基于建筑施工技術(shù)的節(jié)能理念應(yīng)用

王軍雷

0 引言

立足生態(tài)文明與低碳環(huán)保的大背景下，“節(jié)能理念”成為引導人類社會各項事業(yè)發(fā)展的重要理念。聚焦國內(nèi)，“節(jié)能施工”是建筑產(chǎn)業(yè)的一個創(chuàng)新方向，但就對“節(jié)能”概念的認識，仍然存在一定狹隘性。結(jié)合相關(guān)文獻來看，馮睿（2020）認為節(jié)能施工主要表現(xiàn)在門窗施工、墻體施工、屋面施工等領(lǐng)域，強調(diào)“節(jié)能施工”是一個技術(shù)性概念[1]。劉華蘭（2018）通過現(xiàn)狀分析，指出我國在建筑領(lǐng)域的“節(jié)能技術(shù)不到位、應(yīng)用管理不到位、設(shè)計工作不到位”的缺陷[2]，但仍然將“節(jié)能施工”視為一個技術(shù)性概念，并將混凝土施工作為節(jié)能理念的應(yīng)用媒介。鄭宗科（2022）的研究中，將節(jié)能理念應(yīng)用與建筑施工材料、施工過程相互結(jié)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(jié)能理念解讀為“節(jié)約能源”，但這種認知較為狹窄，本文認為節(jié)能理念在建筑施工中的應(yīng)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(huán)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(xiàn)代建筑大量采用的鋼筋材料，其生產(chǎn)過程中就需要消耗大量煤炭，如果能夠節(jié)約鋼材或使用比鋼材更節(jié)能的替代品，同樣也可以達到節(jié)能理念應(yīng)用的效果。這也是本文的創(chuàng)新之處。

1 節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)中的應(yīng)用意義

1.1 有助于應(yīng)對能源及生態(tài)危機

從宏觀角度探討，將節(jié)能理念應(yīng)用到建筑施工技術(shù)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(guī)劃施工流程、使用先進施工設(shè)備等，提高單位時間內(nèi)的施工效率與質(zhì)量。間接性能源消耗即“建筑產(chǎn)業(yè)鏈能耗”，包括礦產(chǎn)開發(fā)冶煉、機械制造、原材料加工、物流運輸?shù)确矫鎇4]，例如大量使用節(jié)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(yīng)對生態(tài)危機，應(yīng)用節(jié)能理念優(yōu)化建筑施工技術(shù)，則能夠很好地規(guī)避高能耗、高污染的現(xiàn)象，為我國生態(tài)文明建設(shè)助力。

1.2 有助于建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展

從中觀角度分析，秉承節(jié)能理念有助于建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。相關(guān)研究表明，整個建筑生命周期內(nèi)能源成本高達67%[5]。秉承節(jié)能理念展開建筑施工，不僅能提高施工過程中的能源節(jié)約效應(yīng)，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(xiàn)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(yè)整體生存發(fā)展能力的關(guān)鍵。

1.3 有助于建筑施工技術(shù)的創(chuàng)新

從微觀角度切入，倡導節(jié)能理念有助于建筑施工技術(shù)的創(chuàng)新。傳統(tǒng)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(jié)，且執(zhí)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(jié)能技術(shù)應(yīng)用視域下，施工人員素質(zhì)、施工機械設(shè)備、施工材料等會發(fā)生巨大變化。例如，在一個建筑項目設(shè)計階段，要求設(shè)計人員嚴格遵循節(jié)能理念，由此生成的設(shè)計方案會大量采用節(jié)能設(shè)備、節(jié)能材料、節(jié)能結(jié)構(gòu)等。相對應(yīng)的，建筑施工單位為了將“節(jié)能設(shè)計”轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實，就需要配備具有相應(yīng)能力的施工人員，重新調(diào)整建筑施工流程，采用節(jié)能型的施工工藝等。如此一來，整個建筑施工技術(shù)體系得以創(chuàng)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(shè)計到項目組織、施工管理等環(huán)節(jié)的互動。

2 節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)中的應(yīng)用思路

節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)中的應(yīng)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(jīng)典模型，將建筑施工項目的各個階段嵌入模型中，對應(yīng)關(guān)系見圖1。建筑也屬于市場經(jīng)濟環(huán)境下的產(chǎn)品（p）之一，與之對應(yīng)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(chǔ)上，逐一明確各階段的節(jié)能理念落腳點，如“啟動期”節(jié)能理念的落腳點，在于建筑設(shè)計是否突出綠色低碳觀念，包括建筑結(jié)構(gòu)、圍護、材料等技術(shù)指標是否符合節(jié)能要求等；基于“節(jié)能理念貫穿建筑生命周期”的觀點，節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)中的應(yīng)用可以充分落實，既降低了建筑整體施工技術(shù)履行節(jié)能理念的難度，也能夠滿足“1+1+1+1＞4”的節(jié)能效果。

圖1 節(jié)能理念下的建筑生命周期示意圖

2.1 節(jié)能理念應(yīng)用于建筑施工設(shè)計

建筑施工設(shè)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(nèi)的能耗。如圖2所示，基于節(jié)能理念的實現(xiàn)，在設(shè)計之初就考慮到自然采光、保暖、照明等需求，以節(jié)能玻璃、節(jié)能外墻板、玻璃鋼框架等構(gòu)建建筑主體，屋頂搭配太陽能電池板；在節(jié)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(tài)下減少照明能耗。玻璃鋼框架質(zhì)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(jié)能外墻板及太陽能光伏實現(xiàn)長效節(jié)能；基于此，設(shè)計單位需要全方位考慮建筑節(jié)能需求，從建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料、建筑內(nèi)外能量流動、建筑施工廢棄物產(chǎn)生等多環(huán)節(jié)考慮，遵循節(jié)能與環(huán)保的統(tǒng)一原則，為正式施工活動提供詳細依據(jù)[7]。

圖2 節(jié)能理念下的建筑施工設(shè)計效果圖

2.2 節(jié)能理念應(yīng)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(tǒng)建材，是踐行節(jié)能理念的一個重要途徑，相對應(yīng)的，可選擇性能更好、更加環(huán)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(nèi)外表面、局部位置使用節(jié)能型材料（如玻璃棉、巖棉等），提高建筑保溫性能。

圖3 節(jié)能理念下的建筑施工材料應(yīng)用

2.3 節(jié)能理念應(yīng)用于建筑施工過程

通過節(jié)能建筑施工與傳統(tǒng)建筑施工的對比，明確節(jié)能理念應(yīng)用于建筑施工技術(shù)的出發(fā)點、著眼點及落腳點（見表1）。

表1 節(jié)能理念應(yīng)用于建筑施工過程的關(guān)鍵點

2.4 節(jié)能理念應(yīng)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(diào)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(jié)能理念的引導下，建筑施工工藝更多的是考慮生命周期內(nèi)經(jīng)濟屬性、技術(shù)屬性、環(huán)境屬性（見圖4），這就涉及到大量新工藝的運用。

圖4 節(jié)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(tǒng)現(xiàn)澆工藝，由于預制構(gòu)件可以在企業(yè)內(nèi)部流水化生產(chǎn)，這一過程中可以保持相同規(guī)格、相同性能，最大程度節(jié)約同一類型預制構(gòu)件的能源消耗與成本支出。相對應(yīng)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(chǎn)生。

圖5 預制裝配式施工工藝

3 節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)中的應(yīng)用障礙

3.1 節(jié)能材料障礙

節(jié)能材料是建筑行業(yè)施工過程中踐行節(jié)能理念的關(guān)鍵，我國在節(jié)能材料的研發(fā)、生產(chǎn)方面并不樂觀。究其原因，一方面是因為節(jié)能建筑材料、施工工藝的研發(fā)需要大量經(jīng)費投入以及大量科技人員參與，我國在建筑領(lǐng)域的“產(chǎn)研一體化”建設(shè)相對乏力，導致節(jié)能材料、工藝的供給高度依賴模仿。另一方面，節(jié)能建筑材料及工藝的應(yīng)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(chǎn)市場低迷的狀態(tài)下，“成本高”的現(xiàn)實問題也阻礙了節(jié)能理念的落實。

3.2 建筑設(shè)計障礙

建筑設(shè)計關(guān)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(shè)計費用，因此，設(shè)計單位更傾向于選擇已成型的設(shè)計方案，包括對建筑節(jié)能需求的考慮，也大多采取“通用性模板”。如此一來，建筑設(shè)計視域表現(xiàn)得過于狹窄，既沒有突出建筑全生命周期節(jié)能管理的特點，也忽視了建筑環(huán)境要素（如地形、區(qū)域、氣候等）的差異，由此形成的設(shè)計方案，會導致節(jié)能效果表現(xiàn)力度不足。

3.3 施工組織障礙

在長期接觸傳統(tǒng)建筑施工組織模式的影響下，施工企業(yè)對于節(jié)能理念不夠重視，加上施工企業(yè)在整個建筑工程實現(xiàn)過程中，大部分時間處于“被動執(zhí)行”的狀態(tài)，且一個建筑工程項目往往分包給多個建筑施工企業(yè)，造成設(shè)計方、施工方、監(jiān)理方、業(yè)主方等相對脫節(jié)，整個施工組織結(jié)構(gòu)十分松散，很難系統(tǒng)、嚴格地貫徹節(jié)能理念。

4 節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)中的應(yīng)用方式

4.1 加強扶持引導、發(fā)揮節(jié)能建筑示范項目作用

鑒于建筑施工的重要性與復雜性，節(jié)能理念推廣并非建筑產(chǎn)業(yè)或若干龍頭企業(yè)能夠完成的，應(yīng)該整合多方面資源，形成節(jié)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(jié)能建筑材料、設(shè)備、工藝等研發(fā)機構(gòu)（企業(yè)、高校、科研部門等）提供助力，促進節(jié)能理念對整個建筑產(chǎn)業(yè)鏈的引導。另一方面，在建筑節(jié)能理念推廣的相關(guān)政策、法律基礎(chǔ)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(fā)改委、住建部等國家部門應(yīng)通過自身引導與監(jiān)管作用，推動建筑產(chǎn)業(yè)鏈的自我完善。

此外，充分發(fā)揮節(jié)能建筑示范項目的作用。例如，在冬暖夏熱地區(qū)打造節(jié)能建筑示范項目，引導建筑產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)節(jié)點（如綠色建材企業(yè)、建筑設(shè)備研究機構(gòu)等）投入人力、技術(shù)及資源等，協(xié)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(fā)，為節(jié)能理念在建筑產(chǎn)業(yè)的實踐夯實基礎(chǔ)。同時，依據(jù)示范項目展開特定地域內(nèi)節(jié)能標準的建立，具體方法是通過地形、氣候、區(qū)域生態(tài)環(huán)境等指標的調(diào)查，提供建筑材料、設(shè)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(huán)節(jié)突出節(jié)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(shè)置節(jié)能標準，倒逼特定區(qū)域的建筑施工技術(shù)不斷改進和優(yōu)化。

4.2 利用信息技術(shù)，將節(jié)能理念貫徹建筑施工技術(shù)體系

建筑施工設(shè)計階段是否重視節(jié)能理念，直接影響到最終的建筑設(shè)計方案（圖紙）是否實現(xiàn)節(jié)能目標，進而關(guān)系到節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)中的應(yīng)用。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代背景下，信息技術(shù)的運用可以充分提高建筑設(shè)計的效率，并為節(jié)能理念的貫徹提供有利條件。例如，基于BIM技術(shù)展開建筑施工設(shè)計，能夠便捷地將節(jié)能理念嵌入到設(shè)計方案中。首先，利用BIM技術(shù)設(shè)計建筑三維模型，不僅更加直觀、形象，還能夠明確節(jié)能理念如何體現(xiàn)；其次，利用BIM技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計內(nèi)容透視，施工單位在充分掌握建筑結(jié)構(gòu)的前提下，有助于精準控制建筑材料用量、位置，這樣可以規(guī)避建筑資源的浪費；再次，利用BIM技術(shù)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(shù)據(jù)，再基于得到的數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)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(yōu)化項目管理，構(gòu)建節(jié)能化建筑施工技術(shù)實施方案

從項目管理角度出發(fā)，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(jié)能技術(shù)，如節(jié)水技術(shù)、節(jié)電技術(shù)、節(jié)材技術(shù)等，施工過程中要嚴格遵照各項節(jié)能技術(shù)標準展開，如生活用電、施工用電、機械設(shè)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(guān)管理制度，做到“人走電停”。

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

5 結(jié)語

綜上所述，節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)方面的應(yīng)用，應(yīng)遵循建筑生命周期特征。具體落腳點主要包括建筑施工設(shè)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(xiàn)階段，影響我國建筑施工技術(shù)與節(jié)能理念融合的障礙，主要集中在節(jié)能材料研發(fā)、生產(chǎn)落后、建筑設(shè)計者缺乏對節(jié)能理念的重視以及建筑施工過程中節(jié)能理念落實不到位等方面。提高節(jié)能理念在建筑施工技術(shù)中的應(yīng)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(yè)對節(jié)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(shù)素養(yǎng)，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，將節(jié)能理念貫徹建筑施工技術(shù)體系，同時注重建筑施工項目管理的優(yōu)化，采取因地制宜的方式，構(gòu)建節(jié)能化建筑施工技術(shù)實施方案。