從碳排放計算角度簡要分析“裝配式鋼結構+ALC板材”體系的優勢

王從章 李兵

(1.安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 巢湖 238076；2.阜陽市城南新區項目開發管理有限公司，安徽 阜陽 236000)

2021年住房和城鄉建設部發布了國家標準《建筑節能與可再生能源利用通用規范》，編號為GB 55015—2021，自2022年4月1日起實施。近日，《安徽省建筑節能降碳行動計劃》印發并實施，在全省開展實施新建建筑的能效提升行動、既有建筑的運營降碳行動和建筑用能等結構優化行動，著力大力發展綠色建筑和裝配式建筑，全面優化建筑用能結構。力爭到2025年，全省建筑能效相較于2020年實現提升30%。行動計劃同時提出，促進建筑節能、降碳，建立綠色建筑的統一標識制度，開展“綠色工地”等建設行動，推動項目全過程綠色建造，促進綠色建材標準化規模化應用。從2022年開始，城鎮新建民用建筑要求按照綠色建筑標準進行建設，大型公共建筑及政府投資公共建筑要求按照一星級以上標準進行建設。到2025年，全省星級綠色建筑實現占城鎮新建建筑比例達到30%以上[1]。

1 建筑行業碳排放現狀

隨著全球溫室效應的加重，節能減排已迫在眉睫。目前全球1/3的碳排放與建筑領域相關，建筑領域碳排放是導致全球變暖的主要因素之一。根據2019年的公布數據統計，我國在能源領域的碳排放總量已超100億t，其中建筑領域的碳排放量約為40億t。如果從能源終端的角度來分析，建筑領域碳排放量與工業、交通領域碳排放量相當，但若考慮上建筑全壽命周期的碳排放量，建筑領域的碳排放量為各行業之首，可見建筑領域節能減排任務之重。

2 裝配式高層鋼結構建筑在雙碳背景下的優勢

在當下的雙碳背景下，裝配式高層鋼結構建筑在全壽命周期碳排放量相對傳統現澆混凝土框架高層建筑有著全面優勢。在運行階段，裝配式高層鋼結構建筑的鋼材含量高且多用于主體承重結構，由于鋼材具有良好的耐久性與耐候性，通過在建筑設計階段提高空間設計的可變性，可大大延長建筑的使用年限，有效減少建筑的年碳排放強度。在生產階段，通過參考裝配式建筑的限額設計控制數據對主要建材的用量進行優化設計，控制建材生產過程中的碳排放量，可大幅減少生產階段中的碳排放量。

3 實際裝配式高層鋼結構住宅工程案例

安徽省阜陽市九里安置區二期項目為安徽省裝配式示范項目，該項目住宅部分主體結構采用鋼框架支撐體系、外圍護墻采用蒸壓加氣混凝土墻板+保溫裝飾一體板、采用預制樓梯、預制空調板；商業、配套及附屬工程主體結構采用鋼框架體系、外圍護墻采用蒸壓加氣混凝土墻板+保溫裝飾一體板。

在整體項目的建筑設計、主體鋼結構設計與制造方面，系統性運用BIM協同設計技術和物聯網可視化技術，進行模數化設計、標準化與智能化生產、信息化管理，有效提升了裝配式鋼結構的制作與拼裝精度。部品部件均采用預制PC構件，土建和裝修一體化穿插施工，預制裝配率達50%左右。裝配式建筑較傳統建筑而言，具有節能、節水、節材等優勢，且更加環保、抗震，工序少，工期短。

本文以安徽省阜陽市九里安置區二期項目的1#住宅樓為碳排放計算實際工程案例。該項目1#住宅樓設計使用年限50年，地上28層，層高3.3m，總建筑面積12595m2，抗震設防烈度7度，裝配率達52%。

4 “裝配式鋼結構+ALC板材”體系

“裝配式鋼結構+ALC板材”體系是一種結合了鋼結構與預制板材雙方優點的現代化結構+外圍護體系。外圍護體系本質上是一種嵌、掛組合式外墻系統，是將外圍護結構拆分為兩個部分，分別是起圍護作用的ALC條板與起保溫裝飾功能的保溫裝飾一體板。在施工中，首先安裝基層墻體，通過內嵌或外掛的方式將基層墻體與鋼結構建筑主體連接，然后通過粘錨結合的方式將保溫裝飾一體板與基層墻體連接。在實際工程案例中，ALC基墻的安裝多采用內嵌的方式，可有效減少室內梁、柱的外凸。ALC板與鋼結構主體的連接方式是采用槽鋼進行卡扣連接，并輔以鉤頭螺栓進行點焊連接，這樣主體結構與外圍護結構在水平荷載的作用下可以相對滑動，以增強建筑的抗震性能。保溫裝飾一體板的安裝則應遵循粘錨結合的原則，通過專用粘結砂漿與ALC基墻粘結的同時采用相應的錨固組件將一體板與ALC基墻進行錨固。

5 碳排放計算

5.1 建筑碳排放計算的意義

實現碳中和的終極目標是減少碳排放，著力點是為碳減排提供一些列配套的政策支撐，碳排放統計核算是一種重要的行之有效的手段。碳減排的配套政策是否合理，相應的管理及運作機制是否行之有效，并最終影響雙碳目標是否能真正落地。為了加強碳排放統計核算落地，2021年9月，國家成立碳排放統計核算工作組，組織協調全國及地方碳排放統計核算工作，顯示了我國政府對碳排放數據統計核算質量的高度重視。

5.2 建筑碳排放計算的數據準備

建筑物碳排放統計計算是指建筑物有關的建材生產、運輸、建造及拆除、運維階段產生的溫室氣體排放總和，并以二氧化碳當量形式表達[2]。在計算過程中，需要對建筑相關數據進行系統收集匯總，涉及數據是碳排放計算過程的關鍵指標。內容主要包括：建筑所在地類型、氣候特征、建筑面積、建筑占地面積、建筑層高、建筑高度、具體構造；建材種類、規格和使用量；施工機械類別及臺班數；墻體類型、屋面類型、窗戶類型、窗簾類型、窗墻比；空調溫度、空調系統類型、空調面積；照明功率、設備功率；建材的生產地或者生產廠家；建筑拆除工藝種類及工程量；運輸類型、運輸重量；建筑所在地距離垃圾填埋場的距離、建筑所在地距離工廠的距離等。

5.3 建筑碳排放計算的計算內容

建筑碳排放的計算具體內容包括建筑運行階段的碳排放、建筑建造的碳排放及拆除階段的碳排放、建材生產及運輸的碳排放三個主要部分；計算方式依據國家標準《GB/T 51366—2019建筑碳排放計算標準》，可應用于新建、擴建及改建的民用建筑碳排放計算，也是我國目前最具權威的碳排放計算統計標準[3]。

6 實際工程案例碳排放計算

6.1 生產、運輸及建造地段碳排放計算(詳見表1)

6.2 與傳統外圍護體系鋼結構建筑碳排放量對比

通過將我司承建的九里裝配式鋼結構住宅小區項目與傳統現澆混凝土結構建筑的碳排放量進行比較分析，可以得出“裝配式鋼結構+ALC板材”體系在低碳環保與節能減排方面的優勢(表2所示)。

表2 九里裝配式鋼結構項目1#號住宅樓建造方式與現澆建造方式碳排放量比較

7 結語

通過與傳統現澆混凝土框架結構建筑的碳排放量比較可以看出，采用“裝配式鋼結構+ALC板材”體系的裝配式高層鋼結構住宅建筑在層數，地上、地下建筑面積，建筑材料用量均大于傳統現澆混凝土結構建筑的情況下，其各階段碳排放量卻小于傳統現澆框架結構建筑，這很好的證明了采用“裝配式鋼結構+ALC”體系的裝配式高層鋼結構建筑在當下碳中和、碳達峰的時代背景下有著很大的市場推廣空間，僅從建筑的運營圍護階段來計算，150m2建筑物即可節約能耗777.6tce，減少4946 t CO2的的排放，ALC板材的制造有著較大的節能減碳潛力，此外，鋼結構建筑可回收利用，具有較大的再利用價值[4]。綜合以上信息，從碳排放計算的角度分析，“裝配式鋼結構+ALC板材”體系擁有相當可觀的市場發展前景。

鋼結構建筑屬于典型的綠色環保節能型結構，鋼結構綠色節能住宅建筑體系是依據國家可持續發展原則，發展“節能省地型”住宅，推廣住宅產業化，實現綠色建筑政策的重要組成部分[5]，與鋼筋混凝土結構、砌體結構等相比，具有結構自重輕、強度高、抗震性能好、便于工業化生產、施工安裝工期短等優點，符合我國發展循環經濟和綠色可持續發展的要求。中國的住宅建設需要走工業化，生產化的道路，發展鋼結構住宅是最容易實現產業化的方式之一[6]。鋼結構建筑可以體現新型建筑工業化的優勢，符合我國建筑業轉型升級和實現高質量發展的需求。大力發展鋼結構可大幅降低能源消耗，減少碳排放，有助于實現我國提出的2030碳達峰、2060碳中和的碳排放總目標[7]。同時能做到藏鋼于民，加強國家對鋼鐵資源的戰略儲備，意義重大。可以說鋼結構行業的發展對建筑業轉型升級和高質量發展有著重要的推動作用。