CN114580851B - 一种基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计方法，该方法以数字化工具为载体，即以建筑信息模型软件及其二次开发插件为工具进行既有建筑改造设计，以建筑的全生命周期碳排放指标为依据对改造方案进行评估，将碳排放计算方法内嵌在设计流程中，并通过反复迭代最终得到碳排放指标达标的既有建筑改造方案，实现了建筑节能与减排双控，全面提升了建筑改造设计的数字化水平，优化了设计流程，提高了设计质量，有助于改善生活环境，营造高品质绿色建筑。
Description
技术领域
本发明属于既有建筑节能改造领域，涉及一种基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计方法。
背景技术
既有建筑节能改造是城市更新的重要内容，对碳排放量有一定的要求，改造后的碳排放指标是改造设计重要的一环，目前国内还没有专业的建筑碳排放自动计算软件，BIM技术在新建建筑碳排放领域的应用尚不够成熟，而既有建筑存在改造前、后的指标不同问题，设计计算流程较新建建筑更复杂，BIM技术更加难以应用实施。
因为既有建筑的BIM模型一般是根据设计图纸进行翻模得到(模型和建筑实际情况偏差可能较大)，或者将3D扫描得到的点云数据转码导入BIM软件生成三维模型得到，但仅依靠3D扫描技术能够采集的数据点非常有限，仅仅能够得到该建筑较粗略的几何形状，诸多建筑信息数据是缺失的，也未包含能耗相关的专项数据，达不到计算碳排放的模型深度要求，影响后续碳排放量的计算精确度。
现有技术还存在碳排放计算的问题。
申请号为CN202110662448.X的中国专利申请公开了一种适用于设计阶段量化和评测公共建筑碳排放的方法，所述方法包括以下步骤：明确建筑各阶段碳排放计算、构建相关碳排放因子数据库、根据建筑项目的区位和类型以确定碳排放基准值、建筑全寿命期碳排放情况结果动态可视化展示，相关碳排放因子数据库包括：主要能源碳排放因子库、主要建材碳排放因子库、常用施工机械台班能源量及碳排放因子库、各类运输方式地碳排放因子库。
申请号为CN201910459206.3的中国专利申请公开了一种处于运行阶段的公共建筑碳排放量核定方法，该发明将公共建筑划分为建造阶段、运行维护阶段以及拆除处置阶段，分别计算各个阶段的碳排放量，该发明将运行阶段的其他温室气体排放和再生能源及绿地造成的减碳纳入分析，并且统一了数据获取方法，提高本单位碳排放量核定量的一致性。
申请号为CN201611154564.6的中国专利申请公开了一种基于多目标优化算法的严寒地区建筑构造设计方法。该方法通过建立外墙构造多目标优化系统模型，并利用决策参量与约束条件的参数联系，在性能指标的引导下对决策参数进行进化计算，并自动筛选最优方案。该方法能够实现建筑整体的节能环保，并极大程度上优化了建筑构造，提高建筑的整体质量。但其以单参数(保温层厚度)为决策参量，以多参数(能耗、碳排放)为优化目标，寻找碳排放和能耗同时最低的最优解，其问题在于考虑的参数较少，且没有考虑造价因素。
根据上述申请的内容可知，现有的这些技术存在共同的问题：无法应用在既有建筑改造设计，因为既有建筑改造不同于新建建筑，其碳排放计算更复杂，不仅要关注最终建成指标，中间环节也会产生碳排放，即首先应单独核算拆除阶段的指标，再计算从拆除完成到改造完成阶段的指标，最后计算运行阶段指标，而对比文件其碳排放指标计算流程主要是针对新建建筑，没有解决既有建筑改造的中间环节产生的碳排放需要单独核算的问题；且上述申请的内容主要采用手算方式，没有通过BIM技术整合计算的各要素，或BIM技术应用不清晰，核算效率低；上述申请无法解决这些问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计方法，碳排放量计算精度高，可以应用于既有建筑的改造。
为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：
一种基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计方法，包括以下步骤：
一、构建既有建筑改造前BIM模型：
将建筑工程图纸导入BIM软件进行自动化翻模，建立改造前的第一BIM模型；
根据建筑几何特征布置传感器，获取既有建筑的实测点云数据集；
交互第一BIM模型和实测点云数据集，以点云数据为基准调整第一BIM模型使其和点云数据匹配，建立改造前的第二BIM模型；
将建筑能耗分析相关数据输入第二BIM模型；
对第二BIM模型进行标准化处理，建立第三BIM模型；所述第三BIM模型包含建筑的空间数据、坐标数据、构件数据、能耗数据、建筑运行特征数据；
二、计算既有建筑改造前全生命周期碳排放指标；
三、计算既有建筑改造后全生命周期碳排放指标：
根据当前改造方案确定原建筑需拆除部分和新建部分，分别建立建筑拆除完成后的第四BIM模型和改造后的第五BIM模型；所述第四BIM模型包含既有建筑完成拆除后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据，所述第五BIM模型包含既有建筑完成改造后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据；
将第三BIM模型和第四BIM模型进行交互，对比拆除前后的BIM模型，生成拆除建材清单，并根据建材清单和施工定额计算生成拆除作业的机械台班消耗工程量；
将第五BIM模型和第四BIM模型进行交互，对比改造后和拆除后的BIM模型，生成新建建材清单，并根据建材清单和施工定额计算生成改造作业机械台班消耗工程量；
嵌入建材碳排放因子库、施工机械用能碳排放因子库及其各自对应的计算规则，计算拆除建材回收利用的碳减排量Ccyc、建材生产碳排放量Cprod、拆除作业施工碳排放量Cdemo、改造作业施工碳排放量Ccons；
将建筑能耗分析相关数据输入第五BIM模型，并进行标准化封装建立第六BIM模型；所述第六BIM模型包含既有建筑完成改造后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据、能耗数据、建筑运行特征数据、标准化数据；
对第六BIM模型进行能耗分析，并解析用能结构；嵌入能源碳排放因子库、国家电网提供的不同区域电力碳排放参数及其各自对应的计算规则，计算各分项碳排放量，包括照明、制冷、采暖、电梯、生活热水、新能源利用，并最终汇总计算建筑运行阶段碳排放量Coper；
汇总建筑拆除、改造及运行阶段的碳排放量，得到既有建筑改造后全生命周期碳排放指标C＝Ccyc+Cprod+Cdemo+Ccons+Coper；
四、优化：分析碳排放指标是否达标，若未达标则返回步骤三优化改造方案，重新构建第四、五、六BIM模型，进行优化，直到根据改造方案计算的碳排放指标达标，最终确定既有建筑改造方案。
作为优选，步骤一所述的建筑能耗分析相关数据包括自然气候和场地数据，建筑运行特征数据，热学分析数据。
作为优选，步骤四的优化包括如下步骤：
(1)设定碳排放指标目标函数F(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)＝{f1(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，f2(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，f3(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)}；
设定造价目标函数G(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)＝{g1(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，g2(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，g3(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)}；
其中，a1，a2，a3，…，a7为影响碳排放指标的不可变参数，
a1为既有建筑所在经纬度，
a2为既有建筑朝向，
a3为既有建筑外部风环境，
a4为既有建筑外部光环境，
a5为既有建筑人口密度，
a6为既有建筑功能分类，
a7为既有建筑用电特征；
x1，x2，x3，…，x8为影响碳排放指标的待优化参数，
x1为围护结构材料类型，约束条件为苯板、聚氨酯材料、岩棉、挤塑板，
x2为围护结构厚度，约束条件根据地区气候特征确定，
x3为墙洞比，约束条件根据建筑改造规范确定，
x4为窗户材质，约束条件为普通玻璃、中空玻璃，
x5为空调系统功率，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x6为供水系统用能特征，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x7为照明系统功率，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x8为可再生能源系统，约束条件为太阳能、地热能；
F(a，x)为全生命周期碳排放目标函数，
f1(a，x)为拆除阶段碳排放目标函数，
f2(a，x)为新建阶段碳排放目标函数，
f3(a，x)为运行阶段碳排放目标函数；
G(a，x)为总造价目标函数，
g1(a，x)为拆除阶段造价目标函数，
g2(a，x)为新建阶段造价目标函数，
g3(a，x)为运行阶段造价目标函数；
输入不可变参数a1，a2，a3，…，a7的值，设定碳排放指标目标值C(fin)；
(2)根据当前改造方案输入待优化参数的初始值x1(ini)，x2(ini)，x3(ini)，…，x8(ini)；
(3)根据目标函数F(a，x)、G(a，x)计算得到当前改造方案的碳排放指标C(ini)和造价G(ini)，对比当前碳排放指标C(ini)和设定的最终目标C(fin)，若|C(fin)-C(ini)|>D，D为容许误差，则进行灵敏性分析；
(4)在当前环境下进行碳排放指标和造价，对x1(ini)，x2(ini)，x3(ini)，…，x8(ini)的灵敏性分析，找出对碳排放指标敏感参数和造价不敏感参数xk(ini)，其中k为1、2、3……8中的一个或多个；
(5)若C(ini)<C(fin)，则对xk(ini)以设定步长进行增量，令xk(pro)＝xk(ini)+d，若C(ini)>C(fin)，则对xk(ini)以设定步长进行减量，另xk(pro)＝xk(ini)-d，得到新的待优化参量xi(pro)，其中d为步长；
(6)以新的变量xk(pro)替换原变量xk(ini)，带入变量组x1(ini)，x2(ini)，x3(ini)，…，x8(ini)按步骤(3)重新计算碳排放指标C(pro)和造价G(pro)，并进行判断；
(7)重复步骤(3)-(6)，直至|C(fin)-C(pro)|<D，优化结束，最终递归后的x1(fin)，x2(fin)，x3(fin)，…，x8(fin)即最优参数组。
有益效果：
本发明以数字手段贯穿建筑改造设计全过程，利用BIM软件开发，解决BIM模型和实际数据交互问题、解决BIM模型性能化和标准化拓展问题、解决BIM软件内嵌碳排放相关算法问题，实现了既有建筑全生命周期碳排放的量化；通过优化更新有效控制了建筑的碳排放量，进而实现了建筑节能与减排双控，全面提升了建筑改造设计的数字化水平，优化了设计流程，提高了设计质量，有助于改善生活环境，营造高品质绿色建筑。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本发明主题的一部分。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是既有建筑改造前BIM模型的构建流程。
图3是既有建筑改造后碳排放指标计算流程。
图4是既有建筑改造方案优化流程。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件,并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
一种基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计方法，包括既有建筑改造前BIM模型的构建，既有建筑改造前、后全生命周期碳排放指标计算，基于碳排放指标的既有建筑改造方案迭代优化，基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计。
实施例1
既有建筑改造前BIM模型的构建，具体包括以下步骤：
(1)将建筑工程图纸导入BIM软件，自动读取梁、板、柱、墙、管道等可读取类建筑信息，手动输入建筑坐标、层高等不可读取类建筑信息，进行自动化翻模，建立改造前的第一BIM模型；
(2)根据建筑几何特征布置传感器，利用3D扫描技术获取现场建筑真实空间数据，即既有建筑的实测点云数据集；
(3)交互第一BIM模型和现场实测点云数据集，以点云数据为基准调整第一BIM模型使其和点云数据匹配，建立改造前的第二BIM模型；
(4)对BIM软件二次开发，将建筑能耗分析相关数据(包括风环境、光环境等自然气候和场地数据，照片、空调、采暖等建筑运行特征数据，墙体材质、保温层厚度、各材料传热系数、墙洞比等热学分析数据等等)输入第二BIM模型；
(5)对第二BIM模型进行标准化封装处理，使其能够适配更广泛的BIM软件，建立改造前的第三BIM模型；所述第三BIM模型包含建筑的空间数据、坐标数据、构件数据、能耗数据、建筑运行特征数据等。
本实施例将图纸翻模得到的模型和3D扫描数据进行交互，以点云数据为基准调整第一BIM模型，既能够得到较精准的建筑几何参数，又能够补全缺失的建筑信息数据，同时，通过二次开发将建筑气候和场地信息、建筑运行特征信息以及墙体材质、保温层厚度、各材料传热系数、墙洞比等热学信息输入BIM模型，并进行标准化封装。通过这种半自动逆向翻补模技术构建的BIM模型几何精度高、建筑信息数据全，解决了现有建模技术模型深度不足的问题，能够达到碳排放计算的要求，并经过标准化处理，适用范围更广。
实施例2
既有建筑改造前、后全生命周期碳排放指标计算。以既有建筑改造后全生命周期碳排放指标计算为例，主要是通过BIM软件二次开发实现内嵌式碳排放自动计算，具体包括以下步骤：
(1)根据建筑改造方案对改造流程进行分步拆解，确定改造后原建筑需拆除部分和新建部分，分别建立建筑拆除完成后的第四BIM模型和改造后的第五BIM模型；
(2)对BIM软件二次开发将第三BIM模型和第四BIM模型进行交互，对比拆除前后的BIM模型，生成拆除建材清单，并根据建材清单和施工定额计算生成拆除作业的机械台班消耗工程量；
(3)将第五BIM模型和第四BIM模型进行交互，对比改造后和拆除后的BIM模型，生产新建建材清单，并根据建材清单和施工定额计算生成改造作业机械台班消耗工程量；
(4)通过BIM软件二次开发嵌入建材碳排放因子库、施工机械用能碳排放因子库及其各自对应的计算规则，计算拆除建材回收利用的碳减排量Ccyc、建材生产碳排放量Cprod、拆除作业施工碳排放量Cdemo、改造作业施工碳排放量Ccons；
(5)对BIM软件二次开发，将建筑能耗分析相关数据输入第五BIM模型，并进行标准化封装建立第六BIM模型；所述第六BIM模型的构建方法和第三BIM模型相同；
(6)输入建筑运行特征的历史数据及现场调研数据，利用能耗分析软件对第六BIM模型进行能耗评估分析，并解析用能结构；
(7)通过BIM软件二次开发嵌入能源碳排放因子库、国家电网提供的不同区域电力碳排放参数及其各自对应计算规则，计算各分项碳排放量，包括照明、制冷、采暖、电梯、生活热水、新能源利用等，并最终汇总计算建筑运行阶段碳排放量Coper；
(8)汇总建筑拆除、改造及运行阶段的碳排放量，得到既有建筑改造后全生命周期碳排放指标C＝Ccyc+Cprod+Cdemo+Ccons+Coper。
所述第四BIM模型包含既有建筑根据改造方案完成拆除后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据等。所述第五BIM模型包含既有建筑根据改造方案完成改造后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据等。所述第六BIM模型包含既有建筑根据改造方案完成改造后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据、能耗数据、建筑运行特征数据、标准化数据等。
本实施例通过对改造流程的拆解，将建筑改造流程拆分为拆除环节和改造环节，并生成相应的BIM模型，拆除后BIM模型用于计算拆除阶段的碳排放，改造后BIM模型用于计算新建阶段及建筑运行阶段的碳排放，最终汇总各阶段数据得到全生命周期碳排放指标，这种设计适用于改造设计的碳排放计算流程，能够解决既有建筑碳排放的核算问题，并在对BIM模型进行深化处理的基础上，将碳排放计算和高精度BIM模型关联，实现了碳排放指标的自动计算，提高了自动化程度，极大提高了计算效率。
实施例3
基于碳排放指标的既有建筑改造方案迭代优化，具体包括以下步骤：分析碳排放指标是否达标，若未达标则返回优化改造步骤，继续优化改造方案，返回第四、五、六BIM模型构建步骤，进行优化，直到根据改造方案计算的碳排放指标达标，最终确定既有建筑改造方案。
本实施例优化方案是基于多参数动态灵敏性分析实现约束非线性规划，以碳排放指标为最终目标参数，以各项设计参数为待优化变量，通过微变法分析碳排放指标及造价对各项待优化变量的实时灵敏性，进而寻找对碳排放指标影响较大的变量，并兼顾对造价影响较小的变量，对该关键变量以一定步长增量或减量后，代入目标函数计算得到碳排放指标，重复进行灵敏性分析和关键变量修正，通过不断递归，直到碳排放指标接近设定目标，最终实现以最优路径逼近目标值。具体如下：
(1)设定碳排放指标目标函数F(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)＝{f1(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，f2(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，f3(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)}；
设定造价目标函数G(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)＝{g1(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，g2(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，g3(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)}；
其中，
a1，a2，a3，…，a7为影响碳排放指标的不可变参数，
a1为既有建筑所在经纬度，
a2为既有建筑朝向，
a3为既有建筑外部风环境，
a4为既有建筑外部光环境，
a5为既有建筑人口密度，
a6为既有建筑功能分类，
a7为既有建筑用电特征；
x1，x2，x3，…，x8为影响碳排放指标的待优化参数，
x1为围护结构材料类型，不同材料的传热系数不同，约束条件为苯板、聚氨酯材料、岩棉、挤塑板等，
x2为围护结构厚度，约束条件根据地区气候特征确定，通常在20-100mm范围内，
x3为墙洞比，约束条件根据建筑改造规范确定，
x4为窗户材质，约束条件为普通玻璃、中空玻璃等，
x5为空调系统功率，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x6为供水系统用能特征，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x7为照明系统功率，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x8为可再生能源系统，约束条件为太阳能、地热能等；
F(a，x)为全生命周期碳排放目标函数，
f1(a，x)为拆除阶段碳排放目标函数，
f2(a，x)为新建阶段碳排放目标函数，
f3(a，x)为运行阶段碳排放目标函数；
G(a，x)为总造价目标函数，
g1(a，x)为拆除阶段造价目标函数，
g2(a，x)为新建阶段造价目标函数，
g3(a，x)为运行阶段造价目标函数；
输入不可变参数a1，a2，a3，…，a7的值，设定碳排放指标目标值C(fin)；
(2)根据当前改造方案输入待优化参数的初始值x1(ini)，x2(ini)，x3(ini)，…，x8(ini)；
(3)根据目标函数F(a，x)、G(a，x)计算得到当前改造方案的碳排放指标C(ini)和造价G(ini)，对比当前碳排放指标C(ini)和设定的最终目标C(fin)，若|C(fin)-C(ini)|>D，D为容许误差，则进行灵敏性分析；
(4)在当前环境下进行碳排放指标和造价，对x1(ini)，x2(ini)，x3(ini)，…，x8(ini)的灵敏性分析，找出对碳排放指标敏感参数和造价不敏感参数，如以x2(ini)，x3(ini)为例；
(5)若C(ini)<C(fin)，则对xi(ini)以一定步长进行增量，i＝2、3，令xi(pro)＝xi(ini)+d，d为步长，若C(ini)>C(fin)，则对xi(ini)以一定步长进行减量，另xi(pro)＝xi(ini)-d，得到新的待优化参量x2(pro)，x3(pro)；
(6)以新的变量组x1(ini)，x2(pro)，x3(pro)，…，x8(ini)按步骤(3)重新计算碳排放指标C(pro)和造价G(pro)，并进行判断；
(7)重复步骤(3)(4)(5)(6)，直至|C(fin)-C(pro)|<D，优化结束，最终递归后的x1(fin)，x2(fin)，x3(fin)，…，x8(fin)即为以最低成本达到既定碳排放目标值的最优参数组。
本实施例不是一味寻求碳排放最低，因为这是不切工程实际的。本实施例以造价最低为条件，以碳排放指标达标为目标，以外墙构造、用能功率等设计参数为优化变量的既有建筑改造设计方案最优化问题，形成以多参数(外墙构造、墙洞比、窗户构造、空调系统功率等等)为决策参量，以碳排放和造价为目标参量，寻找碳排放达标且造价最低的最优解。
最终，实现基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计：将建筑能耗数据和建筑运行特征数据、标准化封装数据、建筑各类碳排放因子及其对应计算规则等通过二次开发方式嵌入建筑信息模型，以该模型为载体进行能耗分析和碳排放计算等，全流程以数字化的方式进行方案设计。
本发明以数字化工具为载体，即以建筑信息模型软件及其二次开发插件为工具进行既有建筑改造设计，以建筑的全生命周期碳排放指标为依据对改造方案进行评估，将碳排放计算方法内嵌在设计流程中，并通过反复迭代最终得到碳排放指标达标的既有建筑改造方案，实现了建筑节能与减排双控，这在既有建筑节能改造中具有良好应用价值，有助于推动老旧小区改造等城市更新项目。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (2)
1.一种基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、构建既有建筑改造前BIM模型：
将建筑工程图纸导入BIM软件进行自动化翻模，建立改造前的第一BIM模型；
根据建筑几何特征布置传感器，获取既有建筑的实测点云数据集；
交互第一BIM模型和实测点云数据集，以点云数据为基准调整第一BIM模型使其和点云数据匹配，建立改造前的第二BIM模型；
将建筑能耗分析相关数据输入第二BIM模型；
对第二BIM模型进行标准化处理，建立第三BIM模型；所述第三BIM模型包含建筑的空间数据、坐标数据、构件数据、能耗数据、建筑运行特征数据；
二、计算既有建筑改造前全生命周期碳排放指标；
三、计算既有建筑改造后全生命周期碳排放指标：
根据当前改造方案确定原建筑需拆除部分和新建部分，分别建立建筑拆除完成的第四BIM模型和改造后的第五BIM模型；所述第四BIM模型包含既有建筑完成拆除后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据，所述第五BIM模型包含既有建筑完成改造后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据；
将第三BIM模型和第四BIM模型进行交互，对比拆除前后的BIM模型，生成拆除建材清单，并根据建材清单和施工定额计算生成拆除作业的机械台班消耗工程量；
将第五BIM模型和第四BIM模型进行交互，对比改造后和拆除后的BIM模型，生成新建建材清单，并根据建材清单和施工定额计算生成改造作业机械台班消耗工程量；
嵌入建材碳排放因子库、施工机械用能碳排放因子库及其各自对应的计算规则，计算拆除建材回收利用的碳减排量Ccyc、建材生产碳排放量Cprod、拆除作业施工碳排放量Cdemo、改造作业施工碳排放量Ccons；
将建筑能耗分析相关数据输入第五BIM模型，并进行标准化封装建立第六BIM模型；所述第六BIM模型包含既有建筑完成改造后的建筑的空间数据、坐标数据、构件数据、能耗数据、建筑运行特征数据、标准化数据；
对第六BIM模型进行能耗分析，并解析用能结构；嵌入能源碳排放因子库、国家电网提供的不同区域电力碳排放参数及其各自对应的计算规则，计算各分项碳排放量，包括照明、制冷、采暖、电梯、生活热水、新能源利用，并最终汇总计算建筑运行阶段碳排放量Coper；
汇总建筑拆除、改造及运行阶段的碳排放量，得到既有建筑改造后全生命周期碳排放指标C=Ccyc+Cprod+Cdemo+Ccons+Coper；
四、优化：分析碳排放指标是否达标，若未达标则返回步骤三优化改造方案，重新构建第四、五、六BIM模型，进行优化，直到根据改造方案计算的碳排放指标达标，最终确定既有建筑改造方案；
其中，优化包括如下步骤：
(1)设定碳排放指标目标函数F(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)={f1(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，f2(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，f3(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)}；
设定造价目标函数G(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)={g1(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，g2(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)，g3(a1，a2，a3，…，a7，x1，x2，x3，…，x8)}；
其中，a1，a2，a3，…，a7为影响碳排放指标的不可变参数，
a1为既有建筑所在经纬度，
a2为既有建筑朝向，
a3为既有建筑外部风环境，
a4为既有建筑外部光环境，
a5为既有建筑人口密度，
a6为既有建筑功能分类，
a7为既有建筑用电特征；
x1，x2，x3，…，x8为影响碳排放指标的待优化参数，
x1为围护结构材料类型，约束条件为苯板、聚氨酯材料、岩棉、挤塑板，
x2为围护结构厚度，约束条件根据地区气候特征确定，
x3为墙洞比，约束条件根据建筑改造规范确定，
x4为窗户材质，约束条件为普通玻璃、中空玻璃，
x5为空调系统功率，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x6为供水系统用能特征，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x7为照明系统功率，约束条件为不低于满足日常运行的最低功率，
x8为可再生能源系统，约束条件为太阳能、地热能；
F(a，x)为全生命周期碳排放目标函数，
f1(a，x)为拆除阶段碳排放目标函数，
f2(a，x)为新建阶段碳排放目标函数，
f3(a，x)为运行阶段碳排放目标函数；
G(a，x)为总造价目标函数，
g1(a，x)为拆除阶段造价目标函数，
g2(a，x)为新建阶段造价目标函数，
g3(a，x)为运行阶段造价目标函数；
输入不可变参数a1，a2，a3，…，a7的值，设定碳排放指标目标值C(fin)；
(2)根据当前改造方案输入待优化参数的初始值x1(ini)，x2(ini)，x3(ini)，…，x8(ini)；
(3)根据目标函数F(a，x)、G(a，x)计算得到当前改造方案的碳排放指标C(ini)和造价G(ini)，对比当前碳排放指标C(ini)和设定的最终目标C(fin)，若|C(fin)-C(ini)|>D，D为容许误差，则进行灵敏性分析；
(4)在当前环境下进行碳排放指标和造价，对x1(ini)，x2(ini)，x3(ini)，…，x8(ini)的灵敏性分析，找出对碳排放指标敏感参数和造价不敏感参数xk(ini)，其中k为1、2、3……8中的一个或多个；
(5)若C(ini)< C(fin)，则对xk(ini)以设定步长进行增量，令xk(pro)=xk(ini)+d，若C(ini)>C(fin)，则对xk(ini)以设定步长进行减量，另xk(pro)=xk(ini)-d，得到新的待优化参量xi(pro)，其中d为步长；
(6)以新的变量xk(pro)替换原变量xk(ini)，带入变量组x1(ini)，x2(ini)，x3(ini)，…，x8(ini)按步骤(3)重新计算碳排放指标C(pro) 和造价G(pro)，并进行判断；
(7)重复步骤(3)-(6)，直至|C(fin)-C(pro)|<D，优化结束，最终递归后的x1(fin)，x2(fin)，x3(fin)，…，x8(fin)即最优参数组。
2.根据权利要求1所述的基于全生命周期碳排放计算的既有建筑改造数字化设计方法，其特征在于，步骤一所述的建筑能耗分析相关数据包括自然气候和场地数据，建筑运行特征数据，热学分析数据。
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