裝配式建筑物化階段減碳路徑研究

【摘要】裝配式建筑領(lǐng)域的減碳研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)至關(guān)重要。通過(guò)在裝配式建筑物化階段采用創(chuàng)新技術(shù)和策略，包括高效能源利用、可持續(xù)材料選擇、運(yùn)輸優(yōu)化以及碳足跡評(píng)估等方法，可以有效減少碳排放，減緩氣候變化并減少資源浪費(fèi)。采用綜合性的減碳策略和技術(shù)，可以有效地減少建筑的碳足跡，為應(yīng)對(duì)全球氣候挑戰(zhàn)和推動(dòng)可持續(xù)建設(shè)作出積極貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】裝配式建筑；碳排放；減碳

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU741" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）01-0047-03

0 引言

建筑業(yè)碳排放問(wèn)題一直是全球氣候變化和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的重要議題。為減少建筑業(yè)對(duì)環(huán)境的不利影響，裝配式建筑作為一種創(chuàng)新的建筑方法，被廣泛認(rèn)為具有顯著的減碳潛力。本文旨在探討裝配式建筑與減碳之間的關(guān)系，并提供了裝配式建筑物化階段減碳策略的綜合分析。

本文將分析裝配式建筑的定義和優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)分析裝配式建筑物化階段的減碳潛力，裝配式建筑領(lǐng)域的相關(guān)碳排放研究，討論如何在每個(gè)階段采取減碳策略，回顧裝配式建筑的生命周期階段，旨在為全生命周期碳排放核算和減碳技術(shù)路徑提供參考依據(jù)。

1 裝配式建筑與減碳

1.1 裝配式建筑的定義和優(yōu)勢(shì)

裝配式建筑其核心特點(diǎn)是將建筑的各個(gè)組成部分在工廠中預(yù)制，然后將它們運(yùn)輸?shù)浇ㄖF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。通過(guò)在工廠中生產(chǎn)和預(yù)制建筑模塊、構(gòu)件或部分，然后將其在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，從而實(shí)現(xiàn)更快速、高效、可控制和可重復(fù)的建筑過(guò)程。這種方法通常包括墻板、屋頂、地板、結(jié)構(gòu)框架等組件的預(yù)制和裝配，以及使用工程設(shè)備和技術(shù)來(lái)確保高質(zhì)量的建筑。

裝配式建筑能夠顯著縮短建筑周期，因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件可以在工廠中并行生產(chǎn)，然后快速裝配在現(xiàn)場(chǎng)，這有助于減少施工時(shí)間。預(yù)制構(gòu)件在工廠環(huán)境中制造，可以更容易地進(jìn)行質(zhì)量控制和質(zhì)量保證，減少了現(xiàn)場(chǎng)因天氣、人為因素等引起的建筑缺陷。裝配式建筑通常能夠最小化材料浪費(fèi)，因?yàn)闃?gòu)件可以精確生產(chǎn)，避免不必要的材料剪裁和廢棄。預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)通常能夠更有效地利用資源，減少能源消耗和碳排放。此外，可重復(fù)使用的構(gòu)件也有助于降低建筑的碳足跡。預(yù)制構(gòu)件的規(guī)模生產(chǎn)和減少施工時(shí)間可以降低整體建筑成本，包括勞動(dòng)力和管理成本。裝配式建筑并不意味著犧牲設(shè)計(jì)的靈活性。相反，設(shè)計(jì)師可以充分利用各種預(yù)制構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)多樣化的建筑設(shè)計(jì)。裝配式建筑不僅適用于住宅建筑，還廣泛用于商業(yè)、教育、醫(yī)療和工業(yè)等各種建筑類(lèi)型。裝配式建筑方法通過(guò)提供更快速、高質(zhì)量、可持續(xù)和成本效益的建筑解決方案，為建筑行業(yè)帶來(lái)了許多重要的優(yōu)勢(shì)。這種方法越來(lái)越受到關(guān)注，因?yàn)樗兄跐M(mǎn)足日益增長(zhǎng)的建筑需求，同時(shí)減少了資源浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的不良影響。

1.2 建筑業(yè)碳排放問(wèn)題

建筑業(yè)碳排放問(wèn)題是指建筑行業(yè)在建筑、維護(hù)和拆除建筑物的全生命周期中所產(chǎn)生的溫室氣體排放，特別是二氧化碳（CO2）的排放。建筑業(yè)碳排放問(wèn)題具有重要的環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響，其中一些主要問(wèn)題包括：能源消耗、材料生產(chǎn)與運(yùn)輸、建筑施工、廢棄物和拆除等。

建筑物在使用階段消耗大量能源，尤其是取暖、冷卻、照明和電力供應(yīng)。這導(dǎo)致了大量的碳排放，特別是來(lái)自化石燃料的二氧化碳排放。

建筑材料的生產(chǎn)和運(yùn)輸也是碳排放的重要來(lái)源。許多建筑材料的制造過(guò)程需要大量的能源，同時(shí)在運(yùn)輸過(guò)程中也產(chǎn)生碳排放。

建筑施工現(xiàn)場(chǎng)通常需要使用各種工程設(shè)備和機(jī)械，其中一些依賴(lài)燃油，導(dǎo)致了施工過(guò)程中的碳排放。

拆除建筑物和處理建筑廢棄物也會(huì)產(chǎn)生碳排放。如果不恰當(dāng)處理，這些廢棄物可能導(dǎo)致環(huán)境污染。

1.3 解決建筑業(yè)碳排放問(wèn)題的方法

采用能源效率措施，如更好的絕緣、高效采暖和冷卻系統(tǒng)，以減少建筑物在使用階段的能源消耗。

增加可再生能源（如太陽(yáng)能和風(fēng)能）在建筑物能源供應(yīng)中的比例，減少對(duì)化石燃料的依賴(lài)。

采用可持續(xù)材料，如再生木材和可回收材料，并采用可持續(xù)建筑方法，以減少材料生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)奶寂欧拧?/p>

采用裝配式建筑方法可以減少建筑時(shí)間，從而減少能源消耗和碳排放。

采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則，鼓勵(lì)材料的再利用和回收，減少建筑拆除過(guò)程中的廢棄物和碳排放。政府和監(jiān)管機(jī)構(gòu)可以制定環(huán)保政策和法規(guī)，鼓勵(lì)建筑業(yè)采取碳減排措施，并為符合標(biāo)準(zhǔn)的建筑提供激勵(lì)措施。

1.4 裝配式建筑物化階段的減碳潛力

裝配式建筑在其生命周期的物化階段具有顯著的減碳潛力。這一階段包括建筑的制造、運(yùn)輸、安裝、使用、拆除和回收等過(guò)程。

在制造階段，裝配式建筑可以通過(guò)采用能源效率措施來(lái)降低能源消耗，包括使用更高效的生產(chǎn)設(shè)備和工藝，這可以減少與建筑材料制造相關(guān)的碳排放。選擇可持續(xù)和低碳排放的建筑材料有助于減少制造階段的碳足跡。此外，采用可回收和再生材料也可以降低環(huán)境影響。預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸通常能夠更有效地規(guī)劃路線(xiàn)和運(yùn)輸模式，減少運(yùn)輸中的碳排放。優(yōu)化的運(yùn)輸策略可以縮短建筑材料的運(yùn)輸距離和減少能源消耗。在安裝和組裝階段，裝配式建筑通常能夠減少?gòu)U料和浪費(fèi)，因?yàn)闃?gòu)件在工廠中精確生產(chǎn)，避免了現(xiàn)場(chǎng)裁剪和修整。這有助于降低廢料的處理和碳排放。施工過(guò)程中的能源管理和效率也可以通過(guò)裝配式建筑實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。采用智能施工設(shè)備和可持續(xù)施工實(shí)踐可以減少能源消耗。裝配式建筑可以設(shè)計(jì)成具有更高的能源效率，包括隔熱、隔音、智能控制系統(tǒng)和可再生能源集成，從而降低使用階段的碳排放。在拆除和回收階段，裝配式建筑的構(gòu)件通常可以更容易地進(jìn)行拆解、回收和再利用，減少?gòu)U棄物并降低環(huán)境影響。裝配式建筑在物化階段的減碳潛力主要體現(xiàn)在減少能源消耗、減少運(yùn)輸成本、提高施工效率、降低廢棄物產(chǎn)生以及提高使用階段的能源效率等方面。這些措施有助于減少建筑的整體碳足跡，對(duì)減緩氣候變化和提高建筑可持續(xù)性具有重要意義。

2 裝配式建筑的生命周期階段

裝配式建筑的生命周期包括多個(gè)階段，從設(shè)計(jì)和規(guī)劃到建造、使用、維護(hù)、拆除和可能的再利用。

2.1 設(shè)計(jì)階段

這是建筑生命周期的起點(diǎn)，包括確定項(xiàng)目需求、設(shè)計(jì)概念和可行性研究。在這個(gè)階段，決策將會(huì)影響建筑的后續(xù)生命周期，包括材料選擇、能源效率和可維護(hù)性。

2.2 制造階段

在這個(gè)階段，建筑的組件、構(gòu)件和模塊在工廠中預(yù)制和生產(chǎn)。預(yù)制構(gòu)件通常包括墻板、屋頂、地板、結(jié)構(gòu)框架等。這些構(gòu)件在工廠中制造，可以更好地控制質(zhì)量，減少浪費(fèi)，并減少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間。

2.3 運(yùn)輸階段

預(yù)制構(gòu)件從工廠運(yùn)輸?shù)浇ㄖF(xiàn)場(chǎng)。這包括貨運(yùn)和運(yùn)輸規(guī)劃，以確保構(gòu)件安全、高效地運(yùn)送到目的地。

2.4 安裝與組裝、使用階段

在建筑現(xiàn)場(chǎng)，預(yù)制構(gòu)件被安裝和組裝成一個(gè)完整的建筑結(jié)構(gòu)。這通常比傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)建造方法更快速。

使用期間，建筑物將需要能源，以確保正常運(yùn)行和維持舒適性。在使用階段，建筑需要進(jìn)行定期維護(hù)，以確保其性能和安全性。這可能包括修復(fù)、替換設(shè)備和更新能源效率。

2.5 拆除與回收階段

當(dāng)建筑到達(dá)壽命終點(diǎn)或需要改建時(shí)，它需要被拆除。在這個(gè)階段，可回收的材料應(yīng)該被拆解、回收和再利用，以減少?gòu)U棄物和資源浪費(fèi)。有些裝配式建筑可以被拆卸后重新配置或搬遷到新位置，以滿(mǎn)足新的需求。這有助于延長(zhǎng)建筑的壽命，減少資源消耗。

3 裝配式建筑物化階段減碳策略

3.1 建材生產(chǎn)階段的減碳路徑

建材生產(chǎn)階段的減碳路徑涉及采用環(huán)保和可持續(xù)的方法來(lái)降低建筑材料制造過(guò)程中的碳排放。選擇低碳排放和可再生材料對(duì)于減少碳足跡至關(guān)重要。這包括使用再生木材、竹子、再生金屬、可回收材料以及生物質(zhì)等可持續(xù)資源。生產(chǎn)過(guò)程中采用更高效的設(shè)備、工藝和生產(chǎn)技術(shù)，以減少對(duì)高碳能源的依賴(lài)。一些新興技術(shù)和方法可以幫助建材生產(chǎn)者在生產(chǎn)過(guò)程中捕獲和儲(chǔ)存二氧化碳，從而減少排放。例如，碳捕捉和儲(chǔ)存（CCS）技術(shù)可以將二氧化碳從排放源中捕獲并儲(chǔ)存起來(lái)，而不釋放到大氣中。在生產(chǎn)過(guò)程中減少?gòu)U料和浪費(fèi)對(duì)于減少碳排放非常重要。通過(guò)回收和再利用材料，減少了新原材料的需求，從而降低了碳排放。采用綠色建材認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等，可以鼓勵(lì)生產(chǎn)商采用環(huán)保和可持續(xù)生產(chǎn)方法。研究和開(kāi)發(fā)新型建材和生產(chǎn)方法，如使用低碳水泥、生物材料、高性能絕緣材料等，可以減少碳排放并提高建筑材料的性能。優(yōu)化供應(yīng)鏈管理，包括選擇可持續(xù)的原材料供應(yīng)商和運(yùn)輸方法，有助于降低碳排放。鼓勵(lì)建材的再制造和再循環(huán)，減少資源消耗和廢棄物產(chǎn)生。對(duì)建材生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行碳足跡評(píng)估，可以幫助生產(chǎn)商識(shí)別潛在的碳排放熱點(diǎn)，并采取措施減少排放[1，2]。

3.2 建材運(yùn)輸階段的減碳路徑

建材運(yùn)輸階段的減碳路徑涉及減少建材從制造地點(diǎn)到建筑工地之間的運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放。優(yōu)化貨物的運(yùn)輸路線(xiàn)和物流計(jì)劃可以減少運(yùn)輸中的碳排放。使用先進(jìn)的物流軟件和技術(shù)，以確保最短的運(yùn)輸距離和最有效的貨物運(yùn)輸路線(xiàn)。選擇最適合每個(gè)運(yùn)輸階段的運(yùn)輸方式。使用節(jié)能和低碳排放的運(yùn)輸工具，如電動(dòng)車(chē)輛、混合動(dòng)力車(chē)輛或燃?xì)廛?chē)輛，以替代傳統(tǒng)的燃油車(chē)輛。最大程度地利用運(yùn)輸容量，以減少每單位貨物的碳排放。確保貨物的裝載和包裝是高效的，減少空運(yùn)和半滿(mǎn)運(yùn)輸。優(yōu)化運(yùn)輸過(guò)程中的速度和行駛方式，以減少燃油消耗和碳排放。選擇使用可再生燃料，如生物柴油或氫燃料，以替代傳統(tǒng)的石油燃料，從而減少碳排放。與供應(yīng)鏈伙伴合作，共同努力減少運(yùn)輸過(guò)程中的碳排放。這包括與運(yùn)輸公司、供應(yīng)商和客戶(hù)合作，共同制定碳減排目標(biāo)和策略。對(duì)建材運(yùn)輸過(guò)程的碳足跡進(jìn)行跟蹤和報(bào)告，以便監(jiān)測(cè)和改進(jìn)碳減排進(jìn)展。這可以幫助確定哪些方面需要改進(jìn)，并為減碳目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支持。采購(gòu)建材時(shí)考慮運(yùn)輸距離和運(yùn)輸方式，選擇與建筑工地距離更近的供應(yīng)商，從而降低碳排放[3，4]。

3.3 施工建造階段的減碳路徑

裝配式建筑施工建造階段的減碳路徑涉及采取各種措施來(lái)降低施工過(guò)程中的碳排放。在施工現(xiàn)場(chǎng)采用可再生能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能，為施工設(shè)備供電和照明。這可以減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，降低碳排放。使用電動(dòng)施工設(shè)備和車(chē)輛，以替代傳統(tǒng)的燃油驅(qū)動(dòng)設(shè)備。采用高效的施工現(xiàn)場(chǎng)管理和計(jì)劃，以減少不必要的能源消耗和材料浪費(fèi)。通過(guò)精確的計(jì)劃和協(xié)調(diào)，可以減少施工時(shí)間和碳排放。管理材料的供應(yīng)鏈，確保材料的準(zhǔn)時(shí)交付，減少不必要的材料運(yùn)輸和存儲(chǔ)。此外，避免過(guò)度采購(gòu)材料也可以減少碳排放。在施工現(xiàn)場(chǎng)使用智能監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，以?xún)?yōu)化能源和資源的使用。這些系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能源消耗，并根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整設(shè)備。選擇環(huán)保和低碳材料，以減少施工過(guò)程中的碳足跡。這包括選擇可回收材料和使用生態(tài)友好的建筑材料。在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施廢棄物管理計(jì)劃，以確保廢棄物的正確處理和回收。減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，減輕資源消耗和環(huán)境負(fù)擔(dān)[5，6]。

4 結(jié)語(yǔ)

采用裝配式建筑方法相對(duì)于傳統(tǒng)建筑方法，能夠顯著減少建筑物化階段的碳排放。這主要?dú)w因于工廠預(yù)制和優(yōu)化的運(yùn)輸方式，以及更高的施工效率。在裝配式建筑中，采用能源效率措施，如高效絕緣、智能控制系統(tǒng)和可再生能源，對(duì)降低使用階段的碳排放起到關(guān)鍵作用。這些措施可以顯著降低建筑的能源消耗。有效的減碳策略需要多維度考慮，包括建筑的設(shè)計(jì)、材料選擇、施工流程和使用階段的管理。綜合考慮這些方面可以最大程度地減少建筑的碳足跡。采用裝配式建筑方法對(duì)環(huán)境影響更小，減少資源浪費(fèi)、能源消耗和建筑廢棄物。

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[作者簡(jiǎn)介]耿立明（1981―），女，山東泰安人，研究生，副教授，研究方向：智能建造。

[基金項(xiàng)目] 2023年沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“基于BIM構(gòu)件的裝配式建筑碳排放優(yōu)化研究”（202313208059）；遼寧省教育廳2022年度科學(xué)研究經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“雙碳背景下裝配式建筑物化階段碳排放計(jì)算及減碳策略研究”（LJKXM202213） ；2022年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“智能建造實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)”（220603214303119）。