[发明专利]一种基于地理信息系统和物质流分析的城市建筑物质代谢核算方法

权利要求书

1.一种基于地理信息系统和物质流分析的城市建筑物质代谢核算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.搜集基于建筑单体尺度的城市建筑空间数据；

步骤2.基于步骤1中的数据，利用地理信息系统技术核算基于建筑单体尺度的建筑面积存量；

步骤3.搜集城市建筑的寿命、物质构成和物质使用强度数据；

步骤4.基于步骤2中的建筑面积存量和步骤3中的数据，利用地理信息系统技术核算基于建筑单体尺度的城市建筑物质存量；

步骤5.基于步骤4中的建筑物质存量数据，利用物质流分析方法核算基于建筑单体尺度的城市建筑物质流量。

2.根据权利要求1所述的基于地理信息系统和物质流分析的城市建筑物质代谢核算方法，其特征在于，所述步骤1中，建筑单体尺度的城市建筑空间数据包括建筑类型、空间位置、基底面积、层数、建筑结构、所属住宅小区名称和建筑年代。

3.根据权利要求1所述的基于地理信息系统和物质流分析的城市建筑物质代谢核算方法，其特征在于，所述步骤2中，建筑面积存量的计算公式为：

其中，H表示单栋建筑的建筑面积，B表示单栋建筑的基底面积，F是单栋建筑的层数；t表示年份；g表示建筑结构，包括砖混结构和钢混结构；n表示建筑年代，即建筑的修建年份。

4.根据权利要求1所述的基于地理信息系统和物质流分析的城市建筑物质代谢核算方法，其特征在于，所述步骤3中，城市建筑寿命依据建筑结构进行划分，建筑结构可分为钢混结构和砖混结构；城市建筑的主要构成物质包括钢铁、木材、砖块、砂砾、水泥、玻璃和石灰共七种，主要构成物质的使用强度在不同建筑类型和不同建筑年代均不同。

5.根据权利要求1所述的基于地理信息系统和物质流分析的城市建筑物质代谢核算方法，其特征在于，所述步骤4中，建筑物质存量的计算公式为：

其中，MS表示单种建筑物质的总存量，m表示建筑构成物质，包括钢铁、木材、砖块、砂砾、水泥、玻璃和石灰等七种；t表示年份；H表示单栋建筑的建筑面积；g表示建筑结构，包括砖混结构和钢混结构；n表示建筑年代，即建筑的修建年份；MI表示物质使用强度，即单位建筑面积所消耗的物质量。

6.根据权利要求1所述的基于地理信息系统和物质流分析的城市建筑物质代谢核算方法，其特征在于，所述步骤5中，基于建筑物质存量数据和物质流分析方法核算建筑物质流量的具体步骤包括：

步骤51.建筑物质的流入与流出共包括三种情景，分别是新建、拆旧建新和维护修缮；分别将三种情景的流入量和流出量相加，计算得到基于建筑单体尺度的城市建筑物质流量，城市建筑物质流量的计算公式为：

其中，MIF表示物质流入量，MOF表示物质流出量；t表示年份；m表示建筑构成物质，包括钢铁、木材、砖块、砂砾、水泥、玻璃和石灰等七种；s1、s2、s3分别表示情景一新建情景、情景二拆旧建新情景和情景三破损修缮情景；

步骤52.情景一、新建情景

新建情景指建造新建筑，因此只有物质的流入且无流出，新建情景的流入量等于新一年的存量减去当年的存量，计算公式为：

其中，MIF表示物质流入量，MS表示物质存量；m表示建筑构成物质，包括钢铁、木材、砖块、砂砾、水泥、玻璃和石灰等七种；t表示年份；s1表示情景一新建情景；

步骤53.情景二、拆旧建新情景

拆旧建新情景代表在相同的地理区域内，首先是旧建筑的拆除，其次是新建筑的建造；在拆旧建新情景中，物质净流量等于新一年的存量减去当年的存量，也等于新一年的新建建筑的物质流入量减去拆旧建筑的物质流出量；物质净流量的计算公式为：

其中，NetFlow表示物质净流量，MS表示物质存量，MIF表示新建建筑的物质流入量，MOF表示拆旧建筑的物质流出量；m表示建筑构成物质，包括钢铁、木材、砖块、砂砾、水泥、玻璃和石灰等七种；t表示年份；s2表示情景二拆旧建新情景；

步骤54.情景三、破损修缮情景

建筑在t+1时刻并未拆除或废弃，但在t至t+1时期有部分损坏或日常消耗并被修缮；该情景认为物质流出量与物质流入量相等；物质流入量和物质流出量的计算公式为：

其中，D表示建筑的报废率，即建筑物质随年份的损耗比例；t表示年份；m表示建筑构成物质，包括钢铁、木材、砖瓦、砂砾、水泥、玻璃和石灰等七种；n表示建筑年代，即建筑的修建年份；s3表示情景三破损修缮情景；

其中，D表示建筑的报废率，即建筑物质随年份的损耗比例；t表示年份；n表示建筑年代，即建筑的修建年份；α和β均表示根据建筑的实际生命周期确定的方程参数。