“雙碳”目標下裝配式建筑技術發(fā)展研究

李江濤 山西應用科技學院

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”目標的提出，裝配式建筑在建設過程中也必須將“碳達峰”與“碳中和”作為目標，不斷發(fā)展新的裝配式建筑技術。

1 “雙碳”目標概述

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

1.1 碳達峰

碳達峰中的“碳”指的是二氧化碳。碳達峰是指二氧化碳的年排放量達到歷史最高值，繼而經歷平臺期進入持續(xù)下降的過程?；蛘哒f，碳達峰是二氧化碳排放量由增轉降的一個重要拐點，碳達峰目標的實現(xiàn)標志著碳排放與經濟發(fā)展實現(xiàn)脫鉤[3]。

碳達峰的“達峰”目標包括兩部分：一是達峰年份；二是峰值。眾所周知，目前世界各國的經濟發(fā)展仍與二氧化碳排放密切相關，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，經濟發(fā)展與二氧化碳排放的聯(lián)系更加密切。若貿然限制碳排放，會對經濟發(fā)展造成重大影響。因此，做好碳達峰工作是促進我國綠色經濟發(fā)展以及引領全球經濟技術變革的重要途徑。

1.2 碳中和

碳中和中的“碳”也指二氧化碳，而“中和”指正負相抵。簡單來說，將排出的二氧化碳通過各種形式進行抵消，即“碳中和”。在當前的綠色發(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，是使二氧化碳的排放量與吸收量之和達到零。例如，當要在生產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

由預制結構和構件在施工現(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，可以將其類比為機械設備的生產模式，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)一運送到機械設備生產工廠中拼裝組合成機械設備產品。裝配式建筑主要有以下幾個特征：一是標準化設計，對各類預制結構和構件實施統(tǒng)一的標準；二是工廠化生產，根據(jù)特定的標準提前批量化生產品質統(tǒng)一的預制結構和構件；三是綜合成本低，由于減少了現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了預制結構和構件的批量生產；四是環(huán)保節(jié)能。

3 “雙碳”目標下裝配式建筑的建設原則

3.1 節(jié)能性原則

在“雙碳”目標下，裝配式建筑在建設過程中應充分遵循節(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過程中需要運用到很多材料，尤其是各類預制結構和構件的制作均離不開對各種材料的應用，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，還要積極應用各種節(jié)能技術來提高能源利用率。

3.2 環(huán)保性原則

在“雙碳”目標下，裝配式建筑在建設過程中應充分遵循環(huán)保性原則。建筑業(yè)是污染較嚴重的一個行業(yè)，過去很長一段時間，在建筑業(yè)的生產和發(fā)展過程中都存在嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞現(xiàn)象，這顯然與我國的生態(tài)文明建設要求和“雙碳”目標背道而馳。只有建設環(huán)保型建筑，使建筑成為城市生態(tài)構成中的一部分，與生態(tài)環(huán)境和諧相處，才符合科學發(fā)展觀[6]。環(huán)保型建筑的建設關鍵在于順應自然，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”目標下，裝配式建筑在建設過程中應充分遵循以人為本原則。以人為本強調要符合人的生活習慣和操作習慣，追求既能滿足人的功能訴求又能滿足人的心理需求。同時，以人為本還是科學發(fā)展觀的核心，重視人的需求，強調對人的充分尊重、理解和支持。建設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過程中必須做到充分尊重人、理解人及關心人[7]。

3.4 宜居性原則

在“雙碳”目標下，裝配式建筑在建設過程中應充分遵循宜居性原則。建筑是供人居住的居所，所以無論建設任何建筑都必須強調宜居性。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，如環(huán)境空氣質量、溫度、濕度、光線及聲音等，所以在建設裝配式建筑的過程中，應將這些因素作為重點考慮對象，通過采用合理的建筑技術對它們進行合理調節(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 經濟性原則

在“雙碳”目標下，裝配式建筑在建設過程中應充分遵循經濟性原則。建筑是一種造價較高的商品，所以經濟效益是建筑項目開發(fā)過程中必須考慮的因素。在建設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，但是也不能忽視其經濟效益，尤其不能一味為了實現(xiàn)“雙碳”目標而不加節(jié)制地增加建筑成本，而應在可允許投入范圍內最大限度追求“雙碳”目標的實現(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”目標下，裝配式建筑在建設過程中應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。因此在建設裝配式建筑的過程中，應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貌，而這種文化風貌也應體現(xiàn)在當?shù)氐难b配式建筑建設中，即在建筑建設過程中充分融入地域文化。

4 “雙碳”目標下裝配式建筑技術的發(fā)展

4.1 發(fā)展節(jié)能門窗技術

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中應用節(jié)能門窗技術，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，結合實際情況合理調節(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“雙碳”目標的實現(xiàn)。

4.2 發(fā)展外墻保溫技術

墻體是建筑主體結構的重要組成部分，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中，應合理應用墻體保溫節(jié)能技術。目前，常見的墻體保溫節(jié)能技術有3 種，分別是外墻保溫技術、內保溫技術和中間保溫技術。其中，內保溫技術和中間保溫技術由于會對墻體結構及后續(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。外墻保溫技術則是一種新型墻體保溫節(jié)能技術，擁有廣闊的發(fā)展前景。通過在裝配式建筑建設中應用外墻保溫技術，可以大大提高建筑的節(jié)能效果，促進“雙碳”目標的實現(xiàn)。

4.3 發(fā)展屋頂保溫技術

屋頂不僅是建筑主體結構的重要組成部分，還是建筑中最易受外界干擾的部分。當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，在裝配式建筑建設中，應高度重視屋頂保溫問題，通過合理應用屋頂保溫技術來提高屋頂?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率低的新型材料鋪設屋頂，或者在屋頂適當種植一些綠色植被，以達到屋頂保溫的目的。

4.4 發(fā)展幕墻節(jié)能技術

幕墻是一種建筑外圍護結構或裝飾結構，其相對主體結構具有一定位移能力或是本身具有一定變形能力，但不分擔主體結構的荷載作用力。在裝配式建筑建設中，應充分應用幕墻節(jié)能技術，在提高建筑幕墻節(jié)能效果的同時，促進“雙碳”目標的實現(xiàn)。

首先，對建筑周邊環(huán)境進行全面調查和分析，充分了解環(huán)境溫度、光照條件、氣候條件等，并結合幕墻的功能和性能，選擇最佳的幕墻建設方案。其次，充分考慮建筑的朝向、高度、功能等因素，據(jù)此進一步優(yōu)化幕墻建設方案。最后，應結合裝配式施工技術進行整體分析，全面總結可能會對幕墻產生影響的各方面因素，然后選擇合理、適宜的節(jié)能技術，并重點關注幕墻的遮陽、采光、傳熱性、水密性等性能，保證幕墻的各項狀態(tài)指標均達標。

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，構件式幕墻。先在工廠內生產立柱、橫梁及面板，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝，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構，又具有良好的隔聲降噪能力與保溫效果。

第二，單元式幕墻。先在工廠內將墻面板、支撐框架制成幕墻結構，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、技術高標準化、工廠化組裝生產等優(yōu)勢。單元式幕墻的單元之間使用結構密封，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構組成，具有構件精巧實用、結構穩(wěn)固美觀、吸收能力強和支撐結構形式多等優(yōu)點。

第四，呼吸式幕墻。其是一種雙層幕墻技術，由內層、外層兩層幕墻構成，內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、易于維護等特點，可實現(xiàn)建筑內外空間的有效融合與流通，并能夠突出建筑外圍結構的立體感、層次感及藝術感。

4.5 發(fā)展內裝修集成化施工技術

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

第一，各類管線應優(yōu)先采用集中布置，并盡量在功能復雜、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，保證各類預制結構和構件的安裝可逆，以方便后續(xù)更換。第四，優(yōu)先采用可調節(jié)的結構和構件，這樣可以防止在安裝過程中出現(xiàn)偏差。第五，管線宜鋪設在地面架空層或者吊頂龍骨之間，將管線與結構相分離，充分滿足干式工法的實際要求。實踐表明，通過采用內裝修集成化施工技術，可以有效促進裝配式建筑實現(xiàn)“雙碳”目標。

4.6 發(fā)展BIM 技術

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)構建工程三維BIM模型，并對建筑工程進行仿真模擬的技術。BIM技術作為現(xiàn)代先進建筑設計技術的代表，具有模擬性、協(xié)調性、可視化性等特征。在建設裝配式建筑的過程中，BIM 技術的應用尤為關鍵?；贐IM 技術，可以將裝配式建筑的相關信息數(shù)據(jù)直觀、清晰地展示出來，有效提升建設方案的科學性與合理性。此外，BIM 技術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)建設方案中存在的缺陷和不合理之處，并及時改進。

5 結語

“雙碳”目標下，裝配式建筑在建設過程中應充分遵循節(jié)能性、環(huán)保性、人本性、宜居性、經濟性及美觀性等原則，并重點發(fā)展節(jié)能門窗技術、外墻保溫技術、屋頂保溫技術、幕墻節(jié)能技術、內裝修集成化施工技術及BIM 技術等先進裝配式建筑技術，以更好地實現(xiàn)“雙碳”目標。