1 建筑节能与物理环境 三种建筑全生命周期碳排放计算软件比较研究 李蕊 1，石邢 1 （ 1. 城市与建筑遗产保护教育部重点实验室，东南大学建筑学院，南京， 210096） 摘 要 全球变暖已成为国际社会普遍关注的问题，而建筑及其相关产业的活动会产生大量温室气体。对建筑碳排放的定量计算是一个重要的研究课题，目前常用的方法是全生命周期分析（ LCA）方法，具体计算通常通过软件进行。本文对三种可用于计算建筑全生命周期碳排放的软件进行了比较研究，它们是 BEES Online、 GaBi5 和 SimaPro7。比较研究的内容包括三个软件的基本属性；数据库与分 析方法的异同；全生命周期清单计算方法三方面。通过对软件生命周期架构和清单计算方法的分析，了解国际上常用的建筑 LCA碳排放计算软件的数据库架构模式，为下一步编写适用于中国国情的 LCA 建筑碳排放软件做知识储备。 关键词全生命周期；分析软件；建筑碳排放 1 概述 建筑及其相关产业的生产活动会排放大量温室气体，定量计算建筑产生的碳排放量是一个很热门的研究课题。全生命周期分析方法（ Life Cycle Assessment，后文写做 LCA）是一种成熟的产品环境影响分析体系，除国际标准化组织（以下简称 ISO）颁布的 LCA 框架准则外， LCA 还有强大的软件支持。通过国内外的文献调研，发现研究者通常采用 LCA 对建筑的碳排放进行分析。而对于建筑公司和建筑设计人员，通常采用 LCA 软件对建筑做 LCA 分析。 国外很多国家和机构都有自主研发的 LCA 软件，如欧洲的 Boustead，美国的 CLEAN，德国的GaBi 和 Heraklit，荷兰的 SimaPro 和 REPAQ 等。 Dean M. Menke 和 Gary A. Davis 在 1996 年对 LCA软件的研究显示单美国和欧洲的的主流 LCA 软件就有 37 个 [1]。另 据 Joyce Smith Cooper 和 James A.Fava 2006 年的调查结果，在全球 LCA 软件市场中， GaBi 占市场份额的 58之多，而 SimaPro 占市场份额的 31[2]。专门进行建筑 LCA 分析的软件有 BEES、 Athena、 GaBi-Built It，其中 BEES 使用最多。 本文对目前市场占有量最大的 GaBi、 SimaPro 以及在建筑上使用最多的 BEES 进行比较。主要就三个软件的 基本属性、数据库与分析方法的异同、全生命周期清单计算方法进行对比。 2 基本属性比较 BEES（ Building for Environmental and Economic Sustainability）是专门针对建筑领域研发，用于评价建筑环境影响的软件，由美国 国家标准与技术局 NIST 能源实验室研发。本论文中使用的是 2010基金资助 国家自然科学基金重点项目（编号 51138002） ,亚热带建筑科学国家重点实验室开放课题（编号 2012KA05） 作者简介李蕊（ 1988-），女，云南，研究生 2 建筑节能与物理环境 年更新的网页版 BEES Online。 BEES 的目标用户有设计师，建筑商及产品制造商，其界面简洁，操作简单，无需用户创建产品的 LCA 过程。适用于对 LCA 理论没有太多了解的人群。 BEES Online可免费使用，其数据库也完全公开，需要用户使用火狐或 IE7.0 以上版本的浏览器。 GaBi 由德国斯图加特大学 IKP 研究所研发 ，软件面市已 20多年，现在最新版为 GaBi5，论文中使用的 GaBi5的演示版（后文写作 GaBi5 Demo） 。 GaBi5适用范围广泛 ，囊括了石油化工、金属加工、建筑产业、汽车工业以及能源等多个领域，其使用人员来自各行各业。虽有针对建筑行业 LCA 的GaBi Build-It，但该软件目前只有德文版本。 GaBi 需要用户依据 ISO 对 LCA 理论制定的框架，创建产品的 LCA 过程，对产品的生命周期环境表现进行分析。所以 GaBi 用户是熟悉 LCA 理论的专业人员。 GaBi 是付费的商业软件，官方网站上有演示版软件可供用户试用， 但若要获得部分或完整的GaBi 软件数据库，需支付几百至几万欧元不等购买。 GaBi5对用户计算机的配置要求如下PC3500MHz（单核）或 PC2.0GHz双核或更高 ； 2 GB 主内存（ RAM）； 1000MB 空间的硬盘存储量（实际硬盘存储量与用户购买使用的数据库大小有关）；操作系统在 Windows XP 或以上。 SimaPro 软件由荷兰 Leiden 大学环境科学中性开发，目前最新版本为 SimaPro7.3。 SimaPro 官网提供免费的 SimaPro7 试用版（后文写作 SimaPro7 Demo）下 载，若要获得完整数据库，需支付几百到一万欧元购买（费用按版本和多用户支持数量收取）。同 GaBi 一样， SimaPro 适用于广泛的工业生产领域，分析时需要用户自己创建产品的 LCA 过程，过程创建也依据 ISO 定义的 LCA 框架。安装 SimaPro7，对于单用户计算机配置要求如下 PC2000MHzSimaPro 推荐 ；至少 2GB 的主能存（ RAM）； 1GB 空间的硬盘存储量（实际硬盘存储量与用户购买使用的数据库大小有关）；在使用SimaPro 时要有 5GB 的硬盘空间为临时文件所用；最小屏幕分辨率 1280*1024， SimaPro 推荐使用宽屏。对操作系统要求 Windows XP 或更高系统；推荐使用 Windows Server 2003 或 2008；不支持Novell 操作系统。 在软件操作语言方面， BEES 软件和网页版 BEES Online 都是英文的系统， GaBi 和 SimaPro 现在中国都有代理商负责销售，但 GaBi 还只有英文版本， GaBi Build-It 目前只有德文版。 SimaPro 的软件正对中国用户进行了部分汉化。 软件的基本属性总结如表一。 BEES Online GaBi5 SimaPro7 参考资料 简略 的文本文件 详细的文本文件、教学视频 详尽的文本文件、教学视频、软件演示 适用领域 建筑 广泛 a 广泛 a 最新版本性息 BEES Online, 2010 更新 GaBi5， SimaPro7.3.3 费用信息 免费 几百欧元至几万欧元（取决于数据库） 几百到一万欧元（取决于版本和多用户支持） 试用版 有 有 有 教育版 有 有 语言 英语 英语 b 英语、中文 安装性息 火狐、 IE7.0 以上 PC3500MHz单核 /PC2.0 GHz 双 核 或 更 高 ;2GB RAM;1000MB 硬盘存储空间 ; Windows XP 以上操作系统 PC2000MHz推荐 ;RAM2GB;1GB硬盘存储空间 ;屏幕最小分辨率 1280 *1024,推荐使用宽屏 ;Windows XP 以上操作系统 a 可用于汽车、建筑、石化、消费品、农产品、教育、能源、电子、医学 生命科学、信息、金属 采矿业等领域。 b GaBi-BuildIt 目前只有德文版。 表一 . BEES Online， GaBi5， SimaPro7 的基本属性 3 建筑节能与物理环境 3 全生命 周期分析方法比较 3.1 全生命周期分析理论框架 根据 ISO 关于 LCA 理论及框架的定义 [5]，在 LCA 研究中主要有以下 4 个阶段 a）目标和范围的确定； b 生命周期清单制定； c 生命周期影响评价； d 解释。其每一阶段的主要任务是 ▪ 目标和范围确定确定研究对象和研究的目标，制定研究对象生命周期的范围。 ▪ 生命周期清单制定（ Life Cycle Inventory, 以下简称 LCI）制定研究对象生命周期清单，即体系内物质、能源、水、气体、垃圾等的输入输出清单。这一步骤是 LCA 的关键，有了 LCI，才能进行后 续的全生命周期影响评价，而 LCI 的详尽与时效性，也影响着未来生命周期影响评价结果的准确程度。完成这一过程，通常需要某一地区某一产业的权威统计数据表。所以，在 LCA中， LCI 制定是很关键。 ▪ 生命周期影响评价（ Life Cycle Impact Assessment，以下简称 LCIA）旨在用前面制定的 LCI 结果，评测产品在全生命周期内对环境的影响。国际上现有大量 LCIA 工具，它们由不同的机构研发，基于不同的标准，采用的计算分析原理也大有不同。选择适当的 LCIA 工具，对 LCA 结果准确性影响重大。 ▪ 生命周期解释 根据 LCA 前几个阶段或 LCI 研究的发现，以透明的方式来分析结果，形成结论，提出建议并报告生命周期解释的结果。 由 BEES Online， GaBi5， SimaPro7 这三个软件的帮助文件 [4][6][8]可得到一下信息这三个软件都是基于 ISO 的 LCA 分析框架，但是彼此间的 LCI 制定和 LCIA 方法皆有异同。下面对这三个软件的 LCI 和 LCIA 进行详细的对比。 3.2 三个软件的 LCI数据库 BEES Online 的 LCI 数据库来源，在其软件文本中未提及，但在软件中计算材料的文本中有提及到材料的 LCI 数据来源于 US LCI，它由美国可再生能源实验室开发。 GaBi5 的 LCI 数据来源于以下四个数据库 GaBi Databases, Ecoinvent, US LCI, European LCD。其中，GaBi Databases 由 GaBi 软件的东家 PE 国际自行研发，号称是目前全世界最大的 LCI 数据库。Ecoinvent 是由瑞士 ETHZ, EPFL, PSI, Empa 和 ART 联合开发。 SimaPro7 的 LCI 数据有 Ecoinvent v.2, US LCI, European LCD, US Output, EU and Danish Output, Dutch Output, Industry data v.2. IVAM, Japanese -output 等。 3.3 三个软件的 LCIA BEES Online 只使用了 TRACI 一种 LCIA 方法，它由美国环保局开发。 GaBi5 的 LCIA 方法有 TRACI、 CML、 ECO-Indicator、 EDIP、 Impact 2002、 USETOX、 ReCiPe。 SimaPro7 的 LCIA 方法有 CML、 TRACI、 BEES、 ReCiPe、 ECO-Indicator、 USETOX、 IPCC 2007、 EPD、 Impact 2002、 Ecological Footprint EDIP 2003、 Ecological scarcity 2006、 EPS 2000、 Greenhouse Gas Protocol 等。 在所有这些 LCIA 方法中， CML 和 TRACI 最为常用。 CML 是由荷兰 Leiden 大学环境研究中心研发， TRACI 由美国环保局开发。 CML 通常在欧洲使用， TRACI 则通常在 美国使用。两种分析方法并不相同，以在全球变暖分析为例 CML 分析的是在一百年内，全球变暖的潜能（ Global Warming 4 建筑节能与物理环境 Potential in 100years）； TRACI 计算的是温室气体排排放量，计算结果用“千克等效二氧化碳（ kg CO2-Equiv）”表示。 CML 计算全球表暖潜能的依据是 IPCC 定义， TRACI 的温室气体量计算方法使用的是美国环保组织制定的方法，两套体系拥有不同的等效二氧化碳当量因子。 3.4 BEES Online， GaBi4， SimaPro7的 LCI计算异同 BEES Online 的 LCI 制作，是将建筑材料按功能单元划分后，用户选定功能单元的类型、数量、运输方式和运输距离，即可由软件自动计算出 LCI。例如，用于混凝土板（墙或铺地）的功能单元是 0.09 ㎡（ 1 平方英尺）的混凝土板（墙或铺地）在最低技术标准下建造并使用 50 周年，而混凝土梁（柱）的功能单元是 0.76m（ 1 立方码）的混凝土梁（柱）在最低技术标准下建造并使用 50 周年。 BEES Online 中建筑材料依据 ASTM 的 UNIAT2 定义的建筑元素划分类别进行。每一种建筑材料的 LCA研究范围，都是从生命周期的起始至终止。 对于功能单元的每一种材料， BEES Online的研发人员在软件设计初期就用 SimaPro 计算出其 LCI，用户只需选择功能单元的种类和数量，软件就可自动计算出建筑的 LCI。但用户无法对功能单元的 LCA 进行修改。 用 GaBi5 或 SimaPro7 制作建筑的 LCI，都需要软件只用者自己绘制建筑的全生命周期过程。每一过程的输入输出数据也都需要软件只用者自己定义。对于不了解建筑 LCA 的操作者来说，这会是一个不小的难题。 4 结论及下一步工作 从以上三个软件的比较来看，国外的 LCA 软件的生命周期框架基本都采用 ISO 定义的 LCA 框架，但各软件使用的 LCI 数据库和 LCIA 方法却没有统一的定义。相比之下，在 LCA 软件方面，国内缺少自己的 LCI 数据库和 LCIA 分析方法。相比整个工业领域的 LCA 软件而言，针对建筑的 LCA软件国际国内都很少，且技术的成熟性和数据库的灵活程度都落后于前者。而用于整个工业领域的LCA 软件又不易于无 LCA 基础的人员使用。 若要编制一个为建筑设计人员所用的建筑生命周期碳排放计算软件，考虑使用者对 LCA 理论未必有过多的了解，可以选择采用 BEES Online 的模式将建筑划分成功能单元，由软件设计者预先计算好每一 功能单元的全生命周期输入输出清单，但 BEES Online 的用户无法修改功能单元的全生命周期过程，这一方面可考虑采用 GaBi5 和 SimaPro7 的方式，提供一个平台，让用户可自定义功能单元的生命周期过程。 参考文献 [1] Dean M. M., Gary A. D. uation of Life-Cycle Assessment Tools Final Report[M]. 1996. [2] Cooper J.S., Fava J. Life Cycle Assessment Practitioner Survey Summary of Results[J]. Journal of Industrial Ecology, 2006, V10I4 P.12-P.14. [3] Barbara C. L., Shuaib A. Measuring the Life-Cycle Environmental and Economic Perance of Concrete the BEES Approach[A]. International Workshop on Sustainable Development and Concrete Technology, Proceedings of the International Workshop on Sustainable Development and Concrete Technology[C]. P. 213-P 230. [4] Lippiatt, B.C. BEES Online Technical Manual and User Guide. 网页版 BEES Online 可从一下网址免费获得 http//ws680.nist.gov/Bees/AWvnQb-A5zQEkAAAANmRiZThlODktNzcxMC00NTRlLWE4ZTYtMTc0M2NmYzc1YTdjbvTu2UYjMgsEe-5 建筑节能与物理环境 D4Lzq5jDtyuvA1/Default.aspx [5] a 国际标准化组织 ISO. Environmental Management Life-Cycle Assessment Principles and Framework, International Standard 14040, 1997. b ISO. Environmental Management Life-Cycle Assessment Goal and Scope Definition and Inventory Analysis, International Standard 14041, 1998. c ISO. Environmental Management Life-Cycle Assessment Life Cycle Impact Assessment, International Standard 14042, 2000. d ISO. Environmental Management Life-Cycle InterpretationLife Cycle Impact Assessment, International Standard 14043, 2000. [6] GaBi5s Databases-the fuel to drive product sustainability. 网址 http//www.gabi- [7] GaBi Education-Handbook for Life Cycle Assessment LCA. 网址http//www.gabi- [8] SimaPro 7 -Introduction into LCA. 网址http//.hk/urlsatrctjqSimaPro7IntroductionintoLCAsourcewebcd1ved0CDYQFjAAurlhttp3A2F2Fwww.pre.nl2Fdownload2Fmanuals2FSimaPro7IntroductionToLCA.pdfeiFgNzT5vOJ_CdiAfGjoHlDwusgAFQjCNEWZyW8Gs8TcIM1mF8HIjnV8JTJzAsig20A7FlCZPKfNaBYtrdOv4LA [9] SimaPro 7 -Database Manual- s library.网址http//.hk/urlsatrctjqSimaPro7DatabaseManualslibrarysourcewebcd1ved0CC8QFjAAurlhttp3A2F2Fwww.pre.nl2Fdownload2Fmanuals2FDatabaseManuals.pdfeinANzT9evEY2ZiQeP0tTjDwusgAFQjCNGtp8SHq-v1hinFQyfCudOxK1vLbAsig22Ec-NZNS_EZtLkjS9GoDlQ