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着力创建资源节约型、环境友好型社会，推进绿色发展、循环发展、低碳发展，是我国今后相当长时期内的主要战略任务。建筑业是国民经济的基础产业和支柱产业，消耗大量的能源和资源，给生态环境造成严重损害。据统计 [1] ，全球建筑及相关建造活动和建筑运行相关的终端用能约占总量的36%，排放的CO 2 约占总排放量的40%，且以每年1%的速度增长。如果不采取控制措施，预计到2060年，能源消耗占比将增加至66%。
随着能源危机、环境污染和气候变暖等日益严重的全球性问题，建筑节能与可持续发展受到密切关注。巴黎气候大会期间，首次举办了“建筑日（Building Day）”，并成立全球建筑建设联盟（Global Alliance for Building and Construction），旨在促进建筑建设领域的低碳发展。许多国家将建筑的节能发展作为全社会节能减排和实现碳中和的重要突破口，德国政府颁布了建筑节能法“EnEG”规范建筑节能行为；欧盟制定了《强化创新战略》，在建筑领域提出通过提高智能化建设水平以应对气候变化挑战，推进低碳转型；日本政府出台了《关于能源合理化使用的法律》，如果商业建筑的运营能耗超过一定数值，必须提交能源使用状况报告书，并聘用能源管理师进行节能改造；中国政府为了实现《巴黎协定》中的自主减排目标，重点针对产业、交通、建筑三大领域提出切实有效的节能减排措施。2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国将努力争取在2030年前实现碳达峰，在2060年前实现碳中和。建筑业的绿色低碳发展对实现这一目标至关重要。
2008年，我国就已经成为世界上最大的建筑市场，过去10年间，我国房屋的施工面积突破1124亿平方米，同时竣工面积已达到392亿平方米（如图1-1所示）。到2018年，我国建筑面积总量约601亿平方米 [2] ，且还会持续增长。包括建材部品生产、运输、施工安装、建筑使用、维护更新、拆除在内的长周期产生的环境影响十分显著，以2018年为例，全国建筑全寿命周期能耗总量为21.47亿吨标准煤，占全国能源消费总量的比重为46.5%，碳排放总量高达49.3亿吨CO 2 [3] 。可见，降低建筑的资源和能源消耗水平，改善建筑环境表现，推动绿色建筑发展，是建设资源节约型和环境友好型社会的必然要求，对于建筑领域节能减排和全局环境治理具有重要意义。
图1-1 2009~2019年我国房屋施工面积和竣工面积 [4]
降低建筑环境影响水平的前提是对其环境表现进行客观量化评价，以正确识别主要的环境影响因素，并采取控制措施。目前建筑工程的环境影响评价方法主要包括条款式评价和全生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）这两类。
条款式评价方法框架简单、易于操作，美国绿色建筑委员会推出的建筑设施环境影响评级系统（Leadership in Energy and Environmental Design，LEED） [5] 以及英国建筑研究院（Building Research Establishment，BRE）推出的绿色建筑评估体系（Building Research Establishment Environmental Assessment Method，BREEAM） [6] 是其中的典型代表。此外，由国际可持续发展建筑环境组织管理在多国范围内应用的可持续建筑工具（Sustainable Building Tool，SBTool） [6] 和日本国土交通省支持开发的建筑物综合环境性能评价体系（Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency，CASBEE） [7] 也属于国际主流的绿色建筑认证评估方法。
BREEAM是世界上第一个绿色建筑综合评价体系，于1990年由英国建筑研究院发布，经历多轮版本更新，逐步实现对不同功能、处于不同建设阶段的建筑进行环境表现评价，旨在减轻建筑活动对全球环境的影响。该评价体系共包括十个一级指标：能源、健康宜居、创新、用地生态、材料、管理、污染、交通、废物处理和水，依据评价结果将受评建筑分为五个等级：合格（Pass）≥30%，良好（Good）≥45%，优秀（Very Good）≥55%，出色（Excellent）≥70%，和杰出（Outstanding）≥85%。评价体系已经在英国、美国、瑞典、德国、澳大利亚等78个国家得到推广应用。
为实现绿色建筑规范化管理，基于对英国BREEAM评价体系的深入研究，结合美国实际情况，美国绿色建筑协会在1998年发布了第一版LEED评价体系。经过二十余年的发展完善，LEED已实现对不同类型建筑的全生命周期各阶段环境表现进行评价，现最新版本为LEEDv4.1。评价指标体系的一级指标包括区位与交通、可持续场地、水资源效率、能源与大气、室内环境质量、材料与资源、一体化过程、创新与区域优先。根据得分，LEED将绿色建筑认证为以下四个等级：认证级（Certified，40~49分）、银级（Silver，50~59分）、金级（Gold，60~79分）、铂金级（Platinum，80分及以上）。LEED评价体系结构清晰、分类明确、操作使用便捷，成为各国绿色建筑评价体系的参考样本，并在世界多个国家得到了广泛应用。
随着绿色建筑理念在世界范围内推广，1996年加拿大自然资源局发起了名为“绿色建筑挑战”（Green Building Challenge）的号召，开发了GBTool（Green Building Tool）绿色建筑评价工具，后国际可持续发展建筑环境组织正式接手GBC的国际管理及开发工作，将GBTool更名为SBTool，评价范围由“绿色”评价扩展为“可持续”评价。SBTool应用灵活，只需根据不同国家或地域的实际情况稍加修改就可实现对不同国家、地域、类别的建设项目绿色评价。但这一亮点也使SBTool评价体系的权威性大打折扣。
日本可持续建筑协会与日本绿色建筑委员会于2002年共同发布了第一版CASBEE评价体系，该体系同时考虑环境质量与环境负荷，将“建筑环境效率”概念引入评价体系，该效率值越大，说明建筑绿色化水平越高。根据建筑环境效率值，CASBEE将建筑的绿色等级分为五类：极好、很好、好、一般和差。
全生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）思想的萌芽于20世纪60年代末，目前已成为国际上环境管理和产品设计的一个重要支持工具。1990年，国际环境毒理学和化学学会（Society for Environmental Toxicology and Chemistry，SETAC）在主持召开的国际研讨会提出了“生命周期评价”概念，认为是从最初的原材料开采到最终的废弃物处理（即从“摇篮”到“坟墓”）进行全过程的跟踪与定量分析。1993年，ISO （International Organization for Standardization）将LCA纳入了ISO14000国际标准体系，标志着LCA得到了国际的广泛认可。ISO明确定义LCA是对一个产品或服务的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价 [8] ，并给出基本评价框架（如图1-2所示），包括目的和范围确定（Goal and Scope Definition）、清单分析（Inventory Analysis）、影响评价（Impact Assessment）和解释（Interpretation）4个步骤 [8] 。
图1-2 LCA评价框架 [8]
LCA评价方法是对产品从“摇篮”到“坟墓”的全过程评价，其评价流程的构建遵循因果关系，具有以下几个显著特点 [9-11] ：
①客观性：基于系统内外物质流、能量流清单的客观数据进行量化，不依赖于专家的主观判断；
②系统性：评价是从“摇篮”到“坟墓”的全过程评价，涵盖了产品的多个生命周期阶段，是一个系统性的评价方法；
③因果性：遵循因果关系链构建资源消耗量、环境排放量与环境影响之间的关系，而非简单的相关关系；
④开放性：与条款式评价体系不同，其评价结果为各评价要素实际量的加和，具有简单可加性。可以根据相关领域研究的发展状况选择、补充、调整纳入评价的环境影响类型和排放物，而不需要改动其他评价要素。评价体系具有开放性，容易进行持续改进。
各个国家遵循LCA基本评价框架（目标和范围确定→生命周期清单分析→影响评价→解释）相继开发了系列针对一般产品的评价体系，并在实际中推广运用，如：瑞典的环境优先战略法（Environmental Priority Strategies，EPS） [12] 、丹麦的工业产品环境设计法（Environmental Design of Industrial Products，EDIP） [13] 、荷兰的生态指数法（Eco-Indicator 99，EI99） [14] 等，我国基于同等转化原则，1999年颁布了生命周期评价的系列标准 [8，15-16] LCA方法在多个领域得到了广泛运用：在钢铁、汽车等工业行业中指导产品的工艺设计；辅助政府管理部门制定相关政策标准，如废弃物管理等；逐步运用于电信、旅游等服务行业 [17，18] 。近年来，LCA的快速发展主要体现在三个方面：环境影响分类完善，并细化空间尺度；权重系统构建更多考虑经济、政策含义；评价走向工具化。
在LCA评价中，常见的保护领域包括生态环境、自然资源和人体健康，综合反映了建筑工程对自然界和人的影响。具体LCA模型纳入评价的保护领域和影响类型可能存在一些差异（如表1-1所示）：EI99 [14] 细分了11种环境影响类型，归类到生态系统、资源和健康三大保护领域；EDIP [13] 对环境影响、资源消耗和职业健康损害3个保护领域进行评价；Impact 2002确定了4个保护领域：人体健康、生态系统质量、气候变化和资源，并分为14个中点影响类型；EPS [12] 对18种环境影响类型开展评价，归类到生态多样性、非生物资源、生态系统、文娱价值和人体健康这5个保护领域。
大部分评价中并不考虑环境影响类型的空间尺度，少量研究者关注到不同影响类型所造成的影响范围存在差异，并细化影响区域，采用相应评价区域的数据开展评价。如EDIP方法将环境影响按全球、区域、局域进行分类 [13] ，文献 [1] 则按全球、全国和区域进行划分。
表1-1 LCA评价体系比较
加权评估是LCA评价中的可选步骤，对各种类型环境影响赋予不同的权重大小，最后汇总为环境影响总值，便于比较和决策。目前常见的方法包括专家评价法、货币化法和目标距离法，早期评价中多采用专家评价法确定权重，近年来后两种方法发展较快，得到较为广泛的运用。一些主流的评价模型提供多套权重系统供选择，但是更加推崇货币化法和目标距离法。
专家评价法主要根据相关领域专家对环境影响重要性的判断和意见构建权重，包括意见征询、整理、统计、反馈、调整、再反馈、再调整等步骤 [19] 。该方法操作简单，但主观性大，结论在一定程度上缺乏理论支持和权威性。EI99、ENVEST的权重系统采用专家评价法构建。
货币化法主要基于社会意愿支付（willingness-to-pay，WTP）原理 [20] ，认为不同环境影响类别的重要程度可用社会为将当前环境污染水平降低到某个程度而愿意付出的代价来衡量，赋予评价结果经济意义。相对而言，该方法客观性强，是一种运用较为广泛的权重系统构建方法。EPS [12] 采用世界经济合作组织居民针对环境影响的支付意愿建立各类环境影响的权重因子。BEPAS（Building Environmental Performance Analysis System） [21] 采用国家征收的排污费和资源税建立货币化权重系统，并且每隔一段时间对数据进行更新 [22] 。
目标距离法认为某种环境影响的当前水平与目标水平之间的差距可以表征该影响类型的重要性 [19] 。评价中常采用政策指标作为目标，权重因子能够较好反映公众对不同环保问题的关注程度。EDIP [13] 采用目标距离法构建权重系统，近些年该方法在产品评价中的运用愈加广泛 [23-25] 。
随着LCA研究的不断推进与深入，评价手段逐渐向工具化发展，国内外科研机构开发的LCA软件为科学、便捷地开展环境影响评价提供数据基础和信息平台。荷兰的SimaPro工具采用EI99作为评价依据，具有用户界面友好、数据输入快捷、全流程数据便捷查阅等优点，在世界各国的科研机构、商业公司中得到广泛运用。德国公司开发的GaBi [26] 内嵌寿命周期成本分析系统，能够系统分析产品设计、生产制造、销售等环节中涉及的经济和生态影响，为企业决策提供依据。我国成都亿科环境科技有限公司于2010年发布的eBalance软件能够支持产品的生命周期评价、碳足迹分析、产品生态设计等。
此外，国内外科研机构已经建立了较为系统全面的投入产出基础清单数据库。目前应用最为广泛的Ecoinvent清单数据库由瑞士政府和研究机构于2000年开始构建，数据内容包括能源、材料、废物管理、交通运输、电子、金属工艺等 [27-29] 。欧洲生命周期数据库（European reference Life Cycle Database，ELCD）于2006年发布，包含由所属行业协会提供并批准的500多个数据集。我国也在近年来展开相关工作，目前较为成熟、并且已经可以商业化运作的是2010年由成都亿科环境科技有限公司集成编制发布的中国生命周期参考数据库（Chinese reference Life Cycle Database，CLCD），包含600多种大宗能源、原材料、运输的生命周期相关数据，较好地代表了中国市场平均水平，有效支持国内产品生命周期评价的开展 [30] 。
建筑领域较早应用LCA方法进行环境影响评价。为了更好地适应建筑产品周期长、单件性生产、污染物排放大等特点，各国研究机构专门针对建筑产品开发环境影响评价体系。早在1999年，美国环境保护局构建建设项目生命周期环境影响定量评价模型（Building for Environmental and Economic Sustainability，BEES） [31] 分析建筑材料、资源、能源的消耗以及其产生的废气、废水、废渣对环境和经济的影响，并采用美国材料与试验协会标准的生命周期成本方法量化建筑产品的经济状况。英国建筑研究院推出的ENVEST经过特征化、标准化、加权评价等步骤量化建筑产生的13类环境影响，权重系统采用了专家打分法。
随着可持续发展思想的不断深入，国内学者和研究机构也开始重视基于LCA的建筑环境影响定量评价研究，并取得一些有价值的研究成果。李启明、李德智等针对住宅建筑开展LCA评价研究，基于生态效率理论的价值-影响比值法，结合EI99的终点破坏理论，建立包括资源效率、人类健康效率等指标在内的生态效率评价体系 [32] ；还开展了住宅全生命周期内资源消耗和环境排放的影响评价研究，包含不可更新资源消耗、全球变暖、酸化等7个方面 [33] ，并在建筑碳排放核算平台及影响评价方面开展了有重要应用价值的研究 [34-35] 。朱颖心、顾道金等结合中国国情和建筑业特点，基于终点破坏法建立建筑环境负荷评价体系（Building Environment Load Evaluation System，BELES） [19，36-37] ，将环境影响类型划分为生态破坏、能源耗竭、资源耗竭和健康受损4类，并在评价中考虑不同形式能源的品位差异。该体系采用专家评价法确定权重，在住宅和办公室的建造环境影响评价、墙体等围护结构的优化设计中得到运用。王雪青等 [38-39] 构建了建筑工程全生命周期的生态足迹评价模型，分别测算建筑建造、使用和拆除阶段的生态足迹，并重点在建筑业碳排放方面开展了系列研究。张智慧、李小冬等建立并不断完善建筑工程环境表现分析系统（BEPAS） [40-42] ，构建了“单元过程资源能源消耗量收集→原材料投入量和污染物排放量清单数据构建→环境影响特征化归类→环境影响综合量化值”较为系统的评价框架和方法。基于研究成果编制的建筑环境影响定量测算和评价标准《建筑工程可持续性评价标准》（JGJ/T 222—2011） [43] 已于2012年5月正式实施，对评价对象、评价内容、评价步骤、系统边界、评价范围、数据采集与处理等内容进行了规定，标志着我国建筑的LCA评价走向标准化。
LCA评价方法主要用于事前评估，以指导改进和支持决策。传统的LCA评价基本属于静态评价体系，隐含着产品生命周期内资源消耗和污染物排放水平与评价时点水平保持一致的假定。具体评价中，一般采用评价时点的基础清单数据库，且对于环境、经济、社会等各方面随时间变化所导致的未来消耗和排放的可能变化并没有纳入考虑，影响了评价结论的科学性和精确性，局限了评价方法的推广应用 [44-45] 。LCA的标准规范（如ISO标准 [46] 、PAS 2050 [47] 和国际生命周期参考数据系统手册 [48] ）均提到了评价中时间信息缺失这一不足及潜在负面影响。LCA的评价结果通常用于支持决策和管理，忽略时间动态性可能带来诸如评价结果不准确、错误决策和低效管理等负面影响 [49] 。近年来，学术界开始关注到LCA评价中的动态性（Dynamic）问题，在建筑业、制造业、能源等领域开展DLCA （Dynamic Life Cycle Assessment）相关研究。DLCA被认为是当前国际环境评价与管理领域的热点研究方向和重要挑战 [50-51] 。本书上篇将系统介绍建筑环境影响定量评价的动态化前沿研究。
随着信息技术取得了长足的进步，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）在建筑领域中的应用越来越广泛。BIM可对建筑其相关设施的物理属性和功能特点进行数字化表征描述，支持设计、施工、运营等阶段的各项活动，其迅速发展为LCA评价的数据收集工作提供了新思路和新技术，将BIM与LCA评价体系相结合已成为建筑环境影响评价领域的新趋势 [52] ，可用于设计方案比选 [53] 、施工能耗与污染物排放估算 [1] 、运营能耗和室内环境分析 [54] 、拆除废弃物评估 [55-56] 等。LCA评价的智能化发展是信息化快速发展背景下，绿色建筑行业发展的必然趋势，本书下篇将系统介绍建筑环境影响定量评价的智能化研究。