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建筑行業是我國積極穩妥推進碳達峰碳中和目標的重點領域。建筑設計階段所確定的建筑材料、建造方式及運行性能，對建筑全生命周期近90%的碳排放有著直接或間接的影響。由此可見，建筑節能降碳設計是推動建筑領域實現低碳可持續發展的關鍵舉措。
本書以我國廣泛應用的混凝土結構為對象，從隱含碳排放計算方法、碳排放指標特征、碳排放預測模型，以及材料、構件與結構的低碳設計這四個維度進行闡述，旨在為混凝土建筑的低碳設計與評價提供有效指導。
本書共7章，在分析建筑領域碳排放現狀、相關政策與標準建設，以及國內外研究情況的基礎上，綜合運用生命周期評價、建筑結構設計、機器學習、智能優化算法和統計概率分析等交叉學科知識，系統地闡述了混凝土建筑隱含碳排放計算方法，基于工程大數據分析了隱含碳排放指標的統計特性與影響因素，提出了早期設計階段的碳排放強度智能預測模型，并通過理論研究和工程實例建立了混凝土材料、構件及結構的低碳設計方法。
本書結構清晰、內容豐富，理論與實踐相結合，可供土木工程等相關專業的高等院校、科研單位及建筑企業的相關人員參考，尤其適合從事建筑結構節能降碳設計等研究與工程實踐的研究生和技術人員使用。

作者在建筑結構碳排放計算、評價與低碳設計等方面有深刻的理解和研究基礎，承擔相關科研項目十余項，發表高質量學術論文數十篇，曾出版《建筑工程碳排放計量》（十四五國家重點出版物出版規劃項目碳中和綠色建造叢書子目），并主編或參編黑龍江省《建筑全過程碳排放計算標準》、國家標準《城鄉建設領域碳計量核算標準》、團體標準《裝配式混凝土預制構件碳排放計量與核算標準》等多項標準，主要成果榮獲2023年度黑龍江省科學技術獎成果轉化一等獎。張孝存、劉凱華本碩博均畢業于哈爾濱工業大學，王鳳來為哈爾濱工業大學教授、黑龍江省勘察設計大師。
以混凝土建筑碳排放為研究對象，從碳排放計算方法入手，厘清碳排放源與指標統計特征，構建混凝土建筑的隱含碳排放預測模型，并基于混凝土材料、構件和結構三個層面建立低碳設計方法，從而為混凝土建筑的節能降碳提供系統性指導。本書理論介紹、模型構建與大量的實例分析相結合，組織脈絡清晰、內容體系完整。
目前國內未見有關混凝土建筑碳排放計算與低碳設計方面的專門性著作，本書的混凝土建筑碳排放指標統計特征、智能預測模型及材料、構件與結構層面低碳設計的相關內容填補了這一領域的空白。

碳達峰碳中和是我國基于推動構建人類命運共同體的責任擔當和實現可持續發展的內在要求而作出的重大戰略決策，展示了我國為應對全球氣候變化作出的新努力和新貢獻。建筑領域是我國資源、能源消費與碳排放的重點領域，節能降碳任務艱巨、潛力巨大。為加快推動建筑領域節能降碳，積極穩妥推進碳達峰碳中和戰略目標，促進建筑產業實現高質量發展，發展新質生產力，我國陸續建立了1 N完整的政策體系，發布了《加快推動建筑領域節能降碳工作方案》等重要政策文件，對推進建筑領域碳排放統計核算與綠色低碳建造，具有極其重大的理論意義和實踐指導價值。
混凝土結構作為我國應用最為廣泛的建筑結構體系之一，在建筑領域占據著舉足輕重的地位。然而，混凝土建筑在建造過程中需要消耗大量的水泥、鋼材等高碳排放建筑材料，形成了環境保護的巨大壓力。從頭而論，建筑設計階段決定了建筑材料的種類和用量，決定了建造方式及運行階段的各項性能與參數，實際上直接或間接對建筑全生命周期近90%的碳排放量有至關重要的影響。為此，以設計為切入點，深入研究混凝土建筑的碳排放特征與節能降碳技術路徑，是抓住了建筑領域低碳可持續發展的牛鼻子。
近年來，建筑領域碳排放的相關研究備受行業關注。全球范圍內，從建筑碳排放的計算方法、案例分析與低碳設計等方面開展了大量的基礎性研究、應用與標準化工作，國內外先后發布了GB/T 513662019《建筑碳排放計算標準》及BS EN 15978：2011等標準，配套了Gabi BuildIt、BEES、PKPMCES等建筑領域碳計算與分析的專門性軟件，為加快建筑領域節能降碳工作奠定了良好基礎。與此同時，圍繞混凝土建筑隱含碳排放的研究與應用仍存在明顯不足：首先，碳排放計算模型的工程適用性有待提高，碳排放因子基礎數據庫亟須完善，與現行工程計量及計價體系的銜接等方面尚有較大的工作量；其次，工程案例碳排放計算與分析受限于計算邊界、計量方法與基礎數據的準確性，行業碳排放基準值的確定十分困難，加大了在設計階段早期完成碳排放預測的難度，形成對材料、技術與建筑低碳評價工作的阻礙；最后，建筑設計過程低碳化評判缺乏系統化的量化指標、實際工作中技術堆砌帶來的低碳夸大等問題十分普遍，從低碳材料、低碳構件、低碳技術到低碳建筑的系統性設計方法尚處于起步階段。
本書作者在建筑結構碳排放計算、評價與低碳設計等方面有深刻的理解和研究基礎，承擔相關科研項目十余項，發表高質量學術論文數十篇，曾出版《建筑工程碳排放計量》（十四五國家重點出版物出版規劃項目碳中和綠色建造叢書子目），并主編或參編黑龍江省《建筑全過程碳排放計算標準》、國家標準《城鄉建設領域碳計量核算標準》、團體標準《裝配式混凝土預制構件碳排放計量與核算標準》等多項標準，主要成果榮獲2023年度黑龍江省科學技術獎成果轉化一等獎。在長期潛心研究的成果支撐下，本書以混凝土建筑碳排放為研究對象，在總結分析國內外政策措施、技術標準與研究成果基礎上，從碳排放計算方法入手，依托工程案例大數據分析，厘清碳源與技術指標，構建了混凝土建筑的隱含碳排放預測模型，從混凝土材料、構件和結構三個層面，結合人工智能算法建立了低碳設計方法體系，從而為混凝土建筑的低碳設計與評價提供指導。
全書共分為7章，第1章介紹了全球建筑領域碳排放現狀、相關政策、標準建設情況及國內外研究現狀；第2章整理了混凝土建筑隱含碳排放計算的理論框架，基于物料消耗和分項工程建立了實用計算模型及不確定性評價方法；第3章給出了混凝土建筑隱含碳排放指標的統計方法，研究了低層、多層與高層混凝土建筑隱含碳排放的統計特性；第4章以機器學習算法為核心，基于數據處理、模型創建與實例分析提出了適用于早期設計階段的混凝土建筑隱含碳排放智能預測模型；第5章以混凝土材料為對象，集成機器學習與智能優化算法建立了配合比的低碳優化設計方法；第6章提出了混凝土構件的低碳優化設計算法，并以框架柱、簡支梁和連續梁為對象開展了實例研究與影響因素分析；第7章聚焦混凝土結構的低碳設計，通過實例研究分析了對比設計法與優化設計法實現混凝土結構降碳設計的可行路徑與潛力。
本書由寧波大學張孝存、哈爾濱工業大學王鳳來和廣東工業大學劉凱華合著，具體分工為：第1章，張孝存和王鳳來；第2～3章，張孝存；第4～5章，張孝存和劉凱華；第6～7章，張孝存。全書由張孝存負責統稿，王鳳來和劉凱華進行內容校對。本書由國家自然科學基金項目基于低碳指標的混凝土結構可持續性設計與評價方法研究（編號52108152）、浙江省自然科學基金項目建筑碳排放定額計算方法與低碳量化評價模型研究（編號LQ22E080001）和寧波市自然科學基金項目基于機器學習的城市居住建筑物化碳排放指標分析與特征研究（編號2023J073）資助。本書引用了大量的國內外相關研究文獻，在此向文獻作者表示衷心感謝。本書撰寫過程中，寧波大學陳海亮、徐龍等也做了一些輔助性工作，在此一并表示感謝。
本書以混凝土建筑的碳排放計算方法、統計特征、預測模型及低碳設計體系為著眼點，理論研究與實例分析相結合，組織脈絡清晰、內容體系完整，適用于土木工程等相關專業高等院校、科研單位及建筑企業的相關人員參考使用。由于作者水平有限，書中難免存在不妥之處，懇請廣大讀者及時反饋相關問題與建議，幫助不斷完善本書內容，為建筑領域低碳可持續發展共同努力。

張孝存（1990），工學博士，寧波大學土木工程與地理環境學院副教授，智能建造研究所所長。本碩博畢業于哈爾濱工業大學土木工程專業，國家一級注冊結構工程師。主要從事低碳建筑結構與可持續、智能設計與建造、碳排放計量評價等相關研究工作。主持國家自然科學基金等縱向科研項目7項，承擔橫向課題等10余項。主編浙江省十四五普通高等教育本科規劃教材《建筑工程碳排放計量》，副主編教材3部。出版譯注《混凝土結構統一理論》。發表相關領域學術論文40余篇，其中以第一/通訊作者在國際期刊發表高水平SCI論文25篇，ESI高被引論文1篇，引用千余次。參編國家、地方及團體標準6部。
王鳳來（1971），工學博士，哈爾濱工業大學教授、博導，黑龍江省工程勘察設計大師，國家一級注冊結構工程師，砌體結構專家。現任哈爾濱工業大學混凝土及砌體結構研究中心主任。在寒地綠色低碳建筑與結構成套技術等領域取得重大成果且實施了轉化落地。主持并完成十一五十二五十三五國家重點研發計劃項目及課題；主持黑龍江省重大科技成果轉化項目、中國工程院咨詢項目等數十項科研課題。出版專著、譯著及教材等7本，主編及參編國家、省級、行業標準17本，發表論文170余篇，授權專利88項（其中發明專利19項）；研究成果獲黑龍江省科學技術進步一等獎、二等獎各一項（排名第1）、黑龍江省科學技術獎科學技術成果轉化一等獎（排名第1）、標準科技創新獎一等獎（排名第1）、中國房地產協會科學技術獎一等獎（排名第1），參與獲得華夏建設科學技術獎一等獎、二等獎各一項。
劉凱華（1990），工學博士，廣東工業大學土木與交通工程學院副教授，土木工程系副主任。本碩博畢業于哈爾濱工業大學，主要從事混凝土結構耐久性、建筑固廢資源化、智能建造等方向研究。主持國家及省部級縱向科研項目3項，參與國家重點研發計劃子課題及企業委托橫向項目10余項。參編教材《混凝土及砌體結構》《混凝土結構設計》《建筑工程碳排放計量》等，發表領域研究論文30余篇，其中以第一/通訊作者發表高水平SCI論文20余篇。擔任中國土木工程學會綠色建造與運維分會理事，全國高等教育自學考試指導委員會土木水利礦業環境類專業委員會委員等。

前言
第1章概述1
1．1建筑碳排放現狀1
1．1．1全球碳排放趨勢1
1．1．2建筑領域碳排放2
1．2相關政策與標準建設3
1．2．1國際政策3
1．2．2國內政策6
1．2．3標準建設8
1．3國內外研究情況10
1．3．1建筑碳排放計算方法10
1．3．2建筑碳排放案例研究18
1．3．3混凝土建筑低碳設計24
1．4研究路線圖28
本章小結29
第2章混凝土建筑隱含碳排放計算方法31
本章導讀31
2．1理論框架32
2．1．1一般程序32
2．1．2功能單位32
2．1．3系統邊界32
2．1．4計算方法35
2．1．5數據來源36
2．1．6結果解釋36
2．2基于物料消耗的碳排放計算37
2．2．1計算方法37
2．2．2碳排放因子40
2．3基于分項工程的碳排放計算43
2．3．1計算方法43
2．3．2綜合碳排放指標45
2．4計算不確定性評價53
2．4．1不確定性來源53
2．4．2評價方法概述53
2．4．3數據概率模型53
2．4．4不確定性分析56
2．5算例分析58
2．5．1算例概況58
2．5．2碳排放計算61
2．5．3不確定性水準62
本章小結66
第3章混凝土建筑隱含碳排放指標特征67
本章導讀67
3．1統計方法概述68
3．1．1系統邊界68
3．1．2指標計算68
3．1．3統計分析70
3．1．4數據清洗71
3．2高層建筑指標特征72
3．2．1建筑樣本概況72
3．2．2碳排放強度分析74
3．2．3材料貢獻度分析76
3．2．4影響因素分析78
3．2．5降碳潛力分析81
3．2．6主要結論82
3．3低層與多層建筑指標特征82
3．3．1建筑樣本概況82
3．3．2碳排放強度分析85
3．3．3影響因素分析86
3．3．4材料貢獻度分析88
3．3．5系統邊界情景分析89
3．3．6線性回歸模型90
3．3．7主要結論93
本章小結94
第4章混凝土建筑隱含碳排放預測模型95
本章導讀95
4．1回歸分析基礎96
4．1．1回歸分析方法96
4．1．2預測模型框架99
4．2數據集與特征篩選100
4．2．1數據清洗100
4．2．2類型轉換103
4．2．3特征篩選105
4．2．4多重共線性106
4．3機器學習算法107
4．3．1概述107
4．3．2常用算法介紹108
4．3．3交叉驗證技術116
4．3．4超參數調優技術118
4．3．5模型性能評價120
4．3．6模型解釋121
4．4實例分析122
4．4．1數據處理122
4．4．2模型構建124
4．4．3性能對比125
4．4．4模型解釋129
4．4．5主要結論與建議131
本章小結132
第5章混凝土材料的低碳設計133
本章導讀133
5．1混凝土配合比134
5．1．1基本概念134
5．1．2傳統設計方法136
5．2配合比智能設計算法140
5．2．1目標函數140
5．2．2約束條件142
5．2．3智能優化算法142
5．2．4最優解決策145
5．3混凝土強度預測模型146
5．3．1數據篩選146
5．3．2材料性能預測模型147
5．3．3模型性能評價148
5．4配合比優化設計實例149
5．4．1特征描述149
5．4．2模型選擇150
5．4．3設計結果155
5．4．4主要結論158
本章小結158
第6章混凝土構件的低碳設計160
本章導讀160
6．1優化設計模型161
6．1．1問題描述161
6．1．2目標函數163
6．1．3約束條件164
6．2優化算法166
6．2．1最優解決策166
6．2．2遺傳算法168
6．3框架柱算例分析172
6．3．1模型構建172
6．3．2算例概況174
6．3．3優化設計結果176
6．3．4材料強度的影響176
6．3．5軸壓比和偏心距的影響177
6．3．6抗震等級的影響178
6．4簡支梁算例分析179
6．4．1模型構建179
6．4．2算例概況181
6．4．3優化設計結果182
6．4．4設計參數的影響184
6．4．5環境類別的影響185
6．4．6碳排放因子的影響186
6．4．7荷載效應的影響187
6．5連續梁算例分析188
6．5．1模型構建188
6．5．2算例概況189
6．5．3基準情景優化設計結果191
6．5．4考慮不確定性的優化結果192
6．5．5設計參數分析195
6．5．6優化設計建議196
本章小結198
第7章混凝土結構的低碳設計199
本章導讀199
7．1對比設計法200
7．1．1基本步驟200
7．1．2目標范圍201
7．1．3評估指標201
7．1．4貢獻度分析204
7．1．5敏感性分析205
7．2結構體系對比實例208
7．2．1低層建筑結構208
7．2．2多層建筑結構217
7．2．3高層建筑結構224
7．3優化設計法227
7．3．1混合式優化框架227
7．3．2優化算法229
7．4框架結構優化算例231
7．4．1設計資料231
7．4．2初始結構方案碳排放分析231
7．4．3單目標優化設計245
7．4．4雙目標優化設計250
本章小結252
參考文獻253