中国环境科学 2022,42(8)：3922~3930 China Environmental Science 基于数智化生产线的木质建材生产碳排放评估 李佩娴 1,2,宋广翰 1,杨晓露 1,宋向南 3,卢昱杰 1,2* (1.同济大学土木工程学院,上海 200092；2.同济大学工程结构性能演 化与控制教育部重点实验室,上海 200092；3.广州大学管理学院,广东 广州 510006) 摘要：为研究数智化生产线的木质建材碳排放特征,为减碳策略提供底层数据支撑,对某数智化工厂生产的地板、木门和门套进行了基于生命周期评价 的碳排放核算,其单位质量碳足迹分别为 1.21,1.26 和 0.47kgCO2e/kg,地板和木门的碳排放强度均高于同类产品.材料和制造过程是木质建材产品的主要 碳排放来源,分别占产品总碳排的 54.74%~77.47%和 18.57%~38.94%;运输阶段和废气处理阶段碳排放之和均低于碳排放总量的 9%.基于蒙特卡洛模拟 的不确定性分析表明本研究结果具有较高精准度.数智化工厂未来可考虑从甄选低碳原材料、优化产品设计、提升设备能源效率、扩大清洁能源比例 等方面进一步提升. 关键词：木质建材；生命周期评价；碳排放；低碳策略；智能制造 中图分类号：X820.3 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2022)08-3922-09 DOI:10.19674/j.cnki.issn1000-6923.20220419.003 Carbon emissions assessment of wooden building materials manufactured from a digital and intelligent production line. LI Pei-xian1,2, SONG Guang-han1, YANG Xiao-lu1, SONG Xiang-nan3, LU Yu-jie1,2* (1.College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China；2.Key Laboratory of Performance Evolution and Control for Engineering Structures of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China；3.School of Management, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China). China Environmental Science, 2022,42(8)：3922~3930 Abstract：In order to understand carbon emissions from wooden building materials produced in digital and intelligent factories and to provide ground references and benchmarks for carbon reduction strategies, a life-cycle assessment (LCA) was conducted in this study to quantify the carbon footprints of main wooden building materials. The results show that the carbon footprints (per unit mass: kg CO2e/kg) for a wood floor tile, a wood door, and a wood door frame are 1.21, 1.26, and 0.47, respectively. The carbon footprints of the floor tile and the door are greater than their domestic counterparts in the literature. The raw materials and production processes are the main sources of carbon emissions for wooden building materials, accounting for 54.74%~77.47% and 18.57%~38.94% of the total carbon emissions, respectively, while the carbon emissions during transportation and waste gas treatment process account for less than 9% of the total carbon emissions. The Monte Carlo simulations show a relatively low uncertainty of the calculated carbon emissions in this study. Digital and intelligent factories could potentially reduce carbon emissions in the future by procuring low-carbon raw materials, optimizing the product designs, improving the energy efficiency of equipment, and using clean energy like solar and wind. Key words：wooden building materials；life cycle assessment；carbon emissions；low-carbon strategy；intelligent manufacturing 建材是产生碳排放的重点领域之一.数据显 生产工艺流程复杂化和生产材料多样化,有可能导 示,2018 年全国建材碳排放比重达到了全国碳排放 致产品生产阶段碳排放过高.在上述背景下,前瞻性 [1] 总量的 28.3% .推动建材生产过程“减碳、控碳”是 的评估产品智能制造过程的碳足迹并针对性的提 实现国家尺度“双碳”目标的主要途径之一.木质建 出减排建议,不仅对案例企业本身具有积极意义,也 材加工需求旺盛,生产模式也逐渐从手工、半手工模 将为智能化变革下的木质建材加工行业低碳发展 式转向数智化,即数字化与智能化相结合.本文所选 提供一定程度的信息支撑. 的案例企业是全国率先推出木质家具产品智能制 生命周期评价(LCA)广泛应用于包括木质建材 造的企业之一,在行业内部具有很强的代表性,该类 的碳排放特征分析.前人已重点关注木质建材生 数字化智能制造工厂模式可能革新整个行业的发 展.但不可忽视的是,智能制造带来标准化和高效性 等利好的同时,也将消耗更多的动力能源,特别是人 类追求高质量生活水平所需的高奢产品定位导致 收稿日期：2022-02-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目(52108090,52078374,71904032); 上海市浦江人才计划(2020PJD074) * 责任作者, 教授, lu6@tongji.edu.cn 8期 李佩娴等：基于数智化生产线的木质建材生产碳排放评估 产对生态环境的影响,并提出了针对性的减碳策略. 3923 廉、数据类型清晰等优势. 例如,研究发现原材料供应及产品分销阶段对产品 数据清单的不确定性严重影响 LCA 研究结 温室气体排放有较大影响,可通过改变运输模式、减 果的可信度.为保证 LCA 结果的准确度,定量评估 .此外,木 并 控 制 原 始 数 据 质 量 显 得 尤 为 重 要 [12]. 已 有 学 质建材碳排放与生产成本等因素相关.文献通过 者 [13] 提出建立数据质量指标法与蒙特卡罗模拟 LCA 法对不同经济、环境影响因素建模,分析了木 相结合的数据不确定度分析方法,但其并没有通 少闲置运输能力等提高绿色供应链管理 [2-4] [5] 质产品的价值链 ,且将其生命周期各阶段的碳足 [6] 迹分开估算,提出了相应减排措施 . 过相应的原始数据对该方法进行对比验证.不确 定性分析方法包括泰勒级数展开、Zadeh 模糊集 前人多从国家尺度或者产品尺度研究木质建 [7] 与逻辑理论和贝叶斯模型平均、蒙特卡罗模拟法 材碳排放.王珊珊等 通过国家间行业对比分析了 等 [14].泰勒级数展开多用于条件复杂的不确定性 中国造板行业的节能减排现状,评估木材替代同类 分析;模糊算法的模型相对简单、单调,计算次数较 [8] 型建材达到的温室气体减排效果 .国家尺度的数 少,但结果准确度不够;而蒙特卡罗模拟法通过对 据主要来源于国家、地方政府公布的公共数据库资 每一项不确定性来源进行分布假设,利用计算机 源及相关文献,且多存在均衡性与同质性假设,计算 进行多次计算,从而获得整体碳排放不确定性的 结果具有较高的不确定性.产品尺度的木质建材碳 统计特征,更适合产品碳足迹评价.使用蒙特卡罗 排放研究的方法主要包括碳排因子法和实测法.相 模拟计算不确定性广泛应用于多个领域的碳足迹 [9] 分析,如某塑料软包装印刷企业的印刷前阶段碳 关研究使用实测法分析多功能木质家具的碳足迹 , ,并对 足迹评价 [11]、乳制品“从摇篮到零售”的生命周期 强 化 木 地 板的 碳 足 迹 核算 方 法 和 步骤 进 行 了 探 评价 [15]以及生物质燃料乙醇的经济、能源和环境 讨 [11].不过上述方法受制于测量设备和收集技术等 生命周期评估 [16]等. 核算木质床头柜在主要生产阶段的碳足迹 [10] 外界因素,无法保证测量数据的精度且成本相对较 本研究通过核算数智化生产线的木质建材从 高.碳排放因子法是 IPCC 提出的一种自下而上的碳 摇篮到大门的碳排放量,分析 3 种典型木质产品的 排放估算方法,也是目前广泛应用的方法.其基本思 分阶段碳排放特征,挖掘各个阶段碳减排潜力,使数 路是从产品或服务的具体生产过程出发,针对每一 智化企业鉴定并优先处理最具温室气体减量潜力 种排放源收集其活动数据与排放