全寿命周期视角下的建筑减排策略

李慧　邓权学　张静晓

[摘要] 建筑节能减排是建设低碳城市的重要环节。目前建筑节能减排领域存在许多亟需解决的问题，地方政府及有关部门对建筑节能减排产业的重视不足、投入不够。政府如何采取更有效的减排策略以及政策措施，以有效推进节能减排工作的深入开展，还需要深入研究。本文以常见的钢筋混凝土建筑为主要研究对象，考察节能技术措施与政府推动技术创新总体思路接轨，探讨适合推动建筑节能发展的全寿命周期视角下的减排策略，并提出相关政策建议。

[关键词] 建筑节能 碳排放 全寿命周期评估 政策建议

[中图分类号] TU201.5 [文献标识码] A [文章编号]1004-6623（2018）02-0062-06

[基金项目] 国家自然科学基金青年科学基金项目“面向价值共创的中国建筑业网络化服务能力机理分析及实证研究”（ 71301013）；教育部人文社科规划基金项目“大型建筑业企业服务创新能力动态成长模型与驱动机制研究：商业模式与绿色生产协同视角”（17YJA790091；13YJA790150）；陕西省社会科学基金项目“环境规制下陕西省全面创新效率测度及其时空演变研究”（2017S004）；西安市建设科技计划项目基金项目“钢筋混凝土构造全寿命周期碳排放标准测算研究”（ SJW2017-05）；西安市社会科学基金项目“环境规制下西安全面创新效率测度及其时空演变研究”（17J169）。

[作者简介] 李慧（1982 — ），陕西西安人，长安大学建筑工程学院副教授，博士（后），研究方向：建筑节能经济与管理；邓权学，广东徐闻人，长安大学建筑工程学院，研究方向：建筑节能及低碳建筑；张静晓（1981— ），河南南阳人，长安大学经济与管理学院教授，博士（后），研究方向：建筑经济与服务管理。

现代建筑以钢筋混凝土建筑为主，发展绿色建筑成为必然趋势。国务院“十三五”节能减排综合工作方案指出：资源环境问题以及刚性增长的能源需求，仍然是制约我国经济社会发展的主要原因，节能减排任务依然艰巨。为了减少碳排放，保持经济的可持续发展，各国政府出台了多种政策。国内也对碳交易及碳税政策等方面进行了研究，但基于全寿命周期视角下的建筑节能减排策略的研究依旧不充分。本文立足于钢筋混凝土建筑的碳排放研究成果，有针对性地提出节能减排措施，并提出了低碳建筑健康发展的相关政策建议，以期为住房城乡建设相关工作提供参考。

一、建筑全寿命周期碳排放测算结果

建筑业消耗的能源占全国能源消耗总量的40%，是能源消耗大户，建筑业的低碳减排迫在眉睫。目前我国建筑物中只有4%采取了节能措施，而每年新增的20亿平方米中，80%为高耗能建筑物。因此需要对建筑碳排放进行深入研究，以为建筑业节能减排提供理论支撑及实践指导。由于国内对于建筑碳排放的研究较为单一，多针对于单个建筑进行，缺乏对比性。本文整理来源于陕西、广东、浙江的四种类别（住宅、医院、商业以及学校）的实际钢筋混凝土建筑的全寿命周期三个阶段（物化阶段、使用与维护阶段及拆除回收阶段）碳排放的测算结果（见表1～2），多案例研究使得研究结果更具有可靠性及普遍性。

二、建筑三个阶段的节能减排策略

在建筑全寿命周期视角下，本文针对钢筋混凝土建筑物化、使用与维护及拆除回收三个阶段的碳排放情况，提出节能减排的意见。

（一）物化阶段节能减排方案

钢筋混凝土建筑的物化阶段包括原料开采、生产、成品运输与施工兴建等过程，即建筑物投入使用之前的阶段。

从表1可知物化阶段的碳排放占建筑全寿命周期碳排放的20%～60%，尤其是住宅与学校建筑比例超过了60%，再加上建筑物化阶段所占建筑寿命周期时间较短，多为2～3年建成，其碳排放较为集中，该阶段年平均碳排放量较大，因此本阶段的节能减排需要引起重视。由表2知钢筋与混凝土对于物化阶段碳排放的贡献率是最大的，随后才是砌体、水泥砂浆、涂料等其他建材。因此该阶段碳减排方案，应该从钢筋和混凝土的生产这两个过程入手，实行清洁化、绿色化生产，采用先进的技术与设备，优化其结构以及配合比，达到减少资源消耗的目的。钢筋的贡献率为30%～50%，可见，建材的生产阶段尤其是钢筋的生产阶段的节能，是钢筋混凝土建筑全寿命周期節能减排的重要环节。需要对钢筋进行必要的强化防锈措施保护，由此可以保证甚至延长钢筋的自然使用寿年，使得钢筋能在整个结构中发挥更好的作用。

（二）使用与维护阶段节能减排方案

使用与维护阶段的碳排放达到建筑全生命周期的34%～70%，该阶段是建筑全生命周期中的节能重点。钢筋混凝土建筑使用与维护阶段较大的贡献率虽然与其数十年的长周期有关，但其绝对排放量较大，所以在该阶段的节能减排尤为重要。此外，建筑的节能设计也对该阶段的碳排放量有着重大的影响。随着近年来国内对节能建筑的重视与支持，相关研究在不断地深入，同时建筑节能设计标准也在不断地提高。基于此，本文建议将建筑节能设计纳入建筑规划设计，通过采用硅酸钙聚氨酯等复合环保节能保温墙体以及合理的内部通风设计，减少建筑碳排放。

对于已建成的大量高耗能建筑，需要通过节能改造以及维修加固，达到建筑物碳排放量减少的目的。另外，建筑使用维护的碳排放与建筑活动的每个过程有关，可以制定相关政策鼓励企业投资发展生产建筑节能配套措施，鼓励使用太阳能、风能等可再生能源；通过使用节能型电器、使用环保节能材料等方法，减少为保持室内环境温度的电能损耗，达到节能减排的效果。

（三）拆除回收阶段节能减排方案

钢筋混凝土建筑拆除回收阶段的碳排放仅占5%～12%。虽然其相对建筑全寿命周期碳排放较少，但是在该阶段产生的大量建筑垃圾会对环境造成较大的破坏，特别是该阶段对富营养化、生态毒性及栖息地改变这几个环境影响贡献非常大，因此需要引起重视。目前国内建筑材料回收品种较为单一，回收利用率较为低下。因此本文建议借鉴国外建筑垃圾回收经验，提高废物利用率，引进新型废物处理工艺以及设备，降低建筑垃圾废弃处理过程中的能耗，从而降低该阶段的碳排放。建筑废弃材料的回收利用对建筑节能具有积极的意义。

国内年均建筑垃圾数量高达上亿吨，大部分建筑垃圾未经任何处理便露天堆放或填埋处理，浪费了大量潜在资源并造成严重的环境污染。可通过对建筑垃圾的综合回收，降低因建筑垃圾堆积泛滥造成的环境危害，在改善环境的同时，还能取得一定的经济效益。此外，可以通过对垃圾进行严格分类以提高废旧建材的回收率，研究其回收利用技术以求追上欧洲一些国家和日本的建筑材料回收率，减少建筑垃圾。为此，政府需要加强相关方面的宣传以及监督管理。

三、政府担当三个角色的政策建议

政府作为政策制定者，需要提供必要的条件并创建一个能促进新技术、流程和商业模式广泛应用的友好型创新环境，以便推动中国节能减排的发展。本文分析政府所担当的三个关键角色：智能监管者（Smart regulator）、长期战略规划师和孵化者（Long-term strategic planner & incubator）以及具有前瞻性的项目业主（Forward-looking project owner），提出推进低碳建筑健康发展的相关政策建议。

（一）智能监管者的作为及政策建议

近年来，我国在建筑节能领域取得了重大的进展。绿色建筑发展较快，建筑节能标准不断提高，现有住宅建筑的节能改造工作在着力推进，并且进一步加强了公共建筑的节能监管，重点城市中的医院以及学校等重要建筑的节能改造工作正在稳步推进，国务院确定的目标任务已基本完成。为了确保建筑工人和业主的健康和安全以及达到保护环境的要求，政府必须进一步加强监管。尤其需要推行智能监管（Smart regulator），以确保标准兑现的高效性和有效性，并提供一个灵活的框架以便迅速实现技术进步的监管。相关政策建议如下：

1. 协调并定期更新建筑代码以消除管理障碍并反映技术变化

在建筑材料使用方面，无论是本文所用的四个研究案例，还是国内的其他建筑案例，基本上都仍然在使用传统建材。因此大多数建筑代码没有将3D打印技术作为建筑技术的一个方法，而是继续专注于传统的砌块、砂浆和混凝土墙体。3D打印建筑作为新兴建筑技术，应得到政府的重视。中国3D打印公司为了适应现有的监管，必须将其打印的空心墙与传统的结构元素结合起来，这在一定程度上制约了新技术的发展，政府应加快制定促进3D打印技术在建筑行业应用的规则。

2. 开发基于性能的且可灵活用于促进技术进步的标准和智能规则

规范和专有规则在一定程度上对创新造成阻碍，因为它们强化了现状且无法反映新技术的发展。在研究建筑碳排放方面，国内还没有出台具体的计算标准。建筑碳排放计算标准的征求意见稿中所提出的碳排放计算方法，多是直接利用建材使用量与碳排放因子进行计算而得。随着3D打印技术的发展，建筑新材料研发趋势迅猛，大量新型绿色建筑材料如GRG、SRC、盈恒石、FRP、建筑打印油墨等出现在3D打印建筑中。建筑发展将会采用更多的新材料和新工艺。而利用传统建材的碳排放因子计算这一方法将很难对建筑碳排放进行研究。若采用智能化的技术，如运用基于SimaPro软件与BEES+方法的碳排放测算方法进行建筑碳排放计算，可以实现更加简便、更加实用化及结果更加全面化的计算操作。为此，政府应与创新者合作，推进开发更加灵活的基于性能又可促进技术进步的标准和智能规则。

3. 与技术供应商合作，确保定义数据和技术标准的互操作性

随着新技术的进步和授权使用，系统的互操作性显得尤为重要。如果没有互操作性，承包商就有可能受限于冗余和不可兼容的系统，他们在不同的系统上培训员工，并浪费时间将不同的输入文件统一到一个系统中。目前碳排放测算的生命周期评估方法的数据库建立不完善，准确可靠数据来源较少，现有的大型LCI数据库基本都是欧美的，关于中国的数据太少，国内数据的统计又良莠不齐，可信度不高。国内仅有少数人，在主持开发中国核心生命周期数据库，远不能满足實践的需求。因此，政府需要加大支持力度，与LCA与SimaPro的技术供应商合作，对使用一系列操作系统的研究学者或承包商进行相关软件应用培训，促进建立权威的适用于中国的建筑业数据库，确保定义数据和技术标准的互操作性，为国内建筑碳排放研究学者提供可靠的数据来源，以推进低碳绿色建筑行业的快速发展。

4. 与私有认证机构协作，以确保规则适应已认证的创新规则

与私有认证机构协作可填补监管的空白。政府应与相关认证机构，如与可进行生命周期等级认证（LCA Rate认证）和与绿色等级认证（Green Tag认证）的机构积极合作，以确保新技术的发展得到及时认证，并在必要时纳入条例。LCA Rate认证与Green Tag认证适用于所有建筑、室内设计和基础设施产品。建筑在进行全寿命周期视角下的LCA评估及碳排放测算后，可通过权威的认证以确保建筑项目相关权利与义务得到保障。这样除了能规整建筑企业为了附和低碳口号编造数据的乱象，还能确保政府制定的规则适应已经过认证的创新规则。

5. 建立快速和可预知的创新实践许可审批流程，与项目开发人员讨论流程应用的实际障碍

在建筑规划和建设阶段，政府应定期与开发商举行项目会议，讨论可能出现的问题，例如绿色建材的采用、规范能源的使用等。在现阶段，我国建材行业规模巨大但却大多实力不强。建材工业的发展伴随着日益严峻的环境问题以及资源消耗问题。建材行业需要向可持续发展转型。在我国，生产建筑材料年均消耗超过相当于2.3亿吨标准煤的资源。因此，保证建材的绿色生产，采用低能耗工艺以及设备，促进绿色建材的发展是当前建材节能减排工作的重点。为鼓励更多企业加入建筑工业创新实践，政府应建立快速和可预知的创新实践许可审批流程，并与项目开发人员讨论流程应用的实际障碍。

（二）长期战略规划师和孵化者的作为及政策建议

建筑业占全球GDP的比重约为6%，该行业是原材料的主要使用者，且其碳排放量占全球总碳排放量近1/3的比例。因此，政府应采取战略性办法来规划该行业的发展，实现更高的生产率、更强的负债能力、更好的可持续性和抗灾能力。

1. 以长期规划师的视角为建筑业定义战略创新议程，并促进跨行业协作与知识交流

我国建立了长期的绿色节能建筑发展目标，修订并颁布了中国城镇新建民用建筑节能设计标准。在此背景下，我国城镇全部新建建筑都采用并执行了该节能设计标准，使得新增节能建筑面积达70亿平方米，表明建筑节能标准正在稳步提高。可见政府已经制定了明确且长远的绿色节能建筑及建筑碳排放目标，但还需制定相配套的建筑碳排放计算标准。例如运用SimaPro软件进行碳排放测算，已经在欧美发达国家得到普遍应用，政府可聘请国外相关专家来华对企业进行统一培训，促进开发出适用于中国国情的碳排放计算软件并建立权威数据库，以长期规划师的视角为建筑业定义战略创新议程，促进跨行业协作与知识交流，以推动国家“十三五”规划具体目标的实现。

2. 着力于建设典范项目以推动创新并刺激供应链升级

政府可投资开发实施战略性新技术的建筑典型案例，如生命周期等级认证（LCA Rate）或绿色等级认证（Green Tag）通过的建筑。在全面创新战略的推动下，企业或创新团队可充分发挥创造力促进建筑项目相关创新的发展，并且为供应商和其他建筑行业利益相关者提供参考与借鉴。另一个关键因素是协作方法，可通过在线门户网站收集来自建筑领域的所有想法，将信息利益相关者整合到联合创新激励工作中，以此刺激供应链升级。

3. 促进和扶持私营企业与政府开展相关研发活动，推广绿色节能建筑

建筑物要实现使用上的节能，首要的一条就是要大力推广节能建筑。然而，在建筑市场中，对于开发商而言，新建节能建筑的额外成本在建筑的使用过程中无法得到补償。也就是说，节能建筑具有良好的社会效益，但不能完全转化为私人效益。因此，建筑市场各参与方不具有节能建筑开发动力。因而，应制定相应的政策，促进与扶持私营企业与政府开展相关研究和开发活动，用以鼓励推动建筑节能的顺利推广。一是调动建筑开发商的积极性。建筑开发商是建筑的缔造者，是节能标准的实施者。因此，建筑开发商的积极配合是实现节能建筑开发的主要动力。为此，政府应制定一系列经济激励政策，例如税收优惠政策及贴息贷款等倾斜政策，充分调动建筑开发商的积极性，使得节能建筑推广开来。二是提高住户选择节能建筑的主动性。推广的目的是让住户选择绿色建筑，因此可通过相关优惠政策提高住户的主动性。政府可以采取为选择节能建筑的家庭提供补贴、降低采暖或电费等措施，让其充分感受到除了住房舒适度以外的经济优惠，以刺激和提高住户选择节能建筑的主动性。

4. 量身定制职业培训计划和有效的课程，培养促进建筑创新和低碳建筑发展的创新型人才

在职业学校和高等学校的培养计划中，制定关于建筑碳排放领域及建筑绿色节能领域的有效课程，通过本科或专科横向与纵向相结合的培养，输出大量建筑碳排放领域与节能建筑领域的创新型人才，推动建筑创新与低碳建筑的发展。新加坡建筑和建筑管理局通过“建筑环境部门未来研究技能奖”的设立来促进建筑创新和数字科技的发展。该奖项为建筑行业的工人提供5000美元的赠款用于各种建筑相关课程的学习，例如BIM课程、装配式建筑设计和建造以及精益建造等，取得了良好的效果，推动了建筑创新的发展。以此案例为鉴，政府可以通过设计多项相关奖项来激发该领域的学生、研究学者乃至企业人才参与的积极性，与高校合作制定有效的该领域的课程，让学生、研究学者以及企业相关人才一起参与进来，提供良好的交流学习平台，推广绿色建筑技术以及促发建筑创新灵感。

（三）具有前瞻性的项目业主的作为及政策建议

在我国，无论是水坝、港口、公路和桥梁等基础设施资产，还是医院、学校、航天等社会公益设施资产，公共部门都承担了大部分的建筑工程，政府和纳税人应该积极帮助建筑业通过创新提高生产力来实现利益最大化。并且，作为主要业主，政府可以为自己的项目设定技术标准、流程和工具，经实践后将其推广应用于商业、住宅等私人建筑。

1. 开发业主方的能力，缩小与私营企业的知识差距，创建一种友好型创新文化

政府（项目业主）在客户端发展创新友好型文化具有重要意义。迪拜在创造城市地标和世界最高建筑的时候，其业主与承包商、供应商一起合作实现了许多破纪录的创新，例如在混凝土泵送、建筑设计、立面安装和升降技术方面的创新。可见政府基于清晰长远的视野与企业进行有效合作后，能创建友好型创新文化，并生动展现这种文化的影响。因此，政府作为主要的项目业主方，应在与私营企业的不断合作中学习先进的绿色低碳建筑技术与创新思维，缩短与技术前沿的知识差距，充分开发业主方的创新能力与实践能力。

2. 引入更加灵活的采购和合同模式，调整激励机制，改善风险分担，使业主、承包商和运营商之间的合作更加稳定

政府可以与建筑项目主要承包商建立联盟模式，维持更长久的合作。传统采购模式下，承包商在项目的规划和设计阶段就已经参与进来，最后导致建筑工程交付迟迟不能结束。因此政府可采用PPP模式建成建筑项目，授予设计、施工、融资和运营维护的单一合同。对于例如医院、学校等钢筋混凝土建筑项目，可由项目经理和主承包商组成的团队进行合作，有效地减少建筑项目中出现的各种问题。政府可以通过投资基于建筑全寿命周期的BIM技术和优化的IT环境来降低长期成本。

3. 从项目全寿命周期视角考虑业主获得的最大化效益，同时考虑在整个寿命周期中的所有成本和收益及潜在资产再利用的灵活性

在项目生命周期中选择灵活的设施和技术支持，能在实现项目预期功能的基础上最大程度地降低该项工程的资金投入。另外，可以对建筑进行灵活的设计，使得建筑可以在需要的时候重新调整用途，改建为其他类型的钢筋混凝土建筑，如由商业建筑改建为住宅建筑或学校建筑等。从项目全寿命周期视角考虑业主获得的最大化效益，同时考虑在整个寿命周期中的所有成本和收益及潜在资产再利用的灵活性，可降低未来建筑进行节能改造的成本。

4. 利用大数据分析法和数字技术更好地了解政府（项目业主）的资产，并最大限度地提高资产的使用寿命和利用率

本文数据显示，钢筋混凝土建筑使用与维护阶段的碳排放占其全寿命周期碳排放的34%～70%，如果增加建筑使用年限，将有效减少全寿命周期内单位建筑的年平均碳排放量。在钢筋混凝土规划设计阶段，可以通过延長钢筋混凝土构造的设计使用年限，使得建筑物的50年使用年限达到80年至100年，从建筑全寿命周期的宏观视角看，在这种情况下，钢筋混凝土建筑材料的碳排放均摊到80年至100年，其单位建筑面积年平均碳排放就会大幅度降低。这种减排效果在大规模大体量的建筑中表现得较为明显。我国正处于建设的大时代，拆迁重建现象普遍存在。由于建筑节能标准的发展没能及时适应高速增长的新建建筑规模，出现了许多使用年限较短的现代建筑，采用合理的维护改造措施，将大幅度降低建筑使用能耗。本文建议利用大数据分析法和数字技术更好地了解项目业主的资产，通过优化这些资产的使用与维护并延长它们的寿命，将产生巨大的利益。

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