摘要：從裝配式建筑發(fā)展、碳足跡測算及評價、碳排放量研究現(xiàn)狀、碳足跡評價體系4個方面，對國內(nèi)外裝配式建筑碳足跡評價進(jìn)行梳理。研究表明，傳統(tǒng)建筑碳足跡測算以生命周期法、投入-產(chǎn)出法、實(shí)測法及質(zhì)量平衡法為主，而排放因子法作為國際碳足跡測算最有效方法，因碳足跡因子庫的建設(shè)滯后而難以推廣使用，因此建立地域動態(tài)碳足跡因子庫是進(jìn)一步完善碳足跡測算的重要內(nèi)容；裝配式建筑的碳足跡研究主要集中在技術(shù)層面，并未深入到物化階段，導(dǎo)致碳足跡規(guī)律研究不到位，應(yīng)建立全生命周期的碳足跡測算模型，以獲得更加準(zhǔn)確的碳足跡規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)碳減排提供技術(shù)支持；現(xiàn)有研究都是以大環(huán)境視角為主，對于戶型與碳足跡的關(guān)系的研究力度較小，亟須對裝配式建筑全生命周期內(nèi)碳足跡測算標(biāo)準(zhǔn)、碳足跡測算系統(tǒng)等方面開展深入研究，且從各種類型建筑物和不同戶型角度進(jìn)行研究，進(jìn)一步促進(jìn)建筑全面降低能耗與碳排放量，為裝配式建筑碳足跡評價及節(jié)能減排策略的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：雙碳目標(biāo)；裝配式建筑；碳足跡測算；碳減排

0 引言

溫室氣體的排放導(dǎo)致全球氣候變暖，海平面上升，地球極端天氣災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響生物多樣性。2020年9月，我國在聯(lián)合國大會上提出二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)?！半p碳”目標(biāo)的提出對于我國建筑業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。建筑行業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，存在產(chǎn)業(yè)鏈長、資源消耗大、能耗高、碳排放量大、建造方式粗放等問題，需進(jìn)一步地綠色創(chuàng)新發(fā)展。目前，為全面降低能耗與碳排放，建筑行業(yè)亟須在良好的外部環(huán)境的支持下，建立貫穿建筑全生命周期的全局觀，科學(xué)規(guī)劃各個環(huán)節(jié)的能耗與排放，研究如何在“雙碳”目標(biāo)下實(shí)現(xiàn)工程全生命周期低碳發(fā)展。

目前，裝配式建筑作為我國大力推廣應(yīng)用的建筑形式，與傳統(tǒng)建筑相比，能更好地提供節(jié)能減排、穩(wěn)定持久的發(fā)展環(huán)境。本文從裝配式建筑發(fā)展、碳足跡測算及評價、碳排放量研究現(xiàn)狀、碳足跡評價體系4個方面對裝配式建筑碳足跡進(jìn)行評價研究，并探索其節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。

在理論層面，研究裝配式建筑節(jié)能減排可以加強(qiáng)對建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)知，可以更好地評估和量化裝配式建筑對環(huán)境的影響，深入研究其減排潛力和效益；在實(shí)踐層面，裝配式建筑使用標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化生產(chǎn)和裝配流程，比傳統(tǒng)建筑更高效、更節(jié)能，可以減少建筑過程中的能耗、材料浪費(fèi)及碳排放量。此外，裝配式建筑還能更好地集成可再生能源系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和高效節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步減少運(yùn)營階段的能源消耗。通過推廣應(yīng)用裝配式建筑，可以在全球范圍內(nèi)大幅降低建筑行業(yè)的碳排放量，為實(shí)現(xiàn)全球氣候變化目標(biāo)做出重要貢獻(xiàn)。

1 裝配式建筑碳足跡評價研究

1.1 裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑施工就是將原本在施工現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)制的建筑構(gòu)件轉(zhuǎn)移到獨(dú)立的預(yù)制生產(chǎn)車間生產(chǎn)，按照規(guī)則要求生產(chǎn)后將預(yù)制構(gòu)件再送至施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝的施工技術(shù)。裝配式建筑施工主要應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木質(zhì)結(jié)構(gòu)的建筑項(xiàng)目中。本文重點(diǎn)對混凝土結(jié)構(gòu)的裝配式建筑施工進(jìn)行研究。

裝配式建筑源于歐洲?！岸?zhàn)”結(jié)束后，隨著經(jīng)濟(jì)的逐步復(fù)蘇，房屋建筑市場開始崛起，在發(fā)展過程中衍生出了裝配式建筑^[1]。當(dāng)時法國屬于機(jī)械化水平較高的國家，其建設(shè)工程的現(xiàn)代化生產(chǎn)走在世界前列，在建筑行業(yè)中重點(diǎn)圍繞裝配框架結(jié)構(gòu)方向進(jìn)行研究；丹麥在建筑行業(yè)中率先推出模數(shù)化建筑；瑞典是世界上第一個構(gòu)建裝配式建筑的國家，同時針對裝配式建筑的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析；德國將裝配式建筑應(yīng)用到多層建筑中，利用預(yù)制水泥疊合板系統(tǒng)進(jìn)行建筑物的裝配，并逐步實(shí)現(xiàn)居住房屋向信息技術(shù)下的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，讓居住環(huán)境更加智能化、智慧化^[2]；日本在裝配式建筑的構(gòu)件制造中走在世界前列，堅(jiān)持以預(yù)制構(gòu)件為主導(dǎo)的建筑設(shè)計(jì)，將房屋中2/3的建筑構(gòu)件都利用預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行組裝^[3]；新加坡將新的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑中，但新加坡不屬于地震區(qū)域，從而建造房屋時未考慮房屋的防震問題^[4]。這些新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用有效推動了建筑工業(yè)化的發(fā)展。

雖然國內(nèi)對裝配式建筑的運(yùn)用時間較短，但研究成果相對較多。趙麗坤等^[5]研究發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑在我國的建筑行業(yè)中逐步被重視，尤其在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用較多，在該階段加大了構(gòu)件的設(shè)計(jì)、管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)及裝修的一體化設(shè)計(jì)等，但在國家級行業(yè)未針對裝配式建筑的施工標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制定完善的規(guī)范。隨著BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，裝配式建筑施工質(zhì)量、組裝質(zhì)量得到明顯提升，從而進(jìn)一步加快了我國建筑行業(yè)對裝配式建筑的推廣速度。在未來建筑發(fā)展中，BIM技術(shù)對裝配式建筑的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維管理都會發(fā)揮出重要作用。任曉宇等^[6]從中國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展體系視角進(jìn)行了討論，認(rèn)為裝配式施工建筑能夠貫穿到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)及使用環(huán)節(jié)等環(huán)節(jié)，從經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境資源等方面對49項(xiàng)評估指數(shù)進(jìn)行了分析，將這些分析后的評估指數(shù)進(jìn)行歸一化處理，對不同的評估指數(shù)進(jìn)行權(quán)重賦值，為裝配式建筑在行業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)建了完善的評估體系。

1.2 裝配式建筑碳足跡測算及評價研究

1.2.1 碳足跡概念的相關(guān)研究

基于化學(xué)學(xué)科，碳屬于化學(xué)元素中的內(nèi)容，從流向方向來看，碳分為碳匯和碳源兩種模式。碳匯即將碳進(jìn)行吸收，減少大氣中的碳量；碳源即碳的對外排放，增加大氣中的碳量^[7]。碳足跡是在生態(tài)足跡概念下提出的定義，用于對碳排放量的有效計(jì)算，也是人在全生命周期內(nèi)排放到自然環(huán)境中的碳量。在國際上，對于碳足跡的定義是人在自然環(huán)境中生存和發(fā)展所排放出的二氧化碳量在生態(tài)土地面積上的占比，用“碳面積”作為計(jì)量單位進(jìn)行衡量。付偉等^[8]從社會系統(tǒng)層面進(jìn)行分析，認(rèn)為碳足跡是人們活動中具體排出的碳量。每個學(xué)者研究的角度不同，從而對碳足跡的定義也存在一定的偏差。前者的解釋主要從碳足跡的本質(zhì)層面進(jìn)行分析，認(rèn)為碳足跡是化石燃料經(jīng)過燃燒從而產(chǎn)生的二氧化碳總量^[9]；后者的解釋主要從宏觀和微觀層面認(rèn)為碳足跡是人們在成長、發(fā)展、生活過程中排出的二氧化碳總量。

1.2.2 碳足跡測算及評價

從方向視角對碳足跡進(jìn)行測算的方法分為自上而下和自下而上兩種。前者主要從廣義角度進(jìn)行分解計(jì)算，得出碳排放量的最終數(shù)據(jù)；后者主要從狹義角度進(jìn)行結(jié)算，對社會上不同產(chǎn)品消費(fèi)、消耗時產(chǎn)生的碳排放量進(jìn)行計(jì)算。與自上而下的方法相比，自下而上的測算方法適用性差。從使用方法視圖分析，碳足跡分為系統(tǒng)性和非系統(tǒng)性兩種方法。前者又可以分為生命周期計(jì)算法和投入產(chǎn)出計(jì)算法；后者分為實(shí)測法、質(zhì)量平衡法、排放因子法等。具體分析如下：

（1）生命周期法。生命周期法出現(xiàn)于約1960年，最初用于對生態(tài)環(huán)境的管理。朱強(qiáng)等^[10]立足生命周期理論視角進(jìn)行分析，選取國內(nèi)有機(jī)米生命周期過程中的碳排放量，同時還對比了非有機(jī)米的碳排放量。田沛佩等^[11]利用生命周期法對國內(nèi)不同地區(qū)的化肥使用過程中碳排放量進(jìn)行研究，對我國近10年化肥使用后的碳排放量變化過程進(jìn)行跟蹤。

（2）投入-產(chǎn)出法。投入產(chǎn)出法出現(xiàn)在世界各國的銀行業(yè)，計(jì)算銀行的投入與產(chǎn)出的情況，了解產(chǎn)品投入后對能源或其他內(nèi)容的消耗數(shù)據(jù)，從而對排出的二氧化碳數(shù)據(jù)進(jìn)行直接或間接的測算。Munday等 ^[12]利用該方法對澳大利亞的建筑行業(yè)進(jìn)行研究，分析建筑工程全生命周期中的碳足跡。徐麗等^[13]對1997—2016年我國西北地區(qū)的居民生活碳足跡進(jìn)行了計(jì)算。

（3）實(shí)測法。實(shí)測法主要對排放源進(jìn)行測算，通過對排出氣體的速度、流量及濃度等指標(biāo)的分析，測出碳排放總量。該方法的實(shí)用性較差，應(yīng)用范圍較窄，主要應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測，包括森林生態(tài)、農(nóng)業(yè)生態(tài)的碳排放量的測算^[14]。

（4）質(zhì)量平衡法。質(zhì)量平衡法重點(diǎn)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)方面，或者對工業(yè)化生產(chǎn)局部環(huán)節(jié)的碳排放量進(jìn)行核算。從能量守恒定律角度分析，質(zhì)量平衡法可以對企業(yè)的整個生產(chǎn)過程、工藝流程及環(huán)境治理等不同層面的氣體排放量進(jìn)行測算，在企業(yè)或工業(yè)行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛^[15]。

（5）排放因子法。排放因子法的應(yīng)用范圍較為廣泛，既可以在社會生產(chǎn)方面進(jìn)行應(yīng)用，也可以在生活不同方面及工業(yè)化流程方面應(yīng)用，該方法被國際上列為碳足跡測算的最有效的方法，也叫作IPCC法。Fu等 ^[16]采用該方法對云南省2008—2017年的碳排放量進(jìn)行核算分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的碳排放量存在先升后降的特點(diǎn)，說明當(dāng)?shù)氐奶寂欧帕勘容^大。雖然這種方法能夠準(zhǔn)確計(jì)算碳排放量，但無法計(jì)算消費(fèi)活動中隱藏的碳排放量。

1.3 裝配式建筑碳排放量研究現(xiàn)狀

裝配式建筑的碳排放量主要為全生命周期內(nèi)釋放出的二氧化碳總量。發(fā)達(dá)國家針對裝配式建筑的碳排放量問題研究時間較長，研究成果較多，尤其是對混凝土裝配式建筑的碳排放量研究內(nèi)容較為全面。Oriol^[17]通過對比傳統(tǒng)建筑和裝配式建筑的能源消耗數(shù)據(jù)，得出裝配式建筑節(jié)能減排效果能夠提升50%左右。Tavares 等^[18]研究了木質(zhì)結(jié)構(gòu)的裝配式建筑在施工過程中基本不會產(chǎn)生二氧化碳，鋼結(jié)構(gòu)的裝配式建筑產(chǎn)生的二氧化碳數(shù)量較少；而混凝土結(jié)構(gòu)的裝配式建筑產(chǎn)生的二氧化碳最高，排放量也最大。Aye 等^[19]分析了裝配式建筑構(gòu)件的利用情況與回收情況，并對全生命周期的裝配式建筑碳排放總量及能源消耗情況進(jìn)行了研究，得出裝配式建筑構(gòu)件制作的能源消耗比傳統(tǒng)建筑低19%，而構(gòu)件在使用時對能源的消耗比傳統(tǒng)建筑低49%。Sojobi等^[20]研究發(fā)現(xiàn)，在裝配式建筑中應(yīng)用節(jié)能環(huán)保材料會減少施工過程中的建筑垃圾數(shù)量，也會降低碳排放量，建議施工企業(yè)加大節(jié)能減排材料的應(yīng)用，有效降低裝配式建筑的碳排放量。Naji等^[21]研究了混凝土結(jié)構(gòu)下的裝配式建筑全生命周期的碳足跡，發(fā)現(xiàn)如果將保溫材料應(yīng)用到裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)中，能夠使碳排放量降低89%。Ismail等^[22]發(fā)現(xiàn)通過對裝配式建筑的碳排放過程進(jìn)行不健全監(jiān)督，利用減排技術(shù)和減排材料能夠幫助企業(yè)制定合理的減排手段，有利于裝配式建筑的持續(xù)發(fā)展。

我國從1960年開始學(xué)習(xí)蘇聯(lián)等國家的工業(yè)化建造技術(shù)，也逐步建設(shè)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)，這類企業(yè)的數(shù)量逐漸增加，部分區(qū)域構(gòu)建了裝配式建筑工程項(xiàng)目。但在1960—1990年，受國內(nèi)環(huán)境因素的影響，國內(nèi)裝配式建筑的發(fā)展速度受限。2011年，裝配式建筑再次興起，這主要得益于國家對裝配式建筑的大力推廣，并出臺諸多政策，明確了裝配式建筑的發(fā)展目標(biāo)和方向，因此，我國的裝配式建筑施工企業(yè)數(shù)量逐漸增加，并在不同地區(qū)建設(shè)出了許多示范性項(xiàng)目。李靜等^[23]采用量化分析法對裝配式建筑物化階段進(jìn)行碳足跡分析，發(fā)現(xiàn)在裝配式建筑中使用節(jié)能環(huán)保材料能夠降低二氧化碳排放量，有效推動碳減排。與傳統(tǒng)的建筑模式相比，裝配式施工技術(shù)能夠有效控制碳排放量，但碳減排的空間還有待提升。孫艷麗等^[24]重點(diǎn)研究了裝配式建筑生產(chǎn)階段的碳排放問題，通過篩選具體的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行碳足跡分析，得出目前裝配式建筑減排效果還有較大提升空間，尤其是生產(chǎn)過程中的減排技術(shù)還需要優(yōu)化，以提高節(jié)能減排的最大化。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，必須配備專業(yè)的技術(shù)人才，制定明確規(guī)章制度，進(jìn)一步提高碳減排管理水平。李楠等^[25]以萬科建筑為研究對象，收集建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析工業(yè)化住宅的能耗情況，研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)住宅比傳統(tǒng)建筑的能耗消耗量低20%，而混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的建筑比傳統(tǒng)建筑的能耗低60%，同時，施工過程中的木材損耗率、建筑垃圾產(chǎn)生率也低80%。Yue等^[26]利用生命周期法研究了27個裝配式建筑的碳足跡，然后與傳統(tǒng)建筑進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)預(yù)制裝配式建筑所使用的材料可減少15.6%碳排放量。

通過梳理國內(nèi)外學(xué)者對裝配式建筑碳排放量問題的研究能夠看出，混凝土結(jié)構(gòu)的裝配式建筑碳排放量與傳統(tǒng)的建筑相比更低，排放量的空間還有很大的提升，尤其是要重點(diǎn)關(guān)注構(gòu)件生產(chǎn)階段，通過優(yōu)化工藝技術(shù)、提高資源利用率等措施減少碳排放量，讓裝配式建筑得到更好的發(fā)展。

1.4 裝配式建筑碳足跡評價體系研究

Bonamente等^[27]對于裝配式建筑的碳足跡研究選用生命周期方法，選取意大利的某所混凝土裝配式建筑，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)化模型分析該建筑全生命周期內(nèi)的碳足跡，結(jié)果顯示，建筑物在使用時碳排放量較多，通過利用裝配式建筑施工技術(shù)能夠降低施工過程中建筑垃圾中60%的碳排放量；Tumminia等^[28]通過對建筑物的能量進(jìn)行模擬計(jì)算，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，從而能夠計(jì)算出建筑物全生命周期的能量值；Cao等^[29]重點(diǎn)分析了傳統(tǒng)建筑和裝配式建筑對環(huán)境的破壞情況，通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑對能源的依賴度較低，對生態(tài)環(huán)境的破壞性較低，而且對能源的利用率較高；Ya^[30]利用生命周期評價法對中國香港住宅進(jìn)行了碳足跡分析，并對比了裝配式建筑和傳統(tǒng)建筑的碳排放量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)利用裝配式技術(shù)施工的建筑，約減少碳排放量10%/m²。

朱百峰等^[31]主要分析裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件在預(yù)制、安裝過程中對生態(tài)環(huán)境的破壞及影響，構(gòu)建了評價體系，通過設(shè)置模型對不同的指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值，從而得出裝配式建筑的環(huán)境效益評價結(jié)果；吳水根等^[32]重點(diǎn)分析了裝配式建筑工程物化階段碳足跡問題，結(jié)合施工現(xiàn)狀對物化階段的碳排放量測算工具進(jìn)行了梳理，同時研究得出施工階段的碳排放量在全生命周期中最高；李文峰等^[33]從經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會三個方面進(jìn)行具體分析，認(rèn)為綠色價值可以通過材料使用效率、質(zhì)量及對環(huán)境污染情況體現(xiàn)。

2 結(jié)語

裝配式建筑推廣應(yīng)用的關(guān)鍵是在其生命周期內(nèi)保證經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境和資源等內(nèi)外部因素之間具有一定的協(xié)調(diào)和可持續(xù)性，同時這也與建筑產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展與技術(shù)升級密切相關(guān)。

本文針對裝配式建筑碳足跡評價的問題，通過對國內(nèi)外學(xué)者不同視角的研究分析，總結(jié)出裝配式建筑碳足跡評價存在的不足，并對其未來發(fā)展趨勢提出以下三點(diǎn)建議：

（1）排放因子法作為國際碳足跡測算的最有效方法，因國內(nèi)碳排放因子庫的建設(shè)滯后而難以推廣使用，因此建立地域動態(tài)碳排放因子庫是進(jìn)一步完善碳排放測算的重要內(nèi)容。

（2）當(dāng)前裝配式建筑碳足跡的研究主要集中在技術(shù)層面，并沒有深入到物化階段，導(dǎo)致碳足跡規(guī)律研究不到位，應(yīng)建立全生命周期的碳足跡測算模型，以獲得更為準(zhǔn)確的碳足跡規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)碳減排提供技術(shù)支持。

（3）當(dāng)前的研究都是從宏觀環(huán)境角度進(jìn)行分析，對于戶型與碳排放關(guān)系的研究力度較小，亟須對裝配式建筑全生命周期內(nèi)碳足跡測算標(biāo)準(zhǔn)、碳足跡測算系統(tǒng)等方面開展深入研究；從各種類型建筑物和不同戶型角度進(jìn)行研究，進(jìn)一步促進(jìn)建筑全面降低能耗與碳排放量，為裝配式建筑碳足跡評價及節(jié)能減排策略的研究提供參考。

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收稿日期：2023-08-14

作者簡介：

李貴（1988—），男，工程師，國家注冊一級建造師，研究方向：工程管理、綠色建筑。

梅益（1974—），男，教授，博士，研究方向：智能制造工藝及設(shè)備、制造業(yè)信息化、數(shù)值模擬技術(shù)。