王 瑾,郝雨霏,令狐延,范明月,,馬慧勇
(1.中建絲路建設(shè)投資有限公司,陜西 西安 710075; 2.中建西安幸福林帶建設(shè)投資有限公司,陜西 西安 710043)
2020年9月22日,中國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上表示:“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。2020年12月,習(xí)近平總書記在中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議中指出,做好碳達(dá)峰、碳中和工作,要加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源機(jī)構(gòu),推動(dòng)煤炭消費(fèi)盡早達(dá)峰。2021年3月15日,習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上指出,實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是異常廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革,要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。
建筑業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),但仍屬于資源密集型、消耗型行業(yè)。2018年全國(guó)建筑全過(guò)程CO2排放總量為49.3億t,占全國(guó)碳排放總量的51.3%[1],其中建材生產(chǎn)階段碳排放比重為28.3%、建筑施工階段碳排放比重為1%、建筑運(yùn)行階段碳排放比重為21.9%[1]。建筑業(yè)節(jié)能減排成果將對(duì)國(guó)家實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)產(chǎn)生重要影響[2],減少建筑業(yè)對(duì)生產(chǎn)資源高度依賴和巨大浪費(fèi),推動(dòng)低碳建筑、綠色建造,推動(dòng)生產(chǎn)方式從資源驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變,可以實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3],踐行新發(fā)展理念,助力實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)。
西安幸福林帶項(xiàng)目通過(guò)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)三大重要碳排放環(huán)節(jié)集成應(yīng)用綠色建造與智慧建造技術(shù),有效減少項(xiàng)目碳排放總量,助力實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)“碳中和”(見(jiàn)圖1)。項(xiàng)目的成功實(shí)施為后續(xù)大體量城市更新項(xiàng)目綠色建造提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。
圖1 幸福林帶項(xiàng)目效果
幸福林帶項(xiàng)目最早于1953年由蘇聯(lián)專家提出,用于隔離軍工企業(yè)生產(chǎn)、生活區(qū)域,由于多種歷史原因一直未實(shí)施。2003年時(shí)任西安市委書記栗戰(zhàn)書提出“還林于民”,幸福林帶建設(shè)被重新提上日程。2012—2016年,經(jīng)過(guò)多輪討論深化,西安市政府通過(guò)了幸福林帶區(qū)域的總體規(guī)劃、控規(guī)及概念方案。2017年1月,中建集團(tuán)與西安市政府簽署《幸福林帶項(xiàng)目PPP合同》,幸福林帶建設(shè)進(jìn)入實(shí)施階段。
幸福林帶項(xiàng)目南北長(zhǎng)約5.85km,東西寬約210m(見(jiàn)圖2),總用地面積123萬(wàn)m2(約合1 843畝)。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括地鐵工程5.85km,綜合管廊12.3km,市政道路12.4km,地下空間70.66萬(wàn)m2(其中商業(yè)及公建配套42.6萬(wàn)m2,地下車位7 600個(gè))[4]。
圖2 幸福林帶項(xiàng)目
幸福林帶地上景觀綠化面積75.6hm2(約合1 134畝),綠化覆蓋率達(dá)到85%。林帶全段種植高大喬木約25 000棵,灌木約22 000株,地被約40萬(wàn)m2,如圖3所示。
圖3 幸福林帶項(xiàng)目實(shí)景
項(xiàng)目于2017年6月開(kāi)工,建設(shè)期4年,計(jì)劃于2021年7月投入運(yùn)營(yíng),運(yùn)營(yíng)期為21年。
幸福林帶項(xiàng)目全段按照綠建二星標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),圖書館、文化館按照綠建三星標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),并配合采用一系列節(jié)能措施,降低能耗,減少碳排放。通過(guò)綠建設(shè)計(jì)方式集成應(yīng)用,幸福林帶項(xiàng)目獲得了德國(guó)綠色建筑DGNB鉑金證書。
幸福林帶位于西安市城東區(qū)域,常年風(fēng)向東北偏東,與林帶地裂縫走向基本一致。項(xiàng)目對(duì)建筑布局優(yōu)化設(shè)計(jì),將地裂縫范圍規(guī)劃為下沉廣場(chǎng),不僅從結(jié)構(gòu)安全上滿足設(shè)計(jì)需求,還可以借助室外風(fēng)走向來(lái)加強(qiáng)自然通風(fēng),減少室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域的漩渦和無(wú)風(fēng)區(qū)。
與此同時(shí),通過(guò)與新風(fēng)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,在正常天氣條件下優(yōu)先自然通風(fēng),惡劣天氣條件下(如霧霾天氣)采用新風(fēng)空調(diào)結(jié)合PM2.5凈化系統(tǒng)解決室內(nèi)通風(fēng)問(wèn)題。通過(guò)自然通風(fēng)減少區(qū)域建筑能源消耗,從而減少碳排放。
通常情況下地下空間需要通過(guò)空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空氣流通,即便如此,潮濕、陰暗、空氣質(zhì)量不高等情況也時(shí)常發(fā)生。
幸福林帶項(xiàng)目通過(guò)敞開(kāi)空間設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)地下空間地上化。項(xiàng)目全段設(shè)計(jì)23個(gè)下沉廣場(chǎng),34個(gè)形如雨滴的“雨滴開(kāi)口”(見(jiàn)圖4),平均每100m左右有1個(gè)開(kāi)放空間,通過(guò)下沉廣場(chǎng)和雨滴開(kāi)口,將陽(yáng)光、空氣、雨水引入地下,不僅提高了地下空間的空氣質(zhì)量,緩解了地下空間壓抑、逼仄的環(huán)境,解決了地下空間消防難題[5],還有效降低了建筑能耗,降低了碳排放。
圖4 “雨滴開(kāi)口”設(shè)計(jì)
幸福林帶項(xiàng)目全段采用屋頂綠化形式,在地下空間頂板上方預(yù)留不低于2m厚的覆土進(jìn)行綠化種植,將建筑物變?yōu)榭缮L(zhǎng)、可呼吸的生態(tài)建筑(見(jiàn)圖5)。利用土壤穩(wěn)定的抗溫度波動(dòng)特性,有效隔絕外界環(huán)境氣候?qū)κ覂?nèi)空間的干擾,減少冬季和夏季室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷,降低建筑能耗、節(jié)約能源資源。
圖5 電影院屋頂綠化
地源熱泵是以地下土壤層為冷(熱)源對(duì)建筑物進(jìn)行供暖、供熱水和空調(diào)供應(yīng)的技術(shù)(見(jiàn)圖6),全年運(yùn)行情況穩(wěn)定,不需要其他輔助熱源及冷卻設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)冬季供熱、夏季供冷,是一項(xiàng)高效節(jié)能型、環(huán)保型并可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)。幸福林帶項(xiàng)目采用結(jié)合筏板的地源熱泵系統(tǒng),既不會(huì)污染地下水,又不會(huì)影響地面沉降,有效減少了能源消耗,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了安全環(huán)保。
圖6 地源熱泵原理
綠色施工技術(shù)可以有效降低建筑施工過(guò)程能耗,實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和取得較好的環(huán)境效益[6]。幸福林帶項(xiàng)目全面應(yīng)用綠色施工技術(shù),在節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水等方面大量應(yīng)用綠色施工技術(shù),減少能耗、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。
項(xiàng)目在施工現(xiàn)場(chǎng)大量使用太陽(yáng)能照明電桿、風(fēng)動(dòng)發(fā)電照明、太陽(yáng)能庭院燈。使用自然資源實(shí)現(xiàn)“一舉三得”,既減少了能源和電線的使用,也節(jié)約了布線的人力成本。
項(xiàng)目部初期利用周邊已有建筑1 300m2作為項(xiàng)目辦公場(chǎng)所,在林帶地下空間建成后利用夾層空間辦公,既節(jié)省了土地空間的使用,也避免了搭建臨時(shí)辦公場(chǎng)所所需的建筑材料浪費(fèi)。
項(xiàng)目在節(jié)材方面一是使用了清水混凝土技術(shù),林帶范圍內(nèi)70萬(wàn)m2天花板與8 556根柱(約2萬(wàn)m2)均采用了清水混凝土技術(shù),省去了混凝土抹灰找平工序,節(jié)約了約20 000m3的建筑抹灰用水泥砂漿;二是在車庫(kù)地坪使用高延性混凝土,將10cm厚度減少至2cm。通過(guò)大量節(jié)省建筑材料,有效減少建材生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放。
項(xiàng)目全部綠化區(qū)域采用中水澆灌,按照?qǐng)@林綠化每天2L/m2的用水量計(jì)算,1天可節(jié)約市政用水1 285t。除此之外,項(xiàng)目還采用了地下水收集利用技術(shù)、基坑廢棄泥漿現(xiàn)場(chǎng)分離凈化技術(shù)、雨水就地滲透技術(shù)、生態(tài)混凝土植被復(fù)原技術(shù)等。
裝配式技術(shù)是建筑行業(yè)綠色化和低碳化的主要發(fā)展方向[7]。林帶項(xiàng)目在運(yùn)用數(shù)字化機(jī)房施工技術(shù)的基礎(chǔ)上,為全面施行裝配式機(jī)電做好技術(shù)儲(chǔ)備,實(shí)現(xiàn)了機(jī)房的裝配式建造。項(xiàng)目共建設(shè)裝配式機(jī)房10個(gè),建筑面積約4 000m2。實(shí)踐證明裝配式機(jī)房安裝技術(shù)在建設(shè)工期、質(zhì)量保證、成本控制和綠色施工等方面,比傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場(chǎng)焊接有較大的綜合優(yōu)勢(shì),符合綠色環(huán)保的發(fā)展要求[8]。
項(xiàng)目還使用了其他綠建技術(shù),包括早拆模板技術(shù)、高強(qiáng)鋼筋利用技術(shù)、施工道路永臨結(jié)合技術(shù)、建筑垃圾粉碎再利用技術(shù)等。其中,建筑垃圾粉碎再利用技術(shù)解決了巨量建筑垃圾處理成本高、利用率低等問(wèn)題[9]。
項(xiàng)目還使用了相應(yīng)環(huán)境保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色施工并節(jié)省人力資源。但由于環(huán)保技術(shù)與人力資源節(jié)省技術(shù)在一定程度上會(huì)增加能源的使用,提高碳排放,在本文中不做詳細(xì)敘述。
智慧工地技術(shù)集成應(yīng)用可以通過(guò)信息化的手段提升管理效率,從而減少施工過(guò)程浪費(fèi),減少碳排放量,實(shí)現(xiàn)綠色施工。
幸福林帶項(xiàng)目通過(guò)CIM(city information modeling)全生命周期應(yīng)用,建立可視三維模型,實(shí)現(xiàn)林帶內(nèi)所有設(shè)備、資產(chǎn)等數(shù)據(jù)和信息從模型中即時(shí)調(diào)用。通過(guò)虛擬世界里的“幸福林帶”,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目高度一體化管理,提升管理效率。
項(xiàng)目一是通過(guò)創(chuàng)新的網(wǎng)格化管理模式,采用四級(jí)管理架構(gòu)促進(jìn)信息傳遞,實(shí)現(xiàn)林帶所有道路通車時(shí)間提前2個(gè)月;二是使用BDP項(xiàng)目管理平臺(tái),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)展情況,優(yōu)化部門協(xié)作機(jī)制,日常獲取項(xiàng)目數(shù)據(jù)至少減少3道程序,在不增加管理成本的情況下提高工作效率。
幸福林帶項(xiàng)目智慧工地建設(shè)還采用了工地?zé)o線節(jié)能監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)及立體降塵噴霧聯(lián)動(dòng)、塔式起重機(jī)限位及防碰撞遠(yuǎn)程控制等措施;建立了辦公區(qū)及生活區(qū)智能廣播、互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控及手機(jī)APP智能觸控展示等智慧工地系統(tǒng)。
根據(jù)《中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2020》,我國(guó)建筑運(yùn)行階段碳排放總量2019年達(dá)到21.1億t,占總碳排放的21.9%,建筑能效的提升可減排其中3.3億t的CO2,智慧運(yùn)營(yíng)技術(shù)的應(yīng)用可以有效提升建筑能效,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
以建設(shè)智慧城市為目標(biāo),林帶智慧平臺(tái)具有“六大特性、四大功能”,分別為:全天候運(yùn)維、泛在感知、異構(gòu)互聯(lián)、流式大數(shù)據(jù)管理、知識(shí)發(fā)現(xiàn)、系統(tǒng)安全六大特性,可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)無(wú)縫打通、3D可視化操作、智能運(yùn)維分析、智慧應(yīng)用快速擴(kuò)展四大功能。平臺(tái)共設(shè)計(jì)326個(gè)應(yīng)用點(diǎn),并預(yù)留政務(wù)、公安、消防、救護(hù)等系統(tǒng)接口,對(duì)接西安智慧城市大腦,為智慧城市全面建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
能源管理平臺(tái)結(jié)合各區(qū)域游客數(shù)量及外界環(huán)境條件實(shí)時(shí)分析,可實(shí)現(xiàn)11個(gè)空調(diào)區(qū)段分區(qū)自動(dòng)控溫,在保障游客舒適度的基礎(chǔ)上節(jié)省能源消耗。結(jié)合智能照明、樓宇管理等多系統(tǒng)集合,可實(shí)現(xiàn)林帶范圍內(nèi)每年每平方米節(jié)電43度,每年節(jié)約成本超1 000萬(wàn)元,同時(shí)有效減少了碳排放。
林帶智慧運(yùn)營(yíng)平臺(tái)采集林帶系統(tǒng)中基礎(chǔ)設(shè)施及人、車、物、環(huán)境、建筑等各方面的全面感知網(wǎng)絡(luò),提供林帶即時(shí)信息,方便市民游客到訪,如圖7所示?!靶腋J忻裼慰汀卑鍓K通過(guò)智慧導(dǎo)引、掃碼識(shí)物等9個(gè)子系統(tǒng),方便區(qū)域居民25萬(wàn)人、游客上千萬(wàn)人,真正實(shí)現(xiàn)“以人為本”的幸福林帶。
圖7 幸福林帶智慧平臺(tái)
地下空間具有天然的低碳屬性,在建筑節(jié)能和能源利用方面具有地面空間無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),利用地下空間構(gòu)建低碳城市,關(guān)鍵在于城市市政、交通、公共空間等系統(tǒng)的地下化,綜合化。因此,城市開(kāi)發(fā)地下空間水平越高,城市低碳化水平就越高[10]。
張蓓紅等[11]對(duì)上海市居住建筑和公共建筑的建筑能耗進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集與調(diào)查,經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,得到上海市居住建筑和公共建筑的建筑能耗統(tǒng)計(jì)資料,商場(chǎng)的全年能耗為1.89GJ/m2,根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國(guó)每度電的消耗大概產(chǎn)生0.997kgCO2/kWh。地下建筑不受風(fēng)霜雨雪和太陽(yáng)輻射直接影響,工程內(nèi)的溫度波動(dòng)范圍小,冷熱負(fù)荷均比地面建筑少。地下工程采暖、空調(diào)的耗能量約為地面同類型工程的10%[12],故減少的CO2量為總碳排放量的0.9倍。根據(jù)計(jì)算可知,幸福林帶商業(yè)部分因使用地下空間區(qū)域每年可減少CO2排放量10.81萬(wàn)t。
林帶范圍內(nèi)地面綠化為75.6hm2,綠化率為85%,綠化面積共964畝(1畝≈666.67m2)。西安喬木森林每公頃的年碳匯量約為6.98t,本項(xiàng)目綠地每年吸收CO2量為:75.6×6.98×0.85=448.53t。
實(shí)現(xiàn)林帶范圍內(nèi)每年每平方米節(jié)電43度,按每度電的消耗大概產(chǎn)生0.997kg CO2計(jì)算,CO2減排總量為:426 000×43×0.997/1 000=18 263.05t。
通過(guò)將商業(yè)空間置于地下、在地面種植喬木森林及智慧運(yùn)營(yíng)等節(jié)能措施,林帶范圍內(nèi)每年將減少CO2排放量為:108 127+448.53+18 263.05=126 838.58kg,即12.68萬(wàn)t。
由于幸福林帶暫未投入使用,無(wú)法統(tǒng)計(jì)建筑物實(shí)際能源消耗量,對(duì)運(yùn)營(yíng)期CO2排放量可按用電量暫估。本項(xiàng)目計(jì)劃用電總?cè)萘?.8萬(wàn)kVA,考慮0.8的功率因素和30%的備用容量,按平均8h使用時(shí)間計(jì)算,林帶實(shí)際年用電量為:1 438 976 000kWh,折合CO2排放量為:143 465.91t。
如果本項(xiàng)目不采取地下空間開(kāi)發(fā)、智慧運(yùn)營(yíng)等措施,開(kāi)發(fā)同等規(guī)模的地上商業(yè)綜合體總的碳排放量應(yīng)該是以上實(shí)際排放量與減排量之和,即為:
143 465.91+108 127+18 263.05=
269 855.96kg,即26.99萬(wàn)t。
地上植樹(shù)產(chǎn)生的碳排放也變相減少了本項(xiàng)目總碳排放量,因此,本項(xiàng)目采用碳中和理念及應(yīng)用相關(guān)技術(shù)措施,實(shí)現(xiàn)的減排貢獻(xiàn)率為:12.68/26.99×100%=47%。即本項(xiàng)目各種技術(shù)措施的減排貢獻(xiàn)率為47%。
其中植樹(shù)對(duì)于減排目標(biāo)的貢獻(xiàn)為:
448.53/(26.99×10 000)×100%=0.17%
所以植樹(shù)對(duì)于減排和碳中和的影響是很有限的,但因?yàn)橹矘?shù)能帶來(lái)氧氣的增加和生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化,因此也是一種有益的減排和碳中和措施。
西安幸福林帶項(xiàng)目通過(guò)綠色建造、智慧建造與智慧運(yùn)營(yíng)技術(shù)集成應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期年減排近14萬(wàn)t的目標(biāo),減排貢獻(xiàn)率約為47%,極大地助力了區(qū)域碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
1)在設(shè)計(jì)階段,充分利用綠色建筑理念和設(shè)計(jì)技術(shù),最大程度降低建設(shè)項(xiàng)目在使用階段的能耗,從源頭上減少碳排放。
2)在施工階段,使用綠色施工和智慧工地技術(shù),通過(guò)節(jié)材、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地等措施直接或間接減少建設(shè)期能耗與碳排放量。
3)在運(yùn)營(yíng)階段,采用智慧運(yùn)營(yíng)技術(shù)優(yōu)化管理,方便用戶使用,提升管理效率,減少了人力、財(cái)力、物力的浪費(fèi),有效降低運(yùn)營(yíng)期能耗與碳排放。
4)地面植樹(shù)對(duì)于碳中和的貢獻(xiàn)不大。
通過(guò)對(duì)幸福林帶項(xiàng)目節(jié)能減排技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)推廣,建設(shè)項(xiàng)目可以從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)3個(gè)環(huán)節(jié)減少建筑能耗,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,助力我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),對(duì)后續(xù)城市更新項(xiàng)目具有較大的借鑒意義。