裝配式建筑預制構件生產階段碳排放評價指標分析

盧 輝

(西安交通工程學院 西安 710300)

2021年,國務院關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見指出,要全方位全過程建立健全綠色循環經濟體系,嚴格保護環境,有效控制碳排放,確保實現2030年前實現碳達峰以及2060年前實現碳中和的雙碳目標。

裝配式建筑通過在施工現場裝配預制梁、板、柱等預制構件而成,構配件大部分在預制廠生產,施工現場進行裝配。我國目前已經全面推廣裝配式建筑施工,建筑產業現代化是以綠色和可持續發展為理念,裝配式建筑具有節能、環保的顯著特點,能夠較大幅度的減少建筑垃圾的產生。預制構件的生產過程產生的碳排放大約占到整個生產過程的80%[1],所占比例較大。為了進一步控制裝配式建筑預制生產過程的碳排放,準確評價碳排放并提出可行改進措施顯得尤為重要。

1 裝配式建筑構件預制及層次分析法

裝配式混凝土建筑是采用標準化的設計,以工廠化的生產方式預制鋼筋混凝土構件,通過施工現場裝配預制構件建造的建筑。預制構件主要包括預制柱、預制梁、預制疊合板、預制樓梯、預制外墻板、預制陽臺板、預制空調板等,預制工廠可以實現數字化管理。裝配式建筑的建造過程節能環保,與現澆建筑相比較作業內容大幅減少,效率提高。

層次分析法(AHP)可以為決策問題提供簡單易行的決策方法,使用層次分析法分析問題的時候需要將問題層次化為目標層、準則層、方案層三個層次,實施步驟一般為建立層次結構模型、構造判斷矩陣、判斷矩陣一致性檢驗三個步驟。

2 預制構件碳排放評價指標確定

要準確的分析裝配式建筑預制過程碳排放,必須合理設置評價指標。李德智以一預應力混凝土疊合板為研究對象,從疊合板清理模板、安裝鋼筋、安裝預埋件、澆筑混凝土、養護、拆模、堆放七個主要生產工序逐一計算其資源能源消耗及碳排放[2];曹靜等建立混凝土裝配式與現澆住宅建筑碳排放計算公式,測算比較了構件生產、運輸和施工階段兩種建筑碳排放的差異,并提出了減碳措施[3]。

本文將從清理模板及支模、綁扎鋼筋及放置預埋件、澆筑振搗混凝土、蒸汽養護、拆模及預制件廠區堆碼六個生產階段建立評價指標,以CO2氣體排放數量作為分析邊界。其中目標層為裝配式建筑預制構件生產階段碳排放,準則層為清理模板及支模、綁扎鋼筋及放置預埋件、澆筑振搗混凝土、蒸汽養護、拆模及預制件廠區堆碼5個指標,方案層由清模及支模人工數、鋼筋加工機械功率、綁扎鋼筋及放置預埋件人工數、混凝土使用量、澆筑混凝土機械功率、振搗機械功率、澆筑混凝土人工數、養護機械功率、養護用水方量、拆模人工數、堆碼其中機械功率、堆碼人工數12個指標構成。

表1 裝配式建筑預制構件生產階段碳排放評價指標體系

清理模板及支模:生產過程采用定型模板及疊澆法施工,由于要保證模板表面光整,需要對模板進行清理;清理之后涂涮隔離劑,根據各類預制構件設計尺寸進行支模。模板清理及支模主要使用人工而產生CO2。指標為清模及支模人數;

綁扎鋼筋及放置預埋件:包括鋼筋下料、綁扎及預埋件的放置。在鋼筋下料、綁扎及預埋件放置過程中使用機械、人工會增加CO2的排放。指標為鋼筋加工機械功率、綁扎鋼筋及放置預埋件人數;

澆筑振搗混凝土:鋼筋綁扎及預埋件放置完成后,進行混凝土的澆筑,此階段CO2排放包括混凝土拌制、澆筑、振搗環節使用混凝土攪拌機、振搗機械、人工以及購買原材料、水、電;指標包括混凝土使用量、澆筑混凝土機械功率、振搗機械功率、澆筑混凝土人工數;

蒸汽養護:使用養護機械及購買水等增加CO2排放。指標為養護機械功率,養護用水方量;

拆模:構件強度達到70%以上時,將構件進行拆模、平移,該階段主要使用人工增加CO2排放,指標為拆模人工數。

3 裝配式建筑預制構件生產階段碳排放評價模型

3.1 建立評估模型

根據列出的準則層5個指標和方案層12個指標建立裝配式建筑預制構件生產階段碳排放評估模型,如圖1所示。

圖1 裝配式建筑預制構件生產階段碳排放評估模型

3.2 構造判斷矩陣

使用1-9 和1-9 的倒數作為判斷矩陣標度。根據專家打分建立二級指標對一級指標的判斷矩陣,再將判斷矩陣進行歸一化處理得到標準判斷矩陣,求出各指標權重。

通過對判斷矩陣的計算分析,得到結果如表3～表8所示。

表3 A-B判斷矩陣

表4 B2-C判斷矩陣

表5 B3-C判斷矩陣

表6 B4-C判斷矩陣

表7 B5-C判斷矩陣

根據一致性檢驗結果可知,判斷矩陣A-B、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C 一致性比率都小于0.10,滿足要求。準則層要素對決策目標的權重如表8所示,其中,拆模、預制件廠區堆碼及澆筑振搗混凝土權重較大,分別為0.4499和0.3623。

表8 準則層要素對決策目標的權重

經過計算,方案層12個要素對準則層5個要素的權重如表9所示。

表9 方案層12個要素對準則層5個要素的權重

由上表數據可知,方案層要素對準則層要素的權重較大的指標為堆碼起重機功率、混凝土使用量、澆筑混凝土機械功率,分別為0.3533、0.1620、0.1500。

4 結語

裝配式建筑預制階段碳排放評價指標及權重的確定,為正確評價裝配式建筑預制階段碳排放提高依據。本文根據裝配式建筑預制階段施工過程確定碳排放評價指標,運用層次分析法確定出了清理模板及支模、綁扎鋼筋及放置預埋件、澆筑振搗混凝土、蒸汽養護、拆模及預制件廠區堆碼六個裝配式建筑生產階段的碳排放指標的權重,從分析結果可知,準則層拆模、預制件廠區堆碼及澆筑振搗混凝土權重較大,方案層堆碼起重機功率、混凝土使用量、澆筑混凝土機械功率權重較大。