CN114462133A - 基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法及系统，属于企业产品碳排放技术领域，包括：S1、建立模型字段信息编码；S2、建立可配置碳足迹核算模型；S3、建立可配置的碳核算策略；S4、建立碳核算策略与基础数据的映射关系；S5、建立统一产品类别库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；S6、统一物资编码库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；S7、基于孪生模型和接口技术，实现多种数据获取方式获取数据；S8、基于孪生模型或实时数据的装备产品自动核算；S9、基于不同碳核算方案的碳排放量对比；S10、企业产品碳排放量的实时监控；S11、产品全生命周期碳排放的分析评估。
Description
技术领域
本发明属于企业产品碳排放技术领域，特别是涉及一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法及系统。
背景技术
目前全球气候变暖问题得到国内外的高度重视，加快建材行业绿色低碳转型发展，这需要相关企业对于装备产品包括材料生产、材料运输、产品生产制造、产品发运、产品安装、使用与维护及产品回收在内的全生命周期碳排放量进行碳足迹核算与监测。
目前，对装备产品的碳排放计算主要关注产品全生命周期碳足迹核算；并且，对装备产品碳足迹的计算方法主要采用清单统计法，即通过现场领料单、电表、汽油和柴油的计量进行统计，汇总得到装备产品生产过程的实测总能耗；同时，碳排放精细化核算计算繁琐，对专业技术要求高，使用传统手段，无法在施工前对装备产品的全生命周期碳排放数据进行快速的精细化预算，无法全面快速对设计方案进行分析、对比、评估、优化，无法为企业提供设计和使用环节的碳排放评价工具。
发明内容
技术目的：本发明提供一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法及系统；解决当前传统碳排放核算阶段要素不全、计算繁琐、精度不够、无法指导方案优化的问题。
技术方案
本发明的第一目的是提供一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法，包括如下步骤：
S1、建立满足产品全生命周期碳足迹核算需求的模型字段信息编码；
S2、建立可配置碳足迹核算模型；
依据碳足迹核算方法建立产品全生命周期不同阶段不同核算方式的计算模型；
S3、建立满足企业产品碳核算基本需要的可配置的碳核算策略；
根据用户需求、核算的精度及实际生产情况设计配置企业产品碳核算策略；
S4、建立碳核算策略与基础数据的映射关系；
基于碳核算策略对应核算过程中基础数据的获取触发点，配置获取固定系数或国标数据的方式；
S5、建立统一产品类别库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
S6、统一物资编码库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
基于步骤S5中产品类别库与BIM模型数据的映射关系获取产品的属性信息，根据属性信息，匹配材料的碳排放因子，方便碳因子配置；
S7、基于孪生模型和接口技术，实现多种数据获取方式获取数据；
S8、基于孪生模型或实时数据的装备产品自动核算；
S9、基于不同碳核算方案的碳排放量对比；
S10、企业产品碳排放量的实时监控；
S11、产品全生命周期碳排放的分析评估。
优选地，S1具体为：制定统一的模型字段编码标准，用数字和/或字母表示一个字段的唯一性。
优选地，S5具体为：应用BIM建模软件建立符合生产、加工精度要求的数字孪生模型；碳足迹核算过程中，通过确定产品类别获取孪生模型并自动提取模型的属性数据，将全生命周期数据录入与核算。
优选地，S7具体为：第一种是根据产品类别获取数字孪生模型并自动提取孪生模型中生产过程的核算数据；第二种是根据外部文件导入产品生产过程的清单数据；第三种是外部接口，已完成数字化的企业根据接口连接碳核算平台，平台实时采集企业产品生产过程数据；第一种和第二种方式录入数据可以调整数据并自动或手动计算。
优选地，S8具体为：基于孪生模型变更或接口数据实时录入，匹配材料的碳排放因子，匹配安装和拆除对应的编码；计算能源消耗量；依据系统内置的因子库实现产品材料生产、材料运输、生产制造、产品运输、安装调试、使用与维护、产品回收各阶段碳排放量的快速、详细、完整的计算。
优选地，S11具体为：基于各阶段得到的各项数据，采用大数据分析方法对相关碳排放涉及到的材料生产因素、材料运输因素、生产制造因素、安装调试因素以及其他主客观因素进行系统性分析，凸显高碳排放环节的关键影响因素；以指导优化工艺流程、设计方案、运输方案、调整施工组织方案，实现企业对产品碳排放的评估和把控。
本发明的第二目的是提供一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算系统，包括：
多个客户终端、一个应用服务器及一个数据库；其中：所述应用服务器包含碳排放核算的多个功能模块，用于对数字孪生模型数据进行处理、算法分析、功能发布；数据库用于存储数字孪生模型信息、基础数据信息；所述功能模块包括：
模型字段信息编码模块，建立满足产品全生命周期碳足迹核算需求的模型字段信息编码；
碳足迹核算模型模块，建立可配置碳足迹核算模型；依据碳足迹核算方法建立产品全生命周期不同阶段不同核算方式的计算模型；
碳核算策略模块，建立满足企业产品碳核算基本需要的可配置的碳核算策略；根据用户需求、核算的精度及实际生产情况设计配置企业产品碳核算策略；
映射关系模块，建立碳核算策略与基础数据的映射关系；基于碳核算策略对应核算过程中基础数据的获取触发点，配置获取固定系数或国标数据的方式；
类别模块，建立统一产品类别库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
统一模块，统一物资编码库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；基于上述产品类别库与BIM模型数据的映射关系获取产品的属性信息，根据属性信息，匹配材料的碳排放因子，方便碳因子配置；
数据获取模块，基于孪生模型和接口技术，实现多种数据获取方式获取数据；
自动核算模块，基于孪生模型或实时数据的装备产品自动核算；
对比模块，基于不同碳核算方案的碳排放量对比；
监控模块，企业产品碳排放量的实时监控；
评估模块，产品全生命周期碳排放的分析评估。
本专利的第三发明目的是提供一种实现上述基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法的信息数据处理终端。
本专利的第四发明目的是提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法。
本发明的优点及积极效果为：
本发明基于数字化管理平台，而非对特定的行业进行评估，方便快捷地实现对数字孪生模型及碳排放数据的灵活配置、自动计算、存储、方案对比、查询、展示，可减少碳排放计算的重复工作，提高产品全生命周期碳排放核算效率，保证碳排放计算细度和准确度，对产婆各阶段低碳减排提供强大数据支撑，为碳达峰、碳中和目标提供全面、系统的服务。
附图说明
图1是本发明优选实施例中的流程图；
图2是本发明优选实施例中产品全生命周期计算示意图；
图3是本发明优选实施例的硬件架构图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并结合附图详细说明如下。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3：
一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法，参见图1，包括以下步骤：
S1、建立满足产品全生命周期碳足迹核算需求的模型字段信息编码；
建立满足产品全生命周期碳足迹核算需求的模型字段信息编码的方法，制定统一的模型字段编码标准，用数字和字母表示一个字段的唯一性，例如：MaterialCode物资编码、TotalWeight总重(kg)。
主要是为了方便计算模型可配置。参见表1
表1模型字段编码
S2、建立可配置碳足迹核算模型；
依据碳足迹核算方法（清单分析法）建立产品全生命周期不同阶段不同核算方式的计算模型；可配置的方式更有助于针对不同企业产品或同一企业差距较大的产品进行个性化。
S3、建立满足企业产品碳核算基本需要的可配置的碳核算策略；
根据用户需求、核算的精度及实际生产情况设计配置企业产品碳核算策略，碳核算策略是在碳足迹核算模型的基础上建立使用场景，方便用户根据自己的需要选择策略，降低了使用门槛，主要核算公式如下：
式中：
CF——产品碳足迹，kgCO2e；
Mi——第i种能源和物料的消耗量，质量/kW·h；
Ni——第i种能源和物料的碳足迹系数，kgCO2e/质量或kgCO2e/kW·h。
S4、建立碳核算策略与基础数据的映射关系；
基于碳核算策略对应核算过程中基础数据的获取触发点，灵活配置获取固定系数或国标数据的方式。
S5、建立统一产品类别库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
应用BIM建模软件建立符合生产、加工精度要求的数字孪生模型；碳足迹核算过程中，通过确定产品类别获取孪生模型并自动提取模型的属性数据，方便将全生命周期数据快速录入与核算。
S6、统一物资编码库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
基于步骤S5中产品类别库与BIM模型数据的映射关系获取产品的属性信息，根据属性信息，程序自动匹配材料的碳排放因子，方便碳因子配置，参见表2。
表2物资编码与碳因子映射
S7、基于孪生模型和接口技术，实现多种数据获取方式获取数据；
一是根据产品类别获取数字孪生模型并自动提取孪生模型中生产过程的核算数据；二是根据外部文件导入产品生产过程的清单数据；三是灵活的外部接口，已完成数字化的企业可以根据接口连接碳核算平台，平台实时采集企业产品生产过程数据；一、二种方式录入数据可以调整数据并自动或手动计算。企业可以根据自身的数字化管理水平选择适合自己的方式。
S8、基于孪生模型或实时数据的装备产品自动核算；
基于孪生模型变更或接口数据实时录入，匹配材料的碳排放因子，自动匹配安装和拆除对应的编码；自动计算能源消耗量；依据系统内置的原料碳因子库、机械设备碳因子库、燃料碳因子库等，实现产品材料生产、材料运输、生产制造、产品运输、安装调试、使用与维护、产品回收等各阶段碳排放量的快速、详细、完整的计算。
S9、基于不同碳核算方案的碳排放量对比；
一个产品可以有多个碳核算方案；可以实现任意两个碳核算方案对比；多维度对比不同核算方案模型的碳指标，包括：材料消耗对比、材料运输对比、生产工艺对比、安装调试、维保使用对比对比等关键环节。
S10、企业产品碳排放量的实时监控；
基于企业不同的产品核算数据依据算法模型，计算对应产品的平均碳足迹情况，展示在监控中心中，方便对比不同产品之间的碳足迹情况；针对不同产品的碳足迹情况，通过雷达图展示数据指标分析，同时可以通过操作数字孪生模型分析零部件碳足迹数据指标。
S11、产品全生命周期碳排放的分析评估；
基于步骤S1～S8得到的各项数据，采用大数据分析方法对相关碳排放涉及到的材料生产因素、材料运输因素、生产制造因素、安装调试因素以及其他主客观因素进行系统性分析，凸显高碳排放环节的关键影响因素；以指导优化工艺流程、设计方案、运输方案、调整施工组织方案，实现企业对产品碳排放的评估和把控。
例如，某一款装备产品碳排放超标，可能是由于设计错误导致拆除返工，采购原材料不符合低碳要求，材料或产品物流方案不合理，也有可能是相关工艺问题造成设备空转等。通过分析评估，及时发现问题，指导从源头实施减碳措施。
相应的，本发明还提供了一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算系统，包括：多个客户终端、一个应用服务器及一个数据库，其中：每个客户终端具有用户操作界面，供技术人员执行碳排放方案设计、反馈、对比、监控、生成评估报告等相关操作；应用服务器包含了碳排放计算的多个功能模块，用于对数字孪生模型及第三方接口的数据处理、算法分析、接口查询等；
所述功能模块包括：
模型字段信息编码模块，建立满足产品全生命周期碳足迹核算需求的模型字段信息编码；
碳足迹核算模型模块，建立可配置碳足迹核算模型；依据碳足迹核算方法建立产品全生命周期不同阶段不同核算方式的计算模型；
碳核算策略模块，建立满足企业产品碳核算基本需要的可配置的碳核算策略；根据用户需求、核算的精度及实际生产情况设计配置企业产品碳核算策略；
映射关系模块，建立碳核算策略与基础数据的映射关系；基于碳核算策略对应核算过程中基础数据的获取触发点，配置获取固定系数或国标数据的方式；
类别模块，建立统一产品类别库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
统一模块，统一物资编码库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；基于上述产品类别库与BIM模型数据的映射关系获取产品的属性信息，根据属性信息，匹配材料的碳排放因子，方便碳因子配置；
数据获取模块，基于孪生模型和接口技术，实现多种数据获取方式获取数据；
自动核算模块，基于孪生模型或实时数据的装备产品自动核算；
对比模块，基于不同碳核算方案的碳排放量对比；
监控模块，企业产品碳排放量的实时监控；
评估模块，产品全生命周期碳排放的分析评估。
1、建设建材装备产品碳足迹丰富的基础数据库，包括原材料生产、加工制造、物流运输、安装调试、运转维护、设备回收等全生命周期过程。依照公司《建材工业信息化编码标准》对建材装备分类、统计，并进行编码，形成一套全面、完备的建材装备编码体系。对建材装备全生命周期各阶段进行数字孪生，识别碳足迹影响因素，建立碳足迹核算参数体系，建算法模型，形成建材装备全周期碳足迹核算能力，逐步建立可靠、丰富的碳足迹核算基础数据库。
2、可提供推荐的核算方案以便用户使用，用户可以选择推荐方案也可以根据自己的需要灵活配置核算方案，方便用户使用。详细设备BOM清单中展示该设备每个零部件的规格、材料、重量、设计寿命、维护记录等关键信息。将清单中的每一种材料匹配碳排放因子，用于计算装备产品原料整体碳排放量，使碳核算数据更精确。
3、基于装备产品碳排放平台，对上述全周期过程、业务场景、影响因素进行准确的数字孪生，全面应用物联网、工业互联网和大数据等信息技术，实时采集、汇聚、分析各阶段的参数数据，实现对装备产品全生命周期碳排放的核算。建立评价规范体系，合理确定装备产品碳排放值，计入产品碳足迹核算基础数据库。以碳排放量为指标可对建材装备产品不同全生命周期任一阶段的方案做对比，以指导生产工作。进行智能核算结果分析并形成以碳排放量作为量化综合衡量指标的评价体系。
一种实现上述基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法的信息数据处理终端。
一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立满足产品全生命周期碳足迹核算需求的模型字段信息编码；
S2、建立可配置碳足迹核算模型；
依据碳足迹核算方法建立产品全生命周期不同阶段不同核算方式的计算模型；
S3、建立满足企业产品碳核算基本需要的可配置的碳核算策略；
根据用户需求、核算的精度及实际生产情况设计配置企业产品碳核算策略；
S4、建立碳核算策略与基础数据的映射关系；
基于碳核算策略对应核算过程中基础数据的获取触发点，配置获取固定系数或国标数据的方式；
S5、建立统一产品类别库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
S6、统一物资编码库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
基于步骤S5中产品类别库与BIM模型数据的映射关系获取产品的属性信息，根据属性信息，匹配材料的碳排放因子，方便碳因子配置；
S7、基于孪生模型和接口技术，实现多种数据获取方式获取数据；
S8、基于孪生模型或实时数据的装备产品自动核算；
S9、基于不同碳核算方案的碳排放量对比；
S10、企业产品碳排放量的实时监控；
S11、产品全生命周期碳排放的分析评估。
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法，其特征在于，S1具体为：制定统一的模型字段编码标准，用数字和/或字母表示一个字段的唯一性。
3.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法，其特征在于，S5具体为：应用BIM建模软件建立符合生产、加工精度要求的数字孪生模型；碳足迹核算过程中，通过确定产品类别获取孪生模型并自动提取模型的属性数据，将全生命周期数据录入与核算。
4.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法，其特征在于，S7具体为：第一种是根据产品类别获取数字孪生模型并自动提取孪生模型中生产过程的核算数据；第二种是根据外部文件导入产品生产过程的清单数据；第三种是外部接口，已完成数字化的企业根据接口连接碳核算平台，平台实时采集企业产品生产过程数据；第一种和第二种方式录入数据可以调整数据并自动或手动计算。
5.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法，其特征在于，S8具体为：基于孪生模型变更或接口数据实时录入，匹配材料的碳排放因子，匹配安装和拆除对应的编码；计算能源消耗量；依据系统内置的因子库实现产品材料生产、材料运输、生产制造、产品运输、安装调试、使用与维护、产品回收各阶段碳排放量的快速、详细、完整的计算。
6.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法，其特征在于，S11具体为：基于各阶段得到的各项数据，采用大数据分析方法对相关碳排放涉及到的材料生产因素、材料运输因素、生产制造因素、安装调试因素以及其他主客观因素进行系统性分析，凸显高碳排放环节的关键影响因素；以指导优化工艺流程、设计方案、运输方案、调整施工组织方案，实现企业对产品碳排放的评估和把控。
7.一种基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算系统，其特征在于，包括：
多个客户终端、一个应用服务器及一个数据库；其中：所述应用服务器包含碳排放核算的多个功能模块，用于对数字孪生模型数据进行处理、算法分析、功能发布；数据库用于存储数字孪生模型信息、基础数据信息；所述功能模块包括：
模型字段信息编码模块，建立满足产品全生命周期碳足迹核算需求的模型字段信息编码；
碳足迹核算模型模块，建立可配置碳足迹核算模型；依据碳足迹核算方法建立产品全生命周期不同阶段不同核算方式的计算模型；
碳核算策略模块，建立满足企业产品碳核算基本需要的可配置的碳核算策略；根据用户需求、核算的精度及实际生产情况设计配置企业产品碳核算策略；
映射关系模块，建立碳核算策略与基础数据的映射关系；基于碳核算策略对应核算过程中基础数据的获取触发点，配置获取固定系数或国标数据的方式；
类别模块，建立统一产品类别库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；
统一模块，统一物资编码库制定标准编码规则并映射BIM模型数据；基于上述产品类别库与BIM模型数据的映射关系获取产品的属性信息，根据属性信息，匹配材料的碳排放因子，方便碳因子配置；
数据获取模块，基于孪生模型和接口技术，实现多种数据获取方式获取数据；
自动核算模块，基于孪生模型或实时数据的装备产品自动核算；
对比模块，基于不同碳核算方案的碳排放量对比；
监控模块，企业产品碳排放量的实时监控；
评估模块，产品全生命周期碳排放的分析评估。
8.根据权利要求7所述的基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算系统，其特征在于，每个客户终端具有用户操作界面，供技术人员执行碳排放核算方案、反馈、查询、监控、生成评估报告的相关操作。
9.一种实现权利要求1至6任一项所述基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法的信息数据处理终端。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至6任一项所述基于数字孪生技术装备产品碳足迹数字化核算方法。
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