建筑-设施协同降碳的低碳设计方法、系统、设备、介质

技术领域

本发明涉及城市低碳化设计技术领域，尤其是涉及一种基于建筑-设施协同降碳的低碳设计方法、设备、介质。

背景技术

街区是实现城市转型低碳发展的关键减碳单元。根据联合国数据，城市地区占全球地表面积不到2％，消耗了近80％的能源，产生了超过60％的碳排放。而街区作为由城市道路围合而成的城市用地集合，具有较之于单体建筑更宏观的时间、空间尺度，为更好的发挥规划和设计作用，通过能源调节替代、资源循环、慢行交通等低碳体系实现系统性减碳创造了条件。

现阶段低碳街区或社区的营造较多聚焦于对社区中各单体建筑的低碳/零碳建设，而单体建筑由于空间尺度受限，常无法满足光伏等低碳技术措施的规模要求，不得不通过叠加其他更高成本的低碳建筑技术达到低碳/零碳目标，成本高、个体差异度明显、标准化设计施工受阻、技术体系可移植性受限。

与此同时，目前街区的低碳建设仍存在过度依赖低碳技术单纯叠加的现象，在低碳技术体系应用的综合性和全局性考量方面存在短板，在街区这一尺度场景下建筑及其所处空间的碳流缺乏有机融合。实际上，低碳街区内部既包含不同的单个低碳/零碳建筑单体，也包含各单体所处的空间和外部设施等资源环境，就街区尺度而言，后者恰恰为前者的减碳增汇增加了弹性载体，如何利用街区内空间和设施作为各单体建筑进一步减碳增汇的降碳载体，实现街区内各单体建筑碳流的统筹，是实现低碳街区建设的重要抓手。

实现街区尺度碳排放的统筹和有机融合，还需建立与低碳技术更新相匹配的运营模式，低碳/零碳街区建设涉及资金方、设计方、建筑商、开发商、运营商等相关各方，各建筑单体和所处的空间以及设施等资源环境，常存在不同建设和运维主体，导致配套设施兴建和运维存在资金困难。如能妥善利用街区空间以及设施作为建筑“碳飞地”成为碳减排、增碳汇的有效载体并形成持续的负碳排放，将有利于推动低碳街区建设及低碳目标的达成。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于建筑-设施协同降碳的低碳设计方法、系统、设备、介质，能够根据整体目标指引作为降碳量纳入街区内各单体建筑和街区整体的碳排放计算，为促进街区内建筑实现低碳目标，促进零碳社区、园区的建设提供减排增汇的载体，能够为后续形成街区内部的碳飞地分配机制提供理论依据。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种建筑-设施协同降碳的低碳设计方法，包括以下步骤：

S1：获取街区目标范围及目标范围内的建筑单体信息集，所述建筑单体信息集包括建筑单体位置信息、建筑面积规模信息、对应的人员密度信息；

S2：获取街区绿地项目指标要求，依据S1中所获取的建筑单体位置信息、建筑面积规模信息，依照对应建筑工程项目所遵循的绿地连通性、可达性、日照强度标准，以及均好性、丰富度、人群使用偏好作为评价指标进行绿地面积分配，得到绿地面积分布{A

S3：基于S1所获取的建筑单体位置信息和对应的人员密度信息，结合S2中所获取的绿地面积分布，以及街区内人群对于建筑配套设施的需求，确定碳飞地设施载体的顶面光伏总面积B，及m个载体的顶面面积分布及尺寸；

S4：建立碳飞地载体垂直绿化和绿地碳汇计算模型，并以碳汇总和的最大化为目标进行最优化计算，获取每块碳飞地载体的垂直绿化面积、高度尺寸、绿植种类，以及绿地草木植物面积占比；

S5：建立碳飞地载体顶面光伏系统年发电量的计算模型，通过建筑所在地适用的电网碳排放因子，综合垂直绿化载体的碳汇量，最终获得碳飞地载体年降碳预测量，以及结合场地绿地的总年降碳量。

进一步地，S3中，所述建筑配套设施选自非机动车棚、连廊、凉亭、公交站点中的一种或多种。

进一步地，S3中，所述建筑配套设施用于作为碳飞地设施载体，所述碳飞地设施载体的顶部用于设置光伏组件，所述设施载体的侧方用于提供绿化面积。

进一步地，S2中，依据不同项目所遵循的绿地连通性、可达性、日照强度等规范标准，以及均好性、丰富度、人群使用偏好等主观评价指标，将按照街区绿地指标值对应的绿地面积信息分配至S1的建筑单元信息中。

进一步地，S3中，基于确定碳飞地设施载体的顶面光伏总面积B的过程具体包括：

获取公共交通站点的设计数量m

获取配套性非机动车车棚总设计面积B

在各块绿地中按照绿地面积百分比例c布设凉亭m

在场地内连接各建筑且通行率高的人行步道上架设m

加和公共交通车站、非机动车车棚、凉亭、连廊的顶面光伏面积，获得碳飞地设施载体的顶面光伏总面积：

碳飞地载体个数

进一步地，S4中，以碳汇总和的最大化为目标进行最优化计算的过程包括：

f＝A

其中，μ

针对绿地中草本植物面积占比、垂直绿化植物种类、绿地草本植物种类、绿地灌木植物种类，以及4类碳飞地载体装置的高度：H

进一步地，S5中，碳飞地载体年降碳预测量，以及结合绿地的总年降碳量的获取过程包括：

通过碳飞地载体顶面光伏总面积B获得光伏面板净面积A

结合碳飞地载体侧面垂直绿化系统年降碳量C

结合场地绿化叠加布设乔木所产生的碳汇年总降碳量C

本发明第二方面提供一种基于建筑-设施协同降碳的低碳设计系统，包括：

建筑单体信息获取模块：获取街区目标范围及目标范围内的建筑单体信息集，所述建筑单体信息集包括建筑单体位置信息、建筑面积规模信息、对应的人员密度信息；

绿地面积分布获取模块：获取街区绿地项目指标要求，依据S1中所获取的建筑单体位置信息、建筑面积规模信息，依照对应建筑工程项目所遵循的绿地连通性、可达性、日照强度标准，以及均好性、丰富度、人群使用偏好作为评价指标进行绿地面积分配，得到绿地面积分布{A

碳汇模型构建模块：建立碳飞地载体垂直绿化和绿地碳汇计算模型，并以碳汇总和的最大化为目标进行最优化计算，获取每块碳飞地载体的垂直绿化面积、高度尺寸、绿植种类，以及绿地草木植物面积占比；

降碳量预测模块：建立碳飞地载体顶面光伏系统年发电量的计算模型，通过建筑所在地适用的电网碳排放因子，综合垂直绿化载体的碳汇量，最终获得碳飞地载体年降碳预测量，以及结合场地绿地的总年降碳量。

本发明第二方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行所述存储器中的程序，以此实现如上述基于建筑-设施协同降碳的低碳设计方法。

本发明第三方面提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令的存储介质在由计算机处理器执行时，用于执行如上述基于建筑-设施协同降碳的低碳设计方法。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

1)本发明充分利用基础设施无运行期碳排放(或碳排放可忽略)的特点，提出了可以实现“碳飞地”设想的载体装置及优化设计依据。该载体装置具有廊架外观，顶部的光伏板产生清洁能源，为自身和周边建筑物供电，所产生电量对应的碳排放可根据整体目标计入周边建筑碳排放计算，侧面的垂直绿化系统具有固碳效能，可根据整体目标指引作为降碳量纳入周边建筑或街区整体的碳排放计算，为零碳社区、园区提供减排增汇的载体。

2)本发明结合社区内各建筑及所在地当地标准要求，计算获取绿地面积及分布，并通过碳汇计算模型的优化，根据当地适宜的绿化植物种类和碳排放特性优化选取绿植种类及布设方式。

附图说明

图1为本技术方案中基于建筑-设施协同降碳的低碳设计方法的流程示意图

图2为本技术方案中碳飞地载体的侧面结构示意图；

图中：1、载体框架，2、顶部光伏组件，3、侧方绿化组件

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的结构/模块名称、控制模式、算法、工艺过程或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

本发明中基于建筑-设施协同降碳的低碳设计方法，参见图1，包括以下步骤：

S1：获取街区目标范围及目标范围内的建筑单体信息集，所述建筑单体信息集包括建筑单体位置信息、建筑面积规模信息、对应的人员密度信息。

S2：取街区绿地项目指标要求，依据S1中所获取的建筑单体位置信息、建筑面积规模信息，依照对应建筑工程项目所遵循的绿地连通性、可达性、日照强度标准，以及均好性、丰富度、人群使用偏好作为评价指标进行绿地面积分配，得到绿地面积分布{A

具体实施时，按照预设比例分配的形式将绿地指标要求对应的绿地面积信息分配至S1中的建筑单元信息中其中，绿地连通性、可达性、日照强度标准确定特定建筑对应绿地的面积范围，即上限和下限，进一步通过均好性、丰富度、人群使用偏好的打分信息确定在上述范围中的具体取值，即打分与取值呈正比进行在范围中定量，比例参考关系可以基于具体预设比例确定。

S3：基于S1所获取的建筑单体位置信息和对应的人员密度信息，结合S2中所获取的绿地面积分布，以及街区内人群对于建筑配套设施的需求，确定碳飞地设施载体的顶面光伏总面积B，及m个载体的顶面面积分布及尺寸；

所述建筑配套设施选自非机动车棚、连廊、凉亭、公交站点中的一种或多种。

所述建筑配套设施用于作为碳飞地设施载体，所述碳飞地设施载体的顶部用于设置光伏组件，所述设施载体的侧方用于提供绿化面积。参见图2，本发明中的碳飞地设施载体均按照载体框架1，顶部光伏组件2，侧方绿化组件3设置。

基于确定碳飞地设施载体的顶面光伏总面积B的过程具体包括：

获取公共交通站点的设计数量m

获取配套性非机动车车棚总设计面积B

在各块绿地中按照绿地面积百分比例c布设凉亭m

在场地内连接各建筑且通行率高的人行步道上架设m

加和公共交通车站、非机动车车棚、凉亭、连廊的顶面光伏面积，获得碳飞地设施载体的顶面光伏总面积：

碳飞地载体个数

S4：建立碳飞地载体垂直绿化和绿地碳汇计算模型，并以碳汇总和的最大化为目标进行最优化计算，获取每块碳飞地载体的垂直绿化面积、高度尺寸、绿植种类，以及绿地草木植物面积占比。

以碳汇总和的最大化为目标进行最优化计算的过程包括：

f＝A

其中，μ

针对绿地中草本植物面积占比、垂直绿化植物种类、绿地草本植物种类、绿地灌木植物种类，以及4类碳飞地载体装置的高度：H

S5：综合碳飞地载体设施顶面光伏系统发电量及垂直绿化碳汇量，最终获得碳飞地载体年降碳预测量，以及结合绿地的总年降碳量。

碳飞地载体年降碳预测量，以及结合绿地的总年降碳量的获取过程包括：

通过碳飞地载体顶面光伏总面积B获得光伏面板净面积A

结合碳飞地载体侧面垂直绿化系统年降碳量C

结合场地绿化叠加布设乔木所产生的碳汇年总降碳量C

本发明第二方面提供一种基于建筑-设施协同降碳的低碳设计系统，包括：

建筑单体信息获取模块：获取街区目标范围及目标范围内的建筑单体信息集；

绿地面积分布获取模块：获取街区绿地项目指标要求，依据建筑单体位置和面积，依照不同项目所遵循的绿地连通性、可达性、日照强度标准，以及均好性、丰富度、人群使用偏好作为评价指标进行绿地面积分配，得到绿地面积分布{A

碳飞地设施载体设计模块：基于建筑单体位置和人员密度、绿地面积和分布，以及街区内人群对于非机动车车棚、连廊、凉亭、车站的需求，确定碳飞地设施载体的顶面光伏总面积B，及m个载体的顶面面积分布及尺寸；

碳汇模型构建模块：建立碳飞地载体垂直绿化和绿地碳汇计算模型，并以碳汇总和的最大化为目标进行最优化计算，获取每块碳飞地载体的垂直绿化面积、高度尺寸、绿植种类，以及绿地草木植物面积占比；

降碳量预测模块：建立碳飞地载体顶面光伏系统年发电量的计算模型，通过建筑所在地适用的电网碳排放因子，综合垂直绿化载体的碳汇量，最终获得碳飞地载体年降碳预测量，以及结合场地绿地的总年降碳量。

需要说明的是，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的模块。

本实施例还提出了一种基于建筑-设施协同降碳的低碳设计设备，该设备包括处理器和存储器，处理器和存储器耦合，存储器存储有程序指令，当存储器存储的程序指令被处理器执行时实现上述任务管理方法。处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；所述存储器可能包含随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-VolatileMemory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器可以为随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)类型的内部存储器，所述处理器、存储器可以集成为一个或多个独立的电路或硬件，如：专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)。需要说明的是，上述的存储器中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

本实施例还提出一种计算机可读的存储介质，所述存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述基于建筑-设施协同降碳的低碳设计方法。存储介质可以是电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质或半导体系统或传播介质。存储介质还可以包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-RW)和DVD。

此外，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。