活动浏览器：一个构建在brightway框架之上的开源LCA软件

软件影响3（2020）100012原始软件出版物活动浏览器-一个构建在brightway框架之上的开源LCA软件Bernhard Steubinga，Daniel de Koninga，Adrian Haasb，Christopher Lucien Mutelca莱顿大学环境科学研究所（CML），2300，RA Leiden，荷兰b环境工程研究所，瑞士联邦理工学院，苏黎世，Schafmartstr。瑞士苏黎世cPaul Scherrer Institute，5232 Villigen PSI，Switzerland自动清洁装置保留字：生命周期评估（LCA）情景建模A B标准活动浏览器是一个用于高级生命周期评估（LCA）的开源软件。 活动浏览器为brightway LCA框架提供了图形用户界面（GUI），并使管理项目和数据库、建模生命周期清单以及分析LCA结果等常见任务变得更简单、更直观。此外，它还为LCA建模和数据分析提供了先进的功能，从而促进了最先进的LCA研究。它可以根据需要扩展以实现新的LCA建模方法和分析。代码元数据当前代码版本2.4.0此代码版本所用代码/存储库的永久链接https://github.com/SoftwareImpacts/SIMPAC-2019-26法律代码许可证LGPL代码版本控制系统使用git软件代码语言使用Python，JavaScript编译要求，操作环境依赖性https://github.com/LCA-ActivityBrowser/activity-browser如果可用，链接到开发人员文档/手册https://github.com/LCA-ActivityBrowser/activity-browser/blob/master/CONTRIBUTING.md支持问题电子邮件b. cml.leidenuniv.nl1. 介绍生命周期评估（LCA）是一种用于评估产品和服务在其生命周期内对环境的潜在影响的方法。LCA经常被用来为决策提供信息，例如-设计可持续技术或政策制定[2]。虽然在过去的二十年中开发了不同的LCA软件（例如SimaPro、GaBi和OpenLCA），但研究界一直在开发自己的软件实现，这些软件可以进行调整和扩展，以构建先进的非标准LCA模型。Brightway版本2自2012年以来一直作为基于Python的开源LCA框架开发[3]，并已通过以下方式广泛使用-在研究界之外。并导致了许多创新的LCA∗通讯作者。电子邮件地址：b.r.p. cml.leidenuniv.nl（B. Steubing）。https://doi.org/10.1016/j.simpa.2019.100012接收日期：2019年11月28日;接受日期：2019年方法，包括使用自定义卷积函数的快速动态LCA [4]，区域化LCA [5]，将参数化LCA与建筑能量模型联系起来[6]，使用大型LCA数据库进行筛选和全局灵敏度测试[7]，以及将LCA纳入制造过程模型[8]。活动浏览器（AB ）是一个开源软件，用于高级 LCA，建立在brightway之上。它有两个主要目的：(i) 为brightway提供图形用户界面（GUI），从而作为许多标准LCA任务的生产力工具(ii) 作为一个开源的LCA软件，可以扩展到包括新的和先进的建模方法和相关的分析，只要GUI支持是有帮助的。2665-9638/©2019作者。由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表软件影响杂志首页：www.journals.elsevier.com/software-impactsB. Steubing，D.de Koning，A.Haas等人软件影响3（2020）1000122AB的发展开始后不久，光明大道版本2发布，代码大致可以分为两部分：(a) 将用户命令翻译成底层的brightway函数的代码，例如将数据写入数据库或计算LCA结果;(b) 与用户界面本身相关的代码（窗口、向导、按钮等）或信息（图形、表格等）的显示。在某种程度上，AB还包含扩展或引入新功能的代码，例如Brightway中不可用的数据和计算例程。然而，设计理念是将这样的代码保持在 最低限度，并在需要时直接在底层Brightway软件包中实现更改或附加功能。AB主要用Python编写，并使用Qt框架，这是一个用于构建GUI的跨平台框架。对于某些元素，如Sankey图，也使用JavaScript和HTML2. 关键特征下面概述了Activity Browser的一些功能。2.1. 管理项目和数据库在brightway中，每个项目都是一套独立的库存数据库、生命周期影响评估方法以及其他数据和元数据。每个库存数据库可以有任意数量的活动。活动代表人控过程，通常会转换许多输入（例如：自然资源或人造产品）与特定产出的比率，并包括对环境的排放因此，清单数据库中的活动通过其投入和产出相互联系，也称为交流。AB包括用于本地数据库的导入和导出向导，以及用于直接从在线存储库（例如ecoinvent数据库）下载常用数据库的导入向导。由于一些LCI数据库有成千上万的活动，AB包括搜索和过滤活动的便利功能（见图1左侧）。①的人。2.2. 建立生命周期清单模型可以显示详细的活动信息（参见 图1）和AB有利于生命周期清单的建模，即创建新活动或修改和删除现有活动。这里采用了拖放原理，即可以通过将活动从“Activities”表（左侧）拖放到详细活动视图（右侧）来定义活动的其他产品输入或输出2.3. 图形浏览器LCI数据库代表了我们经济中许多复杂的供应链随着模型的日益复杂，图形工具有助于理解这些供应链。因此，AB引入了一个图形浏览器，它提供了一个图形化的方式来探索LCI数据库中的供应链（图1）。 2）的情况。标准的LCI数据库之一，ecoinvent数据库[9]，区分了转化活动（可以是生产过程或处理活动）和转移活动（称为市场和市场群体的消费组合）。为了便于探索供应链，AB利用这种分类来显示图表中的活动，使用颜色代码表示生产活动，治疗活动，市场和市场组。Graph Explorer的一个独特功能是，用户可以从感兴趣的活动开始探索，然后在供应链上向上和向下扩展视图，同时删除不感兴趣的活动，直到获得支持理解特定供应链或产品生命周期的结果。2.4. 参数化活动可以完全参数化，也就是说，输入和输出不使用固定的数字，变量可以在项目或活动级别定义，以模拟任何类型的物理关系，更好地代表过程的真实性质（和潜在的非线性）。2.5. 情景建模情景建模是LCA中的一个重要学科[10，11]。AB支持基于参数替代值的情景建模，即每个参数可以与代表不同场景的值的范围相关联，并且可以计算和比较这些场景的LCA结果2.6. LCA计算及结果分析Brightway配备了一个快速的LCA计算引擎，每秒可以执行多个LCA计算。用户可以使用所谓的计算设置同时计算多个功能单元和影响类别的LCA结果。一旦LCA结果被计算，几种类型的结果将被呈现（图1）。3）：所有职能单位和影响类别的生命周期清单、技术领域流和生命周期评估结果。 此外，贡献分析结果的基本流程和过程的贡献。可以按职能单位或影响类别对结果进行比较。结果的进一步聚合也是可能的，例如，按产品、地理位置或排放的环境分类。所有图形和表格都可以导出为图形或电子表格文件。Sankey图可以计算出来，以提供产品生命周期中环境影响起源的可视化，这为其他分析方法提供了直观和互补的视角。最后，活动（交换）的输入和输出可以与不确定性信息相关联。为了阐明与LCA结果相关的不确定性，可以在AB内执行Monte Carlo模拟。3. 影响虽然AB的精确生产力影响很难量化，但作者知道许多LCA从业者将AB与brightway并行使用，在某些情况下也作为独立的GUI，即而不直接使用Brightway作为高级LCA建模的软件框架，AB已用于实现模块化LCA框架[12]。在这一框架内，供应链可以根据用户的定义分为各个模块，这些模块可以包括任何数量的活动。在可以定义提供相同功能的替代模块的情况下，可以导出替代供应链。这提供了一种有效的建模和筛选方案的方法，只要在供应链的几个部分存在多个替代方案。图形用户界面已被证明对于定义单个模块非常有价值。模块化LCA方法已应用于多个研究应用中，例如Suter等人。[13]在整个木材价值链和Mehr等人[14]中使用木材产品的生命周期效益，以确定最佳的木材使用级联。这种方法的进一步应用是使用LCA模块作为生命周期阶段的表示，作为优化问题的输入，或与物质流分析并行[12，15，16]。随着科学界不断开发更好和越来越复杂的LCA模型，显然需要开放的软件，可以促进新的建模方法的实施。虽然有许多可能的改进方向，但最近在MIN-TEA项目中的AB中实施了两个功能[17]，目的是改进可用于进行B. Steubing，D.de Koning，A.Haas等人软件影响3（2020）1000123Fig. 1. 用户界面.图二. 使用Graph Explorer探索供应链。 颜色代码：黑色=生产活动，红色=废物处理，橙色=市场，黄色=市场组。前瞻性LCA [18]：参数化库存模型，它允许比纯线性系统的经典假设更好的模型保真度，以及半自动化的情景分析。这些工具可以帮助LCA实践者在不确定性条件下确定工艺过程的最优设计参数目前正在进行的工作，以进一步改善大规模的社会发展的方式，可以考虑在前瞻性的LCA，根据门多萨贝尔特兰等人的先驱工作[19]，实施用于量化输入变量对LCA的全局敏感性的方法。4. 什么时候使用活动浏览器？Brightway和Activity Browser可以被视为两个互补的层，以提高生命周期评估的生产力和创新。LCA从业者可以选择在哪一层工作B. Steubing，D.de Koning，A.Haas等人软件影响3（2020）1000124图3.第三章。以 不 同 方 式 显示LCA结果：（a）贡献分析，（b）Sankey图，（c）Monte Carlo模拟结果。图四、 标准和非标准LCA任务的 示 例 ，以及在 哪些情况下 使用活动浏览器最有效。根据他们的需要。虽然这对于LCA结果的建模和分析都是正确的，但这两个层都有明显的优点和缺点。对于可以标准化的任务，例如管理项目和数据库，建模生命周期清单或计算和分析LCA结果，使用Brightway可能不是最有效的选择，而AB可以显着加快这些任务，因此代表了Brightway用户的生产力工具（图10）。4）.也许更重要的是，AB作为一个开放和可扩展的软件框架，提供了一种在LCA中实际实现创新的方法，并使这些创新可用于更广泛的LCA社区。这些创新可能包括但不限于新的sce nario建模方法、不确定性分析和全局敏感性分析。这就是AB可以作为创新研究和LCA方法进一步发展的真正推动者的地方。另一方面，对于难以标准化的LCA任务，例如根据特定规则修改许多活动或从其他可能在时间和地理上明确的数据源建模整个LCI数据库，开发专用GUI是不切实际的。对于这些情况，明确建议在Python级别使用brightway的功能。然而，即使在这些情况下，AB的并行使用也可能被证明是有用的，因为它提供了一种方法来分析已经在Brightway级别修改的数据，并计算和解释相应的LCA结果。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作致谢我们衷心感谢德国EIT原材料公司（项目编号18231）的资助。我们还要感谢LCA社区对Activity Browser的贡献，代码或通过提供反馈，例如提出问题和提出功能请求。最后，我们感谢编辑和匿名评论者的工作。引用[1]ISO，ISO 14040。环境管理-生命周期评估-原则和框架，国际标准化组织，日内瓦，瑞士，2006年，p. 28岁[2] S. Hellweg，L.M.I.运河，生命周期评估中的新兴方法，挑战和机遇，科学344（6188）（2014）1109-1113。[3] C. Mutel，Brightway：一个用于生命周期评估的开源框架。开 源 软件2（12）（2017）236.[4] G. 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