一种建筑碳排放预测方法

技术领域

本申请属于绿色能源领域，特别是涉及一种建筑碳排放预测方法。

背景技术

2019年中国建筑全过程碳排放总量为49.97亿TCO

目前，业内已有建筑全生命周期的碳排放核算模型和碳排放核算平台，但所述模型和平台均聚焦于施工图设计阶段，所需参数众多，且计算准确而预测不足，无法在设计之初提供精准的碳排放预测功能。

关于项目阶段：一个工程项目从立项到建成要经历“方案设计、初步设计、施工图设计以及最终的竣工审计”，设计精度逐渐增加，所需设计资料也逐步增多。以一栋建筑的设计建造为例，方案设计阶段只是确定了该楼要建在哪儿，要建几层，楼梯采用剪力墙结构还是别的什么结构，至于盖楼要用多少什么型号的混凝土、要用多少等细节问题均未涉及。到了初步设计阶段，建筑业会用指标法来估算相关费用、用量，如按照每平方米80W的冷负荷再乘以建筑总面积即可得出建筑总冷负荷，类似的，工程造价也可以用这种方法得出，估算精度要比方案设计更高。到了施工图设计阶段，就是设计人员根据相关规范详细制出CAD图纸的阶段，包括建筑、结构、水暖电等专业问题均已有了详细的设计，以建筑所用钢材为例，该阶段可以按照相关规范、标准对建筑所用建材量进行详细的统计、计算。对于竣工核算阶段，顾名思义，就是建筑已经建成后进行的信息统计，此时所用的各材料量的数量大小、型号种类已经是确定值。显而易见，上述四种设计阶段逐次精度更高，所需要的设计资料也逐步增加。

现有的设计阶段，实际指的是施工图设计阶段，设计阶段单一。但是施工图阶段的碳排放预测需要更多的设计资料，无法解决立项之初或方案设计之初的碳排放预测需求。

发明内容

1.要解决的技术问题

现有的建筑碳排放设计阶段，实际指的是施工图设计阶段，设计阶段单一。并且施工图阶段的碳排放预测需要更多的设计资料，且碳排放不达标时修改设计困难，无法解决立项之初或方案设计之初的碳排放预测问题，本申请提供了一种建筑碳排放预测方法。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种建筑碳排放预测方法，所述方法包括构建建筑碳排放在线平台，向所述建筑碳排放在线平台中填充碳排放因子数据，向所述建筑碳排放在线平台中填充实际项目数据作为大数据分析的样本数据，对所述样本数据进行分析，分析影响因素、判断因素参数，并结合理论公式形成半经验公式，最后将所述半经验公式写入碳排放平台，从而在输入新的建筑资料时预测碳排放，继而生成碳排放分析报告，并最终给出建筑的减碳设计建议。

本申请提供的另一种实施方式为：还包括对所述样本数据进行分析，划分建筑碳排放优劣水平，形成碳排放标准。

本申请提供的另一种实施方式为：还包括将所述碳排放分析报告与所述碳排放标准进行比对，分析改进措施；项目完成后，采用实际碳排放对所述预测碳排放进行校核。

本申请提供的另一种实施方式为：所述建筑碳排放在线平台包括首页、建筑碳排放因子库、建筑碳排放平台、模型介绍、论文集、介绍及服务和登录/注册模块。

本申请提供的另一种实施方式为：所述建筑排放包括工程阶段建筑碳排放和建筑生命全周期阶段建筑碳排放。

本申请提供的另一种实施方式为：所述建筑碳排放预测包括方案设计碳排放预测、初步设计碳排放预测和施工图设计碳排放预测，所述校核采用竣工审计碳排放数据。

本申请提供的另一种实施方式为：所述建筑碳排放因子库包括建材库、能源库和设备库。

本申请提供的另一种实施方式为：所述大数据分析方法包括多重线性回归、弹性网络、主成分回归、随机森林、多层感知机、支持向量机和深度神经网络。

本申请提供的另一种实施方式为：所述碳排放标准包括对同一地区、统一类型建筑的碳排放影响因素进行定量分析后提出“折算系数”，进而对不同地区、不同类型的建筑制定不同的碳排放标准值。

本申请提供的另一种实施方式为：所述分析包括预设影响因素，研究所述影响因素对建筑碳排放的影响大小，并将所述影响量化为影响因子。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的一种建筑碳排放预测方法的有益效果在于：

本申请提供的建筑碳排放预测方法，为一种建筑碳排放在线平台后采用大数据分析手段对建筑碳排放提供精准预测。

本申请提供的建筑碳排放预测方法，将碳排放核算阶段分为“方案设计、初步设计、施工图设计”三个设计阶段和“竣工审计”一个检查阶段。对前三个阶段提供不同的、所需信息逐步详细、预测结果逐步精准的预测方法，并由竣工审计阶段进行校核。

本申请提供的建筑碳排放预测方法，通过向平台输入海量实际工程数据后进行大数据分析来得出某地区、某类型建筑的碳排放一般水平、良好水平、优秀水平，以此作为标准来衡量新评估的建筑碳排放。

附图说明

图1为本申请的建筑碳排放在线平台示意图；

图2为本申请的建筑碳排放预测方法流程示意图；

图3为本申请的碳排放因子库示意图；

图4为本申请的工程阶段和建筑全生命周期阶段的二维图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

关于项目阶段：从时间的角度来讲，一个工程项目从立项到建成要经历“方案设计、初步设计、施工图设计以及最终的竣工审计”四个阶段，设计精度依次增加，但所需设计资料也逐步增多。以某建筑的设计建造为例：

(1)方案设计阶段只是确定了该楼要建在哪儿，要建几层，楼梯采用剪力墙结构还是别的什么结构，至于盖楼要用什么型号的混凝土、要用多少等等细节问题均未涉及。

(2)到了初步设计阶段，建筑业会用指标法来估算相关费用、用量。如按照每平方米 80W的冷负荷再乘以建筑总面积即可得出建筑总冷负荷，类似的，工程造价也可以用这种方法得出，估算精度要比方案设计阶段更高。

(3)到了施工图设计阶段，就是设计人员根据相关规范制出详细的CAD图纸的阶段，包括建筑、结构、水暖电等专业均已有了详细的设计。以建筑所用钢材为例，该阶段可以按照相关规范、标准对建筑所用建材量进行详细的统计、计算。

(4)对于竣工核算阶段，顾名思义，此时建筑已经建成，所有的材料消耗、施工方式等信息已成历史信息，变成了确定值，所谓的碳排放预测就是预测这些实际信息。无论前几个阶段用什么样的预测方式，都是对这个阶段的确定值的逼近，因此竣工阶段的所有的信息(材料种类、材料数量等等)都可以用来对前几个阶段的预测值就行校核。

显而易见，上述四种设计阶段逐次精度更高，所需要的设计资料也逐步增加。

参见图1～4，本申请提供一种建筑碳排放预测方法，所述方法包括构建建筑碳排放在线平台，向所述建筑碳排放在线平台中填充碳排放因子数据，向所述建筑碳排放在线平台中填充实际项目数据作为大数据分析的样本数据，对所述样本数据进行分析，分析影响因素、判断因素参数，形成经验公式，将所述经验公式代入新建筑资料，预测碳排放，生成碳排放分析报告。

具体的，首先，建一个建筑碳排放在线平台。该平台包括“首页、建筑碳排放因子库、建筑碳排放平台、模型介绍、论文集、介绍及服务和登录/注册模块”，尤以建筑碳排放因子库和建筑碳排放平台为核心。其次，填充碳排放因子库相关数据。平台建立伊始由工程师填充相关碳排放因子，待后期由建材供应企业填充针对自己工厂的相应碳排放因子。

再次：填充大量实际项目数据作为大数据分析的样本数据。对上述大量项目数据进行大数据分析，分析影响因素、判断因素参数。影响建筑碳排放量的影响因素有位置、朝向、层数、结构、体形系数、材料使用种类、数量、运输距离等等，在录入项目工程数据时要将与碳排放有关信息均录入。继而采用机器学习等大数据分析方法研究以上影响因素对建筑碳排放的影响大小，并将该“影响”量化为“影响因子”，即系数。

接着：以上述影响因为为基础，形成经验公式，用于预测建筑碳排放。

然后：代入新建建筑相关信息，预测建筑碳排放，生成碳排放分析报告。

最后：项目完成后，用实际碳排放对预测值进行校核。

进一步地，还包括对所述样本数据进行分析，划分建筑碳排放优劣水平，形成碳排放标准。

进一步地，还包括将所述碳排放分析报告与所述碳排放标准进行比对，分析改进措施；项目完成后，采用实际碳排放对所述预测碳排放进行校核。

进一步地，所述建筑碳排放在线平台包括首页、建筑碳排放因子库、建筑碳排放平台、模型介绍、论文集、介绍及服务和登录/注册模块。

具体的，该建筑碳排放在线平台是一个web网站，通过ip地址就能够登录，与登录企业官网、政府官网逻辑别无二致。该平台包括首页、建筑碳排放因子库、建筑碳排放平台、模型介绍、介绍及服务和登录/注册七大菜单。分述于下：

首页：该页展示中国地图，鼠标移动至每一个省份地图时会自动弹出该省的碳排放数据。

模型介绍：本菜单包括碳排放平台、引用须知和模型引用材料三个子菜单。前者是对本建筑碳排放计算模型的数学原理作的详细介绍，包括计算公式、参数的获取规则、边界的确定(任何全生命周期分析都必须确定边界，即分析包括哪些下项目不包括哪些项目，作者按) 等；“引用须知”是以论文引用的格式列出本平台相关论文，供读者在引用本平台相关数据时引用之便；后者则是以文件列表形式对本平台所用规范、标准、报告加以介绍，供读者了解。

介绍及服务：本菜单包括碳排放项目介绍、注册须知、使用介绍和常见问题四个子菜单。前者是以文字形式对项目从立项到开发，再到成功做的详细介绍，类似于公司简介的形式；关于注册须知，本在线平台的注册用户采用分类、分级制度，对不同的用户赋予不同的标签，对应解锁不同的功能，以便于收取不同的使用费，注册须知便是对这一规则的详细介绍；关于使用介绍，该部分以类似于新手教程的模式教使用者快速了解本平台的碳排放核算、预测原理，以便快速入手。“常见问题”顾名思义便是对用户使用过程中遇到的常见问题做出的集中解答。

登录/注册：本菜单与常见互联网网站的登录/注册别无二致。

建筑碳排放因子库：该部分是本平台次重要部分，本质为一个数据库。包括建材库、能源库和设备库三个分类。建材库包括木材、竹材、石材、水泥、混凝土、金属、砖瓦等结构材料；涂料、油漆、镀层、贴面、各色瓷砖、具有特殊效果的玻璃等装饰材料；膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、矿渣棉、超细玻璃棉、微孔硅酸钙等保温材料和其他材料。能源库包括无烟煤、烟煤、褐煤、炼焦煤、型煤、焦炭等固定燃料；原油、燃料油、汽油、柴油、喷气煤油、一般煤油、液化石油气、炼厂干气、石脑油、沥青、润滑油、石油焦等液体燃料以及天然气、电力等其他能源。设备库包括运输设备、施工设备、空调系统设备、消防系统设备、电力设备等其他设备。以施工设备为例，包括履带式推土机、轮式装载机、电动夯实机等工程机械。

根据实际情况对上述每一个子项进行一级分类、二级分类和三类分类，以便于查找。对于每一个子项本身，还包括名称、碳排放因子及单位、碳排放因子说明、资料来源、录入人员、更新时间以及提供该子项的厂商信息，其中尤以地址最为重要。

其中，建筑碳排放平台：该菜单是整个平台最为重要的部分。首先，工程分为四个阶段：方案设计、初步设计、施工图设计和竣工审计，每一个工程阶段都对应五个建筑全生命周期阶段：建材生产、建材运输、施工建造、建筑运行和拆除回收。工程阶段和建筑生命全周期阶段从不同的维度对建筑碳排放进行确定，如下二维图所示。四个工程阶段计算复杂程度逐步增加，计算精度也逐步加强。

方案设计阶段。此阶段为项目立项阶段所需设计，往往采用指标估算法进行计算。计算方案如下：

式中：E

初步设计阶段。本阶段相较方案设计阶段设计精度加强，所需数据增多，以估算公式为主。例如，建造施工阶段碳排放估算公式为：

式中：y

施工图设计阶段和竣工审计阶段。本阶段的碳排放计算公式按照现行碳排放计算规范进行即可。其计算逻辑为：

式中：AC为活动数据，对于建材而言，即为第i种建材量；EF

项目伊始，由项目负责人向碳排放因子数据库填充上文所述碳排放因子，后期各材料、设备的碳排放因子由生产企业提供、填充，以达到具体化、细节化。

碳排放因子是计算碳排放因子所必需的一批常量值。和π、自然底数e、阿伏加德罗常熟、普朗克常量等常数没有本质区别，就是计算过程中用到的一个常量系数。

建筑碳排放模型建立以后，将大量工程案例数据填入其中，内容尽可能详细，准确。由此作为大数据分析的原始资料。

待输入大量实际工程数据后，采用大数据分析方法对影响建筑碳排放量的因素进行定性和定量分析。所用算法包括但不限于：多重线性回归、弹性网络、主成分回归、随机森林、多层感知机、支持向量机、深度神经网络等方法。分析原理如下：

预设影响因素。预设建筑类型(如居住建筑还是商业建筑)、所在地区、层数、建筑面积、体形系数、结构类型(如框架结构还是砖混结构)、建筑朝向、设计年限等影响因素。

定量分析相关度。研究以上影响因素对建筑碳排放的影响大小，并将该“影响”量化为“影响因子”，即系数。

形成经验公式，用于预测碳排放

代入新建筑资料，预测碳排放，生成碳排放分析报告

顾名思义，结合上文经验公式和设计阶段的一些基本设计资料，便可以计算建筑碳排放，这时候的计算值就是预测值。

对于一栋建筑各部门、全生命周期各阶段都可以采用上述方法进行预测，将其求和，便得出建筑总碳排放量。在此基础上生成碳排放分析报告。(碳排放分析报告就是建筑各部分、生命周期阶段碳排放量的罗列，它是预测结果的纸面呈现)

与建筑碳排放标准作对比，分析改进措施。

项目完成后，用实际碳排放对预测值进行校核

对一栋建筑的碳排放量进行精准预测之后，这栋建筑的碳排量便在具体值，但这个值究竟是高是低，高多少，低多少的问题，有没有改进空间，改进空间有多大，这才是碳排放预测的最终目的。回答这个问题就需要“建筑碳排放标准”。

本申请中采用大数据分析和工程阶段，同时对碳排放标准进行制定。在填充大量工程数据后，除了分析影响因素形成经验公式以外，就是要对收集到的信息分类、划分碳排放水平的优劣。可以按照碳排放指标对同地区、同类建筑的碳排放水平进行分类(具体的分类方法多种多样，有待进一步实操)，划分一般水平、良好水平、优秀水平，以此分类作为标准来评估的新建筑的碳排放优劣水平。

一方面，将预测值与标准值对比、分析可以改进的环节，从改变更设计，达到降碳的目的。另一方面，标准值也可以作为预测值的辅助校核，对于某环节碳排放的异常值的校核显然可以借助碳排放标准来剔除，但这种校核是辅助性的，不是最主要的。最主要的是竣工核算时的校核，在建筑没有盖成之前，所有的预测值都是一种预测而已，需要得到实践的检验，竣工审计的碳排放就是对上文所有预测值的校核。校核有利于改进“影响因子”的设定。

进一步地，所述建筑排放包括工程阶段建筑碳排放和建筑生命全周期阶段建筑碳排放。

工程阶段和全生命周期阶段的二维结合。建筑全生命周期的分类是本行业的常规办法，工程阶段的分类亦然，但是将两者结合起来，在每一个工程阶段均对建筑全生命周期碳排放进放进行预测、核算却未见先例。即使有，也只是施工图阶段这一个工程阶段。本申请创造性地将两者以二维图的形式结合起来。以便在方案设计、初步设计、施工图设计和竣工审计四个阶段分别对建筑碳排放进行分析。

进一步地，所述建筑碳排放预测包括方案设计碳排放预测、初步设计碳排放预测和施工图设计碳排放预测，所述校核采用竣工审计碳排放数据。

进一步地，所述建筑碳排放因子库包括建材库、能源库和设备库。

进一步地，所述大数据分析方法包括多重线性回归、弹性网络、主成分回归、随机森林、多层感知机、支持向量机和深度神经网络。

对实际工程数据的大数据分析。以往的专利、文献中只提出要建立碳排放平台，最多提多要在平台上输入数据后生成碳排放分析报告，未见有人提出要在碳排放平台上应用大数据分析来总结碳排放影响因素。

进一步地，所述碳排放标准包括对同一地区、统一类型建筑的碳排放影响因素进行定量分析后提出“折算系数”，进而对不同地区、不同类型的建筑制定不同的碳排放标准值。

从大数据分析的角度出发，对同一地区、统一类型建筑的碳排放影响因素进行定量分析后提出“折算系数”，进而对不同地区、不同类型的建筑制定不同的碳排放标准值(众数×折算系数即可)，为当地政策的制定提供参考，填补当地政府落实建筑领域双碳政策时无标准可依的空白。

进一步地，所述分析包括预设影响因素，研究所述影响因素对建筑碳排放的影响大小，并将所述影响量化为影响因子。

现有技术仅提出要实现建筑碳排放的预测功能，且施工图设计阶段的碳排放预测，预测结果没有验证环节。本申请将工程阶段由“施工图设计阶段”拓展到“方案设计、初步设计、施工图设计”和“竣工审计”共四个阶段。前三个阶段是设计阶段，分别采用不同的、所需信息逐步详细、预测结果逐步精准的预测方法对建筑碳排放进行预测。预测结果用“竣工审计”阶段的数据进行校核。

本申请首先向碳排放平台输入海量实际工程数据，然后对这些数据进行大数据分析，继而按照碳排放指标对同地区、同类建筑的碳排放水平进行分类(具体的分类方法多种多样，有待进一步实操)，划分一般水平、良好水平、优秀水平，以此分类作为标准来评估的新建筑的碳排放优劣水平。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。