一种基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法

本发明涉及铁路工程建设碳排放控制，特别涉及一种基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法。

背景技术：

1、在“双碳”目标引领下，铁路工程作为能源消耗量大、物资投入密集的大型基础设施项目，其施工阶段的碳排放控制已成为行业关注焦点。当前铁路施工碳排放控制多依赖传统经验性减排措施和静态配额管理，通常仅对主要材料消耗或能源使用进行统计核算，难以针对具体施工工序开展精细化控制。在此类传统控制模式下，铁路施工碳排放管理仍然存在诸多亟待解决的问题：

2、（1）管控模式缺乏系统性。现有铁路工程碳排放控制方法多停留在工程或标段层面的总量核算和指标考核，尚未建立覆盖施工准备、施工实施直至竣工全过程的碳排放量化分析与动态管控体系，导致碳排放数据呈现碎片化、静态化特征，难以支撑全过程、全要素的一体化管理。

3、（2）关键减排行为识别不精准。由于缺乏面向工序单元的精细化碳排放分析方法，现有技术往往无法从众多施工工序中精准识别出碳排放贡献度高的关键工序和关键设备，导致减排措施呈现“大水漫灌”的粗放管理模式，资源投入分散，减排效率低下。

4、（3）减碳技术与工序适配性不足。现有铁路施工减排技术多以单项技术措施的形式提出，与具体施工工序之间缺乏系统性的匹配与映射关系，尚未形成基于工序特征、施工场景及专业类别的减碳技术适用性分析方法。当施工方案调整或现场条件变化时，难以及时调整减碳技术组合，导致减排效果对施工条件敏感、波动较大，可靠性不足。

5、（4）减排目标设定缺乏科学依据。当前铁路施工减排目标的设定多依赖行政指令、经验判断，未充分考虑项目自身的施工组织方式、技术可行性以及可实现的减排潜力，缺少基于数据和模型的定量测算过程。这种“一刀切”或经验性的目标设定方式，容易导致减排目标与实际可行性脱节：目标过低时无法充分挖掘减排潜力，目标过高时又缺乏可操作性，难以实现减排效果与实施成本之间的平衡。

6、（5）低成本配碳方法缺失。现有技术多侧重碳排放总量控制和指标分解，忽视了减排成本与减排效益之间的优化平衡，缺少一套将减排潜力、技术效率和经济成本相结合的碳配额分配与优化方法，难以在不同工序、不同减碳技术之间进行成本–效益比较。这导致部分减排方案往往成本高昂，经济可行性差，不利于在工程实践中推广应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法，用于解决上述至少一个技术问题，其能够在满足减排目标的前提下进行低成本碳配额分配与减碳路径优化，从而为铁路工程施工碳排放精细化、系统化管控提供可靠的技术支撑。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、一种基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法，其包括：

4、s100，基于工作分解结构对铁路基础设施的工程实体进行工序分解，构建碳排放数据库。

5、s200，通过所述碳排放数据库识别关键碳排放工序，为每个所述关键碳排放工序确定可行减碳技术候选集。

6、s300，估算并修正每个所述关键碳排放工序的减碳潜力，得到项目总减排潜力。

7、s400，根据所述项目总减排潜力设定减排目标，构建以总减排成本最小化为目标的配额优化模型。

8、s500，根据所述配额优化模型对各关键工序及减碳技术进行配额分配，输出最优的施工碳排放控制方案。

9、在本发明较佳的实施例中，上述基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法中，s100中，所述基于工作分解结构对铁路基础设施的工程实体进行工序分解，构建碳排放数据库包括：

10、s110，将所述工程实体划分三级层级，建立三级工序树状结构，包括工序单元、铁路工程和专业类别。

11、s120，结合物质流与能量流分析方法，确定每个所述工序单元的材料、能源消耗及机械工时参数。

12、s130，采用碳排放因子法计算常规施工条件下每个所述工序单元的碳排放量。

13、s140，建立联动数据库，所述联动数据库中记录的内容包括工程编号、专业类别、工序单元编号、工程量、材料用量、能源消耗、施工机械工时、各类碳排放因子和碳排放量明细。

14、在本发明较佳的实施例中，上述基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法中，s200中，所述通过所述碳排放数据库识别关键碳排放工序，为每个所述关键碳排放工序确定可行减碳技术候选集包括：

15、s210，从所述碳排放数据库中提取数据，计算每个所述工序单元的碳排放总量占比和碳排放强度。

16、s220，将碳排放总量占比≥第一预设阈值，且碳排放强度≥第二预设阈值的工序单元识别为关键碳排放工序，所述第一预设阈值为10%，所述第二预设阈值为500kgco2/工序单元。

17、s230，从源头减量、过程控制、末端治理维度三个维度匹配与所述关键碳排放工序对应的候选减碳技术。

18、s240，根据所述候选减碳技术与工序间的映射模式，建立四级路径的减碳技术适用性矩阵，形成可行减碳技术候选集，所述四级路径包括减碳技术、适用工序、专业类别和铁路工程，以实现不同施工场景下减碳技术的动态适配。

19、在本发明较佳的实施例中，上述基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法中，s300中，所述估算并修正每个所述关键碳排放工序的减碳潜力，得到项目总减排潜力包括：

20、s310，根据所述适用性矩阵，量化单一减碳技术和不同技术协同应用下的理论减碳潜力区间。

21、s320，构建随机前沿分析模型，利用历史项目数据估计实际施工条件下的效率损失，计算公式为，为理论减排值，为随机扰动，为技术非效率项。

22、s330，根据所述随机前沿分析模型修正所述理论减碳潜力区间，计算公式为，获得每个所述关键碳排放工序的实际减碳潜力。

23、s340，将每个所述关键碳排放工序的实际减碳潜力沿适用工序、专业类别和铁路工程的工序层级依次进行汇总，得到项目整体的总减排潜力。

24、在本发明较佳的实施例中，上述基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法中，s400中，所述根据所述项目总减排潜力设定减排目标，构建以总减排成本最小化为目标的配额优化模型包括：

25、计算减碳技术在每个所述关键碳排放工序上的边际减排成本，计算公式为，其中，为专业类别，为工序，为减碳技术。

26、根据所述项目总减排潜力设定减排目标，构建以总减排成本最小化为目标的配额优化模型，所述配额优化模型包括决策变量、目标函数和约束条件。

27、在本发明较佳的实施例中，上述基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法中，所述配额优化模型的决策变量包括减排配额量和二元变量，其中，所述减排配额量为第个专业类别的第个工序中应用第种减碳技术所分配的减排配额量，所述二元变量表示技术是否被选用，。

28、在本发明较佳的实施例中，上述基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法中，所述配额优化模型的目标函数为。

29、在本发明较佳的实施例中，上述基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法中，所述配额优化模型的约束条件包括总体减排目标约束和工序减排潜力约束，其中，为减排目标，为最大减排潜力上限。

30、在本发明较佳的实施例中，上述基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制方法中，s500中，所述根据所述配额优化模型对各关键工序及减碳技术进行配额分配，输出最优的施工碳排放控制方案包括：

31、s510，利用混合整数线性规划求解器对所述配额优化模型进行求解，获取最优解向量，包括最优减排配额和技术选用状态。

32、s520，将所述最优减排配额、所述技术选用状态、实施顺序、实施责任主体、关键监测指标和预算成本写入碳排放数据库，生成施工碳排放控制方案的清单。

33、一种基于低碳配额的铁路基础设施施工碳排放控制系统，其包括：

34、碳排放数据库构建模块，用于基于工作分解结构对铁路基础设施的工程实体进行工序分解，构建碳排放数据库。

35、减碳技术候选集构建模块，用于通过所述碳排放数据库识别关键碳排放工序，为每个所述关键碳排放工序确定可行减碳技术候选集。

36、项目总减排潜力计算模块，用于估算并修正每个所述关键碳排放工序的减碳潜力，得到项目总减排潜力。

37、配额优化模型构建模块，用于根据所述项目总减排潜力设定减排目标，构建以总减排成本最小化为目标的配额优化模型。

38、方案生成模块，用于根据所述配额优化模型对各关键工序及减碳技术进行配额分配，输出最优的施工碳排放控制方案。

39、本发明实施例的有益效果是：

40、本发明通过构建铁路工程–专业类别–工序单元的三级联动碳排放数据库，并引入碳排放总量占比与碳排放强度双重阈值的筛选机制，能够在工序层面定量识别碳排放贡献度较高的关键工序，避免减排措施在非关键工序上的无效投入，使减排措施从大水漫灌式的粗放管理转变为精准滴灌式的靶向控制，大幅提升资源利用效率和减排成效。

41、本发明通过构建自下而上的减碳潜力测算方法，对各关键碳排放工序在不同减碳技术组合下的实际减排潜力进行定量评估，并在此基础上确定项目总减排潜力和减排目标，将减排目标的设定从依赖经验判断转变为数据驱动的精准量化决策，有效解决了传统方法中目标设定随意、与实际脱节的问题，确保了减排目标既具挑战性又切实可行。

42、本发明通过建立减碳技术–适用工序–专业类别–铁路工程的四级减碳技术适用性矩阵，明确不同减碳技术在不同工序及施工场景下的适用范围，结合随机前沿分析修正减碳技术的实际效率，充分挖掘单一技术及多技术协同的减排潜力，实现了减排技术与动态变化的施工场景的智能匹配与动态适配，有效克服了现有技术适配性不足、减排效果波动大的缺陷，保障了减排措施在不同工况下的可靠性与稳定性。

43、本发明通过构建基于边际减排成本的配额动态优化模型，以关键碳排放工序上各减碳技术的应用配额为决策变量，将减碳技术效率、减排潜力和经济成本统一纳入优化框架，在满足项目减排目标和各工序减碳潜力约束的前提下，实现减碳总成本或单位减排成本的优化，从而在保证减排目标顺利完成的同时，降低碳排放管控成本，提升减排方案的经济性与工程推广价值。