裝配式建筑降低碳排放優(yōu)勢及策略研究

摘 要：裝配式建筑使用預(yù)制構(gòu)件進行施工建造，減少了施工現(xiàn)場加工混凝土、鋼筋等環(huán)節(jié)，從而降低施工階段能耗，對提升節(jié)能減排和降低碳排放有著重要作用。推廣裝配式建筑是降低建筑業(yè)碳排放的必然選擇。基于此，從資源、材料、技術(shù)3個方面分析裝配式建筑在降低碳減排方面的優(yōu)勢，并從建筑全過程角度探索實現(xiàn)裝配式建筑碳減排的路徑，從而促進建筑業(yè)節(jié)能減排，實現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；碳排放；優(yōu)勢；策略

中圖分類號：TU741" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）08-0092-03

0 引言

《中國建筑能耗與碳排放研究報告（2022）》中顯示，在2005-2020年間，隨著城市化進程加快，建設(shè)規(guī)模不斷擴張，全國建筑全過程碳排放由2005年的22.3億t CO2，上升至2020年的50.8億t CO2，擴大了2.3倍，年均增速為5.6% [1]。可見，建筑業(yè)耗能占比仍然較高。

2022年7月13日，住建部、國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于印發(fā)城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達峰實施方案的通知》，提出大力發(fā)展裝配式建筑，推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅，計劃在2030年城鎮(zhèn)新建建筑比例中，裝配式建筑占比達到40%。這就要求建筑業(yè)生產(chǎn)方式向裝配式建筑變革，裝配式建筑是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心手段。

本文從裝配式建筑節(jié)約資源、使用材料和使用技術(shù)等方面，來分析降低裝配式建筑碳排放的優(yōu)勢，并從裝配式建筑全過程4個階段（建筑設(shè)計階段、建筑生產(chǎn)階段、建筑施工階段和建筑運維階段）探索實現(xiàn)裝配式建筑碳減排的有效實施路徑。

1 裝配式建筑在降低碳排放的優(yōu)勢分析

傳統(tǒng)建筑由于施工周期長、效率低的特點導(dǎo)致建筑碳排放量大，對環(huán)境造成巨大污染。裝配式建筑預(yù)制組裝的工藝特點在縮短工期、提高施工效率、降低碳排放等方面具有顯著優(yōu)勢。據(jù)住建部數(shù)據(jù)顯示，全國新開工裝配式建筑面積從2017年1.6億m2增長到2021年7.4億m2，裝配式建筑面積占比從2017年的6.5%增長到2021年的7.4%，如圖1所示。從圖1中可以看出，裝配式建筑面積及占比近幾年逐步上升。

1.1 裝配式建筑在節(jié)約資源降低碳排放的優(yōu)勢

傳統(tǒng)建筑在施工過程和竣工結(jié)束后期，會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。而裝配式建筑能有效地節(jié)約資源，減少能源消耗，降低碳排放。裝配式建筑更加節(jié)約建筑資源，能夠重復(fù)利用建筑材料。相對于傳統(tǒng)建筑，裝配式建筑中的木材、水泥砂漿、保溫材料、施工用水用電和建筑垃圾排放等能夠相對節(jié)能降耗，利用混凝土預(yù)制構(gòu)件進行房屋建造，可以有效減少資源浪費，并且避免了建筑材料運輸過程中的能源消耗，減少了建筑垃圾，從而達到降低建筑碳排放的目的。裝配式建筑相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑的節(jié)能降耗水平如表1所示。

1.2 裝配式建筑在使用材料降低碳排放的優(yōu)勢

在建筑結(jié)構(gòu)體系中，我國傳統(tǒng)建筑以鋼筋混凝土為主，一方面施工管理現(xiàn)場中大部分比較混亂，生產(chǎn)方式與施工過程比較粗放，從而造成了建筑適用材料的嚴(yán)重浪費。另一方面施工現(xiàn)場的臟、亂、差，往往通過揚塵成為了城市環(huán)境帶來了污染，增大了碳排放量。傳統(tǒng)現(xiàn)澆工地如圖2所示。

與傳統(tǒng)建筑相比，裝配式建筑使用預(yù)制構(gòu)件，施工現(xiàn)場環(huán)境更友好，能夠有效降低施工過程重的材料損耗。裝配式建筑在工廠是通過自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)，由計算機進行精準(zhǔn)控制，有利于避免材料使用的浪費。同時工廠生產(chǎn)的方式極大減少了現(xiàn)場施工所帶來的污染。裝配式建筑施工現(xiàn)場如圖3所示。

當(dāng)所有預(yù)制構(gòu)件運到施工現(xiàn)場時，即可對預(yù)制構(gòu)件進行現(xiàn)場組裝。組裝過程中，摒棄了傳統(tǒng)施工模式所使用的沙石、磚、水泥等建筑材料，減少建筑垃圾的產(chǎn)生，從而降低施工過程的碳排放[2]。

裝配式建筑外墻采用剪力墻構(gòu)件，這種材料構(gòu)件能夠減少材料消耗和浪費，因此會減少環(huán)境污染，降低建筑碳排放。裝配式建筑一般采用綠色的施工方案進行設(shè)計，不像傳統(tǒng)建筑那樣必須整體施工。應(yīng)用裝配式建筑會大大降低對環(huán)境的污染，進而實現(xiàn)建筑業(yè)降低碳排放的目標(biāo)。

1.3 裝配式建筑在技術(shù)方面降低碳排放的優(yōu)勢

裝配式建筑中采用BIM技術(shù)，可以構(gòu)建建筑實體模型，使施工人員能直觀地看到建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理組合，進而避免因施工錯誤而引起的二次返工，減少建筑材料消耗，降低裝配式建筑碳排放[3]。

重慶市本土裝配式建筑企業(yè)示范基地——涪陵中科大廈預(yù)制混凝工程利用BIM技術(shù)，將混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個運行階段進行信息共享，以裝配式建筑全過程一體協(xié)同工作，來解決傳統(tǒng)施工中無法解決的問題。該建筑所用智能化管控平臺，將模型、數(shù)據(jù)信息和項目管理的有效結(jié)合，使建筑水泥及混凝土用量減少48%，粉塵和建筑垃圾等方面都減低污染80%以上。

裝配式建筑在暖通設(shè)計技術(shù)方面也有較大的碳減排優(yōu)勢，設(shè)計人員對裝配式建筑進行技術(shù)處理，可以有效的改善建筑中的供熱和通風(fēng)條件。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進行合理的調(diào)整，有利于減少室內(nèi)空調(diào)設(shè)備工作而產(chǎn)生的能源消耗，進而降低碳排放量。

2 裝配式建筑降低碳排放的有效應(yīng)用

裝配式建筑全生命周期的碳排放與傳統(tǒng)建筑全生命周期碳排放相比，可降低40%以上。因此，發(fā)展裝配式建筑是建筑行業(yè)降低碳排放的有效途徑。極基于裝配式建筑全生命周期的綜合角度，提出裝配建筑4個階段的碳減排的主要路徑。

2.1 設(shè)計階段碳減排

設(shè)計階段對于整個工程全壽命周期的碳排放起到極其重要的作用。應(yīng)從設(shè)計階段就開始制定節(jié)能減排目標(biāo)，為后期建筑全過程降低碳排放量做好準(zhǔn)備。裝配式建筑采用BIM技術(shù)可以在同一個平臺上展現(xiàn)出不同階段的設(shè)計模型，也可以讓各個專業(yè)協(xié)同工作。在深化設(shè)計階段，BIM技術(shù)可以較為精確的對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計，并且能夠精準(zhǔn)的找出圖紙中的缺陷，減少一些不必要的施工浪費和能源消耗，從而提高施工效率以達到降低碳排放目標(biāo)[4]。裝配式建筑BIM技術(shù)在設(shè)計階段明確使用綠色環(huán)保材料、新型智能科技工藝、對現(xiàn)場施工的材料進行回收利用，這些可以更加高效地實現(xiàn)裝配式建筑碳減排[5]。裝配式建筑在設(shè)計階段也可以根據(jù)資源配置進行優(yōu)化部署，使裝配式設(shè)計具備可操作性，使建筑碳減排能夠更好地落實于工程項目全過程。

2.2 生產(chǎn)階段碳減排

裝配式建筑在生產(chǎn)過程中，構(gòu)件的質(zhì)量和施工的技術(shù)相對于傳統(tǒng)建筑模式都有著大幅度的提高，省去了傳統(tǒng)建筑中現(xiàn)場澆筑混凝土、綁扎鋼筋等復(fù)雜的過程，且裝配式建筑的施工過程對周邊環(huán)境更加友好，降低了裝配式建筑的碳排放，減少了在生產(chǎn)階段的環(huán)境污染。裝配式建筑工業(yè)化生產(chǎn)模式有效利用原材料，減少了砂石、水泥和鋼材等材料的消耗，從而降低了生產(chǎn)過程中的碳排放。

在裝配式建筑的生產(chǎn)階段，可通過BIM技術(shù)對最新項目平面圖紙進行場地模擬。從而精細(xì)化建筑為三算對比提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，來對工程進度計劃進行模擬如圖4所示。通過BIM技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計人員與預(yù)制模型的單位進行信息共享，可保證產(chǎn)生準(zhǔn)確的構(gòu)建尺寸、材料、鋼筋等參數(shù)信息，避免由于參數(shù)信息不匹配而造成一些建筑材料的浪費以及能源的浪費，從而降低建筑碳排放[6]。

2.3 施工階段碳減排

裝配式建筑在施工階段能夠充分地利用短、廢料的鋼筋做成鋼筋馬凳、拉鉤和預(yù)買件和錨固筋等構(gòu)件，從而提高鋼筋的利用率。對于木材可以利用廢舊模板等板塊下腳料來制作線管保護盒、洞口蓋板、混凝土護角等。

裝配式建筑采用BIM技術(shù)能夠生成支撐方案，將模塊支撐系統(tǒng)和地下室部分腳手架統(tǒng)一采用扣件式鋼管搭設(shè)，進而提高對施工中木材的利用率，從而能夠降低能源消耗，達到降低建筑碳排放的目的。

裝配式建筑運用BIM技術(shù)能精準(zhǔn)地測算出混凝土的使用量，避免混凝土浪費，從而達到節(jié)能減排的目的。裝配式建筑便于采用新能源設(shè)備，例如太陽能路燈、太陽能板充電停車棚、空氣能空調(diào)機熱水系統(tǒng)等，來實現(xiàn)建筑節(jié)能減排，進而實現(xiàn)降低建筑碳排放的目標(biāo)。在施工過程中，裝配式建筑應(yīng)用BIM技術(shù)、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等智能建造技術(shù)，能夠提升施工過程中的精密程度，提高施工過程中的效率，減少施工過程資源的浪費，進而實現(xiàn)降低建筑碳排放的目標(biāo)。

2.4 運維階段碳減排

裝配式建筑施工全過程中最核心的是建筑運維階段。在建筑的運行和維護階段，碳排放主要來自于滿足日常生活所需的照明、熱水、供冷以及電梯的使用等設(shè)備消耗的能源所產(chǎn)生的CO2。從技術(shù)角度來看，發(fā)展和推動建筑業(yè)的儲能技術(shù)，把傳統(tǒng)用電和可再生能源的電能相結(jié)合，將風(fēng)力發(fā)電和太陽能光電以及生物質(zhì)能發(fā)電站的位置與建筑業(yè)的位置進行規(guī)劃布置，充分利用建筑物周邊供給以及建筑物屋頂和外表面可接受太陽輻射的部位，發(fā)展分布式發(fā)電儲電，通過建筑部位需求側(cè)響應(yīng)來平衡各個發(fā)電站的隨機變化，實現(xiàn)建筑電能自己自足，從而降低建筑碳排放。設(shè)計時采用熱工性能好的圍護墻及門窗結(jié)構(gòu)、太陽能熱水或光伏發(fā)電等材料，可以保證后期運維階段能源消耗減少，進而達到降低建筑碳排放的目標(biāo)。

3 結(jié)束語

建筑業(yè)是降低碳排放的重點行業(yè)，而裝配式建筑預(yù)制組裝特點使其成為降低建筑業(yè)碳排放的有效路徑，是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要方向。相比于傳統(tǒng)建筑模式，裝配式建筑在節(jié)約資源、使用材料和技術(shù)方面都具備顯著的降低碳排放的優(yōu)勢。在設(shè)計階段，制定合理的節(jié)能減排的規(guī)劃，對全壽命周期的資源使用進行合理部署。在生產(chǎn)階段，高效利用原材料，提高建筑構(gòu)件的質(zhì)量。在施工階段，采用BIM技術(shù)，提高施工過程中的效率，減少施工過程中的資源浪費。在運維階段，裝配式建筑采用太陽能熱水和光伏發(fā)電等技術(shù)，保證該階段能源消耗減少。

參考文獻

[1] 中國建筑節(jié)能協(xié)會建筑能耗與碳排放數(shù)據(jù)專委會.2022 中國建筑能耗與碳排放研究報告 [R].重慶，2022.

[2] 呂元芳，張書亞，張康捷等.裝配式建筑的節(jié)能環(huán)保研究[J].建筑經(jīng)濟，2021，42（S1）：186-188.

[3] 劉燕婷.低碳環(huán)保理念下的裝配式建筑研究[J].房地產(chǎn)世界，2022（22）：151-153.

[4] 胡瑛，張瑋.BIM技術(shù)在裝配式建筑中的運用[J].建筑經(jīng)濟，2020，41（6）：125-126.

[5] 陳茂虎.裝配式建筑降低碳排放的有效路徑研究[J].江西建材，2022（6）：10-11+14.

[6] 韋婷婷，陳嘉清.BIM技術(shù)在裝配式建筑中的運用研究[J].價值工程，2020，39（16）：155-156.