一、引言

公路建设作为我国交通基础设施建设的关键要素，我国处于城镇化快速发展的阶段，公路网规划规模呈现出不断扩大的发展趋势，传统的公路建设和运营模式消耗较多的材料与能源，比如：公路建设过程土地开发涉及征地导致绿化植被减少，材料运输、机械设备施工消耗大量燃料，碳排放强度较高，出现生态环境

协调发展不足、资源浪费等问题。

为有效降低碳排放、保护生态环境、提高资源利用率，近年来公路双碳建设领域提出以低碳为导向的交通基础设施工可、设计、建设、运营和养护理念，要求运用新技术、新方法、新材料和新能源，实现公路建设与运营的可持续发展，将绿色低碳理念贯穿于交通基础设施工可、设计、建设、运营和养护全过程1，这也成为交通运输行业贯彻生态文明战略，服务“双碳”目标的必然要求，支撑

加快建设交通强国、推进交通可持续发展的关键举措。

此外，我国高速公路建设需求呈现持续增加的趋势2，与此同时高速公路的造价不断攀升，项目投资需求强度不断加大，资金来源紧张，如何有效进行项目决策就有非常重要的现实意义。在碳排放限制日益严格的背景下，通过开展碳排放核算，可以更直观揭示工程建设能源消耗情况与经济影响情况，有助于政府评估工程建设的碳足迹，选择环境友好型的投资项目，推进项目可持续发展，提高投资回报率；同时，识别并推动低碳技术和清洁能源的应用，推动技术创新和产

业升级，培育新兴产业等。

二、现阶段公路建设碳核算面临的主要问题

综上，工程建设碳核算将成为今后公路建设所必须考虑的重要因素，但在实际操作与应用过程中，不同公路工程项目的碳排放量却往往难以得到有效衡量，不少低碳节能的优秀技术亦难以核算出各项技术对减少碳排放的贡献，从而推广

受阻，主要原因有：

一方面，工程碳核算与监测需要采集大量工程数据。这些数据来源广泛，覆盖工程建设各个阶段，包括建筑材料生产、材料运输、工程施工、运营管理等，其获取过程需要沟通政府部门、设计单位、施工单位等项目相关群体，数据质量可能出现信息不完整、数据缺失、信息不对称、来源不一致等问题，给碳核算工作带来一定的困难，亦难以实现方案级、构件级等精细化对比，难以支撑工程方

案决策与优化设计。

另一方面，在公路建设领域尚未建立碳排放核算相关计算标准，不同国家和地区在工程建设、碳排放核算等方面其技术状况、不同研究界定的边界存在一定差异，且不同材料碳排放因子测定值在不同状态下亦存在一定差异，比如：车辆的碳排放因子选取需要综合考虑车辆类型、行驶数据、道路路况等。且在工程建设的不同阶段其碳排放的核算机制亦存在不同，比如：材料生产环节产生的碳排主要源于水泥、沥青、钢筋等材料采购，此时工程碳排放与材料的材质、采购需求紧密相关；材料运输环节产生的碳排主要源于货车、拖车等运输工具的燃料消耗，其排放量与运输距离、运输机械、运输台班、线路设计紧密相关等；因此，

碳核算过程是一个复杂的过程，需要综合考虑到不同因素之间的关联关系。由于

当前各行业，各地方尚未建立成熟的普适性生命周期数据库，相关核算机制尚未完全清晰，选用不同标准的碳排放因子、计算模型都将影响到核算数据的准确性，因此难以形成标准化的数据计算方法与统一的评估体系，确保核算结果的准确性、

全面性、可比性。

再者，在构建标准化碳核算模式的基础上，当前公路建设碳排放核算亦缺乏客观、系统的评价方法，难以评估工程项目减排成效，低碳减排材料、技术、工艺与设备应用缺乏减排量化标准，难以评估相关措施在减排效果和目标贡献度方面的程度，进而难以根据工程不同的目标约束综合考虑制定出更具针对性、更具前瞻性的政策措施，为低碳公路建设提供参考与支撑，一定程度上难以有效发挥绿色低碳技术的牵引作用，培育低能耗、低排放的新技术、新模式，从全碳链的

角度推进公路基础设施可持续发展。

三、基于BIM技术的公路建设碳核算研究

此处基于公路建设碳核算所面临的主要问题，从工程项目全生命周期出发，充分利用BIM技术在工程数字化方面的先天优势，聚焦“如何将BIM技术赋能到公路建设项目全过程碳排放核算”、“如何快速且准确地实现工程碳排放动态核算，并反馈指导低碳公路设计全过程”等核心问题，提出基于BIM技术的公路建

设碳核算解决方案，具体包括：

1.构建面向工程的BIM数据化底座

BIM技术是基于现代信息技术和计算机技术发展融合而成的建筑信息应用技术3，其利用数字技术存储和传递建筑结构和构造特征，通过三维建模模式实现工程项目整个生命周期的信息传递共享和工作协同4，其作为工程建设行业数

字化转型和精细化管理的重要技术手段，集成公路建设过程中不同专业、不同阶段、不同相关方的数据信息，包括：几何信息、材料属性、施工计划、成本数据

等，建成统一的公路建设项目数据库。

依托该项目数据库，在进行公路建设碳核算过程中，即可依托BIM模型实现项目工程量的实时提取5，通过算量整合掌握公路建设项目中人、材、机等相关

数据与关系，并同步进行动态更新，解决数据获取难、数据精度低、信息不对称等难题，为碳核算提供构件级、准确且实时的全过程数据基础，有利于实现公路

低碳设计中的改善式规划-协同式建设-科学式养护。

2.基于BIM模型构建动态更新的碳排放因子库

在BIM数据化底座的基础上，需要对BIM模型中不同构件进行识别、分类，

并设置相关的碳排放因子参数，为后续碳排放的自动化计算提供支撑。

考虑到不同国家和地区的技术状况、不同研究界定的系统边界存在一定差异，且碳排放因素非常复杂，每种材料的碳排放因子测定值不同，因此，实现公路建设碳核算首要的需要根据BIM模型中不同构筑物类型、属性等要素，参考相关国际、国家和行业标准，融合多个主流因子库数据，构建覆盖全面的碳排放因子共享信息数据库（简称碳排因子库），一个信息共享的碳排因子库有利于促进碳核算过程的标准化与一致性，保障计算结果的准确性和可比性；同时，因子库管理过程应同步建立常态化、规范化数据管理机制，包括数据更新管理、数据共享应用，既兼顾碳排因子动态更新的属性，亦可通过协同共享将碳排放因子库开放给行业内的其他组织和项目使用，共同推进行业碳核算的标准化，逐步建立覆盖面广、适用性强、可信度高的碳排放因子标准体系，保障计算结果在项目层、行业层均具备可度量性、可比性，为工程设计和选材提供数据依据，指导工程减排减

碳方案设计。

3.基于工程特征构建全生命周期碳核算算法

除了碳排放因子库，在碳核算过程中还需要建立起基于工程特征的全生命周期碳核算方法。在公路建设项目全生命周期中不同阶段6，碳排放主要包括道路基础设施建设时产生的碳排放、道路运营过程中车辆通行产生的碳排放、道路基础设施养护维修、拆除产生的碳排放。考虑到道路设计使用年限基本都很长，且其使用寿命也取决于后期维护手段，以及在较长一段时间内社会经济发展需求、维护成本变化、技术发展及革新等诸多问题，此处暂不考虑拆除回收阶段，着重开展项目建设期、运营期碳排放核算，包括：材料生产过程、材料运输过程、现

场施工过程、车辆通行过程、道路养护过程五大过程。

不同的过程在碳排放的核算方面需要综合考虑本阶段的排放特征构建对应

的碳核算算法，比如：

工程建设阶段材料生产过程的碳排放量主要来源于两个部分：一是化石燃料获取阶段产生的碳排放；二是建材生产过程中化学反应可能产生的二氧化碳。因此，本过程中的碳排放主要与能源使用量以及生产原料的含碳量相关，影响因素包括相关材料的用量与材质7。

材料运输过程是工程施工的必要环节，公路建设过程中采用的运输方式一般为公路运输，此时产生的碳排放主要源于货车、拖车等运输机械消耗的柴油、汽油等化石能源相关，其排放量与运输机械类型、运输距离、运输台班、线路设计

紧密相关；

现场施工过程的碳排放主要来自机械设备（如：空气压缩机、交流电焊机、混凝土搅拌站、挖掘机等）的燃料消耗，此时工程碳排放与设备属性（包括：机

械设备的功率、耗能、耗电量等）、施工工艺、施工时序紧密相关；

运营阶段是公路生命周期过程中时间最长的阶段，该阶段碳排放主要源于车辆通行消耗的能源产生以及养护过程产生。公路建成通车运营后，车辆运行消耗燃料产生的碳排放贡献了路面生命周期大部分的碳排放。此时公路通行阶段的碳排放与道路服务水平紧密相关，涉及交通流量、车型分布、运行速度等。养护阶

段的碳排放则主要与相关养护计划以及道路破损程度相关。

综上，不同阶段碳排放的核算存在一定的差异性，需要构建不同阶段的算法模型，在进行碳核算时，应根据工程建设构件类型、模型中数据质量情况、不同的工程场景，选择对应的碳核算方式，并提取BIM模型数据与碳排因子参数，实现对碳排放的快速和准确计算。比如：面向材料生产环节，基于BIM模型计算工程所需材料与需求量，提取对应材料碳排因子参数，输出生产环节的碳排放总量；面向材料运输和工程施工环节，基于BIM模型中提取相关工程清单，结合施工的地理位置、交通运行情况、工程工期等识别规定工期内所需的运输台班和机械台

班，结合不同机械的能耗特征规律输出运输和施工阶段碳排放量等。

4.构建公路建设碳排放评价指标

在实现工程全生命周期碳核算的基础上，需要构建公路建设碳排放评价指标，

结合当地碳达峰碳中和目标，通过定性/定量的方式对工程进行低碳建设评价，评估工程项目是否满足相关能源约束指标，是否对当地碳达峰碳中和目标实现存在影响；同时构建低碳节能减排策略库，量化低碳措施成效，此处以工程建设中钢材、水泥材料使用平衡为例，在工程建设中往往会存在混凝土结构、钢结构等不同的设计，相较于混凝土结构，钢结构从其材料可循环性、施工方便度、耐久性以及较好的抗震性能上而言，在相同使用场景下综合构筑物生命周期来看，钢结构的综合碳排放相较混凝土构筑物可减少1/3以上，在这样的量化指标下，施工设计的过程即可结合不同构筑物的属性特征，在保障工程质量的前提下，通过不同方案比较通过平衡不同生产材料需求、寻找低碳替代材料等方式推进工程减排，在尽量不降低道路基础设施原有性能、不增加工程造价的基础上，实现公路

基础设施全要素、全周期碳减排，满足公路基础设施可持续发展。

5.基于BIM的碳核算应用场景设计

基于以上步骤，项目相关方即可从概念阶段全过程参与低碳设计，依托BIM模型对公路建设不同阶段的碳排放情况进行跟踪监测，模拟并分析不同工程设计方案碳排放量，识别碳排放的热点区域和关键因素，通过方案比选对公路建设过程中材料选购、施工工艺、运输安排进行优化调整，建立工程碳排放策略与准则，比如：在公路建设前期研究充分整合现有资源，减少重复建设保障工程设计的科学精准，在施工期间科学布设预制场等场所，提高现有材料的高效利用，减少原材料运输等；加强运输、施工机械的低碳化改造，鼓励清洁能源机械应用，推进数字化建造；在营运养护期间提升公路养护智能化管养水平，提高公路服务水平，保障公路养护的精准性和实效性，实现低碳化的公路建设、管理模式，有效支撑工程项目规划、建设、施工、运营等各个环节，摆脱经验主义为主的粗犷式工程管理，输出道路工程绿色设计解决方案，打造低碳设计、低碳建设、低碳运营的

公路建设模式。

四、结语

综上，本文基于BIM技术的公路建设项目碳核算方案，提出通过利用BIM技术的优势构建面向工程的数据化底座，集成工程建设不同阶段、不同相关方的数据信息，建立协同共享的工程数据库，同时基于BIM模型构建动态更新的碳排

放因子库（支持根据建筑材料、施工工艺等外部变动灵活调整），根据工程特征

搭建全生命周期碳核算算法与公路建设碳排放评价指标，实现对公路建设项目各阶段的碳排放的精准评估，基于以上步骤求得的工程碳核算结果可实现多元应用场景的构建，包括工程碳排放量的可视化展示、不同工程方案的碳排放比较分析、减排方案的制定等，可以帮助决策者更好地了解公路建设项目的碳排放情况，并采取相应的措施进行调整和改进，有效支撑工程项目规划、建设、施工、运营等各个环节，未来将更好地推动公路建设项目的可持续发展，为建设低碳环保的社

会做出贡献。

参考文献：

【1】交通运输部关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的实施意见[J].中

华人民共和国国务院公报,2018,(34):76-81.

【2】刘小燕.我国高速公路企业融资效率测算[J].统计与决策,2014,(22).

【3】莫志凡.广西GT工程咨询公司发展战略研究[D].广西大学,2018.

【4】王斌;杨鸿.BIM技术在公路设计中的应用现状与展望[J].公路,2019,64(10):229-232.

【5】刘星.基于BIM的工程项目信息协同管理研究[D].重庆大学,2016.

【6】刘圆圆.基于ALCA的公路生命周期二氧化碳计量理论与方法研究[D].长安大

学,2019.

【7】龙江英.城市交通体系碳排放测评模型及优化方法[D].华中科技大学,2012.