全壽命周期視角下的建筑減排策略

李慧　鄧權學　張靜曉

[摘要] 建筑節(jié)能減排是建設低碳城市的重要環(huán)節(jié)。目前建筑節(jié)能減排領域存在許多亟需解決的問題，地方政府及有關部門對建筑節(jié)能減排產業(yè)的重視不足、投入不夠。政府如何采取更有效的減排策略以及政策措施，以有效推進節(jié)能減排工作的深入開展，還需要深入研究。本文以常見的鋼筋混凝土建筑為主要研究對象，考察節(jié)能技術措施與政府推動技術創(chuàng)新總體思路接軌，探討適合推動建筑節(jié)能發(fā)展的全壽命周期視角下的減排策略，并提出相關政策建議。

[關鍵詞] 建筑節(jié)能 碳排放 全壽命周期評估 政策建議

[中圖分類號] TU201.5 [文獻標識碼] A [文章編號]1004-6623（2018）02-0062-06

[基金項目] 國家自然科學基金青年科學基金項目“面向價值共創(chuàng)的中國建筑業(yè)網絡化服務能力機理分析及實證研究”（ 71301013）；教育部人文社科規(guī)劃基金項目“大型建筑業(yè)企業(yè)服務創(chuàng)新能力動態(tài)成長模型與驅動機制研究：商業(yè)模式與綠色生產協同視角”（17YJA790091；13YJA790150）；陜西省社會科學基金項目“環(huán)境規(guī)制下陜西省全面創(chuàng)新效率測度及其時空演變研究”（2017S004）；西安市建設科技計劃項目基金項目“鋼筋混凝土構造全壽命周期碳排放標準測算研究”（ SJW2017-05）；西安市社會科學基金項目“環(huán)境規(guī)制下西安全面創(chuàng)新效率測度及其時空演變研究”（17J169）。

[作者簡介] 李慧（1982 — ），陜西西安人，長安大學建筑工程學院副教授，博士（后），研究方向：建筑節(jié)能經濟與管理；鄧權學，廣東徐聞人，長安大學建筑工程學院，研究方向：建筑節(jié)能及低碳建筑；張靜曉（1981— ），河南南陽人，長安大學經濟與管理學院教授，博士（后），研究方向：建筑經濟與服務管理。

現代建筑以鋼筋混凝土建筑為主，發(fā)展綠色建筑成為必然趨勢。國務院“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案指出：資源環(huán)境問題以及剛性增長的能源需求，仍然是制約我國經濟社會發(fā)展的主要原因，節(jié)能減排任務依然艱巨。為了減少碳排放，保持經濟的可持續(xù)發(fā)展，各國政府出臺了多種政策。國內也對碳交易及碳稅政策等方面進行了研究，但基于全壽命周期視角下的建筑節(jié)能減排策略的研究依舊不充分。本文立足于鋼筋混凝土建筑的碳排放研究成果，有針對性地提出節(jié)能減排措施，并提出了低碳建筑健康發(fā)展的相關政策建議，以期為住房城鄉(xiāng)建設相關工作提供參考。

一、建筑全壽命周期碳排放測算結果

建筑業(yè)消耗的能源占全國能源消耗總量的40%，是能源消耗大戶，建筑業(yè)的低碳減排迫在眉睫。目前我國建筑物中只有4%采取了節(jié)能措施，而每年新增的20億平方米中，80%為高耗能建筑物。因此需要對建筑碳排放進行深入研究，以為建筑業(yè)節(jié)能減排提供理論支撐及實踐指導。由于國內對于建筑碳排放的研究較為單一，多針對于單個建筑進行，缺乏對比性。本文整理來源于陜西、廣東、浙江的四種類別（住宅、醫(yī)院、商業(yè)以及學校）的實際鋼筋混凝土建筑的全壽命周期三個階段（物化階段、使用與維護階段及拆除回收階段）碳排放的測算結果（見表1～2），多案例研究使得研究結果更具有可靠性及普遍性。

二、建筑三個階段的節(jié)能減排策略

在建筑全壽命周期視角下，本文針對鋼筋混凝土建筑物化、使用與維護及拆除回收三個階段的碳排放情況，提出節(jié)能減排的意見。

（一）物化階段節(jié)能減排方案

鋼筋混凝土建筑的物化階段包括原料開采、生產、成品運輸與施工興建等過程，即建筑物投入使用之前的階段。

從表1可知物化階段的碳排放占建筑全壽命周期碳排放的20%～60%，尤其是住宅與學校建筑比例超過了60%，再加上建筑物化階段所占建筑壽命周期時間較短，多為2～3年建成，其碳排放較為集中，該階段年平均碳排放量較大，因此本階段的節(jié)能減排需要引起重視。由表2知鋼筋與混凝土對于物化階段碳排放的貢獻率是最大的，隨后才是砌體、水泥砂漿、涂料等其他建材。因此該階段碳減排方案，應該從鋼筋和混凝土的生產這兩個過程入手，實行清潔化、綠色化生產，采用先進的技術與設備，優(yōu)化其結構以及配合比，達到減少資源消耗的目的。鋼筋的貢獻率為30%～50%，可見，建材的生產階段尤其是鋼筋的生產階段的節(jié)能，是鋼筋混凝土建筑全壽命周期節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)。需要對鋼筋進行必要的強化防銹措施保護，由此可以保證甚至延長鋼筋的自然使用壽年，使得鋼筋能在整個結構中發(fā)揮更好的作用。

（二）使用與維護階段節(jié)能減排方案

使用與維護階段的碳排放達到建筑全生命周期的34%～70%，該階段是建筑全生命周期中的節(jié)能重點。鋼筋混凝土建筑使用與維護階段較大的貢獻率雖然與其數十年的長周期有關，但其絕對排放量較大，所以在該階段的節(jié)能減排尤為重要。此外，建筑的節(jié)能設計也對該階段的碳排放量有著重大的影響。隨著近年來國內對節(jié)能建筑的重視與支持，相關研究在不斷地深入，同時建筑節(jié)能設計標準也在不斷地提高?；诖?，本文建議將建筑節(jié)能設計納入建筑規(guī)劃設計，通過采用硅酸鈣聚氨酯等復合環(huán)保節(jié)能保溫墻體以及合理的內部通風設計，減少建筑碳排放。

對于已建成的大量高耗能建筑，需要通過節(jié)能改造以及維修加固，達到建筑物碳排放量減少的目的。另外，建筑使用維護的碳排放與建筑活動的每個過程有關，可以制定相關政策鼓勵企業(yè)投資發(fā)展生產建筑節(jié)能配套措施，鼓勵使用太陽能、風能等可再生能源；通過使用節(jié)能型電器、使用環(huán)保節(jié)能材料等方法，減少為保持室內環(huán)境溫度的電能損耗，達到節(jié)能減排的效果。

（三）拆除回收階段節(jié)能減排方案

鋼筋混凝土建筑拆除回收階段的碳排放僅占5%～12%。雖然其相對建筑全壽命周期碳排放較少，但是在該階段產生的大量建筑垃圾會對環(huán)境造成較大的破壞，特別是該階段對富營養(yǎng)化、生態(tài)毒性及棲息地改變這幾個環(huán)境影響貢獻非常大，因此需要引起重視。目前國內建筑材料回收品種較為單一，回收利用率較為低下。因此本文建議借鑒國外建筑垃圾回收經驗，提高廢物利用率，引進新型廢物處理工藝以及設備，降低建筑垃圾廢棄處理過程中的能耗，從而降低該階段的碳排放。建筑廢棄材料的回收利用對建筑節(jié)能具有積極的意義。

國內年均建筑垃圾數量高達上億噸，大部分建筑垃圾未經任何處理便露天堆放或填埋處理，浪費了大量潛在資源并造成嚴重的環(huán)境污染?？赏ㄟ^對建筑垃圾的綜合回收，降低因建筑垃圾堆積泛濫造成的環(huán)境危害，在改善環(huán)境的同時，還能取得一定的經濟效益。此外，可以通過對垃圾進行嚴格分類以提高廢舊建材的回收率，研究其回收利用技術以求追上歐洲一些國家和日本的建筑材料回收率，減少建筑垃圾。為此，政府需要加強相關方面的宣傳以及監(jiān)督管理。

三、政府擔當三個角色的政策建議

政府作為政策制定者，需要提供必要的條件并創(chuàng)建一個能促進新技術、流程和商業(yè)模式廣泛應用的友好型創(chuàng)新環(huán)境，以便推動中國節(jié)能減排的發(fā)展。本文分析政府所擔當的三個關鍵角色：智能監(jiān)管者（Smart regulator）、長期戰(zhàn)略規(guī)劃師和孵化者（Long-term strategic planner & incubator）以及具有前瞻性的項目業(yè)主（Forward-looking project owner），提出推進低碳建筑健康發(fā)展的相關政策建議。

（一）智能監(jiān)管者的作為及政策建議

近年來，我國在建筑節(jié)能領域取得了重大的進展。綠色建筑發(fā)展較快，建筑節(jié)能標準不斷提高，現有住宅建筑的節(jié)能改造工作在著力推進，并且進一步加強了公共建筑的節(jié)能監(jiān)管，重點城市中的醫(yī)院以及學校等重要建筑的節(jié)能改造工作正在穩(wěn)步推進，國務院確定的目標任務已基本完成。為了確保建筑工人和業(yè)主的健康和安全以及達到保護環(huán)境的要求，政府必須進一步加強監(jiān)管。尤其需要推行智能監(jiān)管（Smart regulator），以確保標準兌現的高效性和有效性，并提供一個靈活的框架以便迅速實現技術進步的監(jiān)管。相關政策建議如下：

1. 協調并定期更新建筑代碼以消除管理障礙并反映技術變化

在建筑材料使用方面，無論是本文所用的四個研究案例，還是國內的其他建筑案例，基本上都仍然在使用傳統建材。因此大多數建筑代碼沒有將3D打印技術作為建筑技術的一個方法，而是繼續(xù)專注于傳統的砌塊、砂漿和混凝土墻體。3D打印建筑作為新興建筑技術，應得到政府的重視。中國3D打印公司為了適應現有的監(jiān)管，必須將其打印的空心墻與傳統的結構元素結合起來，這在一定程度上制約了新技術的發(fā)展，政府應加快制定促進3D打印技術在建筑行業(yè)應用的規(guī)則。

2. 開發(fā)基于性能的且可靈活用于促進技術進步的標準和智能規(guī)則

規(guī)范和專有規(guī)則在一定程度上對創(chuàng)新造成阻礙，因為它們強化了現狀且無法反映新技術的發(fā)展。在研究建筑碳排放方面，國內還沒有出臺具體的計算標準。建筑碳排放計算標準的征求意見稿中所提出的碳排放計算方法，多是直接利用建材使用量與碳排放因子進行計算而得。隨著3D打印技術的發(fā)展，建筑新材料研發(fā)趨勢迅猛，大量新型綠色建筑材料如GRG、SRC、盈恒石、FRP、建筑打印油墨等出現在3D打印建筑中。建筑發(fā)展將會采用更多的新材料和新工藝。而利用傳統建材的碳排放因子計算這一方法將很難對建筑碳排放進行研究。若采用智能化的技術，如運用基于SimaPro軟件與BEES+方法的碳排放測算方法進行建筑碳排放計算，可以實現更加簡便、更加實用化及結果更加全面化的計算操作。為此，政府應與創(chuàng)新者合作，推進開發(fā)更加靈活的基于性能又可促進技術進步的標準和智能規(guī)則。

3. 與技術供應商合作，確保定義數據和技術標準的互操作性

隨著新技術的進步和授權使用，系統的互操作性顯得尤為重要。如果沒有互操作性，承包商就有可能受限于冗余和不可兼容的系統，他們在不同的系統上培訓員工，并浪費時間將不同的輸入文件統一到一個系統中。目前碳排放測算的生命周期評估方法的數據庫建立不完善，準確可靠數據來源較少，現有的大型LCI數據庫基本都是歐美的，關于中國的數據太少，國內數據的統計又良莠不齊，可信度不高。國內僅有少數人，在主持開發(fā)中國核心生命周期數據庫，遠不能滿足實踐的需求。因此，政府需要加大支持力度，與LCA與SimaPro的技術供應商合作，對使用一系列操作系統的研究學者或承包商進行相關軟件應用培訓，促進建立權威的適用于中國的建筑業(yè)數據庫，確保定義數據和技術標準的互操作性，為國內建筑碳排放研究學者提供可靠的數據來源，以推進低碳綠色建筑行業(yè)的快速發(fā)展。

4. 與私有認證機構協作，以確保規(guī)則適應已認證的創(chuàng)新規(guī)則

與私有認證機構協作可填補監(jiān)管的空白。政府應與相關認證機構，如與可進行生命周期等級認證（LCA Rate認證）和與綠色等級認證（Green Tag認證）的機構積極合作，以確保新技術的發(fā)展得到及時認證，并在必要時納入條例。LCA Rate認證與Green Tag認證適用于所有建筑、室內設計和基礎設施產品。建筑在進行全壽命周期視角下的LCA評估及碳排放測算后，可通過權威的認證以確保建筑項目相關權利與義務得到保障。這樣除了能規(guī)整建筑企業(yè)為了附和低碳口號編造數據的亂象，還能確保政府制定的規(guī)則適應已經過認證的創(chuàng)新規(guī)則。

5. 建立快速和可預知的創(chuàng)新實踐許可審批流程，與項目開發(fā)人員討論流程應用的實際障礙

在建筑規(guī)劃和建設階段，政府應定期與開發(fā)商舉行項目會議，討論可能出現的問題，例如綠色建材的采用、規(guī)范能源的使用等。在現階段，我國建材行業(yè)規(guī)模巨大但卻大多實力不強。建材工業(yè)的發(fā)展伴隨著日益嚴峻的環(huán)境問題以及資源消耗問題。建材行業(yè)需要向可持續(xù)發(fā)展轉型。在我國，生產建筑材料年均消耗超過相當于2.3億噸標準煤的資源。因此，保證建材的綠色生產，采用低能耗工藝以及設備，促進綠色建材的發(fā)展是當前建材節(jié)能減排工作的重點。為鼓勵更多企業(yè)加入建筑工業(yè)創(chuàng)新實踐，政府應建立快速和可預知的創(chuàng)新實踐許可審批流程，并與項目開發(fā)人員討論流程應用的實際障礙。

（二）長期戰(zhàn)略規(guī)劃師和孵化者的作為及政策建議

建筑業(yè)占全球GDP的比重約為6%，該行業(yè)是原材料的主要使用者，且其碳排放量占全球總碳排放量近1/3的比例。因此，政府應采取戰(zhàn)略性辦法來規(guī)劃該行業(yè)的發(fā)展，實現更高的生產率、更強的負債能力、更好的可持續(xù)性和抗災能力。

1. 以長期規(guī)劃師的視角為建筑業(yè)定義戰(zhàn)略創(chuàng)新議程，并促進跨行業(yè)協作與知識交流

我國建立了長期的綠色節(jié)能建筑發(fā)展目標，修訂并頒布了中國城鎮(zhèn)新建民用建筑節(jié)能設計標準。在此背景下，我國城鎮(zhèn)全部新建建筑都采用并執(zhí)行了該節(jié)能設計標準，使得新增節(jié)能建筑面積達70億平方米，表明建筑節(jié)能標準正在穩(wěn)步提高。可見政府已經制定了明確且長遠的綠色節(jié)能建筑及建筑碳排放目標，但還需制定相配套的建筑碳排放計算標準。例如運用SimaPro軟件進行碳排放測算，已經在歐美發(fā)達國家得到普遍應用，政府可聘請國外相關專家來華對企業(yè)進行統一培訓，促進開發(fā)出適用于中國國情的碳排放計算軟件并建立權威數據庫，以長期規(guī)劃師的視角為建筑業(yè)定義戰(zhàn)略創(chuàng)新議程，促進跨行業(yè)協作與知識交流，以推動國家“十三五”規(guī)劃具體目標的實現。

2. 著力于建設典范項目以推動創(chuàng)新并刺激供應鏈升級

政府可投資開發(fā)實施戰(zhàn)略性新技術的建筑典型案例，如生命周期等級認證（LCA Rate）或綠色等級認證（Green Tag）通過的建筑。在全面創(chuàng)新戰(zhàn)略的推動下，企業(yè)或創(chuàng)新團隊可充分發(fā)揮創(chuàng)造力促進建筑項目相關創(chuàng)新的發(fā)展，并且為供應商和其他建筑行業(yè)利益相關者提供參考與借鑒。另一個關鍵因素是協作方法，可通過在線門戶網站收集來自建筑領域的所有想法，將信息利益相關者整合到聯合創(chuàng)新激勵工作中，以此刺激供應鏈升級。

3. 促進和扶持私營企業(yè)與政府開展相關研發(fā)活動，推廣綠色節(jié)能建筑

建筑物要實現使用上的節(jié)能，首要的一條就是要大力推廣節(jié)能建筑。然而，在建筑市場中，對于開發(fā)商而言，新建節(jié)能建筑的額外成本在建筑的使用過程中無法得到補償。也就是說，節(jié)能建筑具有良好的社會效益，但不能完全轉化為私人效益。因此，建筑市場各參與方不具有節(jié)能建筑開發(fā)動力。因而，應制定相應的政策，促進與扶持私營企業(yè)與政府開展相關研究和開發(fā)活動，用以鼓勵推動建筑節(jié)能的順利推廣。一是調動建筑開發(fā)商的積極性。建筑開發(fā)商是建筑的締造者，是節(jié)能標準的實施者。因此，建筑開發(fā)商的積極配合是實現節(jié)能建筑開發(fā)的主要動力。為此，政府應制定一系列經濟激勵政策，例如稅收優(yōu)惠政策及貼息貸款等傾斜政策，充分調動建筑開發(fā)商的積極性，使得節(jié)能建筑推廣開來。二是提高住戶選擇節(jié)能建筑的主動性。推廣的目的是讓住戶選擇綠色建筑，因此可通過相關優(yōu)惠政策提高住戶的主動性。政府可以采取為選擇節(jié)能建筑的家庭提供補貼、降低采暖或電費等措施，讓其充分感受到除了住房舒適度以外的經濟優(yōu)惠，以刺激和提高住戶選擇節(jié)能建筑的主動性。

4. 量身定制職業(yè)培訓計劃和有效的課程，培養(yǎng)促進建筑創(chuàng)新和低碳建筑發(fā)展的創(chuàng)新型人才

在職業(yè)學校和高等學校的培養(yǎng)計劃中，制定關于建筑碳排放領域及建筑綠色節(jié)能領域的有效課程，通過本科或?？茩M向與縱向相結合的培養(yǎng)，輸出大量建筑碳排放領域與節(jié)能建筑領域的創(chuàng)新型人才，推動建筑創(chuàng)新與低碳建筑的發(fā)展。新加坡建筑和建筑管理局通過“建筑環(huán)境部門未來研究技能獎”的設立來促進建筑創(chuàng)新和數字科技的發(fā)展。該獎項為建筑行業(yè)的工人提供5000美元的贈款用于各種建筑相關課程的學習，例如BIM課程、裝配式建筑設計和建造以及精益建造等，取得了良好的效果，推動了建筑創(chuàng)新的發(fā)展。以此案例為鑒，政府可以通過設計多項相關獎項來激發(fā)該領域的學生、研究學者乃至企業(yè)人才參與的積極性，與高校合作制定有效的該領域的課程，讓學生、研究學者以及企業(yè)相關人才一起參與進來，提供良好的交流學習平臺，推廣綠色建筑技術以及促發(fā)建筑創(chuàng)新靈感。

（三）具有前瞻性的項目業(yè)主的作為及政策建議

在我國，無論是水壩、港口、公路和橋梁等基礎設施資產，還是醫(yī)院、學校、航天等社會公益設施資產，公共部門都承擔了大部分的建筑工程，政府和納稅人應該積極幫助建筑業(yè)通過創(chuàng)新提高生產力來實現利益最大化。并且，作為主要業(yè)主，政府可以為自己的項目設定技術標準、流程和工具，經實踐后將其推廣應用于商業(yè)、住宅等私人建筑。

1. 開發(fā)業(yè)主方的能力，縮小與私營企業(yè)的知識差距，創(chuàng)建一種友好型創(chuàng)新文化

政府（項目業(yè)主）在客戶端發(fā)展創(chuàng)新友好型文化具有重要意義。迪拜在創(chuàng)造城市地標和世界最高建筑的時候，其業(yè)主與承包商、供應商一起合作實現了許多破紀錄的創(chuàng)新，例如在混凝土泵送、建筑設計、立面安裝和升降技術方面的創(chuàng)新?？梢娬谇逦L遠的視野與企業(yè)進行有效合作后，能創(chuàng)建友好型創(chuàng)新文化，并生動展現這種文化的影響。因此，政府作為主要的項目業(yè)主方，應在與私營企業(yè)的不斷合作中學習先進的綠色低碳建筑技術與創(chuàng)新思維，縮短與技術前沿的知識差距，充分開發(fā)業(yè)主方的創(chuàng)新能力與實踐能力。

2. 引入更加靈活的采購和合同模式，調整激勵機制，改善風險分擔，使業(yè)主、承包商和運營商之間的合作更加穩(wěn)定

政府可以與建筑項目主要承包商建立聯盟模式，維持更長久的合作。傳統采購模式下，承包商在項目的規(guī)劃和設計階段就已經參與進來，最后導致建筑工程交付遲遲不能結束。因此政府可采用PPP模式建成建筑項目，授予設計、施工、融資和運營維護的單一合同。對于例如醫(yī)院、學校等鋼筋混凝土建筑項目，可由項目經理和主承包商組成的團隊進行合作，有效地減少建筑項目中出現的各種問題。政府可以通過投資基于建筑全壽命周期的BIM技術和優(yōu)化的IT環(huán)境來降低長期成本。

3. 從項目全壽命周期視角考慮業(yè)主獲得的最大化效益，同時考慮在整個壽命周期中的所有成本和收益及潛在資產再利用的靈活性

在項目生命周期中選擇靈活的設施和技術支持，能在實現項目預期功能的基礎上最大程度地降低該項工程的資金投入。另外，可以對建筑進行靈活的設計，使得建筑可以在需要的時候重新調整用途，改建為其他類型的鋼筋混凝土建筑，如由商業(yè)建筑改建為住宅建筑或學校建筑等。從項目全壽命周期視角考慮業(yè)主獲得的最大化效益，同時考慮在整個壽命周期中的所有成本和收益及潛在資產再利用的靈活性，可降低未來建筑進行節(jié)能改造的成本。

4. 利用大數據分析法和數字技術更好地了解政府（項目業(yè)主）的資產，并最大限度地提高資產的使用壽命和利用率

本文數據顯示，鋼筋混凝土建筑使用與維護階段的碳排放占其全壽命周期碳排放的34%～70%，如果增加建筑使用年限，將有效減少全壽命周期內單位建筑的年平均碳排放量。在鋼筋混凝土規(guī)劃設計階段，可以通過延長鋼筋混凝土構造的設計使用年限，使得建筑物的50年使用年限達到80年至100年，從建筑全壽命周期的宏觀視角看，在這種情況下，鋼筋混凝土建筑材料的碳排放均攤到80年至100年，其單位建筑面積年平均碳排放就會大幅度降低。這種減排效果在大規(guī)模大體量的建筑中表現得較為明顯。我國正處于建設的大時代，拆遷重建現象普遍存在。由于建筑節(jié)能標準的發(fā)展沒能及時適應高速增長的新建建筑規(guī)模，出現了許多使用年限較短的現代建筑，采用合理的維護改造措施，將大幅度降低建筑使用能耗。本文建議利用大數據分析法和數字技術更好地了解項目業(yè)主的資產，通過優(yōu)化這些資產的使用與維護并延長它們的壽命，將產生巨大的利益。

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