“雙碳”目標(biāo)下裝配式建筑技術(shù)發(fā)展研究

李江濤 山西應(yīng)用科技學(xué)院

裝配式建筑由于簡化了傳統(tǒng)建筑的建造流程，因此具有施工效率高、工期短、成本低等優(yōu)勢[1]。隨著我國“雙碳”目標(biāo)的提出，裝配式建筑在建設(shè)過程中也必須將“碳達(dá)峰”與“碳中和”作為目標(biāo)，不斷發(fā)展新的裝配式建筑技術(shù)。

1 “雙碳”目標(biāo)概述

“雙碳”目標(biāo)即“碳達(dá)峰”與“碳中和”這兩個目標(biāo)，它們是我國為實現(xiàn)碳減排所提出的兩個階段奮斗目標(biāo)[2]。

1.1 碳達(dá)峰

碳達(dá)峰中的“碳”指的是二氧化碳。碳達(dá)峰是指二氧化碳的年排放量達(dá)到歷史最高值，繼而經(jīng)歷平臺期進(jìn)入持續(xù)下降的過程。或者說，碳達(dá)峰是二氧化碳排放量由增轉(zhuǎn)降的一個重要拐點，碳達(dá)峰目標(biāo)的實現(xiàn)標(biāo)志著碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展實現(xiàn)脫鉤[3]。

碳達(dá)峰的“達(dá)峰”目標(biāo)包括兩部分：一是達(dá)峰年份；二是峰值。眾所周知，目前世界各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍與二氧化碳排放密切相關(guān)，尤其是對于我國這種油氣資源相對較少而煤炭資源較為豐富的國家而言，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與二氧化碳排放的聯(lián)系更加密切。若貿(mào)然限制碳排放，會對經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成重大影響。因此，做好碳達(dá)峰工作是促進(jìn)我國綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)技術(shù)變革的重要途徑。

1.2 碳中和

碳中和中的“碳”也指二氧化碳，而“中和”指正負(fù)相抵。簡單來說，將排出的二氧化碳通過各種形式進(jìn)行抵消，即“碳中和”。在當(dāng)前的綠色發(fā)展、低碳發(fā)展背景下，若想大幅降低二氧化碳的排放量，達(dá)到碳中和狀態(tài)，可以采取以下措施：一是直接減少二氧化碳的排放量，二是通過有效的手段吸收排放的二氧化碳。碳中和的目標(biāo)，是使二氧化碳的排放量與吸收量之和達(dá)到零。例如，當(dāng)要在生產(chǎn)過程中排放二氧化碳時，先提前根據(jù)實際情況測算出一定時間內(nèi)的二氧化碳排放總量，然后通過節(jié)能減排、植樹造林等方式來抵消這些排放的二氧化碳，從而實現(xiàn)“零碳排”。碳中和作為一種新型環(huán)保理念，近年來已廣泛應(yīng)用在各種大型活動與會議中，有效推動了全社會綠色發(fā)展[4]。

2 裝配式建筑概述

由預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在施工現(xiàn)場裝配而成的建筑，稱為裝配式建筑。在裝配式建筑的建造模式方面，可以將其類比為機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)模式，即先提前在零部件工廠中加工好各類零部件，再將零部件統(tǒng)一運送到機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)工廠中拼裝組合成機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品。裝配式建筑主要有以下幾個特征：一是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，對各類預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件實施統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；二是工廠化生產(chǎn)，根據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)提前批量化生產(chǎn)品質(zhì)統(tǒng)一的預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件；三是綜合成本低，由于減少了現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的批量生產(chǎn)；四是環(huán)保節(jié)能。

3 “雙碳”目標(biāo)下裝配式建筑的建設(shè)原則

3.1 節(jié)能性原則

在“雙碳”目標(biāo)下，裝配式建筑在建設(shè)過程中應(yīng)充分遵循節(jié)能性原則。近年來，隨著我國資源短缺問題日益嚴(yán)峻，如何降低建筑的資源消耗，成為一項重要的研究課題[5]。在裝配式建筑的建設(shè)過程中需要運用到很多材料，尤其是各類預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的制作均離不開對各種材料的應(yīng)用，必須優(yōu)選可循環(huán)利用的材料，以實現(xiàn)資源節(jié)約。同時，為實現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)，還要積極應(yīng)用各種節(jié)能技術(shù)來提高能源利用率。

3.2 環(huán)保性原則

在“雙碳”目標(biāo)下，裝配式建筑在建設(shè)過程中應(yīng)充分遵循環(huán)保性原則。建筑業(yè)是污染較嚴(yán)重的一個行業(yè)，過去很長一段時間，在建筑業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展過程中都存在嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞現(xiàn)象，這顯然與我國的生態(tài)文明建設(shè)要求和“雙碳”目標(biāo)背道而馳。只有建設(shè)環(huán)保型建筑，使建筑成為城市生態(tài)構(gòu)成中的一部分，與生態(tài)環(huán)境和諧相處，才符合科學(xué)發(fā)展觀[6]。環(huán)保型建筑的建設(shè)關(guān)鍵在于順應(yīng)自然，尊重自然界的客觀規(guī)律，尋找親近自然之道。而裝配式建筑是現(xiàn)代建筑的主要發(fā)展方向，其在建設(shè)過程中同樣也要最大化追求環(huán)保性。

3.3 以人為本原則

在“雙碳”目標(biāo)下，裝配式建筑在建設(shè)過程中應(yīng)充分遵循以人為本原則。以人為本強(qiáng)調(diào)要符合人的生活習(xí)慣和操作習(xí)慣，追求既能滿足人的功能訴求又能滿足人的心理需求。同時，以人為本還是科學(xué)發(fā)展觀的核心，重視人的需求，強(qiáng)調(diào)對人的充分尊重、理解和支持。建設(shè)裝配式建筑的主要目的是為人們打造所需求的居所，因此在裝配式建筑的建設(shè)過程中必須做到充分尊重人、理解人及關(guān)心人[7]。

3.4 宜居性原則

在“雙碳”目標(biāo)下，裝配式建筑在建設(shè)過程中應(yīng)充分遵循宜居性原則。建筑是供人居住的居所，所以無論建設(shè)任何建筑都必須強(qiáng)調(diào)宜居性。所謂“宜居”，主要體現(xiàn)在2 個方面：一是舒適；二是健康。

影響建筑舒適度的因素有很多，一切屬于人的感知對象的因素都包含在內(nèi)，如環(huán)境空氣質(zhì)量、溫度、濕度、光線及聲音等，所以在建設(shè)裝配式建筑的過程中，應(yīng)將這些因素作為重點考慮對象，通過采用合理的建筑技術(shù)對它們進(jìn)行合理調(diào)節(jié)[8]。影響建筑健康度的因素也有很多，尤其是建筑材料因素，只有采用無毒、無污染的綠色建筑材料，才能夠保證建筑的宜居性。

3.5 經(jīng)濟(jì)性原則

在“雙碳”目標(biāo)下，裝配式建筑在建設(shè)過程中應(yīng)充分遵循經(jīng)濟(jì)性原則。建筑是一種造價較高的商品，所以經(jīng)濟(jì)效益是建筑項目開發(fā)過程中必須考慮的因素。在建設(shè)裝配式建筑的過程中，雖然要同時追求建筑功能和“雙碳”目標(biāo)，但是也不能忽視其經(jīng)濟(jì)效益，尤其不能一味為了實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)而不加節(jié)制地增加建筑成本，而應(yīng)在可允許投入范圍內(nèi)最大限度追求“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)，盡量減少不必要的支出和資金浪費。

3.6 美觀性原則

在“雙碳”目標(biāo)下，裝配式建筑在建設(shè)過程中應(yīng)充分遵循美觀性原則。目前，人們對建筑的要求不再僅是良好的使用功能，還有優(yōu)美的外觀。因此在建設(shè)裝配式建筑的過程中，應(yīng)充分重視建筑的外形美觀問題，兼顧建筑使用功能、節(jié)能效果、環(huán)保效益與美觀性來實現(xiàn)最佳的綜合建設(shè)效果。同時，我國作為一個歷史悠久的文明古國，各地區(qū)都擁有獨特的文化風(fēng)貌，而這種文化風(fēng)貌也應(yīng)體現(xiàn)在當(dāng)?shù)氐难b配式建筑建設(shè)中，即在建筑建設(shè)過程中充分融入地域文化。

4 “雙碳”目標(biāo)下裝配式建筑技術(shù)的發(fā)展

4.1 發(fā)展節(jié)能門窗技術(shù)

門窗的主要功能是交換與流通空氣，因此其能耗往往占比較高，通過在裝配式建筑建設(shè)中應(yīng)用節(jié)能門窗技術(shù)，可以有效降低門窗的能耗。首先，在具體實踐中，可以選用一些節(jié)能性能佳、可降低門窗反射率的新型門窗材料，如節(jié)能型玻璃、低輻射玻璃、鋁等；其次，結(jié)合實際情況合理調(diào)節(jié)門窗比例、可見光比、遮陽系數(shù)及外窗氣密性等。借助這些措施，既能保證建筑室內(nèi)擁有良好的采光效果，又可減少對建筑保溫效果的影響，并同時促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。

4.2 發(fā)展外墻保溫技術(shù)

墻體是建筑主體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，墻體保溫效果直接影響著建筑的節(jié)能效果，因此在裝配式建筑建設(shè)中，應(yīng)合理應(yīng)用墻體保溫節(jié)能技術(shù)。目前，常見的墻體保溫節(jié)能技術(shù)有3 種，分別是外墻保溫技術(shù)、內(nèi)保溫技術(shù)和中間保溫技術(shù)。其中，內(nèi)保溫技術(shù)和中間保溫技術(shù)由于會對墻體結(jié)構(gòu)及后續(xù)墻面裝飾施工造成一定的不利影響，因此近年來已逐漸被淘汰。外墻保溫技術(shù)則是一種新型墻體保溫節(jié)能技術(shù)，擁有廣闊的發(fā)展前景。通過在裝配式建筑建設(shè)中應(yīng)用外墻保溫技術(shù)，可以大大提高建筑的節(jié)能效果，促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。

4.3 發(fā)展屋頂保溫技術(shù)

屋頂不僅是建筑主體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，還是建筑中最易受外界干擾的部分。當(dāng)建筑的屋頂遭受光照、輻射、雨淋、霜凍及冰雪堆積等不利因素影響時，均會引起整個建筑的能耗增加。基于此，在裝配式建筑建設(shè)中，應(yīng)高度重視屋頂保溫問題，通過合理應(yīng)用屋頂保溫技術(shù)來提高屋頂?shù)目垢蓴_能力，繼而降低建筑能耗。一般情況下，宜選擇使用一些熱導(dǎo)率低的新型材料鋪設(shè)屋頂，或者在屋頂適當(dāng)種植一些綠色植被，以達(dá)到屋頂保溫的目的。

4.4 發(fā)展幕墻節(jié)能技術(shù)

幕墻是一種建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)或裝飾結(jié)構(gòu)，其相對主體結(jié)構(gòu)具有一定位移能力或是本身具有一定變形能力，但不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)的荷載作用力。在裝配式建筑建設(shè)中，應(yīng)充分應(yīng)用幕墻節(jié)能技術(shù)，在提高建筑幕墻節(jié)能效果的同時，促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。

首先，對建筑周邊環(huán)境進(jìn)行全面調(diào)查和分析，充分了解環(huán)境溫度、光照條件、氣候條件等，并結(jié)合幕墻的功能和性能，選擇最佳的幕墻建設(shè)方案。其次，充分考慮建筑的朝向、高度、功能等因素，據(jù)此進(jìn)一步優(yōu)化幕墻建設(shè)方案。最后，應(yīng)結(jié)合裝配式施工技術(shù)進(jìn)行整體分析，全面總結(jié)可能會對幕墻產(chǎn)生影響的各方面因素，然后選擇合理、適宜的節(jié)能技術(shù)，并重點關(guān)注幕墻的遮陽、采光、傳熱性、水密性等性能，保證幕墻的各項狀態(tài)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。

在幕墻材料選擇中，可選擇陽光控制鍍膜玻璃、低輻射玻璃、夾層玻璃、中空玻璃及真空玻璃等。另外，要合理選擇幕墻的形式，常用的節(jié)能型幕墻形式有以下幾種。

第一，構(gòu)件式幕墻。先在工廠內(nèi)生產(chǎn)立柱、橫梁及面板，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行安裝，安裝時先安裝立柱再安裝橫梁，或是先安裝橫梁再安裝立柱，以使立柱、橫梁工程組成固定在建筑上的框格，之后再在框格上安裝面板。面板的荷載既可以通過橫梁或立柱傳遞給建筑主體結(jié)構(gòu)，又具有良好的隔聲降噪能力與保溫效果。

第二，單元式幕墻。先在工廠內(nèi)將墻面板、支撐框架制成幕墻結(jié)構(gòu)，然后再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場安裝在建筑上，因此具有節(jié)約施工時間、技術(shù)高標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化組裝生產(chǎn)等優(yōu)勢。單元式幕墻的單元之間使用結(jié)構(gòu)密封，水密性、氣密性較好，在施工現(xiàn)場拼裝時無需填注密封膠，可有效解決現(xiàn)場打膠受天氣因素影響的問題。

第三，點支式幕墻。其主要由面板與駁接組件支承結(jié)構(gòu)組成，具有構(gòu)件精巧實用、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固美觀、吸收能力強(qiáng)和支撐結(jié)構(gòu)形式多等優(yōu)點。

第四，呼吸式幕墻。其是一種雙層幕墻技術(shù)，由內(nèi)層、外層兩層幕墻構(gòu)成，內(nèi)層幕墻通常由隱框幕墻、明框幕墻或者具有檢修通道與開啟窗的門窗組成，外層幕墻則通常由隱框幕墻、明框幕墻或者點支式幕墻組成，由于兩層幕墻之間形成了一個相對封閉的空氣緩沖層，因此具有隔聲、隔熱及保溫性能良好的優(yōu)勢。

第五，全玻幕墻。其主要由玻璃面板、玻璃肋組成，具有重量輕、易于清洗、易于維護(hù)等特點，可實現(xiàn)建筑內(nèi)外空間的有效融合與流通，并能夠突出建筑外圍結(jié)構(gòu)的立體感、層次感及藝術(shù)感。

4.5 發(fā)展內(nèi)裝修集成化施工技術(shù)

內(nèi)裝修施工是建筑建設(shè)中的一項重點內(nèi)容，裝配式建筑也不例外。在裝配式建筑的內(nèi)裝修施工中，宜采用內(nèi)裝修集成化施工技術(shù)，將各系統(tǒng)合理地組裝起來，以達(dá)到節(jié)約資源的目的。在具體實踐中，需要關(guān)注以下幾個要點。

第一，各類管線應(yīng)優(yōu)先采用集中布置，并盡量在功能復(fù)雜、空間狹小的位置布置管線。第二，采用少規(guī)格與多組合的方式，盡可能使內(nèi)裝系列化、多樣化、豐富化。第三，遵循可逆安裝的原則，保證各類預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的安裝可逆，以方便后續(xù)更換。第四，優(yōu)先采用可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，這樣可以防止在安裝過程中出現(xiàn)偏差。第五，管線宜鋪設(shè)在地面架空層或者吊頂龍骨之間，將管線與結(jié)構(gòu)相分離，充分滿足干式工法的實際要求。實踐表明，通過采用內(nèi)裝修集成化施工技術(shù)，可以有效促進(jìn)裝配式建筑實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

4.6 發(fā)展BIM 技術(shù)

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一種基于建筑的各項真實數(shù)據(jù)構(gòu)建工程三維BIM模型，并對建筑工程進(jìn)行仿真模擬的技術(shù)。BIM技術(shù)作為現(xiàn)代先進(jìn)建筑設(shè)計技術(shù)的代表，具有模擬性、協(xié)調(diào)性、可視化性等特征。在建設(shè)裝配式建筑的過程中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。基于BIM 技術(shù)，可以將裝配式建筑的相關(guān)信息數(shù)據(jù)直觀、清晰地展示出來，有效提升建設(shè)方案的科學(xué)性與合理性。此外，BIM 技術(shù)還具有模擬安裝演示功能，可實現(xiàn)對裝配式建筑的有效模擬，以提早發(fā)現(xiàn)建設(shè)方案中存在的缺陷和不合理之處，并及時改進(jìn)。

5 結(jié)語

“雙碳”目標(biāo)下，裝配式建筑在建設(shè)過程中應(yīng)充分遵循節(jié)能性、環(huán)保性、人本性、宜居性、經(jīng)濟(jì)性及美觀性等原則，并重點發(fā)展節(jié)能門窗技術(shù)、外墻保溫技術(shù)、屋頂保溫技術(shù)、幕墻節(jié)能技術(shù)、內(nèi)裝修集成化施工技術(shù)及BIM 技術(shù)等先進(jìn)裝配式建筑技術(shù)，以更好地實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。