裝配式建筑降低碳排放優勢及策略研究

摘 要：裝配式建筑使用預制構件進行施工建造，減少了施工現場加工混凝土、鋼筋等環節，從而降低施工階段能耗，對提升節能減排和降低碳排放有著重要作用。推廣裝配式建筑是降低建筑業碳排放的必然選擇。基于此，從資源、材料、技術3個方面分析裝配式建筑在降低碳減排方面的優勢，并從建筑全過程角度探索實現裝配式建筑碳減排的路徑，從而促進建筑業節能減排，實現低碳可持續發展。

關鍵詞：裝配式建筑；碳排放；優勢；策略

中圖分類號：TU741" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）08-0092-03

0 引言

《中國建筑能耗與碳排放研究報告（2022）》中顯示，在2005-2020年間，隨著城市化進程加快，建設規模不斷擴張，全國建筑全過程碳排放由2005年的22.3億t CO2，上升至2020年的50.8億t CO2，擴大了2.3倍，年均增速為5.6% [1]。可見，建筑業耗能占比仍然較高。

2022年7月13日，住建部、國家發改委發布《關于印發城鄉建設領域碳達峰實施方案的通知》，提出大力發展裝配式建筑，推廣鋼結構住宅，計劃在2030年城鎮新建建筑比例中，裝配式建筑占比達到40%。這就要求建筑業生產方式向裝配式建筑變革，裝配式建筑是建筑業轉型升級的核心手段。

本文從裝配式建筑節約資源、使用材料和使用技術等方面，來分析降低裝配式建筑碳排放的優勢，并從裝配式建筑全過程4個階段（建筑設計階段、建筑生產階段、建筑施工階段和建筑運維階段）探索實現裝配式建筑碳減排的有效實施路徑。

1 裝配式建筑在降低碳排放的優勢分析

傳統建筑由于施工周期長、效率低的特點導致建筑碳排放量大，對環境造成巨大污染。裝配式建筑預制組裝的工藝特點在縮短工期、提高施工效率、降低碳排放等方面具有顯著優勢。據住建部數據顯示，全國新開工裝配式建筑面積從2017年1.6億m2增長到2021年7.4億m2，裝配式建筑面積占比從2017年的6.5%增長到2021年的7.4%，如圖1所示。從圖1中可以看出，裝配式建筑面積及占比近幾年逐步上升。

1.1 裝配式建筑在節約資源降低碳排放的優勢

傳統建筑在施工過程和竣工結束后期，會產生大量的建筑垃圾，造成嚴重的環境污染。而裝配式建筑能有效地節約資源，減少能源消耗，降低碳排放。裝配式建筑更加節約建筑資源，能夠重復利用建筑材料。相對于傳統建筑，裝配式建筑中的木材、水泥砂漿、保溫材料、施工用水用電和建筑垃圾排放等能夠相對節能降耗，利用混凝土預制構件進行房屋建造，可以有效減少資源浪費，并且避免了建筑材料運輸過程中的能源消耗，減少了建筑垃圾，從而達到降低建筑碳排放的目的。裝配式建筑相比傳統現澆建筑的節能降耗水平如表1所示。

1.2 裝配式建筑在使用材料降低碳排放的優勢

在建筑結構體系中，我國傳統建筑以鋼筋混凝土為主，一方面施工管理現場中大部分比較混亂，生產方式與施工過程比較粗放，從而造成了建筑適用材料的嚴重浪費。另一方面施工現場的臟、亂、差，往往通過揚塵成為了城市環境帶來了污染，增大了碳排放量。傳統現澆工地如圖2所示。

與傳統建筑相比，裝配式建筑使用預制構件，施工現場環境更友好，能夠有效降低施工過程重的材料損耗。裝配式建筑在工廠是通過自動化生產線生產，由計算機進行精準控制，有利于避免材料使用的浪費。同時工廠生產的方式極大減少了現場施工所帶來的污染。裝配式建筑施工現場如圖3所示。

當所有預制構件運到施工現場時，即可對預制構件進行現場組裝。組裝過程中，摒棄了傳統施工模式所使用的沙石、磚、水泥等建筑材料，減少建筑垃圾的產生，從而降低施工過程的碳排放[2]。

裝配式建筑外墻采用剪力墻構件，這種材料構件能夠減少材料消耗和浪費，因此會減少環境污染，降低建筑碳排放。裝配式建筑一般采用綠色的施工方案進行設計，不像傳統建筑那樣必須整體施工。應用裝配式建筑會大大降低對環境的污染，進而實現建筑業降低碳排放的目標。

1.3 裝配式建筑在技術方面降低碳排放的優勢

裝配式建筑中采用BIM技術，可以構建建筑實體模型，使施工人員能直觀地看到建筑的內部結構，從而實現內部結構的合理組合，進而避免因施工錯誤而引起的二次返工，減少建筑材料消耗，降低裝配式建筑碳排放[3]。

重慶市本土裝配式建筑企業示范基地——涪陵中科大廈預制混凝工程利用BIM技術，將混凝土結構設計的各個運行階段進行信息共享，以裝配式建筑全過程一體協同工作，來解決傳統施工中無法解決的問題。該建筑所用智能化管控平臺，將模型、數據信息和項目管理的有效結合，使建筑水泥及混凝土用量減少48%，粉塵和建筑垃圾等方面都減低污染80%以上。

裝配式建筑在暖通設計技術方面也有較大的碳減排優勢，設計人員對裝配式建筑進行技術處理，可以有效的改善建筑中的供熱和通風條件。根據當地的氣候條件進行合理的調整，有利于減少室內空調設備工作而產生的能源消耗，進而降低碳排放量。

2 裝配式建筑降低碳排放的有效應用

裝配式建筑全生命周期的碳排放與傳統建筑全生命周期碳排放相比，可降低40%以上。因此，發展裝配式建筑是建筑行業降低碳排放的有效途徑。極基于裝配式建筑全生命周期的綜合角度，提出裝配建筑4個階段的碳減排的主要路徑。

2.1 設計階段碳減排

設計階段對于整個工程全壽命周期的碳排放起到極其重要的作用。應從設計階段就開始制定節能減排目標，為后期建筑全過程降低碳排放量做好準備。裝配式建筑采用BIM技術可以在同一個平臺上展現出不同階段的設計模型，也可以讓各個專業協同工作。在深化設計階段，BIM技術可以較為精確的對預制構件設計，并且能夠精準的找出圖紙中的缺陷，減少一些不必要的施工浪費和能源消耗，從而提高施工效率以達到降低碳排放目標[4]。裝配式建筑BIM技術在設計階段明確使用綠色環保材料、新型智能科技工藝、對現場施工的材料進行回收利用，這些可以更加高效地實現裝配式建筑碳減排[5]。裝配式建筑在設計階段也可以根據資源配置進行優化部署，使裝配式設計具備可操作性，使建筑碳減排能夠更好地落實于工程項目全過程。

2.2 生產階段碳減排

裝配式建筑在生產過程中，構件的質量和施工的技術相對于傳統建筑模式都有著大幅度的提高，省去了傳統建筑中現場澆筑混凝土、綁扎鋼筋等復雜的過程，且裝配式建筑的施工過程對周邊環境更加友好，降低了裝配式建筑的碳排放，減少了在生產階段的環境污染。裝配式建筑工業化生產模式有效利用原材料，減少了砂石、水泥和鋼材等材料的消耗，從而降低了生產過程中的碳排放。

在裝配式建筑的生產階段，可通過BIM技術對最新項目平面圖紙進行場地模擬。從而精細化建筑為三算對比提供基礎數據，來對工程進度計劃進行模擬如圖4所示。通過BIM技術，實現設計人員與預制模型的單位進行信息共享，可保證產生準確的構建尺寸、材料、鋼筋等參數信息，避免由于參數信息不匹配而造成一些建筑材料的浪費以及能源的浪費，從而降低建筑碳排放[6]。

2.3 施工階段碳減排

裝配式建筑在施工階段能夠充分地利用短、廢料的鋼筋做成鋼筋馬凳、拉鉤和預買件和錨固筋等構件，從而提高鋼筋的利用率。對于木材可以利用廢舊模板等板塊下腳料來制作線管保護盒、洞口蓋板、混凝土護角等。

裝配式建筑采用BIM技術能夠生成支撐方案，將模塊支撐系統和地下室部分腳手架統一采用扣件式鋼管搭設，進而提高對施工中木材的利用率，從而能夠降低能源消耗，達到降低建筑碳排放的目的。

裝配式建筑運用BIM技術能精準地測算出混凝土的使用量，避免混凝土浪費，從而達到節能減排的目的。裝配式建筑便于采用新能源設備，例如太陽能路燈、太陽能板充電停車棚、空氣能空調機熱水系統等，來實現建筑節能減排，進而實現降低建筑碳排放的目標。在施工過程中，裝配式建筑應用BIM技術、人工智能、云計算、大數據等智能建造技術，能夠提升施工過程中的精密程度，提高施工過程中的效率，減少施工過程資源的浪費，進而實現降低建筑碳排放的目標。

2.4 運維階段碳減排

裝配式建筑施工全過程中最核心的是建筑運維階段。在建筑的運行和維護階段，碳排放主要來自于滿足日常生活所需的照明、熱水、供冷以及電梯的使用等設備消耗的能源所產生的CO2。從技術角度來看，發展和推動建筑業的儲能技術，把傳統用電和可再生能源的電能相結合，將風力發電和太陽能光電以及生物質能發電站的位置與建筑業的位置進行規劃布置，充分利用建筑物周邊供給以及建筑物屋頂和外表面可接受太陽輻射的部位，發展分布式發電儲電，通過建筑部位需求側響應來平衡各個發電站的隨機變化，實現建筑電能自己自足，從而降低建筑碳排放。設計時采用熱工性能好的圍護墻及門窗結構、太陽能熱水或光伏發電等材料，可以保證后期運維階段能源消耗減少，進而達到降低建筑碳排放的目標。

3 結束語

建筑業是降低碳排放的重點行業，而裝配式建筑預制組裝特點使其成為降低建筑業碳排放的有效路徑，是建筑業轉型發展的重要方向。相比于傳統建筑模式，裝配式建筑在節約資源、使用材料和技術方面都具備顯著的降低碳排放的優勢。在設計階段，制定合理的節能減排的規劃，對全壽命周期的資源使用進行合理部署。在生產階段，高效利用原材料，提高建筑構件的質量。在施工階段，采用BIM技術，提高施工過程中的效率，減少施工過程中的資源浪費。在運維階段，裝配式建筑采用太陽能熱水和光伏發電等技術，保證該階段能源消耗減少。

參考文獻

[1] 中國建筑節能協會建筑能耗與碳排放數據專委會.2022 中國建筑能耗與碳排放研究報告 [R].重慶，2022.

[2] 呂元芳，張書亞，張康捷等.裝配式建筑的節能環保研究[J].建筑經濟，2021，42（S1）：186-188.

[3] 劉燕婷.低碳環保理念下的裝配式建筑研究[J].房地產世界，2022（22）：151-153.

[4] 胡瑛，張瑋.BIM技術在裝配式建筑中的運用[J].建筑經濟，2020，41（6）：125-126.

[5] 陳茂虎.裝配式建筑降低碳排放的有效路徑研究[J].江西建材，2022（6）：10-11+14.

[6] 韋婷婷，陳嘉清.BIM技術在裝配式建筑中的運用研究[J].價值工程，2020，39（16）：155-156.