基于建筑施工技術的節能理念應用

王軍雷

0 引言

立足生態文明與低碳環保的大背景下，“節能理念”成為引導人類社會各項事業發展的重要理念。聚焦國內，“節能施工”是建筑產業的一個創新方向，但就對“節能”概念的認識，仍然存在一定狹隘性。結合相關文獻來看，馮睿（2020）認為節能施工主要表現在門窗施工、墻體施工、屋面施工等領域，強調“節能施工”是一個技術性概念[1]。劉華蘭（2018）通過現狀分析，指出我國在建筑領域的“節能技術不到位、應用管理不到位、設計工作不到位”的缺陷[2]，但仍然將“節能施工”視為一個技術性概念，并將混凝土施工作為節能理念的應用媒介。鄭宗科（2022）的研究中，將節能理念應用與建筑施工材料、施工過程相互結合，主要目的是減少施工過程中的能源消耗[3]；從文獻綜述角度看，已有研究成果簡單地將節能理念解讀為“節約能源”，但這種認知較為狹窄，本文認為節能理念在建筑施工中的應用，既包括建筑施工中直接利用的能源，如施工機械用到的燃油、施工環境照明所用到的電力等，還包括建筑施工所涉及的“間接能源”，如現代建筑大量采用的鋼筋材料，其生產過程中就需要消耗大量煤炭，如果能夠節約鋼材或使用比鋼材更節能的替代品，同樣也可以達到節能理念應用的效果。這也是本文的創新之處。

1 節能理念在建筑施工技術中的應用意義

1.1 有助于應對能源及生態危機

從宏觀角度探討，將節能理念應用到建筑施工技術上，有利于降低直接性、間接性能源消耗。直接性能源消耗即施工過程中的電力、燃油等，通過合理規劃施工流程、使用先進施工設備等，提高單位時間內的施工效率與質量。間接性能源消耗即“建筑產業鏈能耗”，包括礦產開發冶煉、機械制造、原材料加工、物流運輸等方面[4]，例如大量使用節能型新材料，可以大幅度降低建筑生命周期的整體能耗；同時有利于應對生態危機，應用節能理念優化建筑施工技術，則能夠很好地規避高能耗、高污染的現象，為我國生態文明建設助力。

1.2 有助于建筑行業可持續發展

從中觀角度分析，秉承節能理念有助于建筑行業的可持續發展。相關研究表明，整個建筑生命周期內能源成本高達67%[5]。秉承節能理念展開建筑施工，不僅能提高施工過程中的能源節約效應，還能夠保障建筑在使用周期、拆除階段的能耗保持低水平，從而實現建筑整體成本的下降，以此贏得市場青睞，這是增強建筑行業整體生存發展能力的關鍵。

1.3 有助于建筑施工技術的創新

從微觀角度切入，倡導節能理念有助于建筑施工技術的創新。傳統施工模式中參與工程項目的主體間存在信息壁壘、相互脫節，且執行過程中各自為政，并沒有圍繞著“建筑施工”這一中心展開[6]；基于節能技術應用視域下，施工人員素質、施工機械設備、施工材料等會發生巨大變化。例如，在一個建筑項目設計階段，要求設計人員嚴格遵循節能理念，由此生成的設計方案會大量采用節能設備、節能材料、節能結構等。相對應的，建筑施工單位為了將“節能設計”轉變為現實，就需要配備具有相應能力的施工人員，重新調整建筑施工流程，采用節能型的施工工藝等。如此一來，整個建筑施工技術體系得以創新，同時倒逼整個“建筑施工鏈”重新整合，強化從招商引資、建筑設計到項目組織、施工管理等環節的互動。

2 節能理念在建筑施工技術中的應用思路

節能理念在建筑施工技術中的應用思路為“嵌入建筑生命周期過程”，即借助生命周期理論的經典模型，將建筑施工項目的各個階段嵌入模型中，對應關系見圖1。建筑也屬于市場經濟環境下的產品（p）之一，與之對應的生命周期可劃分為啟動期、施工期、使用期和拆除期（t），在此基礎上，逐一明確各階段的節能理念落腳點，如“啟動期”節能理念的落腳點，在于建筑設計是否突出綠色低碳觀念，包括建筑結構、圍護、材料等技術指標是否符合節能要求等；基于“節能理念貫穿建筑生命周期”的觀點，節能理念在建筑施工技術中的應用可以充分落實，既降低了建筑整體施工技術履行節能理念的難度，也能夠滿足“1+1+1+1＞4”的節能效果。

圖1 節能理念下的建筑生命周期示意圖

2.1 節能理念應用于建筑施工設計

建筑施工設計（圖紙）對建筑施工的作用貫穿始終，影響著建筑在整個生命周期內的能耗。如圖2所示，基于節能理念的實現，在設計之初就考慮到自然采光、保暖、照明等需求，以節能玻璃、節能外墻板、玻璃鋼框架等構建建筑主體，屋頂搭配太陽能電池板；在節能理念的引導下，使用玻璃材料可以充分利用自然光源，從而在“白晝陰天”狀態下減少照明能耗。玻璃鋼框架質量輕、強度大，可以取代鋼筋、混凝土、磚石等材料，減少施工中的能耗，搭配節能外墻板及太陽能光伏實現長效節能；基于此，設計單位需要全方位考慮建筑節能需求，從建筑結構、建筑材料、建筑內外能量流動、建筑施工廢棄物產生等多環節考慮，遵循節能與環保的統一原則，為正式施工活動提供詳細依據[7]。

圖2 節能理念下的建筑施工設計效果圖

2.2 節能理念應用于建筑施工材料

建筑材料是建筑施工的根本。如圖3所示，該建筑案例大量減少鋼筋、混凝土等傳統建材，是踐行節能理念的一個重要途徑，相對應的，可選擇性能更好、更加環保、更低能耗的材料予以取代，如大麻混凝土（屋頂）、FRP材料（墻體）等。此外，在建筑內外表面、局部位置使用節能型材料（如玻璃棉、巖棉等），提高建筑保溫性能。

圖3 節能理念下的建筑施工材料應用

2.3 節能理念應用于建筑施工過程

通過節能建筑施工與傳統建筑施工的對比，明確節能理念應用于建筑施工技術的出發點、著眼點及落腳點（見表1）。

表1 節能理念應用于建筑施工過程的關鍵點

2.4 節能理念應用于建筑施工工藝

建筑施工工藝就是建筑施工方法，但它更傾向于“人的行為”，即強調人的智慧主導下去落實施工組織、施工材料、施工過程、施工標準等。以相同功能的建筑工程項目為前提，在節能理念的引導下，建筑施工工藝更多的是考慮生命周期內經濟屬性、技術屬性、環境屬性（見圖4），這就涉及到大量新工藝的運用。

圖4 節能理念在建筑施工工藝的三個維度

如圖5所示為利用預制裝配式施工工藝取代傳統現澆工藝，由于預制構件可以在企業內部流水化生產，這一過程中可以保持相同規格、相同性能，最大程度節約同一類型預制構件的能源消耗與成本支出。相對應的，在施工過程中采用“拼裝工藝”，可以大幅度縮短施工時間、提高施工效率，同時減少揚塵、廢渣、噪音等產生。

圖5 預制裝配式施工工藝

3 節能理念在建筑施工技術中的應用障礙

3.1 節能材料障礙

節能材料是建筑行業施工過程中踐行節能理念的關鍵，我國在節能材料的研發、生產方面并不樂觀。究其原因，一方面是因為節能建筑材料、施工工藝的研發需要大量經費投入以及大量科技人員參與，我國在建筑領域的“產研一體化”建設相對乏力，導致節能材料、工藝的供給高度依賴模仿。另一方面，節能建筑材料及工藝的應用成本過高，從建筑項目一次性投資來看，前期約60%～80%的成本會消耗在材料方面[8]，在當前房價過高、房地產市場低迷的狀態下，“成本高”的現實問題也阻礙了節能理念的落實。

3.2 建筑設計障礙

建筑設計關系到建筑施工的方方面面，但建筑工程項目投資的重心，都是放在建筑地段、建筑空間、建筑功能、建筑審美等方面，投資方希望盡量壓縮設計費用，因此，設計單位更傾向于選擇已成型的設計方案，包括對建筑節能需求的考慮，也大多采取“通用性模板”。如此一來，建筑設計視域表現得過于狹窄，既沒有突出建筑全生命周期節能管理的特點，也忽視了建筑環境要素（如地形、區域、氣候等）的差異，由此形成的設計方案，會導致節能效果表現力度不足。

3.3 施工組織障礙

在長期接觸傳統建筑施工組織模式的影響下，施工企業對于節能理念不夠重視，加上施工企業在整個建筑工程實現過程中，大部分時間處于“被動執行”的狀態，且一個建筑工程項目往往分包給多個建筑施工企業，造成設計方、施工方、監理方、業主方等相對脫節，整個施工組織結構十分松散，很難系統、嚴格地貫徹節能理念。

4 節能理念在建筑施工技術中的應用方式

4.1 加強扶持引導、發揮節能建筑示范項目作用

鑒于建筑施工的重要性與復雜性，節能理念推廣并非建筑產業或若干龍頭企業能夠完成的，應該整合多方面資源，形成節能理念的推廣合力。一方面，可通過財政扶持、科技扶持、人才扶持等多種方式，為節能建筑材料、設備、工藝等研發機構（企業、高校、科研部門等）提供助力，促進節能理念對整個建筑產業鏈的引導。另一方面，在建筑節能理念推廣的相關政策、法律基礎上，進一步完善細則，尤其要明確的一點是，“加大扶持力度”并非僅僅是提高資金扶持力度，發改委、住建部等國家部門應通過自身引導與監管作用，推動建筑產業鏈的自我完善。

此外，充分發揮節能建筑示范項目的作用。例如，在冬暖夏熱地區打造節能建筑示范項目，引導建筑產業鏈相關節點（如綠色建材企業、建筑設備研究機構等）投入人力、技術及資源等，協同展開保溫隔熱材料、建筑光伏一體化科技、可再生能源利用項目等研發，為節能理念在建筑產業的實踐夯實基礎。同時，依據示范項目展開特定地域內節能標準的建立，具體方法是通過地形、氣候、區域生態環境等指標的調查，提供建筑材料、設備、工藝等選擇方案，以供建筑施工單位學習和借鑒[9]。此外，在驗收環節突出節能指標、建立科學標準，如高層建筑、民居建筑、公共性建筑（體育場館、圖書館）等，基于因地制宜的原則設置節能標準，倒逼特定區域的建筑施工技術不斷改進和優化。

4.2 利用信息技術，將節能理念貫徹建筑施工技術體系

建筑施工設計階段是否重視節能理念，直接影響到最終的建筑設計方案（圖紙）是否實現節能目標，進而關系到節能理念在建筑施工技術中的應用。在“互聯網+”時代背景下，信息技術的運用可以充分提高建筑設計的效率，并為節能理念的貫徹提供有利條件。例如，基于BIM技術展開建筑施工設計，能夠便捷地將節能理念嵌入到設計方案中。首先，利用BIM技術設計建筑三維模型，不僅更加直觀、形象，還能夠明確節能理念如何體現；其次，利用BIM技術實現設計內容透視，施工單位在充分掌握建筑結構的前提下，有助于精準控制建筑材料用量、位置，這樣可以規避建筑資源的浪費；再次，利用BIM技術提供了的仿真模擬功能，可模擬出一棟建筑的能耗、日照、通風、熱傳導等數據，再基于得到的數據調整設計方案，如門窗大小、樓層高度等，確保施工過程更加平順。

4.3 優化項目管理，構建節能化建筑施工技術實施方案

從項目管理角度出發，將建筑施工過程劃分成不同階段，每個施工階段突出特定的節能技術，如節水技術、節電技術、節材技術等，施工過程中要嚴格遵照各項節能技術標準展開，如生活用電、施工用電、機械設備用電、公共照明用電等，均按照“施工活動為中心”的原則，建立、健全相關管理制度，做到“人走電?！薄?/p>

此外，要嚴格遵循國家建筑節能標準，以“門窗模塊”的施工技術為例，它建筑內外環境的橋梁，也是能耗產生的主要原因。施工技術實施方案制定時，應遵循門窗節能標準，如外窗保溫標準為≤0.8W/（m2·K），玻璃傳熱系數要保持在0.6～ 0.85W/（m2·K）之間，型材傳熱系數要保持在0.86～ 0.9W/（m2·K）之間。在此基礎上，要盡可能采用大面積玻璃鋪設的方式，提高玻窗比，做好相關的密封工作。

5 結語

綜上所述，節能理念在建筑施工技術方面的應用，應遵循建筑生命周期特征。具體落腳點主要包括建筑施工設計、建筑施工材料、建筑施工過程及建筑施工工藝四個方面?，F階段，影響我國建筑施工技術與節能理念融合的障礙，主要集中在節能材料研發、生產落后、建筑設計者缺乏對節能理念的重視以及建筑施工過程中節能理念落實不到位等方面。提高節能理念在建筑施工技術中的應用價值，一方面要聚合多部門、多主體的力量，加強建筑施工行業對節能理念實踐的扶持、引導，另一方面要提高建筑施工主體的信息技術素養，充分發揮BIM技術的優勢，將節能理念貫徹建筑施工技術體系，同時注重建筑施工項目管理的優化，采取因地制宜的方式，構建節能化建筑施工技術實施方案。