裝配式裝修基礎部品低碳化及重要性研究

王強，王煒，石利汝，王瑤

1 引言

眾所周知，我國建筑業實現“碳中和”任務艱巨。根據清華大學建筑節能研究中心發布的《中國建筑節能年度發展研究報告2021》顯示，2019 年我國建筑總量面積達644 億m2，建筑運行中碳排放總量達22 億噸，民用建筑建造由于建材生產、運輸和施工過程導致的CO2排放量已達16 億噸，這二者之和幾乎達到我國碳排放總量的40%，成為全社會CO2排放占比最大的部門[1]。因此，建筑行業實現“碳中和”的壓力巨大。通過研究發現，實現建筑業減排的路徑主要有：一是減少建材生產碳排放，助力工業生產的減碳。二是研發出新型的、環保的建筑材料代替水泥材料，大幅降低水泥的使用數量；三是研發推出新型的、低碳的主體結構體系和內裝體系，改善老舊的、高耗能的建造模式等。

裝配式裝修是采用干式工法，將內裝部品、設備管線等在現場進行組合安裝的裝修方式[2]。因此，裝配式裝修憑借其生產效率高、工期短、資源消耗量少、環境污染低等優勢被國家大力推廣[3-4]。裝配式裝修在近幾年取得快速發展。根據住建部數據顯示，2020 年我國采用裝配式裝修技術實施的建筑面積達7186 萬m2，比2019 年同比增長58.7%。因此，裝配式裝修作為新型的、迅速發展的內裝技術體系，對其碳排放開展研究具有重要的意義。

2 裝配式裝修基礎部品的界定

在裝配式裝修項目中，由于裝修工作界面前置，原基礎構造（二次結構、水電等）內容也納入到裝配式裝修工作中。裝配式裝修將基礎構造進行產品化和標準化，產生新的產品形態，我們稱之為基礎部品。基礎部品不包含飾面材料和通用部品，相反地，基礎部品設計遵守結構體和設備體中相應的尺寸模數關系，同時著重部品和接口專項設計，保證部品的通用性、互換性和兼容性[5]，與飾面材料和通用部品進行良好的結合和兼容。遵循工業化、標準化的邏輯可知，裝配式裝修基礎部品可包含基礎隔墻、基礎地面、基礎墻面、基礎廚衛等方面（圖1），是區別于傳統裝修的核心所在。

圖1 裝配式裝修基礎部品范圍示意圖（繪制：王強）

3 基礎部品全生命周期碳排放計算模型建立

3.1 碳排放的評價模型及計算方法

結合產品的生命周期管理理論，針對裝配式裝修基礎部品的碳排放評價也將放到整個生命周期來考慮。目前，行業內已有全生命周期評估（LCA）研究方法[6]。它實際上針對產品的整個生命周期評估其對相關因素的影響，該方法已廣泛應用于工程、材料、設備等各個領域。

關于裝配式裝修基礎部品的碳排放計算方法，由于裝配式裝修屬于新興行業，部品開發也處于起步階段，國內針對該領域的碳排放計算尚未開展，因此本文將借鑒我國建筑行業碳排放的計算方法。目前，針對建筑物的碳排放值計算主要有4 種方法：實測法、物料衡算法、模型法和排放系數法[7]。基于裝配式裝修行業較早期，本文采用較為簡單的排放系數法進行計算，相關排放計算方法和碳排放因子主要參考《建筑碳排放計算標準》（GBT 51366-2019）。

3.2 裝配式裝修基礎部品全生命周期劃分

根據《建筑碳排放計算標準》（GBT 51366-2019）的規范要求，建筑全過程的碳排放包括建筑運行階段、建筑建造及拆除階段、建材生產及運輸階段等3 個部分[8]。

通過參考建筑的全過程，結合裝配式裝修的自身特點，可將裝配式裝修基礎部品的全生命周期評估拆分為生產、運輸、安裝、運維、拆卸、回收6個環節（圖2）[9]。

其中，生產環節與部品的各種材料加工有關，運輸環節與部品的重量、運輸方式以及運輸距離有直接關系，安裝環節與安裝機械類型和安裝時間相關，運維環節直接由使用功能和使用量決定，拆卸環節取決于拆卸機械類型與拆卸時間，回收環節包括部品回收處理所引起的碳排放。

3.3 裝配式裝修基礎部品全生命周期碳排放計算方法

碳排放計算主要是計算包含二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）等溫室氣體在內的排放量。為了統一度量整體溫室效應的結果，考慮到CO2是最重要的溫室氣體，因此，規定二氧化碳當量（CO2e）為度量溫室效應的基本單位[10]。本文也將溫室氣體碳排放的總和以二氧化碳當量表示。

因此，裝配式裝修基礎部品全生命周期碳排放計算模型，為各階段產生的二氧化碳當量的總和[11]，即：

①式中，T 表示裝配式裝修基礎部品生命周期的碳排放；Tp、Tt、Ti、To、Td、Tr分別為基礎部品生產環節、運輸環節、安裝環節、運維環節、拆除環節和回收環節中產生的碳排放。

參考《建筑碳排放計算標準》（GBT 51366-2019）的規范要求，各環節的碳排放計算方法如下：

（1）基礎部品生產環節

裝配式裝修基礎部品通過十幾種部品部件在現場集成。比如裝配式裝修基礎地面，由調節件、支撐模塊、地暖模塊、平衡模塊、輔料等多個部品部件組合而成。

因此，基礎部品生產環節的碳排放按照如下公式計算：

②式中，Tp表示裝配式裝修基礎部品生產環節的碳排放量（kgCO2e）；Pi為第i 種主要部品部件的消耗量；Fi為第i 種主要部品部件的碳排放因子（kgCO2e/單位數量）。

圖2 裝配式裝修基礎部品的全生命周期（繪制：石利汝）

根據標準要求，納入計算的主要部品部件的總重量不低于所有部品部件的總重量的95%，重量比小于0.1%的部品部件的碳排放可不計算。

（2）基礎部品運輸環節

基礎部品在從工廠到項目現場的運輸過程中產生運輸工具的能源消耗，跟運輸工具類型、運輸重量和運輸距離有直接的關系。

因此，基礎部品運輸環節的碳排放按照如下公式計算：

③式中，Tt表示裝配式裝修基礎部品運輸環節的碳排放量（kgCO2e）；Pi為第i 種主要部品部件的消耗量（t）；Di為第i 種主要部品部件的運輸距離（km）。Ti為在采用第i 種主要部品部件的運輸工具下，單位重量和運輸距離的碳排放因子（kgCO2e/(t·km)）。

（3）基礎部品安裝環節

裝配式裝修基礎部品主要是在項目現場將多個部品部件進行組合安裝。相比傳統裝修來說，安裝比較便捷簡單，所需安裝工具也比較少，而且消耗的都是電力能源。

因此，基礎部品安裝環節的碳排放按照如下公式計算：④式中，Ti表示裝配式裝修基礎部品安裝環節的碳排放量（kgCO2e）；Ei為第i 種部品安裝工具的工程使用量；Mi為第i 種部品安裝工具的單位工程的臺班的使用量；Ri為在第i 種安裝工具的單位臺班用電量；Fi為電力能源的碳排放因子（kgCO2e/kwh）。

（4）基礎部品運維環節

裝配式裝修基礎部品運維環節的碳排放，主要是在使用過程中所產生的能源消耗。而裝修后使用功能包括供冷、供暖、照明、生活熱水供應等，其碳排放主要是電力、水、燃氣等能源使用消耗。

因此，基礎部品運維環節的碳排放按照如下公式計算：

⑤式中，To表示裝配式裝修基礎部品運維環節的碳排放量（kgCO2e）；Ei為第i 種能源的消耗量；Ri為在第i 種能源的碳排放因子；N 為運維的時間。

（5）基礎部品拆卸環節

基礎部品在拆除過程中的碳排放主要體現在所用拆除工具過程中的能源消耗，跟安裝環節類似，消耗的都是電力能源。

因此，基礎部品拆除環節的碳排放按照如下公式計算：

⑥式中，Td表示裝配式裝修基礎部品拆除環節的碳排放量（kgCO2e）；Ei為第i 種拆除工具的工程量；Mi為第i 種拆除工具的單位工程的臺班使用量；Ri為在第i 種拆除工具的單位臺班用電量；Fi為電力能源的碳排放因子（kgCO2e/kwh）。

（6）基礎部品回收環節

裝配式裝修基礎部品回收環節的碳排放主要是在將拆除后的部品部件運輸到處理場的過程中所產生的消耗，此處暫不考慮再利用的碳排放情況。

⑦式中，Tr表示裝配式裝修基礎部品回收環節的碳排放量（kgCO2e）；Pi為第i 種主要部品部件的拆除量（t）；Di為第i 種主要部品部件從現場到處理廠的運輸距離（km）；Ti為在運輸第i 種主要部品部件的運輸工具類型下，單位重量和運輸距離的碳排放因子（kgCO2e/(t·km)）。

3.4 案例分析：北京市密云區長安新村和南菜園新村回遷房項目

密云區長安新村和南菜園新村舊城改建棚戶區改造項目位于密云新城中部0104 街區，其中回遷安置房地塊位于本項目西測MY00-0104-0079 地塊。東至規劃二路，南至藍河灣居住小區北邊界，西至藍河灣居住小區東邊界，北至新建幼兒園南邊界。該回遷房地塊建設用地面積27,000m2，總建筑面積97,000m2。回遷安置房戶型有80m2～120m2不等的4 種戶型，交付條件為全裝修[12]。經過多輪設計和技術論證，該項目采用預制裝配式混凝土剪力墻?結構體系，同時，室內裝修采用了裝配式裝修技術體系，其中室內隔墻采用ALC 輕質條板；墻面采用集成包覆板；地面采用新型的裝配式地面系統。

圖3 北京市密云區長安新村和南菜園新村回遷房項目現場及外立面

圖4 項目室內采用裝配式裝修現場圖（3 .圖4 攝影：王瑤）

考慮到ALC 條板和集成包覆板在市場上比較常見，且行業內已有相關研究，比如長安大學樊娟莉的碩士論文《輕質蒸壓砂加氣混凝土墻板的綜合性能分析》，詳細分析了ALC 條板整個生命周期的碳排放量。為避免重復研究，本文將重點利用上述碳排放計算模型測算該項目裝配式地面基礎部品的碳排放量，以此驗證整個計算模型的準確性，并檢驗地面系統的節能性。

整個項目裝配式裝修地面面積達35,600m2，采用干式采暖型架空地面系統，由支撐模塊、地暖模塊、平衡模塊、填充模塊、輔料等多個部品部件（圖5）。圖6-8 為地面系統鋪設完成后實際效果。

圖5 干式采暖型架空地面系統（繪制：王強）

圖6 項目室內裝配式地面a-鋪設支撐模塊完成后b-鋪設采暖模塊完成后c-鋪設平衡模塊完成后

圖7 項目裝配式地面實際效果a-客廳b-臥室

圖8 項目裝配式地面實際效果：廚房（6 -8 攝影：王瑤）

因此，針對該項目裝配式地面的基礎部品的碳排放計算除了飾面層之外，其余部品和材料均需納入計算范圍（重量比小于0.1%的部品部件的碳排放可不計算）。計算結果如下：

（1）裝配式地面基礎部品生產環節

根據上述公式②的方法計算得出，該項目的地面基礎部品生產環節產生991,669.88kg 的二氧化碳當量，平均每平方米所需部品生產環節排放27.88kgCO2（表1）。

（2）裝配式地面基礎部品運輸環節

由于項目按階段進行供貨，且來自不同的材料供應商。因此該項目地面基礎部品選擇的運輸工具根據產品不同而不同。水泥砂漿、水泥纖維板、聚苯乙烯板和硅酸鈣板比較重，選擇重型柴油貨車運輸（載重30t）來運輸，其余產品選擇中型柴油貨車運輸（載重8t）運輸。

根據上述公式③的方法計算得出，該項目的地面基礎部品運輸環節產生53,198.74kg 的二氧化碳當量，平均每平方米所需部品運輸環節排放1.49kgCO2（表2）。

（3）裝配式地面基礎部品安裝環節

裝配式地面基礎部品安裝比較簡單，只需要少量施工機械。該項目安裝隊伍一共20 人，每人每天可以安裝30m2，計算出項目總工程量為60 天。

根據上述公式④的方法計算得出，該項目的地面基礎部品安裝環節產生103,080.21kg 的二氧化碳當量，平均每平方米所需部品安裝環節排放2.9kgCO2（表3）。

表3 裝配式地面基礎部品安裝環節碳排放量3）

（4）裝配式地面基礎部品運維環節

裝配式地面基礎部品進入使用運維環節中的碳排放主要是供暖時產生的二氧化碳當量。北京的采暖季從每年的11 月15 日到次年3 月15 日。

根據上述公式⑤的方法計算得出，該項目的地面基礎部品運維環節產生16,124.12kg 的二氧化碳當量，平均每平方米所需部品運維環節排放0.49kgCO2（表4）。

（5）裝配式地面基礎部品拆除環節

裝配式地面基礎部品拆除環節跟安裝環節基本類似，只需要一種施工機械。預計拆除隊伍一共20人，拆除工程量約為60 天。

根據上述公式⑥的方法計算得出，該項目的地面基礎部品拆除環節產生107,883.90kg 的二氧化碳當量，平均每平方米所需部品安拆除環節排放3.03kgCO2（表5）。

（6）裝配式地面基礎部品回收環節

裝配式地面基礎部品回收是將拆除的廢棄物運輸到垃圾處理廠，水泥砂漿、水泥纖維板、聚苯乙烯板和硅酸鈣板比較重，選擇重型柴油貨車運輸（載重30t）來運輸，其余產品選擇中型柴油貨車運輸（載重8t）運輸。

根據上述公式⑦的方法計算得出，該項目的地面基礎部品運輸環節產生1873.74kg 的二氧化碳當量，平均每平方米所需部品回收環節排放0.05kgCO2（表6）。

4 裝配式裝修基礎部品全生命周期碳排放分析

4.1 不同環節的碳排放分析

根據上述計算可知，北京市密云區長安新村和南菜園新村回遷房項目35,600m2的裝配式地面基礎部品全生命周期碳排放量達1,273,830.59kg，單位面積碳排放量達35.78kg。其中：基礎部品生產環節的碳排放量最大，占總量達78%；其余環節的碳排放占比非常小（表7）。

表7 中數據結果也可以直接反映裝配式裝修基礎部品的核心特點。裝配式裝修核心本質是將傳統裝修現場手工作業方式轉變成工業產品，從而大幅提高室內裝修基礎構造的建造效率。產品經過工廠生產集成，在現場高效安裝，替代了傳統低效率、手工作業模式。因此，產品生產環節的能源消耗占較大比例，而在運輸、安裝等其他環節的能耗比例降低。

4.2 與傳統裝修碳排放量對比分析

若該項目采用傳統裝修的方式進行地面裝修，則所需的材料、工具變化較大。主要的材料及工具數據如表8。

從表8 可以看出，傳統地面裝修的主要材料重量（不包括水）是裝配式地面裝修的主要材料重量的4.47 倍。由于材料需求量的大幅上漲，帶來了材料生產環節、運輸環節、安裝環節、拆除環節及回收環節的碳排放量的大幅上升（表9）。

表1 裝配式地面基礎部品生產環節碳排放量1）

表2 裝配式地面基礎部品運輸環節碳排放量2）

表4 裝配式地面基礎部品運維環節碳排放量4）

表5 裝配式地面基礎部品拆除環節碳排放量5）

表6 裝配式地面基礎部品回收環節碳排放量6）

表7 該項目裝配式地面各階段碳排放量

表8 項目采用傳統地面裝修所需主要材料及工具7）

表9 裝配式裝修地面與傳統裝修地面做法的碳排放量對比

根據碳排放量數據對比，裝配式裝修地面比傳統裝修地面做法減少碳排放量達73%。除了運維環節，兩種地面運維使用階段均是供暖產生的碳排放，數據基本一致。其余各環節的碳排放均有較大差異。

5 裝配式裝修基礎部品發展意義重大

5.1 基礎部品顯著提升裝修綠色低碳發展水平

長期以來，裝修行業高耗能、高污染、高浪費的發展局面急需改變，尋找一條綠色低碳循環的發展道路。裝配式裝修恰好滿足了綠色低碳的發展方向，從上述實際項目碳排放分析結果可以看出，僅在地面層面，裝配式地面比傳統地面做法減少碳排放量達73%。若計算全屋裝配式裝修的碳排放量，預計至少比傳統裝修做法減少80%。

基于裝配式裝修技術具有非常顯著的節能減排作用，符合環保綠色的特點，可以大力促進我國裝修行業乃至綠色建筑行業的減排降耗。因此，采用裝配式裝修基礎部品，使得室內基礎構造裝修實現高效益、高質量、低消耗、低排放的建設目標；同時減少施工污染、提升勞動生產效率和質量安全水平，更有利于促進裝修與數字化的結合[14]。

5.2 基礎部品顯著提高裝修的建造效率

基于工業化、標準化的理念，基礎部品使得裝修效率得到大幅提升。比如，室內隔墻，傳統裝修方式是瓦工現場攪拌砂漿，再將砌塊一塊一塊地堆砌起來，同時用砂漿粘接并注意整齊度，最后掛網抹灰，等待干燥。整個過程耗時、耗人工手藝、耗水。而裝配式裝修中采用標準化的裝配式隔墻產品，產業工人搬運到現場直接安裝，無需手藝工人、無需水，且效率提高80%。

以90m2室內裝修為例，每天2 人施工測算得出，裝配式裝修基礎構造部分僅用33 個工日，但是傳統裝修基礎構造部分需要107 個工日。而裝配式裝修所需要的飾面材料和通用部品，比如包覆板、木地板、瓷磚、石膏板、鋁扣板等材料以及五金潔具、馬桶、櫥柜、門等部品，跟傳統裝修施工所需的飾面材料和通用部品基本沒有差別，且兩者的施工效率基本無差別。因此，可以看出裝配式裝修主要提效在于基礎部品，而飾面材料以及通用部品的建造效率幾乎沒有變化（圖9）。因此，我們認為，加快基礎部品研發和推廣是提高裝修效率的重要抓手。

圖9 傳統裝修工日與裝配式裝修工日對比（以90m2 、每天2 人施工測算）

5.3 基礎部品顯著優化裝修的成本結構

裝配式裝修正是通過對通用化的、標準化的基礎部品進行工業化規模生產，對原裝修的基礎構造材料進行集成創新研發，以此大幅降低裝修中的人工費用占比，減少對手藝工人的依靠，降低人口紅利消失對裝修行業的影響。如圖10 所示，在基礎構造中，傳統裝修的人工成本和材料成本比例相同，但是采用裝配式裝修后，材料費比例已經遠遠超過人工成本，可以看出裝配式裝修對人工的依賴度明顯下降。

圖10 基礎構造中不同裝修方式的各成本占比（9 .圖10 繪制：石利汝）

根據規模經濟理論，基礎部品進行大規模工業化生產后，產品單位成本逐漸下降。但是人工成本隨著行業勞動力數量下降反而逐年上升，傳統裝修由于人工成本上漲，裝修的綜合成本持續上漲；但是采用裝配式裝修方式，由于基礎部品的產品成本下降，裝修的綜合成本也隨著下降。從實際項目來看，目前，裝配式裝修的綜合成本已跟傳統裝修成本十分接近；預計未來3 ～5 年內，隨著基礎部品成本不斷下降，裝配式裝修的成本將逐漸低于傳統裝修成本，裝配式裝修的市場接受度必然會得到相應提升。

6 結語

與傳統裝修相比較，裝配式裝修具有非常顯著的優勢。特別是基礎部品，是發展裝配式裝修的核心產品，在推動裝修行業綠色低碳發展、提高裝修建造效率、優化裝修產業生產力結構方面均有比較突出的優勢。近年來，我國積極鼓勵發展裝配式裝修，但基礎部品的市場應用比例和工業化程度仍偏低，隨著政策要素和市場要素共同推動，裝配式裝修必然將實現全面的規模化落地。□