装配式建筑碳排放研究综述

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发布时间：2023-09-13 09:19:42 点击量：0

装配式建筑碳排放研究综述

作者：

付杰

摘要：

国内外学者在装配式建筑碳排放核算方法及全生命期各阶段碳排放核算方面进行了大量研究。在建筑工业化和能碳双控大背景下，住房和城乡建设部在GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》中将对建筑碳排放的计算作为强制要求，因此，亟需对装配式建筑碳排放进行测算和研究。对装配式建筑领域碳排放相关研究进行了综述，以期对我国装配式建筑碳排放核查与评价提供参考。

关键词：

装配式建筑；碳排放核算；碳排放核算方法；全生命周期

如今，气候问题已成为全球性问题，控制全球变暖、降低碳排放是解决气候问题的关键，各国政府相继设立减排目标。2020年，中国国家主席习近平在第75届联合国大会上提出中国二氧化碳排放量“力争在2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和”。由此，“双碳”时代开启。

建筑业是我国碳排放最高的三大行业之一。中国建筑节能协会能耗与碳排放数据专业委员会《2022中国建筑能耗与碳排放研究报告》显示，2020年，全国建筑全过程碳排放总量为50.8亿 tCO₂，占全国碳排放的比重为50.9%。此外，中国建筑科学研究院徐伟在《建筑碳达峰实施路径及关键技术》报告中提到，2021—2030年，累计新建建筑面积约为200亿 m²，预计到2030年，我国建筑总面积约为750亿 m²，到2060年，约为850亿 m²。建筑的规模化发展使碳排放不断增加，因此，建筑业节能减排是实现“双碳”目标的重要路径之一。

目前，我国建筑建造模式仍以传统现浇为主。传统现浇模式大多为湿法施工，工人作业环境差，建设周期长，并会产生大量粉尘，这会对环境造成一定负面影响^[1]，因此，传统粗放型建造模式已经不能满足新时代的发展要求。装配式建筑凭借其建设精确度高、产生废弃物少、施工效率高、人工成本低等优势在我国迅速发展^[2]。国家及地方各部门相继制定一系列政策措施和标准规范，大力推动装配式建筑项目落地。

“十三五”期间，全国累计建成装配式建筑面积约为16亿 m²，年均增长率为54%，新开工装配式建筑占新建建筑面积比例呈上升趋势。住房和城乡建设部标准定额司统计数据显示，2021年，全国新开工装配式建筑面积达7.4亿 m²，较2020年增长18%，占新建建筑面积的比例为24.5%。截至2022年年底，全国共创建国家级装配式建筑产业基地328个，省级基地908个。《“十四五”建筑业发展规划》指出，装配式建筑占新建建筑的比例需达到30%以上。由此，装配式建筑已成为我国建筑业的发展方向之一。在此背景下，亟需对装配式建筑碳排放进行测算和研究。笔者对装配式建筑领域碳排放相关研究进行了综述，以期为其全生命周期的碳排放核算及减碳技术路径提供参考。

装配式建筑碳排放计算方法研究

目前还没有较明确的装配式建筑碳排放计算方法，国内外学者根据装配式建筑特点，参考传统建筑碳排放核算方法，对装配式建筑碳排放核算方法进行了相关研究^[3]。

现阶段的碳排放核算方法主要有物料衡算法、实测法和排放系数法。物料衡算法适用于整个生产过程及局部生产过程的物料衡算，但工作量大，过程较复杂。实测法测算结果精确，但需要耗费较大的人力物力，目前主要被应用于农业生产、森林生态系统碳排放量的核算。排放系数法适用于估算碳排放量长期趋势和微观碳排放计算，其结果精确，更符合实际。

排放系数法是目前比较常用的碳排放计算方法，可以进一步划分为标煤法和能源种类法^[4]。范宏武^[5]通过对两种方法进行对比分析后发现，采用标煤法计算的碳排放量较采用能源种类法的结果偏大5.33%，因此在进行建筑碳排放计算时应尽量采用能源种类法。

GB/T 51366—2019《建筑碳排放计算标准》基于排放系数法统一了新建、扩建和改建的民用建筑生产、运输、建造、运行及拆除阶段碳排放计算方法，从全生命周期的角度引导建筑物开展碳排放核算。

何福春^[6]通过对现有国内外碳排放计算研究成果的整理与分析后认为，当前建筑领域的碳排放计算研究主要集中在建筑运行阶段，其他阶段的碳排放研究成果甚少且研究程度较浅，尚存在各环节排放量化计入范围不明确，计入理由模糊，计算公式依据不明确以及研究成果较零散等问题。他通过分析低碳建筑的时间、空间内涵，提出从建筑全生命周期范围出发，构建时空量化矩阵的碳排放计算方法研究思路。他以时间作为计算体系研究的纵轴，按照温室气体产生终端的差异，分别从直接空间和间接空间两方面，对建筑的设计阶段、施工阶段、使用阶段以及拆除阶段开展分类型的计算方法探讨。随后，针对各阶段对应空间范围内需计入的碳排放环节，根据其产生途径，以及所能获得的计算基础信息与数据，分析计算各种因素的影响，构建计算公式。最终，结合相应案例进行计算演示，验证了建筑各阶段量化方法的研究成果。

贾涛、李欣等^[7]针对目前城市碳排放计算方法较宏观且居民建筑物碳排放计算方法不统一等问题，提出了一种多源数据融合的城市居民建筑物碳排放定量计算方法。他们结合夜间灯光图像，将武汉市居民碳排放总量分配到每个地块，通过自下而上的策略构建基于地块规划因子、社会经济因子和单体居民建筑物形态因子的居民建筑物碳排放反演模型并进行验证，研究分析建筑碳排放影响因素。

张孝存^[8]利用复合基尼系数、混合法及基于数据质量评价的半参数化概率分析等，通过构建建筑碳排放权分配方法及单体建筑全生命周期碳排放的量化体系，建立了省域建筑全过程碳排放分析方法，研究分析了碳排放量化的不确定性，提出建筑工程碳排放定额体系的技术框架并验证了其高效性。研究结果显示，不考虑运行能效提高及延迟碳排放折减等因素的传统算法，严重低估了生产与建造阶段碳排放对建筑生命周期的影响；生命周期碳排放量化结果具有显著的不确定性，应基于研究目标合理设定系统边界与模型参数。

王海宁^[9]等通过采用统计分析工具拟合回归公式，得到碳排放因子取值方式，并核算了采用电动运输工具进行预制构件运输产生的碳排放量。彭红杏^[10]明确了施工阶段碳排放核算边界，基于施工过程分析法建立了适用于施工阶段碳排放计算模型，并开展校园公共建筑和厂房施工阶段碳排放验证。

罗智星等^[11]以建筑构件为基本单元，基于十类主要建材清单，提出基于大规模案例的统计回归方法，构建了以设计为导向的建筑物化碳排放计算方法体系。该体系在为合理优化建筑概念设计方案提供减碳方向的同时，为合理选择低碳建材和优化设计提供指导。

装配式建筑与传统现浇建筑在建造模式上差异较大，但学者们均采用排放因子法对其全生命周期碳排放核算开展研究，并成功进行了验证。因此，装配式建筑碳排放核算可在一定程度上参考借鉴传统建筑的碳排放计算方法^[12]。

装配式建筑碳排放量核算研究

2.1 物化阶段碳排放核算研究

物化阶段包括生产阶段、运输阶段和施工阶段，其碳排放占装配式建筑全生命期碳排放近一半。杨路远^[13]针对预制梁、柱、楼梯、板等四类预制混凝土构件，建立了物化阶段碳排放测算模型并计算其碳排放量。研究结果显示，预制构件物化阶段的碳排放主要来自建材生产阶段；与现浇建筑物化阶段碳排放相比，采用预制混凝土构件可减少19.13%的碳排放量，这体现了预制混凝土构件在建筑物化阶段节能减排的优越性及装配式建筑推广的必要性。

刘珊^[14]通过现场数据调研、文献查阅及Access软件，确立了各数据库之间的关联以及各阶段碳排放的计算方法，基于BIM建立了包括参数库、基础数据库以及建材清单库的装配式住宅物化阶段碳排放测算系统。同时，对深圳地区某装配式住宅开展碳排放量实证分析，对比研究了传统现浇建筑与装配式建筑的碳排放量的差异，提出了装配式住宅减碳措施。研究结果显示，装配式建筑物化阶段的碳排放主要来自建材生产阶段，装配式建造方式在节能减排方面更具优势。

孙艳丽^[15]通过研究装配式建筑物化阶段的碳排放影响因素，基于层次模糊综合评价法，构建了碳排放评价模型，并对沈阳市某装配式建筑物化阶段的碳排放进行评价。研究结果显示，装配式建造方式可有效降低建筑物化阶段的碳排放，但受目前技术条件等限制，还未真正发挥装配式建筑的环保作用。

徐鹏鹏等^[16]针对装配式建筑碳排放核算过程中碳排放因子数据缺失等问题，分析研究了“有定额，有图集”“有定额，无图集”和“有图集，无定额”三种构件信息情况的计算方法，构建了基于定额数据的装配式建筑预制构件生产阶段碳排放核算模型，并计算了预制构件碳排放量。研究结果显示，钢筋混凝土碳排放在预制构件生产阶段碳排放中占比约为94%；预制构件生产阶段碳排放与含钢率呈正比例关系：y＝2.5779x+312.22。

毛超等^[17]通过从构件厂信息物理融合系统（CPS）后台数据库提取碳排放活动数据，建立了可实现批量计算的预制构件生产阶段碳排放数据实时采集及统计计算系统——“碳测芯”，实现了预制构件生产过程中碳排放活动及占比实时监测及Web 端计算结果校核。

2019年，联合国环境规划署（UNEP）发布的报告显示，建材生产碳排放占全球碳排放的11%。《2022中国建筑能耗与碳排放研究报告》显示，2020年，建材生产及施工阶段碳排放为29.2亿 tCO₂，占建筑全过程碳排放的57.5%，占全国总碳排放的29.2%。由此可见，建筑物化阶段的碳排放对装配式建筑影响较大，对其进行碳排放研究十分必要，该研究成果可有效为管理部门等制定低碳策略提供一定的理论参考。

2.2 装配式建筑全生命期碳排放核算研究

黄秋兰将装配式建筑全生命周期划分为物化、运营和拆除三个阶段。物化阶段包括材料生产、材料运输、预制构件生产、预制构件运输和施工五个阶段。她基于排放系数法建立了装配式建筑全生命周期碳排放测算模型，对广州市某装配式建筑单体开展全生命周期碳排放核算，并提出减排建议。研究结果表明，各阶段对建筑单体全生命期碳排放贡献依次为：运营阶段＞物化阶段＞拆除阶段。物化阶段碳排放占比依次为：材料生产阶段＞施工阶段＞材料运输阶段＞预制构件生产阶段＞预制构件运输阶段。

王玉^[18]详细介绍了全生命周期评价理论和建筑全生命周期碳排放评价理论，并汇总整理了符合我国国情的能源碳排放因子及部分主要建材碳排放因子；将装配式建筑全生命周期分为建材开采生产、工厂化生产、物流、装配、使用和维护更新、拆卸和回收六个阶段，初步构建了碳排放基础数据库框架、建立基于BIM的工业化建筑数据信息库和具有装配模式特色的各阶段碳排放计算公式，并针对关键碳排放影响因子提出具体碳减排措施；对比分析了20 a、50 a、100 a的全生命周期的碳排放及不同结构类型、结构材料的建筑碳排放。结果显示，装配式建筑碳排放主要来自建材开采生产阶段，该阶段的碳排放约占建筑全过程的82%，使用和维护阶段碳排放的占比为12%、物流阶段碳排放的占比为5%；设备体、结构体、围护体在全生命周期各阶段碳排放的占比分别为60%、23%和17%。通过对比分析发现，在100 a评价期内，装配式建筑碳排放量呈抛物线下降趋势：重型结构建筑碳排放＞轻型结构建筑碳排放；钢筋混凝土结构建筑碳排放＞钢结构建筑碳排放＞轻钢结构建筑碳排放＞木结构建筑碳排放。

尚春静等^[19]通过建立建筑生命周期碳排放的核算模型，定量核算并分析对比了木结构、轻钢结构和钢筋混凝土结构三种不同结构形式低层建筑全生命周期碳排放。研究结果表明，当建筑的使用功能相同时，木结构建筑碳排放最低，三种结构建筑物化阶段碳排放占总碳排放的4%~7%，运营维护阶段碳排放占总碳排放比例最大，约占95%。这与上述研究中物化阶段占比最大的结论略有不同，因此，核算边界、建筑层数及建材选用对建筑碳排放核算具有较大影响。

Monahan等^[20]基于LCA理论研究了英国某木结构典型案例碳排放情况，研究结果显示，相比传统现浇建造方法，装配式施工可减少建筑34%的碳排放。

结语

在建筑工业化及碳达峰、碳中和背景下，国内外学者对装配式建筑碳排放核算进行了大量研究，主要集中在碳排放核算方法及某些阶段碳排放核算研究，针对装配式全生命周期的碳排放研究相对较少。现阶段装配式建筑碳排放核算方法主要借鉴现浇建筑碳排放核算方法，即排放系数法；各学者对装配式建筑碳排放研究结论存在差异，这与其碳排放核算边界划分、装配式建筑结构、层数、类型及建材和能源碳排放因子选择有较大关系；装配式建筑与传统现浇建筑全生命周期碳排放情况对比也有待进一步研究。因此，亟需建立装配式建筑碳排放核算标准，规范碳排放核算方法与碳排放因子取值，为我国装配式建筑碳排放盘查和评价提供科学、统一的依据，使核算透明化、定量化、准确化，从而有效提升低碳减排的潜力和空间。

参考文献：

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作者简介：

付杰，硕士研究生，从事建筑材料方面的研究，现供职于上海市建筑科学研究院有限公司。

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