裝配式建筑環(huán)境效益分析

馮璐瑤，劉莉，商陽

（華東交通大學(xué)，江西 南昌 330013）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對住宅的需求也逐步提高，開始追求一個健康、綠色、和諧的人居環(huán)境。而裝配式建筑可以在提高住房質(zhì)量的同時，滿足人們對環(huán)境的要求，并且能夠響應(yīng)國家的相關(guān)政策。

建筑業(yè)正處于節(jié)能轉(zhuǎn)型階段，而裝配式建筑在能源節(jié)約、生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面具有優(yōu)勢，因此有關(guān)專家開始注重研究裝配式建筑。楊燕等[1]采用市場價值法來計(jì)算環(huán)境效益，主要針對節(jié)能效益進(jìn)行分析。華虹等[2]采用BIM技術(shù)分析環(huán)境效益，但局限于單一碳排放量。鄭立紅等[3]利用eQues軟件建立模型對比得出綠色建筑的節(jié)能貢獻(xiàn)率。但針對于裝配式建筑的環(huán)境效益定量分析較少，鑒于此，結(jié)合江西省某住宅實(shí)例，建立環(huán)境效益分析模型，對裝配式建筑的環(huán)境效益進(jìn)行定量分析。

1 環(huán)境效益分析

環(huán)境效益是指人類社會活動對環(huán)境的影響。環(huán)境效益所包括的內(nèi)容十分豐富，但與人類生活和生產(chǎn)息息相關(guān)的，主要是“四節(jié)”：節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、節(jié)能。從根本上講，環(huán)境效益是最基本的一種效益，因此，提高環(huán)境效益對人類生活有著至關(guān)重要的作用。

1.1 節(jié)水效益V1

目前全球的水資源處于極度短缺的狀態(tài)，而建筑業(yè)的用水量占全社會總用水量的50%以上[4]，并一直處于上升階段。建筑業(yè)在施工階段的用水主要表現(xiàn)在生活用水和現(xiàn)場施工用水兩方面。

江西省某傳統(tǒng)式住宅工程，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積136 378.18 m2。根據(jù)該工程數(shù)據(jù)可得出該工程建筑用水的主要分布如表1所示。

表1 江西省某住宅工程建筑用水主要分布

由表1可見，傳統(tǒng)式建筑用水主要在施工現(xiàn)場上消耗比較大。而裝配式建筑采用預(yù)制件，可以減少施工現(xiàn)場混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)用水以及沖洗設(shè)備用水；并且裝配式建筑是使用機(jī)械進(jìn)行安裝，可以削減人力，同時也降低了生活用水量。在這個過程中，產(chǎn)生了直接或間接的節(jié)水效益。在這里，只分析產(chǎn)生的直接節(jié)水效益，并且2種建造方式在綠化方面用水量差距甚微，可不進(jìn)行比較計(jì)算。因此，裝配式建筑的節(jié)水效益如下：

式中：V1——節(jié)水效益，元/m2；

P1——建造地區(qū)當(dāng)?shù)氐乃畠r，元/m3；

Q1——混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)用水節(jié)水量，m3/m2；

Q2——沖洗設(shè)備用水節(jié)水量，m3/m2；

Q3——生活用水節(jié)水量，m3/m2。

1.2 節(jié)材效益V2

裝配式建筑所使用的構(gòu)件都是預(yù)制件，即在工廠生產(chǎn)的構(gòu)件。而工廠的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，能夠準(zhǔn)確把握材料的用料，以及對構(gòu)件的質(zhì)量都有一個嚴(yán)格的控制。同時，工廠的工人都是經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，具備較高的操作水平以及一定的責(zé)任心，能夠提高工作效率和成品率。因此，裝配式建筑的節(jié)材效益如下：

式中：V2——節(jié)材效益，元/m2；

P21——模板的價格，元/m2；

P22——混凝土的價格，元/m3；

N21——模板節(jié)約用量，m2/m2；

N22——混凝土節(jié)約用量，m3/m2。

1.3 節(jié)地效益V3

我國擁有遼闊的土地資源，但建筑用地卻極為緊張，特別是一線城市。因此如何高效的利用建筑用地就顯得尤為重要了。裝配式建筑采用的預(yù)制構(gòu)件是由高強(qiáng)度輕質(zhì)材料制成的，與傳統(tǒng)建筑材料相比，自重較輕，若要增加建筑面積可以使用合理增加建筑物層數(shù)的方法。同時，裝配式建筑在施工時不會產(chǎn)生很大的噪聲，并且建筑垃圾比較少，工程結(jié)束后可以很快清理掉，迅速恢復(fù)原貌。裝配式建筑的質(zhì)量也是有保障的，其結(jié)構(gòu)壽命較長，提高了節(jié)地效益，因結(jié)構(gòu)壽命無法準(zhǔn)確計(jì)算出，故在此不考慮。裝配式建筑的節(jié)地效益如下：

式中：V3——節(jié)地效益，元/m2；

P31——土地費(fèi)用，元/m2；

P32——建筑垃圾清理費(fèi)用，元/m2；

S——裝配式建筑的建設(shè)用地面積，m2；

A1——裝配式建筑比傳統(tǒng)建筑減少的建設(shè)用地面積，m2。

1.4 節(jié)能效益V4

建筑業(yè)的能源損失主要體現(xiàn)在電的消耗以及施工過程的能源浪費(fèi)。據(jù)資料顯示[5]，通過調(diào)查不同項(xiàng)目的用電量，可計(jì)算出裝配式建筑的平均用電量比傳統(tǒng)式建筑減少25%，由此可知，裝配式建筑在大部分的情況下，都可以表現(xiàn)出節(jié)能效益。

裝配式建筑在工廠預(yù)制構(gòu)件，可以降低人與施工機(jī)械的用電量，并且裝配式建筑普遍使用新型保溫節(jié)能材料，可以降低能源損耗。因此，裝配式建筑的節(jié)能效益如下：

式中：V4——節(jié)能效益，元/m2；

N41——裝配式建筑比傳統(tǒng)式建筑的施工機(jī)械用電減少量，kW·h/m2；

N42——生活用電減少量，kW·h/m2；

P4——建造地區(qū)的單位電費(fèi)，元/（kW·h）。

1.5 碳排放的效益V5

全球氣溫普遍在上升，而造成溫室效應(yīng)的一個重要因素，便是建筑業(yè)的碳排放量。建筑業(yè)的任何一個階段都有碳的排放，為控制溫室效應(yīng)，建筑業(yè)必須向著低碳節(jié)能的方向發(fā)展。建筑行業(yè)的二氧化碳排放量主要表現(xiàn)在建造階段和使用維護(hù)、拆裝階段。據(jù)調(diào)查，在建筑的全壽命周期里，維護(hù)過程的碳排放量可以達(dá)到70%～80%[6]。

1.5.1 建造階段的碳排放計(jì)算

建造階段主要的碳排放體現(xiàn)在：構(gòu)件的制作、運(yùn)輸以及現(xiàn)場施工方面。其計(jì)算模型為：

式中：W1——建造階段的碳排放量，kg；

Mi——構(gòu)件制作中第i種材料的消耗量，kg；

gi——第i種材料CO2排放量，m3/m3；

Li——工廠到施工現(xiàn)場的運(yùn)距，m；

hi——運(yùn)輸工具單位運(yùn)距的CO2排放量，kg/（m·kg）；

Vi——某施工工藝所需的工期，h；

ki——施工過程中該施工工藝的單位CO2排放量，kg/h。

1.5.2 使用維護(hù)、拆裝階段碳排放計(jì)算

使用維護(hù)、拆裝階段碳排放主要發(fā)生在各種能源損耗的過程中。其計(jì)算模型為：

式中：W2——使用維護(hù)、拆裝階段的CO2排放量，kg；

Qe——平均年耗電量，m3；

Qg——平均年耗氣量，m3；

F——電能的單位CO2排放量，kg/m3；

U——燃?xì)獾膯挝籆O2排放量，kg/m3；

Bd——拆除工程量，m3；

Rd——拆除時的施工工藝的單位CO2排放量，kg/m3。

1.5.3 全壽命周期的碳排放計(jì)算

經(jīng)過以上2個階段的二氧化碳排放計(jì)算，可以得出全壽命周期的碳排放效益為：

式中：V5——碳排放效益，元；

ΔW——裝配式建筑減少的碳排放量，kg；

P5——碳交易價格，元/kg。

2 案例分析

江西省某框剪結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目建筑面積為81 036 m2，其中3#、5#、6#樓采用裝配式建筑，而 1#、2#樓為傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑，其中2#樓與3#樓的建筑面積相同，均為5600 m2，占地面積均為280 m2，采用以上公式，通過對比2#樓與3#樓，來分析裝配式建筑的環(huán)境效益。

2.1 “四節(jié)”效益分析

根據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)以及各效益分析模型，可計(jì)算出3#樓的“四節(jié)”效益，見表2。

表2 該項(xiàng)目“四節(jié)”效益分析

經(jīng)過分析可知，該地區(qū)的水價為3.58元/t，由項(xiàng)目數(shù)據(jù)得出3#樓比2#樓共節(jié)約了798 kg/m2的水資源，在節(jié)水效益中節(jié)省了2.86元/m2。在節(jié)材效益中，3#樓比2#樓模板、混凝土用量分別節(jié)約548 m2和689 m3，而購買時模板價格283元/m2、混凝土材料價格為350元/m3，由此可得，節(jié)材效益為70.76元/m2。該項(xiàng)目節(jié)約的土地大致為850m2，該地區(qū)的土地價格為5300元/m2，在節(jié)地效益中，當(dāng)?shù)亟ㄖ暹\(yùn)費(fèi)用為23元/m2，節(jié)省了2.07元/m2。該地區(qū)的電費(fèi)為1.32元/（kW·h），3#樓比2#樓機(jī)械用電節(jié)約了7 kW·h/m2，生活用電節(jié)約2 kW·h/m2，因此節(jié)能效益為11.88元/m2。

2.2 碳排放的效益

基于以上模型對該項(xiàng)目的碳排放量進(jìn)行計(jì)算，其中根據(jù)項(xiàng)目可分別計(jì)算出傳統(tǒng)式建筑與裝配式建筑的碳排放量[7-9]，2種方法的碳排放量對比如表3所示。

表3 2#樓與3#樓碳排放量對比

由表3可知，2#樓與3#樓的碳排放總量分別為15 922.62 t、12 304.18 t?？捎?jì)算出3#樓比2#樓碳排放總量低3618.44 t，即3#樓比2#樓節(jié)省了22.73%。3#樓單位面積CO2的排放比2#樓低646.15 kg/m2，根據(jù)當(dāng)時碳交易價格為5.56元/t，可知：

V5=0.64615×5.56=3.59元/m2

2.3 環(huán)境效益

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，可知環(huán)境效益V為：

V=V1+V2+V3+V4＋V5＝2.86+70.76+2.07+11.88+3.59=91.16元/m2

綜上所述，在該項(xiàng)目的全壽命周期里，裝配式建筑的環(huán)境效益比傳統(tǒng)式建筑節(jié)省了91.16元/m2。

3 結(jié)論

盡管目前相關(guān)的技術(shù)還有待提高，導(dǎo)致裝配式建筑不能大范圍的推廣，但不可否認(rèn)，裝配式建筑在建筑業(yè)發(fā)展中的重要地位，其能夠具有很高的環(huán)境效益，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

裝配式建筑已成為未來建筑業(yè)發(fā)展的主要工具，不僅可以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的生活要求，還可以響應(yīng)社會的文明化發(fā)展，對保護(hù)環(huán)境，低碳生活等都有促進(jìn)作用，并且隨著其應(yīng)用的增多，裝配式建筑產(chǎn)生的優(yōu)勢會越來越明顯。