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张守峰：装配式建筑减碳设计研究与工程实践

教务部 2023-08-14

中国建筑设计研究院有限公司总工程师张守峰

2021年10月，《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》下发，提出2030年前碳达峰行动方案，倡导实施节能降碳重点工程，推进先进绿色建筑技术示范应用，倡导推动城乡建设绿色发展。2020年7月，住房和城乡建设部等13部委联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》；2020年8月，住房和城乡建设部等9部委联合印发了《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，进一步推动建筑工业化、数字化、智能化升级，加快建造方式转变，推动建筑业高质量发展。

全国装配式建筑发展情况

据权威部门统计：2021年，全国新开工装配式建筑面积达7.4亿㎡，较2020年增长18%，占新建建筑面积的比例为24.5%；重点推进地区新开工装配式建筑占全国的比例为52.1%，积极推进地区和鼓励推进地区占47.9%。

从结构类型来看，新开工装配式混凝土结构建筑4.9亿㎡，占新开工装配式建筑的比例为67.7%；钢结构建筑2.1亿㎡，占新开工装配式建筑的比例为28.8%，其中，装配式钢结构住宅项目1 509万㎡，同比增长25%。其余为木结构建筑及其他混合结构形式装配式建筑。

2021年，全国装配式预制混凝土、钢结构、木结构等相关构配件生产企业数量、生产线数量、设计产能、实际应用产能均较上年有所提升。其中，装配式混凝土预制构件设计产能达到2.4亿m³，装配式钢结构构件设计产能达到7 231万t。

装配式建筑减碳设计研究

我们主要依托中国铁建“零碳建筑（社区）技术体系及其关键技术应用研究”和中国建筑设计研究院“学校建筑的减碳设计技术研究”2个课题开展装配式建筑减碳设计领域的研究工作。依托实际项目，对现浇、装配两种建造方式的建筑物化阶段碳排放量进行对比，从装配式的结构系统、外围护系统、设备与管线系统和内装四大系统出发，通过梳理装配式常用技术，形成以碳排放量为核心的技术评价指标体系。从绿色低碳目标的绿色建筑技术、低碳建材技术、超低能耗技术以及可再生能源技术四个方面，探究装配式技术与绿色低碳技术的融合之路，从建筑的全生命周期的角度，提出基于零碳目标的“装配式+”概念。

通过深入研究和测算，我们形成了以下研究成果：

一是优先选用低碳建材。要加强对钢木结构、高性能混凝土、轻集料以及轻混凝土的推广应用；减少水泥、混凝土的用量。

二是针对回收后的建筑材料，开展技术研究，提高部品部件的再利用率和加工水平，适度的技术创新和工艺优化也有助于提高装配式部品部件的回收利用效率。同时，延长建筑寿命可以大大降低建筑全生命周期的年均碳排放强度，减少对环境的影响。

三是注重装配式技术与超低能耗技术、可再生能源技术的融合发展。其中，要重点关注：建筑体型优化设计；建筑保温装饰一体化外墙及超低能耗外窗的构造措施；阳台断热桥技术；装配式建筑光伏一体化预制构件；光伏幕墙、光伏遮阳等。

装配式建筑减碳工程实践

装配式公共建筑——北大附中石景山学校项目

该项目位于北京市石景山区西黄村地区，东侧临近西五环路，总建筑面积5.5万㎡，其中地上3.8万㎡，最大建筑高度为23.9 m。这一项目由小学楼、初中楼、高中楼、体育馆组成，通过设置变形缝划分为4个结构单元，均采用装配式建筑。地下一层为大底盘（局部为地下2层），室内外高差100 mm，地下室顶板覆土0.8 m。工程地上布有3栋教学楼，每栋教学楼之间由连廊建筑连接，体形比较复杂，在小学楼与初中楼之间设置抗震缝，初中楼和高中楼之间设置一端固定一端滑动的抗震支座，把地上建筑分成相互独立的抗震单元。

北大附中石景山学校项目效果图

小学楼、初中楼、高中楼地上部分结构形式：采用钢框架结构体系（设置粘滞阻尼器）；楼板为钢筋桁架楼承板，首层开始楼梯采用现浇梯段，楼层处平台板采用钢筋桁架楼承板。

装配式基坑支护工程——保定万和春天项目

这一项目位于保定新市区西部，西湖规划片区范围内，总建筑面积29.3万㎡，其中地上22万㎡，最大建筑高度为52.2 m。

传统的基坑支护工程一般采用边坡喷射混凝土面层。这种基坑支护土方开挖量大、现场湿作业量大，环境污染大、资源浪费严重。这一项目的基坑支护工程采用了装配式复合土钉墙技术，构件工厂预制、现场装配、可回收再利用，大大减少土方开挖量和钢筋混凝土材料用量，能实现支护结构绿色减碳要求，属于绿色建造技术，符合新时代建筑业高质量发展的要求。

保定万和春天项目效果图

装配式复合土钉墙技术应用于建筑与市政工程，能够实现标准化设计、工业化生产、装配化施工，施工速度快，减少湿作业和人工投入；与传统支护技术相比，这一工程工期缩短20%，成本降低约5%。边坡垂直放坡可大大减少土方挖填量、减少扬尘和材料用量，达到节材减碳的效果。以保定市万和春天项目为例，基坑面积10万㎡，采用装配式复合土钉墙技术实现的经济和社会效益如下：减少基坑工程土方开挖量为7.3万m³，减少碳排放771 t；减少扬尘污染，由于支护板采用工厂预制生产，减少现场干湿作业，减少施工人员数量30%，降低工作强度，防止工伤事故发生，保护农民工生命安全；支护结构构件可重复使用，节约钢材水泥用量15%。

据估算，若按京津冀地区30%房屋建筑工程采用装配式复合土钉墙技术，每年可减少燃油碳排放约30万t，节约钢材用量约30万t，节约水泥用量约150万t，减少二氧化碳排放约300万t。装配式复合土钉墙建造技术经济和社会效益巨大，在国家大力推广新型建筑工业化和智能建造政策背景下市场前景十分广阔。

原文见《建筑》2023年第7期

本文根据作者在新型建筑工业化与绿色高质量发展大会的发言录音整理而成，内容有删节

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