建筑行业的脱碳是欧洲气候政策的优先事项，因为该行业约占欧盟二氧化碳排放量的36%和最终能源消耗量的40%[1],[2],[3]。这一现象主要是由于建筑物的老旧和低效：约75%的建筑物超过了能源基准[4]，而只有不到3%的建筑物达到A级标准[5]。大量建筑物建于现代能源要求出台之前——42%的非住宅建筑和38%的住宅建筑建于1970年之前[6]，大多数建筑物的建造时间可追溯到1990年和2001年之前[7]。除了运营过程中的排放外，建筑物在能源供应链和生命周期建设过程中也会产生大量的间接和嵌入式二氧化碳排放[8],[9]。尽管有诸如欧洲绿色协议、气候目标计划和翻新计划等重大举措[10],[11]，但翻新活动仍然不足。特别是深度翻新（能源减少≥60%）每年仅发生在约0.2%的建筑物中[7]，这表明目标与实际实施之间存在持续差距。
缩小这一差距需要综合性的改造策略，这些策略结合了需求减少、热系统的电气化以及可再生能源的使用增加[12],[13]。典型的措施包括围护结构升级、更智能的控制系统、高效热泵，以及现场可再生能源（如建筑集成光伏和热系统）和储能系统的集成[14],[15],[16],[17],[18]。鉴于供暖和制冷在住宅能源使用中的主导地位，改造规划还必须体现“能源效率优先”（Energy Efficiency First, EE1st）原则，并利用数字化技术（如人工智能/物联网）在现实运行条件和舒适度限制下评估各种措施[19],[20],[21]。高分辨率能耗和建筑数据的日益普及进一步促进了可扩展的数据驱动决策支持[22]。
要应对这些挑战，需要既全面又实用的翻新规划框架。然而，当前的改造规划存在三个主要局限：(i) 依赖静态或预定义的方案，优化能力有限；(ii) 未充分考虑建筑物的具体配置、使用模式或预算限制；(iii) 将被动、主动和可再生能源干预措施整合到统一决策模型中的程度不足。此外，专家级工具通常非专业用户难以使用，而用户友好型平台往往过于简化了技术和经济复杂性[23],[24]。
为了解决这些局限，本研究提出了一个“脱碳即服务”（Decarbonization-as-a-Service, DaaS）框架，提供定制化的改造建议。其核心是一个混合整数线性规划（MILP）模型，该模型在用户定义的约束条件下（如预算和现有基础设施）优化改造措施的选择和组合，包括围护结构升级、暖通空调更换、可再生能源发电和储能。该框架的贡献包括：
•开发了一个基于MILP的统一优化框架，能够同时模拟被动围护结构升级、主动暖通空调系统改造和现场可再生能源集成，从而在单一决策模型内实现全面的跨领域脱碳规划；
•明确纳入了多维的现实世界约束条件，包括资本投资限制、系统兼容性和安装可行性，从而提供技术上和经济上可行的改造方案，而不仅仅是理想化的场景。
•直观的用户输入工作流程和异构场景分析，架起了先进优化技术和非专家利益相关者之间的桥梁，使其能够使用该框架进行翻新规划。
该框架通过两个代表性案例进行了验证：一个是单户住宅原型建筑模型，另一个是位于维也纳的58单元住宅建筑群。在第一个案例中，二氧化碳排放量在1万欧元至3万欧元的预算范围内减少了37.51%至80.90%；在第二个案例中，根据预算和干预措施的不同，空间供暖产生的二氧化碳排放量减少了48.95%至97.44%。这些结果展示了所提出方法在多种建筑背景下支持基于约束的脱碳规划的潜力。
本文的其余部分结构如下：第2节回顾了建筑改造优化和决策支持系统的最新进展。第3节详细介绍了所提出的方法，包括数据采集、基线建模和MILP公式化。第4节展示了该框架在案例研究中的应用，并分析了关键结果。最后，第5节总结了主要贡献，并指出了未来研究和发展的方向。
