張文龍，左文建，申海洋 （.中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 0004；.中鐵三局集團(tuán)投資有限公司，山西 太原 0000；.山西工程科技職業(yè)大學(xué)，山西 晉中 0069）

0 引言

當(dāng)前，我國生態(tài)文明建設(shè)已經(jīng)確立了以“降碳”為主要目標(biāo)，推動(dòng)降碳減污促進(jìn)社會的綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的建設(shè)改善。根據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會2020 年發(fā)布的《中國建筑能耗研究報(bào)告（2020）》數(shù)據(jù)，我國2018 年建筑過程中耗能為21.47 億tce，在全國的能源消耗中占比為46.5%，2018 年的我國建筑過程中碳排放量達(dá)到49.3 億t，在全國的碳排放中占比為51.3%。因此在國家的戰(zhàn)略中，控制好建筑行業(yè)的碳排放有著重要的戰(zhàn)略意義，建筑行業(yè)能耗高、占比大，且能耗會長期增長，所以具有較大的節(jié)能減碳潛力。降低建筑行業(yè)碳排放量，對我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，裝配式建筑結(jié)構(gòu)越來越成熟，也逐漸替代傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝。裝配式建筑是實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、智能信息化管理的可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑。研究現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的碳排放與裝配式結(jié)構(gòu)的碳排放有著重要的價(jià)值。我國有學(xué)者對傳統(tǒng)現(xiàn)澆和預(yù)制裝配兩種建造方式的資源消耗、碳排放等數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了測算，對社會效益也進(jìn)行了研究，但是對兩種建造方式相關(guān)碳排放數(shù)據(jù)的比對與分析較少。本文通過研究山西大同某16 層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的碳排放，分析兩種方式的差異，并通過實(shí)際數(shù)據(jù)的收集與分析，為裝配式建筑的進(jìn)一步發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 碳排放研究的關(guān)鍵參數(shù)

①建筑全壽命的碳排放范圍

確定了碳排放的研究邊界才能夠?qū)Σ煌┕すに嚨奶寂欧胚M(jìn)行匯總和研究。通常建筑的壽命有構(gòu)件的制造、構(gòu)件的運(yùn)輸、構(gòu)件的安裝和結(jié)構(gòu)的拆卸四部分。在碳排放周期中往往將前兩個(gè)階段合在一起，統(tǒng)稱為物化階段。由于后期的兩個(gè)階段建筑物的施工工藝沒有區(qū)別，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和裝配式結(jié)構(gòu)的碳排放是一樣的。因此僅僅在物化階段研究裝配式結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的區(qū)別，邊界也定在建筑物化階段。設(shè)計(jì)方和施工方對于施工影響的責(zé)任不同，施工方主要影響結(jié)構(gòu)采用的木材、鋼材、水資源等材料，施工設(shè)備運(yùn)行所消耗的汽油、電等，以及施工過程中產(chǎn)生的各種廢棄物。具體對環(huán)境影響的數(shù)據(jù)包含所采用建筑材料和配件的數(shù)量和種類，一些施工輔助材料的數(shù)量和種類，以及在施工運(yùn)輸、安裝和裝修過程中消耗的資源等，在施工過程中拆除、丟棄的各種固體和氣體的廢棄物。

②測算碳排放的技術(shù)

當(dāng)前最常用的測算碳排放技術(shù)有三種，有質(zhì)量平衡法、實(shí)測法和排放因子法。質(zhì)量平衡法就是每次有新型的工藝和設(shè)備，將產(chǎn)生的碳排放量統(tǒng)計(jì)出來，將傳統(tǒng)工藝中生成的碳排放量減去。實(shí)測法就是采用專業(yè)的設(shè)備從釋放源頭進(jìn)行碳排放量的采集，并將數(shù)據(jù)匯總進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。而排放因子法是將工程中分項(xiàng)對應(yīng)相關(guān)的因子進(jìn)行計(jì)算，按照標(biāo)準(zhǔn)把施工工藝轉(zhuǎn)化為碳排放量的計(jì)算。相比較而言，排放因子法更加便于歸類和匯總，本文采用排放因子法對碳排放進(jìn)行測算。

③如何選擇排放因子

碳排放因子可以依據(jù)《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366-2019）進(jìn)行清單查閱，不同階段的建筑物構(gòu)件制造和運(yùn)輸在規(guī)范上都可以找到對應(yīng)的排放因子。比如根據(jù)上述碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)可以得到，混凝土（C30）碳排放因子為295kgCO2/m3，鋼筋碳排放因子為2340kgCO2/t，鋼模板碳排放因子為2400kgCO2/t。采用《典型墻體材料的生命周期評價(jià)》可以得出，AAC 砌塊碳排放因子為230kgCO2/m3，AAC 板碳排放因子為260kgCO2/m3，木模板碳排放因子為146.6kgCO2/m3。同時(shí)也可以得到柴油碳排放因子為2.74kgCO2/kg，汽油碳排放因子為2.26kgCO2/kg。

2 裝配式建筑物物化階段的碳排放

裝配式建筑的主要構(gòu)成部分就是構(gòu)件，這也是與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑的主要區(qū)別，想要對預(yù)制構(gòu)件的碳排放進(jìn)行計(jì)算，可以研究預(yù)制構(gòu)件的碳排放，接下來通過對現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件和運(yùn)輸構(gòu)件產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行研究。

①構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放

裝配式建筑物生產(chǎn)階段碳排放主要集中在原材料的開采和加工過程、原材料加工成預(yù)制構(gòu)件兩個(gè)階段，碳總排放量等于不同種類原材料碳排放因子和原材料使用量的乘積之和，以及預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中的電力消耗和電力對應(yīng)碳排放因子乘積的總和。目前裝配式建筑主要采用的構(gòu)件包括疊合板、疊合梁、預(yù)制樓梯、預(yù)制剪力墻等，預(yù)制構(gòu)件主要是在工廠中采用流水線工藝電力的方式進(jìn)行生產(chǎn)。

兩個(gè)階段碳排放計(jì)算公式為：

其中，n代表原材料的種類；yt為第t種原材料的使用量；Ft為第t種原材料的碳排放因子。

其中，n代表原材料的種類；Wt為第t種構(gòu)件的用電量；Et為第t種構(gòu)件電力排放的碳排放因子。

裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放量為上述兩個(gè)階段碳排放量之和。

根據(jù)大同地區(qū)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)耗能情況以及上述幾種具體材料的碳排放因子和兩階段碳排放計(jì)算公式，可以得到表1的單位體積預(yù)制構(gòu)件排放量統(tǒng)計(jì)。

表1 單位體積預(yù)制構(gòu)件碳排放量統(tǒng)計(jì)表

②構(gòu)件運(yùn)輸階段碳排放

運(yùn)輸階段的碳排放主要就是從工廠將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場的過程中，所產(chǎn)生的交通工具的碳排放，部分預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸過程中，由于受自身體積、形狀等因素影響，無法讓交通工具滿載。因此在計(jì)算碳排放時(shí)，也需要考慮到預(yù)制構(gòu)件的體積、運(yùn)輸距離以及交通工具的空載系數(shù)等，計(jì)算公式為：

其中，t表示不同類別的預(yù)制構(gòu)件；Vt表示第t 種預(yù)制構(gòu)件體積；Dt表示第t種預(yù)制構(gòu)件平均運(yùn)輸距離；Xt表示第t種預(yù)制構(gòu)件單位體積單位運(yùn)距碳排放因子；K為空載系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研確定為K取1.67。

單位體積單位運(yùn)距碳排放因子Xt由運(yùn)輸工具能耗產(chǎn)生的碳排放得出，其公式為：

其中，H表示單位換算系數(shù)；Ec是柴油碳排放因子；Y為運(yùn)輸車輛每公里耗油量；Vci表示滿載狀態(tài)下第t種預(yù)制構(gòu)件體積。

由于項(xiàng)目所在地的常用車輛為30t的柴油車，相關(guān)的參數(shù)如表2所示。

表2 交通工具碳排放系數(shù)

因此計(jì)算單位體積單位運(yùn)距碳排放因子可由公式（4）及表2得出，參考表3。

表3 單位體積單位運(yùn)距碳排放因子統(tǒng)計(jì)表

③施工階段碳排放

施工階段的裝配式建筑碳排放主要是預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場安裝時(shí)機(jī)械耗能所產(chǎn)生，與單位臺班的能源消耗量、所需要的安裝臺班數(shù)以及電力的碳排放因子有關(guān)，計(jì)算公式為：

其中，Cjzi為施工階段單位體積預(yù)制構(gòu)件碳排放量；Ti為吊裝單位體積第i種預(yù)制構(gòu)件臺班數(shù)；R為單位臺班消耗能源數(shù)量；Ed為電力碳排放因子。裝配式建筑施工現(xiàn)場吊裝由塔式起重機(jī)完成，其單位臺班能耗為266.05kW·h，根據(jù)此公式計(jì)算出單位體積預(yù)制構(gòu)件在施工階段的碳排放量，如表4所示。

表4 施工階段單位體積構(gòu)件碳排放量統(tǒng)計(jì)

3 案例分析

本文以山西大同的一個(gè)具體住宅項(xiàng)目為例，選擇1 幢裝配式施工的單元樓和1 幢現(xiàn)澆施工的單元樓進(jìn)行對比和分析，選擇的兩個(gè)單元樓無論是套數(shù)、房型、層數(shù)還是建筑面積都基本相同，共16 層，建筑面積為7800m2，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，兩者區(qū)別在于裝配式施工方法與現(xiàn)澆方法主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工方式不同，所以主要研究兩種不同方法生產(chǎn)出的梁、墻、板、樓梯等構(gòu)件，以及維護(hù)墻與隔墻。

①計(jì)算現(xiàn)澆建筑的碳排放量

現(xiàn)場采用現(xiàn)澆的形式進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工，圍護(hù)墻及隔墻采用AAC 砌塊，現(xiàn)澆樓的建筑材料用量分別是鋼筋的工程量為575t，混凝土的工程量為3243.4m3，AAC 砌塊工程量為1365.3m3，使用木模板共862.98m3。生產(chǎn)階段消耗的碳排放量由前文生產(chǎn)階段碳排放量計(jì)算公式可算出。運(yùn)輸階段有兩種運(yùn)輸工具，混凝土攪拌車進(jìn)行混凝土輸送，攪拌車的容量為12m3，運(yùn)輸距離為20km，每公里的耗油量為0.4L/km；其他建材的運(yùn)輸采用10t 柴油車，碳排放因子為0.162kg/t·km，平均運(yùn)距為50km，進(jìn)而可由前文運(yùn)輸階段碳排放公式算出運(yùn)輸階段碳排放量?？梢詫μ寂欧诺目偭窟M(jìn)行計(jì)算，碳排放量計(jì)算如表5所示。

表5 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑碳排放量計(jì)算表

②計(jì)算裝配式建筑碳排放量

裝配式樓所采用的構(gòu)件主要為疊合梁、疊合板、樓梯和預(yù)制剪力墻等，隔墻還是采用AAC 板，運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件采用30T 的柴油車，運(yùn)輸距離為70km，吊裝構(gòu)件采用塔式起重機(jī)，剪力墻的工程量為1523.60m3，疊合梁工程量為352.06 m3，疊合板工程量為433.15m3，樓梯工程量為73.25m3，AAC 板工程量為1332.60m3，鋼筋140t，混凝土工程量為812.00m3，木模板工程量為198.60m3，由前文可計(jì)算出裝配式樓碳排放量如表6所示。

表6 裝配式建筑碳排放量（單位：t）

③計(jì)算結(jié)果分析

通過上述統(tǒng)計(jì)，可以看出本案例中現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的總碳排放量為2960.24t，裝配式結(jié)構(gòu)的總碳排放量為2882.38t，總碳排放量減少了77.86t。生產(chǎn)階段裝配式建筑碳排放增加，是因?yàn)檠b配式建筑的構(gòu)件需要在工廠中先進(jìn)行預(yù)制，形成能源的集中消耗。隨后由于構(gòu)件比傳統(tǒng)構(gòu)件的尺寸和用鋼量大，因此也會造成能源消耗的增加，原材料的用量要稍微高于現(xiàn)澆建筑。最后預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場安裝時(shí)需要吊裝，也會造成碳排放的增加。

在運(yùn)輸階段，裝配式建筑的碳排放也會增加，因?yàn)榛炷猎谶\(yùn)輸?shù)臅r(shí)候沒有空乘率。但是在運(yùn)輸裝配式構(gòu)件時(shí)，由于體積、形狀的影響，造成車輛無法滿載，因此運(yùn)輸率較低。此外，預(yù)制場普遍比攪拌站遠(yuǎn)，因此造成碳排放量增加。

最后在施工階段因?yàn)闃?gòu)件只需要拼裝，因此不需要大量的電能進(jìn)行混凝土攪拌等，材料和電能的損耗都大幅降低，最終降低了碳的總排放量。

4 發(fā)展建議

①通過規(guī)?；l(fā)展，加大裝配式房屋的效益

根據(jù)不同的因子測算和匯總，可以看出采用裝配式房屋具有明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。不過受行業(yè)限制，當(dāng)前我國裝配式住宅的面積總量以及規(guī)模占比還比較小，只有能夠成片開發(fā)住宅建設(shè)，形成一定的規(guī)模，才能夠?qū)㈩A(yù)制裝配式房屋的節(jié)能減排優(yōu)勢發(fā)揮出來。

②對裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化研究

想要擴(kuò)大裝配式建筑的建設(shè)規(guī)模，前提是將裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化，在設(shè)計(jì)的階段就充分考慮裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化、集約化和集成化的施工方法和理念，做好如樓梯、內(nèi)外墻板、疊合板和陽臺板這些預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化施工，做好質(zhì)量控制工作，保證構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，并考慮節(jié)能問題，盡量減少構(gòu)件生產(chǎn)的消耗，降低碳排放。也可以擴(kuò)大預(yù)制構(gòu)件的規(guī)模化生產(chǎn)，縮短預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工期，降低生產(chǎn)和運(yùn)營成本，提高運(yùn)營管理效率，保證節(jié)能減排的效益。

③制定科學(xué)的管理制度和模式

在裝配式建筑的管理制度上，可以采用科學(xué)的管理形式，從生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)做好質(zhì)量把控工作，保證生產(chǎn)質(zhì)量。也可以制定配套的構(gòu)件生產(chǎn)、招投標(biāo)和開工許可、工程驗(yàn)收環(huán)節(jié)，對管理制度不斷進(jìn)行改革和探索，保證不同建設(shè)環(huán)節(jié)的順暢連接，盡量減少現(xiàn)場的工作量。由于當(dāng)前相關(guān)的專業(yè)人員還比較缺乏，沒有進(jìn)行住宅設(shè)計(jì)、施工和管理的專業(yè)人員，因此還應(yīng)當(dāng)注重能力培養(yǎng)，增加熟練人員，培養(yǎng)專業(yè)的施工隊(duì)伍，達(dá)到提升效率、縮短工期、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

5 結(jié)語

為了研究裝配式結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的碳排放量，劃定建筑物的物化階段作為碳排量計(jì)算的邊界，然后將碳排放分為生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝等三個(gè)階段，分別進(jìn)行比較。在不同階段中，將變量定義為工程量、運(yùn)輸距離等，根據(jù)相關(guān)碳排放計(jì)算公式，將工程量轉(zhuǎn)變?yōu)樘寂欧帕俊Ｍㄟ^實(shí)際案例可以分析得出，裝配式施工在本案例中比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)碳排放量減少了77.86t，符合綠色生態(tài)文明發(fā)展的轉(zhuǎn)型，對我國建筑行業(yè)減少碳排放有著重要意義，能夠推動(dòng)裝配式建筑模式的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國碳中和和碳達(dá)峰的目標(biāo)。