“双碳”目标下的建筑构件循环利用研究与实践

骆丽贤

（浙江省建设装饰集团有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

建筑业在“双碳”目标下，正迈入绿色化、低碳化的发展道路，建筑的可持续性设计已经成为全世界日益关注的问题。人们意识到建筑物在其整个生命周期内消耗了大量的能源和材料以及产生大量的难以被回收利用的建筑废弃物，而造成建筑废弃物再利用率和再循环率低的原因之一是很难将建筑物构件和材料再彼此分离，目前尚未形成建筑构件可以直接循环利用的模式体系。

建筑构件和材料循环等利用相关内容的研究，国外开展得较早，不同领域的专家学者从不同的角度入手，在不同层面探究了建筑构件和材料循环的方法策略。实践方面，建筑构件循环利用理念也在很多实际项目中得到应用。

近年来，我国学者也就展开了多维度的探讨与研究。高新[1]从建筑材料循环利用的角度出发，研究介绍托马斯劳材料循环理念的具体内容及其辅助工Madaster 平台的应用，并通过已有的项目经验总结其理念指导下的设计流程，探索如何最大化地再利用废旧建筑材料。肖建庄等[2]从建筑结构拆解设计、拆解施工等多角度分析了建筑拆解的关键技术，讨论了拆解工艺方法和顺序与不同层级的资源化再利用之间的逻辑关联，并提出目前建筑拆解理论构成上还有待解决的难题。

本文对建筑材料循环利用的模式进一步研究，提出以建筑构件为基本单元的循环利用模式，从一个整体视角和全生命周期的角度来解决建筑材料循环利用的相关问题，并尝试在具体项目中进行实践应用。

1 建筑构件循环利用的价值分析

1.1 生态价值

建筑构件循环利用的生态价值主要体现在以下几个方面：

（1）通过对大量建筑构件的循环利用，可以减少建筑废弃物的产生，从而减少焚烧建筑垃圾产生的二氧化碳、二氧化硫等气体的排放，减少垃圾填埋场地的需求，降低其对环境的负面影响。

（2）建筑构件循环再利用可以减少建设项目对新材料的使用，从而减少与开采加工建筑材料相关的环境污染和能源使用。

（3）另一方面，建筑构件循环利用有助于推动建筑行业从粗放式增长向绿色环保、更为高效的方式升级。

1.2 经济价值

尽管使用可循环利用的建筑构件来进行建筑设计建造及拆解，会在一定程度上增加前期建设成本及后期建筑拆解人力成本，但是当考虑到旧建筑构件回收利用获得的收入时，其经济价值则远远大于传统方式。建筑构件循环利用的经济价值主要体现在以下几个方面：

可以循环利用的建筑构件的出售价值远远高于需要重新加工利用的回收建筑材料及粉碎性建筑废料。而且在某些情况下，项目方可以将这些低于新构件的回收构件重新使用在可匹配的其他新建或者改建项目中，这就大大减少了项目的材料采购成本。

由于拆除建筑物大量的建筑构件可被循环利用，这就大大减少了建筑固体废弃物的运输成本和处理费用，节约项目成本。同时拆除建筑产生的建筑垃圾大大减少，也减少了垃圾填埋场地的需求，从而节约土地成本。

2 建筑构件循环利用的前提和技术手段

2.1 建筑构件循环利用的前提

《民用建筑设计通则》规定，以主体结构确定的普通建筑和构建物建筑设计使用年限为50 年，纪念性建筑和特别重要的建筑设计使用年限为100 年。而住房和城乡建设部副部长仇保兴在第六届国际绿色建筑与建筑节能大会上指出，我国建筑物寿命只能持续25～30 年。这远远低于建筑设计年限，造成资源和能源极大的浪费。张佳等人在城市建筑寿命的空间规律及其影响因素研究中，通过实地调查的方式统计了兰州市城关区2013～2016 年拆除的154 个建筑的建成年份、拆除年份、建筑功能等信息，样本统计数据显示：建筑寿命平均值工业类为26 年，居住类32 年，商业类19 年，而最小值工业类6 年，居住类1 年，商业类2 年。

从以上研究可以看出，中国现阶段大量建筑实际寿命远远低于其设计寿命，大量拆除建筑的结构装饰构件还具有继续利用的价值，这种矛盾性成为建筑构件可被循环利用的前提。如果这些建筑的构件可以进行循环利用，将产生巨大的生态效益和经济效益。

2.2 技术手段

实现建筑构件循环利用，需要从建筑设计、建筑建造、渠道建立等全过程进行考虑。设计建造使用标准化模块化构件，组装方式使用后期易于拆解的结构都是建筑构件可以回收循环利用的技术手段。在此基础上还需提供建筑构件可追踪交易的平台，才能完成这一循环利用过程。

2.2.1 标准化模块化设计建造

严格来说，建筑构件标准化并不是一个新兴的事物，中国古建筑和西方古建筑都有建筑标准化设计的概念。宋代《营造法式》中规定，把“材”作为造屋的尺度标准，“材”一经选定，木构架部件的尺寸都整套按规定而来，不仅设计可以省时，工料估算有统一标准，施工也方便。这样的标准化构件设计建造，使其在不同建筑项目中具有普遍的适配性，从而为建筑构件的大量回收循环利用创造了条件[3]。

而如今，装配式建筑技术也为建筑构件标准化提供了条件。装配式建筑的基本单元是标准化建筑构件。目前一个项目的建筑构件一般只能在该项目中应用，而建筑构件标准族库也仅限于某设计企业内部。这就忽略了建筑构件标准数据在不同项目间的传递性适配性。而企业的构件库建立以及云端共享构件库的建立则是解决不同项目间标准建筑构件需求的有效方式。

2.2.2 可拆解技术

建筑构件循环利用的另一技术前提是建筑构件可拆解技术。中国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料，以木构架结构为主要的结构方式，由立柱、横梁、顺檩等主要构件建造而成，各个构件之间的节点以榫卯相吻合，构成富有弹性的框架。这种连接方式十分便于拆解，并能最低程度的损害建筑构件，从而最大限度 的将建筑构件回收和再利用。现代建筑中，钢结构建筑构件也非常易于拆解，钢结构的连接方式大多是锚栓进行连接，这种连接方式易于拆解又不容易损坏建筑构件，并且标准件多，适配度比较高。

而现场浇筑的混凝土和砌筑砖石材料，在建筑拆除时很难被分离，清洁，整体回收，其再利用的方式就仅仅局限于粉碎重组用作填充材料。解决这一问题的方式之一是推进预制装配式建筑构件的使用，预制装配式建筑的全部或者部分构件是在工厂里预制完成生产，再运输至项目现场，通过特定的方式及机械将建筑构件进行组装。相较于传统施工方式，一方面装配式建筑构件尺寸更大，另一方面其连接方式大量使用螺栓等易拆解结构进行组装，给后期回收循环利用创造了条件。

迄今为止，国内外已有多个项目都在建筑构件可拆解技术方面进行研究并付诸实践。

（1）Kieran Timberlake 事务所研究设计的玻璃纸房是一座5 层高的建筑，采用透明的再生材料，铝作为结构件使用。这座建筑在异地加工，生产周期为3 周，现场安装工程持续了16d。玻璃纸房所有的材料是采用快速可逆附件方式组装的，挤压铝框架，配合传统的钢连接件，将加工厂内生产的结构件组合在一起，玻璃房可以拆除和再组装，拆卸时生产相关材料所需的98.95%的能源都得到利用。

（2）京广中心是一座集五星级饭店，高级写字楼，豪华公寓于一体的综合性大厦。由于建成于20 世纪90 年代，外立面效果难以满足现代五星级豪华酒店的标准，因此需要对建筑1～ 7 层幕墙进行整体改造，并考虑对拆卸的幕墙进行回收利用。通过对幕墙结构系统的研究，施工方创造性地采用幕墙无损拆除工艺，实现了玻璃幕墙构件拆解回收再利用。

（3）卡塔尔974 体育场（Stadium 974）位于拉斯阿布阿巴迪，可容纳4 万名观众。组成体育场的每一个集装箱都是一个组装模块，可拆卸的椅子、零食摊位、厕所等，都能被预先安装好，再一个个搭起来，模块化的设计，也大大降低了施工成本、建造时间和材料浪费。体育场将座位分为上下两层，世界杯结束后，上层的座位可以被完全拆除，拆除后的集装箱可以继续在别的地方建馆，还能用于建成经济适用房。

2.2.3 结合数字化技术建立建筑构件循环利用的渠道平台

如何让将拆解回收的建筑构件重新进入市场流通实现循环利用，是当下面临的难题。基于建筑数字化和产品化策略，积极探索数字化设计建造解决方案，为传统的业主、设计、施工等各参与方提供新的业务转型模式，搭建建筑构件标准化+定制化，乃至租赁制平台，是实现建筑构件循环利用的渠道条件。

BIM 技术是基于建筑工程项目中的各种相关信息数据，然后通过建立建筑模型，来模拟建筑物的真实信息，换句话说就是数字信息模拟。BIM 技术具有可视化，协调，仿真，优化的特性，当前建筑行业正在逐步探索和实践基于互联网+BIM 的设计和施工管理方式[4]。

如今将BIM 技术引入建筑全生命周期开发管理是建筑业内的一大趋势，所以标准建筑构件的循环利用渠道也可基于这一平台。首先，在设计阶段，依托数字化建模技术，建立建筑构件标准化族库，并将族库中标准化建筑构件应用于具体项目中。下一步，精确记录各建筑构件的信息数据，并与制造施工环节严格匹配，项目中所使用的建筑构件将在此数字化管理平台中全过程可追溯。建筑拆除时，符合循环再利用的构件将进入互联网销售、回收，甚至租赁交易平台，重新回到设计阶段的建筑构件标准化族库，并与新项目相匹配，从而实现符合条件的建筑构件循环利用。

3 实践项目

3.1 项目背景

项目 A 位于浙江省杭州市青山湖科技城，主要包含两个建设内容，新建2#厂房及原有厂房立面改造更新。项目用地条件分析如图1 所示，基地北侧紧邻科技大道快速路，是临安经济开发区主要干道，16 号轻轨线也从基地北侧经过，因此园区北立面非常重要，不论是地面视线高度，还是高架轻轨视线高度都成为企业的主要展示面。园区东侧为企业办公，因此厂区东侧展示面是对内及来访人员的展示面。因此此次立面更新的设计范围将园区西侧、北侧、东侧以 U 形进行围合，将企业对外和对内的主要展示面进行改造提升。

图1 方案一

3.2 现状问题

项目基地位于临安与余杭的交界处，科技大道主要街面沿线，是展示临安区与青山湖科技城面貌的门户与名片。

目前该项目主要面临以下两个问题：一方面，急需进行扩建，现有厂房的生产现状已满足不了企业生产进度需求，而且为了提高企业的核心竞争力，特别是提高医药用和食品用包装材料的技术水平，必须对现有的生产设备进行技术改造和引进新的设备，必须新建厂房、采用最先进生产工艺才能尽快提高创新能力。另一方面，面临搬迁问题，项目A 园区现状厂房外立面比较老旧，与青山湖科技城日新月异的城市面貌不相符，且项目A 作为传统工业企业，长期来看随时面临整体搬迁至城市外围的可能。

为了解决这一矛盾，设计方案通过对园区现状建筑进行立面改造的方式，使其建筑形象达到了城市规划的要求，大幅度节约了建设成本，并避免了园区搬迁对企业生产造成影响。针对青山湖园区处于城市快速更新区、大拆大建的现状，新建建筑及现有厂房外表皮采用标准化单元进行设计建造，远期面临园区整体搬迁时可拆卸重组，循环利用，避免建设成本的浪费。

3.3 应对策略

现状生产厂房外立面为普通涂料，建筑体量大小不一，外立面色彩搭配稍显凌乱，设计方案在现状建筑物沿科技大道主立面覆盖金属穿孔板表皮，以最为经济有效的方式，使之成为“具有地标性和未来感的科技创意厂区”。基于以上考虑，建筑设计做出两个对比方案。

方案一，将园区稍显凌乱的建筑体块进行梳理整合，建筑由几种简单的功能性元素构成：一系列具有金属光泽的金属漆质感基座、高低起伏的银色穿孔板墙面。他们共同构成了一个规则的整体，凸显建筑丰富鲜明的形象。银色金属质感的穿孔金属板立面，彰显独特的现代工业建筑气质，使其成为展示临安区与青山湖科技城面貌的门户与名片，如图1 所示。

方案二，在体块整合的基础上，立面大面积采用色彩明亮的穿孔金属板单元，代表了企业丰富多元的产品特色；立面颜色从下到上由深到浅，由灰到亮，体现了一种活力向上的态度；当沿途的车辆快速驶过，色彩变化的金属板呈现出一种动态变化的趋势。立面的彩色穿孔板有规律的里出外进，呈现出一种编织的纹理，对应企业主打产品塑料与金属材质柔韧多变的性能，如图2 所示。

图2 方案二

两个方案均从外表皮构件可以循环利用的角度进行考虑，以一场工业建筑外表皮更新的设计实验，寻求项目的经济效益与低碳愿景。

生产厂房外表皮采用模块化矩形铝板构件排列组合。在立面形态上，装配式构件已经不仅仅是隐性特征，更是一种显性元素。外表皮单元构件的标准化，使之能轻松与不同建筑形体进行匹配，通过排列组合与建筑体块相互融合，产生不同的立面效果，如图3 所示，外立面建筑构件的这种适应性使其在建筑面临拆迁时可以匹配新建建筑的设计要求，从而达到循环利用的目的。

图3 标准化立面单元与不同建筑形体进行匹配效果

4 结语

建筑构件循环利用具有较高的研究与应用价值，不仅有效减少有害气体和建筑废弃物的产生，降低了对材料资源和能源的消耗，也为相关企业创造了可观的经济价值。本文提出从建筑设计、建筑建造、渠道建立等全过程进行考虑，设计建造使用标准化模块化构件，组装方式使用后期易于拆解的结构都是建筑构件和提供建筑构件可追踪交易的平台这三个方面来实现建筑构件循环利用过程。并在实际项目案例中通过方案设计阶段使用标准化可拆解建筑构件，积极推进这一设想，来论证这一模式的可行性。本文对建筑构件循环利用理念的研究尚处于初步探索阶段，希望借助本文研究对建筑材料回收领域的研究和实践起到一定推动作用，促进我国建筑全生命周期可持续理念的发展。