Hem Teknik En app för hållbarheten

En app för hållbarheten

Bro

Konstruktörer behöver mer och mer kunskap om livscykeln, både hållbarhet och kostnader. Därför har WSP tagit fram en applikation, LCPro, som automatiskt beräknar och tar fram rapporter både för LCC och LCA. Daron Omed, gruppchef, Brokonstruktion på WSP Bro & Vattenbyggnad, går här igenom hur det fungerar.

Text: Daron Omed, gruppchef, Brokonstruktion på WSP Bro & Vattenbyggnad. Foto: WSP.

Artikel från Betong #4 2020Det ställs numera allt oftare krav från våra beställare, både offentliga och privata, på att genomföra LCA, livscykelanalys, och LCC, livscykelkostnadsanalys, i tidiga skeden när det ska bestämmas vilken typ av konstruktion eller material som ska användas. En LCA undersöker hur stor miljöpåverkan som en produkt har från produktionsstadiet och under hela dess livslängd, till resthanteringen av den uttjänade produkten. En LCC tar, likt en LCA, hänsyn till alla kostnader som produkten medför under livslängden.

Att utföra LCA och LCC kräver kompetens som blir alltmer viktig att ha inom byggbranschen. Det finns givetvis organisationer som arbetar specialiserat med miljö och hållbarhet, som är kunniga inom området på ett övergripande sätt. Det krävs dock även att konstruktörer har den här typen av kompetens, vilket idag inte är helt vanligt. Konstruktörerna har stort inflytande över de parametrar som berör material, utformning och dimensioner som avsevärt kan bidra till att uppnå de mål som sätts för konstruktionens klimatavtryck och livslängdskostnad.

Dilemmat är att det är en ganska bred kunskap som krävs och den är lite utanför de vanligast förekommande kompetenserna hos en konstruktör. För att göra det lättare för konstruktören att få tid över till att göra dessa analyser behövs en automatisering av processen. Det krävs självklart även grundläggande kunskaper hos konstruktörerna.

Bro

Optimering av konstruktioner med hänsyn till kostnad eller miljöpåverkan är i nuläget främst baserad på konstruktörens erfarenhet och ”trial and error” vilket är kostsamt och tar lång tid. För att kunna tillämpa optimering inom dimensionering av konstruktioner, speciellt i tidiga skeden, är automatiserade program som tar fram kostnad och miljöpåverkan av konstruktioner på ett snabbt och effektivt sätt, starkt behjälpliga.

WSP har tagit fram en applikation, LCPro, som automatiskt beräknar och tar fram rapporter för LCC och LCA. Applikation är åtkomlig via datorprogrammet Tekla Structures varifrån mängder från en aktuell 3D-modell kan hämtas ut automatiskt färdigkategoriserade om elementen är kodade men kan också användas som ett fristående program om användaren vill ange mängder manuellt. Det finns även förberedelser för att koppla LCPro till övriga framtagna automationsverktyg för att möjliggöra en gemensam automation av samtliga delar: modell, konstruktionsberäkning, livscykelkostnad och livscykelanalys.

LCPro kan göra två typer av livscykelanalyser, en förenklad enligt Trafikverkets klimatkalkyl samt en mer komplett LCA. Trafikverkets Klimatkalkyl är ett verktyg som baseras på metoden för LCA och används för att beräkna energianvändningen (Primärenergi) och potentiella uppvärmningseffekter (Global Warming Potential). Trafikverket har som krav att en Klimatkalkyl ska upprättas då ett infrastrukturprojekt omfattar mer än 50 miljoner kronor.

Daron Omed
Textförfattaren Daron Omed.

Klimatbelastningen och energianvändningen beräknas genom att generella emissionsfaktorer multipliceras med projektspecifik resursanvändning. Klimatkalkylen omfattar utvinning av råvaror, förädling av råvaror till produkter och transporter under förädlingskedjan.

Vid det mer omfattande alternativet av LCA beaktas miljöpåverkan utifrån kategorierna: Global warming (klimatpåverkan), Abiotic depletion (abiotisk resurs), Acidification (försurning), Eutrophication (övergödning), Ozone depletio (nedbrytning av ozonlager) och Photochemical oxidation (fotokemisk oxidation). Dessutom i detta alternativ är mera olika material (t.ex. olika betongklasser och ståltyper) och formställning inkluderade i beräkningen.

Emissionsfaktorerna för LCA är hämtade från diverse miljödeklarationer på nätet där källa för varje emissionsfaktor har angivits och för Trafikverkets klimatkalkyl är de hämtade från Trafikverket. Värdena ses över med jämna mellanrum och uppdateras vid behov. Applikationen innehåller de flesta förekommande materialen som används inom infrastrukturprojekt men det finns även en funktion för att användaren ska kunna lägga till andra specifika material själv genom att lägga till de olika emissionsfaktorerna för beräkning av LCA samt priser för beräkning av LCC.

Livscykelkostnad används för att jämföra kostnadsbedömningar över hela livslängden. I en LCC tas relevanta ekonomiska faktorer så som investeringskostnader och drift- och underhållskostnader med i beräkningen. En LCC kan göras på olika sätt men delas vanligtvis in i tre kategorier; ägarkostnad, användarkostnad och samhällskostnad.

Ägarkostnad är den kostnad som tillfaller ägaren av konstruktionen, det vill säga kostnaden för att uppföra konstruktionen och hålla den i bruk. Användarkostnad är den kostnad som påverkar användaren negativt när konstruktionen inte uppfyller sin funktion. Samhällskostnad är den kostnad som uppstår för samhället i form av hur miljön påverkas samt eventuella olyckor som uppkommer på grund av den nya konstruktionen.

När mängderna tagits in, automatiskt via Tekla Structures eller med manuell inmatning, så kan ett antal inställningar göras om man så önskar för att få en mer korrekt rapport specifikt anpassad efter projektet. Man kan välja bland vilka kostnader som ska tas med; Investeringskostnad, Drift- och underhållskostnad, Inspektioner, Rivning, Användarkostnader och Samhällskostnader. Tabellerna innehåller redan kostnader baserade på aktuella prislistor samt kalkylränta och livslängd men denna data kan ändras om så önskas för att anpassa till aktuella prislistor för projektet. Även andra inställningar kan göras som exempelvis antal dagar och längd för trafikstörning.

“Tabellerna innehåller redan kostnader baserade på aktuella prislistor samt kalkylränta och livslängd”

När inställningar för LCA och LCC är utförda kan rapporter genereras för respektive delar. Rapporten genereras i MS Word-format och är komplett med försättssida, innehållsförteckning och ingående kapitel som är behandlade. Innan rapporten är helt färdig behöver användaren manuellt lägga till de projektspecifika beskrivningar som behövs i rapporten. Applikationen har också fullständig användarmanual som gör det enkelt för användaren att använda applikationen. Applikationen är också förberedd med buggrapportering så att det kan rapporteras direkt från applikationen till ansvarig person för applikationen om någon bugg skulle upptäckas.

LCPro kan användas enligt följande exempel där två olika broalternativ för samma sträcka jämförs med hänsyn till LCC och LCA och beslut om brotyp kan därefter tas baserat på resultat från applikationen. Det här scenariot är vanligt i tidiga skeden av ett projekt och ett beslutsunderlag för beställaren att välja brotyp. En förekommande frågeställning är om bron, oftast med lite längre spännvidder, ska utföras som en betongbro eller samverkansbro (betong- och stålsamverkan).

Nedan redovisas en bro med en längd på 63 meter och ska utföras i tre spann. Ena alternativet utförs som en samverkansbro med två längsgående I-balkar i stål samt tvärbalkar tillsammans med en betongfarbana och det andra alternativet utförs som en betongbalkbro. Samtliga stöd är pålgrundlagda på stålrörspålar men det som skiljer broalternativen åt är att landfästena för samverkansbron utförs som integrerade landfästen (landfästen där pålar ansluter till broupplag utan bottenplatta). Den miljöpåverkan som redovisas separat för stålrörspålar är det extra arbete som utförs för pålningen, materialet för pålarna är inkluderade i stålmängderna.

Dessa två broar har upprättats som 3D-modeller i Tekla Structures och genom att markera modellen (eller de delar som önskas) och sedan öppna applikationen direkt från programmet så hämtas samtliga mängder direkt in i applikationen och därefter kan beräkningarna utföras.

Nedan presenteras utdrag ur resultaten för LCA och LCC från den mer omfattande rapporten som erhålls från applikationen och som redovisar samtliga delposter och beskrivningar av dessa.

Resultaten enligt applikationen visar att klimatpåverkan och försurning är ganska jämnt mellan de olika alternativen, övergödning för betongalternativ är något högre men beträffande fotokemisk oxidation och energianvändning är värdena för samverkansalternativet större. Ur resultaten kan det utläsas att en optimering av armeringsinnehållet för betongbroalternativet ger en stor effekt där miljöpåverkan kan minskas. För samverkansbroalternativet kan det utläsas att optimering av stålet är en viktig faktor för att minska miljöpåverkan. Förklaringar till tabellens förkortningar anges i tabell 3.

Tabell 1: LCA-resultat för betongalternativ

Tabell 2: LCA-resultat för samverkansalternativ

Tabell 3: Förklaring till förkortningar i tabell 1 och 2

GWP Klimatpåverkan kg CO2 eq
ADP Abiotisk resurs kg Sb eq
AP Försurning kg SO2 eq
EP Övergödning kg PO4 eq
ODP Nedbrytning av ozonlager kg CFC-11
PCOP Fotokemisk oxidation kg C2H4 eq
GJ Energi GJ

 

Nedan redovisas kostnader för investering och livscykelkostnaden för de två olika broalternativen. Samma förutsättningar för de olika kategorierna, enligt figur 3, har angetts förutom för samverkansbroalternativet där en extra post för ommålning av stålbalkar angetts med en 30-årscykel. Resultaten från livscykelkostnaden speglar inte verkliga kostnader och dess syfte är att redovisa applikationen.

Förutsättningarna för att bygga en betongbro eller en samverkansbro kan vara olika beroende på hur tillgängligheten ser ut på en specifik plats för de olika materialvalen, det kan handla om miljön som den byggs på eller möjligheterna att transportera olika material. Dessa parametrar kan leda till varierande kostnader för olika fall men även om alla parametrar inte kan tas hänsyn till så kan de fasta kostnaderna konstateras och extra eventuella kostnader för ett visst alternativ adderas.

Tabell 4: Beräknade kostnader för de olika broalternativen.

Kostnader Betongbro Samverkansbro
Investeringskostnad 5 307 767 kr 6 758 346 kr
Underhållskostnad nuvärde 6 832 872 kr 7 944 926 kr
LCC Nuvärde 12 140 639 kr 14 703 272 kr

LCPro kan också användas under ett bygghandlingsskede för att beräkna hur olika beräkningsmetoder kan skilja sig med hänsyn till miljö och kostnad eller att kunna beräkna vad en viss optimeringsinsats ger för resultat för att påvisa konkret den direkta miljöpåverkan och kostnaden. Detta möjliggör för den enskilde konstruktören att göra en sådan beräkning under projekteringsskedet och jämföra olika resultat för att få konkreta siffror kring den direkta miljöpåverkan och kostnaderna.