型進(jìn)行整合，得到碳排放總量模型，模型如下：C=Cv+Cl+Cv'+Cd（5）式中：C為裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件在物流配送過(guò)程中的碳排放總量；Cv為預(yù)制廠內(nèi)裝載階段的碳排放總量；Cl為水平運(yùn)輸階段的碳排放總量；Cv'為垂直運(yùn)輸階段的碳排放總量；Cd為施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝階段的碳排放總量。

3案例分析

3.1案例背景

本研究選取寧波市的一個(gè)裝配式建筑項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)證分析，計(jì)算預(yù)制構(gòu)件在物流配送過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量并對(duì)各階段碳排放作對(duì)比分析。該建筑占地面積約9000平方米，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，建造形式為裝配式建造和傳統(tǒng)現(xiàn)澆建造相結(jié)合。預(yù)制構(gòu)件從預(yù)制廠內(nèi)的堆放場(chǎng)地裝載至運(yùn)輸車輛，采用的機(jī)械為汽車吊，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件吊裝所使用的機(jī)械為塔吊。運(yùn)輸車輛為30t重型牽引柴油車，假定每一次運(yùn)輸都為同種類型構(gòu)件且為滿載運(yùn)輸、空載返回，預(yù)制構(gòu)件廠到施工現(xiàn)場(chǎng)的平均運(yùn)距為70km。

3.2預(yù)制構(gòu)件物流配送過(guò)程碳排放計(jì)算

假設(shè)運(yùn)輸車輛一次只運(yùn)輸一種類型的構(gòu)件，且在滿載的情況下進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸，空車返回系數(shù)K為1.67[16]。同時(shí)結(jié)合實(shí)際得知，大多數(shù)建筑工地采取的吊裝流程是直接從車輛上對(duì)到達(dá)的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行吊裝，這樣就避免了預(yù)制構(gòu)件卸載階段所帶來(lái)的時(shí)間上的浪費(fèi)。因此，在場(chǎng)外運(yùn)輸階段中只考慮水平運(yùn)輸階段產(chǎn)生的碳排放Cl，不需要再對(duì)卸載階段的碳排放量Cv'進(jìn)行計(jì)量。綜上所述，結(jié)合碳排放計(jì)量模型及表6工程量清單計(jì)算各階段的碳排放量[14]，計(jì)算過(guò)程如下：（1）預(yù)制廠內(nèi)裝載階段Cv=ni=1ΣVi×Ti×R×Ec=8.89（2）場(chǎng)外運(yùn)輸階段Cl=ni=1ΣVi×Di×Ei×K=32.92（3）施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝階段Cd=ni=1ΣVi×Ti×R×Ed=32.89（4）物流配送過(guò)程碳排放總量C=Cv+Cl+Cd=74.7將碳排放計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，得到預(yù)制構(gòu)件物流配送過(guò)程各階段碳排放量，結(jié)果如表7所示。為了更直觀地了解各階段產(chǎn)生碳排放量的多少，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析，依據(jù)表7繪制如圖2和圖3所示的各預(yù)制構(gòu)件與各階段碳排放對(duì)比圖。

3.3結(jié)果分析

通過(guò)案例分析得出，該裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件在整個(gè)物流配送過(guò)程當(dāng)中共產(chǎn)生了74.7t碳排放，通過(guò)對(duì)比各預(yù)制構(gòu)件和各階段的碳排放量發(fā)現(xiàn)，剪力墻在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放最多，AAC板次之，而且場(chǎng)外運(yùn)輸階段和施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝階段產(chǎn)生的碳排放量最多，大約占到碳排放總量的88.10%。

4結(jié)論與建議

本研究基于生命周期評(píng)價(jià)理論，將裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的整個(gè)物流配送過(guò)程分為預(yù)制廠內(nèi)裝載、場(chǎng)外運(yùn)輸和施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝三個(gè)主要運(yùn)輸階段，對(duì)碳排放量進(jìn)行了建模與計(jì)算，并對(duì)模型和方法進(jìn)行了案例的驗(yàn)證。研究得出以下結(jié)論：場(chǎng)外運(yùn)輸階段和施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝階段是整個(gè)物流配送過(guò)程碳排放的主要來(lái)源。分析其原因，主要包括：（1）在進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的場(chǎng)外運(yùn)輸時(shí)，常常會(huì)由于外部環(huán)境的干擾而導(dǎo)致運(yùn)輸時(shí)間的延長(zhǎng)，或因不能綜合考慮運(yùn)輸路線規(guī)劃、運(yùn)輸方式、運(yùn)輸載具與能源等因素而無(wú)法選擇最佳的運(yùn)輸方案，以至于該階段碳排放量的大幅提升；（2）在施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝階段，雖然采取的是從運(yùn)輸車輛上直接起吊的方式，節(jié)約了吊裝時(shí)間，但往往受到起重機(jī)械臺(tái)班數(shù)較高等自身因素的影響，導(dǎo)致吊裝效率較低，產(chǎn)生不必要的隱含碳排放。總而言之，物流配送過(guò)程中的碳排放主要來(lái)源于機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)伴隨的能源消耗，在對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行物流配送時(shí)，如果能夠按照預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格條件選擇合適的運(yùn)輸設(shè)備和起重機(jī)械，則可以大大減少碳排放的產(chǎn)生。結(jié)合本研究所設(shè)計(jì)的裝配式建筑物流配送過(guò)程碳排放計(jì)量模型及實(shí)際的建筑施工活動(dòng)，有針對(duì)性地提出碳減排建議：（1）在裝載和吊裝階段，應(yīng)選擇施工功率較小的施工機(jī)械，這樣可以大大降低吊裝預(yù)制構(gòu)件所耗費(fèi)的臺(tái)班數(shù)，縮短吊裝時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)該階段的低碳控制；（2）在進(jìn)行場(chǎng)外運(yùn)輸時(shí)，需綜合考慮運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸路徑及運(yùn)輸方式等因素，同時(shí)選擇高效的運(yùn)輸設(shè)備，避免二次運(yùn)輸，從而大大降低該階段的碳排放量[9]。

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作者：董樹修 王淋 黃月 王夢(mèng)涵 單位：北華大學(xué)土木與交通學(xué)院