装配式建筑绿色低碳发展路径探索

李春光

北京正德瑞祥房地产开发有限公司 北京 101300

气候变化是人类面临的最严峻挑战之一。我国近年来大面积基建及房地产的快速发展，建筑材料生产与施工中直接或间接排放的大量二氧化碳、粉尘、污水也是造成气候变化原因之一。为实现节能、减排、低碳的绿色发展目标，较多的欧美国家早已开始了装配式建筑的发展，并早早实现碳达峰。而我国目前建筑业的碳排放虽然较2000—2010年的快速增长期有所放缓，但仍处于较高的碳排放水平，尚未解决碳达峰问题。2015年巴黎会议前夕及联合国辩论会中，我国承诺2030年左右实现碳达峰，2060年前实现碳中和，使得我国的装配式建筑快速发展。

1 装配式建筑特点

装配式建筑是为达到绿色、节能、减排、环保、低碳、快速施工的目的，结合技术创新方法，采用信息化和现代化的组织管理手段，来实现当代建筑业的工业化、模块化建造，将建筑设计优化、建筑材料供应、工厂化生产、产业化运输、装配式组件安装、装配式装修全过程形成一个完整的产业系统，实现传统脏乱差的现场建造方式向现代工业化干净整洁的装配式建造方式转变，从而全面提升建筑工程的环保、节能、减排、绿色、高效和良好的经济效益。装配式建筑与传统现浇或砌体建筑相比较，在建筑材料的升级与节约、密集型劳动力的减少、施工偏差的降低、施工质量的提高、作业环境的改善和施工阶段的碳排放减少等方面都具有明显优势与提高。根据相关资料统计，装配式建筑在其全生命周期中碳排放量较传统建筑减少约40%以上，是现代建筑行业实现“碳达峰”与“碳中和”的重要发展方向与发展目标。

2 我国装配式建筑绿色低碳发展现状

我国2021年，新开工装配式建筑面积约7.4亿平方米，比一年前增长了约18%，装配式建筑的施工面积是全国建筑施工面积的24.5%；2020年，我国新开工装配式建筑6.3亿平方米；2019年装配式建筑面积约3亿平方米，不到4年时间装配式建筑的增长率超过50%以上。可见我国的装配式建筑发展之快，开工面积之大。虽然我国近几年装配式建筑起步较晚但发展的速度较快，与装配式渗透率已达70%以上起步较早的，美国、日本、欧洲等发达国家相比，生产工艺、产业能力、技术水平、质量控制都有较大差距。针对我国装配式建筑的初级发展阶段现状，呈现发展速度快，发展空间足，相应的绿色低碳产业链不够完善，发展路径不够成熟的问题，下面将对装配式建筑的绿色低碳发展路径进行阐述。

2.1 完善装配式全产业链绿色发展模式

加强完善“设计咨询-原材生产-建材供应-装配式构件预制-装配式构件运输-装配式构件安装-装配式装修”全产业链协同机制，在各环节各节点都全面系统地采用“四节一环保”原则进行发展扩大，积极采用旧料利用、设备升级、清洁能源利用、智能化管理、科技创新等方法，追求一体化的综合效益最优和资源的节约循环利用。积极推进设计优化、材料加工生产环保、设备升级改造、物资供应区域优选、产品制造提质增效、运输管理协同互联、施工管理智慧升级，使各生产加工企业、运输企业、施工企业资源互补、信息共享、科技同步、管理互通；同时推动装配式建筑产业链上下游及产业链外延的相关企业协同共建、利益共享、发展共谋、同心协力携手打造高科技创新型装配式建筑业务平台，实现联合生产、多产业集合、多领域共享的发展模式，建立若干个基础设施领域及房屋建筑领域的装配式工程总承包企业。

2.2 提高低碳环保建筑材料对装配式建筑供应

装配式建筑结构及装配式装修的完成都是由不同的大宗材料组成，材料的生产加工与供应对装配式建筑的节能减排、低碳发展起到关键作用。所以需要从建材的生产开始，控制开矿采集生产、建筑材料的采购二次加工、生产基地的设备采用、建筑材料的储存运输、废品废料及二次回收材料再利用、其他矿物建筑材料的高科技生产等产业上游企业开展绿色低碳发展管控与建立绿色低碳合作模式。制定绿色建材采购标准，加大节能低碳产品和服务的采购、推广应用力度。在采购建筑材料时优先选用废弃材料与再生材料，尽可能减少新矿区的开采、新林地的砍伐；推动采用尾矿、回收建筑材料、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、磷石膏等大宗工业固废料和建筑垃圾再生材料的利用。在选用生产加工设备时，优先选用国家和行业推荐的低碳节能型机械设备，淘汰落后、高污染、高耗能生产设备，降低建筑材料生产加工中的碳排放。对建筑业采用的砂浆、水泥、石膏、石子、人工砂、钢材、人造板材、烤漆、涂料等高耗能、高污染建材企业进行环保节能监督，将供应商的环保和减碳行动纳入供应商准入评审和考核评价内容，倒逼优化管理处理措施、机械设备升级、环保能源利用等改进达到绿色生产，减少碳排放的目标[1]。

2.3 建立绿色低碳的装配式设计体系

设计是实现建筑物、构筑物、基础设施落地的基础与前提，设计的理念与定位对于建筑业碳排放关系重大，直接决定了碳排放的高低、环保节能的占比。设计单位及人员应建立装配式建筑全生命周期减少碳排放的观念，建立环保、节能、低碳发展的装配式结构与装修体系。设计阶段应通过新型绿色环保材料使用，再生材料的推广，超低能耗建筑体系的应用、新技术研发，建立节能环保低耗能的建筑体系，运用设计标准化、专业同步化、系统排布演示化，建立户型设计模型，统一模数尺寸、统一配件规格，实现模板高周转可替换，配件可快速匹配，避免因较多型号的模板及配件的过度生产，造成资源的浪费，碳排放的增加。通过对国内学者研究成果的统计分析可以得出，若在建筑标准层使用装配式建造工艺，可将标准层部分施工阶段的碳排放减少30%以上。为减少因各专业间不协调造成的拆改，需在设计阶段将BIM技术应用于装配式建筑全生命周期，实现各专业协同施工，解决各专业间的冲突，并可将主体结构阶段的管线预埋、设备安装等与后期的装配式装修同步演示，找出图纸中存在的缺陷，确保设计准确性和合理性；做到查漏补缺，将因设计失误导致的返工和建筑垃圾降至最低。

2.4 建全创新、扩大产业化装配式生产线

装配式产业化生产主要为主体结构产业化生产、装配式装修产业化生产。相比于传统现场建筑模式，装配式建筑工厂化生产可以提高构配件的生产速度，可大幅提升构配件质量和施工技术水平，提高了机械利用率，减少了废水、废气的排放，省去了传统的施工过程的复杂工序，提高了建筑施工环境的改善，提高了工作效率，减少了现场施工错误的出现，避免了现场施工的天气限制，同时解决了建筑市场劳动力短缺问题。建全创新、扩大产业化装配式生产线可充分发挥原材料性能，使水泥、骨料等原材料实现精细化、集约化利用，减少模板、木材、砂石、水泥、钢材以及水的消耗，减少施工偏差及现场施工的大量噪音与灰尘的产生。装配式结构可与外墙保温、外墙装饰板、内墙装配式一体板同步产业化生产，大大减少了现场材料的消耗与污染。但现阶段，国内装配式建筑构配件生产企业较少、生产效率不高、生产线布局不合理、生产能耗较高，导致在建筑高峰期出现构件供不应求的局面，严重影响了施工进度，导致了现场施工的能源浪费，碳排放的提高。针对以上问题，国家需扩大对装配式构配件生产企业的政策支持，鼓励更多企业投资建厂，扩大产业化装配式生产线，建立统一标准体系，通过工厂自动化、信息化、智能化流水线生产，生产模具与机具互通互补，进一步提升效率，减少人工和能源的消耗，减少构件的生产周期，减少废水、废气、粉尘、噪音的排放，降低制造过程能耗与污染。为减少装配式构件生产线的碳排放，提高生产效率，可采用工厂化的智能管理，采用BIM的装配式建筑设计软件PKPM-PC的应用及智能化软件管理系统，对生产线全流程赋能，将构配件模型数据直接导入自动化生产设备，实现设计与生产数据自动生成。构配件信息数据在生产线的各个环节中流动和传递，实现设计生产一体化，避免了人工查图、算量、导入、标识等操作环节，构配件的规格型号、使用部位、操作人员、养护周期、完成时间等信息一目了然，大大减轻人员的工作量，避免人为输入带来的错误，为后期现场吊运组装提供极大方便，对节能降碳提供了有力支持。

2.5 加强主体施工阶段装配式建筑的减排绿色发展

原始现场建筑施工阶段是高污染、高耗能、高运转的项目，需要大量的材料、物料、机械、人力，经过复杂漫长的施工过程才能呈现出现有的结构体系。因现场施工是由人工依据施工图纸配合机械等进行露天操作，无法进行有效的污染控制，无法进行能源回收、加之施工人员技术及意识不高，很少能有节能、减排、减碳的思想及意识，施工单位对现场的管理也无法高效的落到实处。往往因施工人员素质偏低，经验较少，对图纸及技术要求不熟悉，造成较多的错漏项及返工项，再次造成现场施工的高能耗及高碳量的排放。而装配式现场施工通过构配件的工厂化生产，现场的构配件采用机械吊装增加了施工速度，减少了现场施工人员的需求量，且保障了施工质量，同时通过前期BIM的优化减少了装配构件现场组装错漏项的出现。装配建筑的构配件在安装过程中要充分调动吊装机械的使用率，达到满负荷运转，吊装班组要经过严格装配式构件的安装培训，保障一次吊装到位减少反复吊装情况。现场施工通过装配式建筑的应用，节省了材料、节省施工用水、节省了大部分机械使用，提高了机械效率，减小了粉尘污染、噪声污染、废水污染、大量的材料损耗等，大大减少了碳的排放，真正做到了绿色施工，低碳节能。在吊装施工阶段采用BIM技术结合构件的智能化管理系统组织施工，提高了构配件吊装的精准性，避免了人为的失误与返工。通过BIM主体施工阶段的应用，提高了构配件堆放、吊运、安装等各个工序效率，有效将预制构件二次吊运带来的损耗减少到4%以内，提高了预制构件吊装正确率达95%，使整体工期提高了10%，产生了较好的经济效益及减排效益[2]。

2.6 加强建筑施工阶段装配式装修的绿色环保占比

我国现阶段的装配式装修还处于初级发展阶段，市场占有率较低，装配式装修建材及技术的发展还未能满足现阶段大众对装饰装修效果需求。在装配式装修中应积极推广新科技材料、再生材料、可回收材料，可替代现有高污染材料的高科技材料的生产，提高技术创新，提高装饰材料的耐久性及装饰效果，达到工厂预制，现场组装，减少现场裁割，减少现场湿作业的施工，从而减少材料的浪费、垃圾及粉尘的产生、噪声及空气的污染等。同时也节省了大量的人力物力，避免了大批材料的二次周转；而实现这些还需要通过政府的扶持与推广，不断扩大装配式装修材料与装配式装修交付标准市场占有率。在对内装进行绿色施工节能减排的同时，也应提高建筑外围护结构的节能减排要求，例如采用高性能门窗、装饰保温隔热一体化构件的应用，能有效的降低冬季取暖、夏季降温的能源消耗，大大减少了电力煤炭的使用，为减少碳排放做出突出贡献。

2.7 加强装配式建筑运营阶段的智能化管理平台建设与管控

建造各阶段在不断的提高装配标准，不断的进行技术革新与探索，进行设备及产业升级，为此投入了大量的资金与精力进行产业转型，为后续建筑业的发展开辟了道路，奠定了基础，指明了方向。为了实现“碳达峰”，“碳中合”的目标对运营阶段的装配式建筑的设备设施还要不断的升级，使其运营阶段的碳排放管理，能与新发展的管理模式及技术相适应。例如：配电室的供电系统随着我国电力交易市场的建立，可使项目更方便的采用绿色电力供应，采用风电、水电、光伏电、核电等；配电室、热力站、制冷机房等采用无人值守，机器人运维监控，实现节约减排防控风险；生活热水采用太阳能储热技术进行供应，减少二次冷水加热能源的消耗；空调新风与照明系统采用智能系统控制，整个项目的能源运营采用可视智能化管理，实现根据不同区域的运营的需求进行智能化监控，使空调与照明可根据室内的温湿度与人员数量指标进行调节，车库的照明可根据人车的动线进行点亮与熄灭，对建筑运营阶段采用智能运维系统管理可对全部能源数据进行时时监控、智能调节与控制，实现对建筑能源设备的精细化智能化管理，实现建筑运营期的自我调节，降低了建筑能耗，达到节能、减排、低碳、绿色运营的目的。

3 结语

我国的装配式建筑正在蓬勃发展，技术与管理在不断的完善与探索提高，要通过不断进行相关产业链的组建、协调、磨合、试错、总结、提高、完善来实现装配式建筑的系统提高、全过程节能减排的实现，真正实现绿色施工、减少能耗、减少碳排放，实现建筑业的“碳达峰”与“碳中合”，从而真正实现绿色施工，绿色建筑。现阶段积及推动传统高耗能建筑体系向装配式建筑体系转化，同时推进施工期及运维期全过程的智能化管理，严格控制施工与运维期期扬尘、噪声、污水、废气、固体废弃物的排放，大力采用绿色环保材料、再生材料、绿色能源、智能监控、智能管理、实现能源回收再利用；加强各阶段节能低碳技术的研发，构建自主创新的装配式建筑技术研究平台，采用BIM技术及智能化管理系统，整合社会资源，提高装配式建筑全产业链协同发展，提高国家专项资金扶持与财政补贴，对节能、减排、绿色发展企业加大税费减免力度，有效降低企业对绿色低碳装配式建筑进行新技术、新工艺、新产品的研发成本。推动绿色施工新工艺，推动新型环保材料标准及低碳建筑标准体系的建立与完善，配合装配式生产技术、建造技术、装修技术、智能运维管理技术、高科技应用技术等应用，实现装配式建筑部品部件标准化、装修模块化，理管智能化。真正实现装配式建筑的绿色健康发展，达到节能、减排、环保、科技于一身的智能绿色低碳建筑。