装配式建筑环境效益分析

冯璐瑶，刘莉，商阳

（华东交通大学，江西 南昌 330013）

0 引言

随着社会经济的发展，人们对住宅的需求也逐步提高，开始追求一个健康、绿色、和谐的人居环境。而装配式建筑可以在提高住房质量的同时，满足人们对环境的要求，并且能够响应国家的相关政策。

建筑业正处于节能转型阶段，而装配式建筑在能源节约、生态环境保护方面具有优势，因此有关专家开始注重研究装配式建筑。杨燕等[1]采用市场价值法来计算环境效益，主要针对节能效益进行分析。华虹等[2]采用BIM技术分析环境效益，但局限于单一碳排放量。郑立红等[3]利用eQues软件建立模型对比得出绿色建筑的节能贡献率。但针对于装配式建筑的环境效益定量分析较少，鉴于此，结合江西省某住宅实例，建立环境效益分析模型，对装配式建筑的环境效益进行定量分析。

1 环境效益分析

环境效益是指人类社会活动对环境的影响。环境效益所包括的内容十分丰富，但与人类生活和生产息息相关的，主要是“四节”：节水、节材、节地、节能。从根本上讲，环境效益是最基本的一种效益，因此，提高环境效益对人类生活有着至关重要的作用。

1.1 节水效益V1

目前全球的水资源处于极度短缺的状态，而建筑业的用水量占全社会总用水量的50%以上[4]，并一直处于上升阶段。建筑业在施工阶段的用水主要表现在生活用水和现场施工用水两方面。

江西省某传统式住宅工程，采用框架剪力墙结构，总建筑面积136 378.18 m2。根据该工程数据可得出该工程建筑用水的主要分布如表1所示。

表1 江西省某住宅工程建筑用水主要分布

由表1可见，传统式建筑用水主要在施工现场上消耗比较大。而装配式建筑采用预制件，可以减少施工现场混凝土构件的养护用水以及冲洗设备用水；并且装配式建筑是使用机械进行安装，可以削减人力，同时也降低了生活用水量。在这个过程中，产生了直接或间接的节水效益。在这里，只分析产生的直接节水效益，并且2种建造方式在绿化方面用水量差距甚微，可不进行比较计算。因此，装配式建筑的节水效益如下：

式中：V1——节水效益，元/m2；

P1——建造地区当地的水价，元/m3；

Q1——混凝土构件的养护用水节水量，m3/m2；

Q2——冲洗设备用水节水量，m3/m2；

Q3——生活用水节水量，m3/m2。

1.2 节材效益V2

装配式建筑所使用的构件都是预制件，即在工厂生产的构件。而工厂的标准化生产，能够准确把握材料的用料，以及对构件的质量都有一个严格的控制。同时，工厂的工人都是经过专业培训，具备较高的操作水平以及一定的责任心，能够提高工作效率和成品率。因此，装配式建筑的节材效益如下：

式中：V2——节材效益，元/m2；

P21——模板的价格，元/m2；

P22——混凝土的价格，元/m3；

N21——模板节约用量，m2/m2；

N22——混凝土节约用量，m3/m2。

1.3 节地效益V3

我国拥有辽阔的土地资源，但建筑用地却极为紧张，特别是一线城市。因此如何高效的利用建筑用地就显得尤为重要了。装配式建筑采用的预制构件是由高强度轻质材料制成的，与传统建筑材料相比，自重较轻，若要增加建筑面积可以使用合理增加建筑物层数的方法。同时，装配式建筑在施工时不会产生很大的噪声，并且建筑垃圾比较少，工程结束后可以很快清理掉，迅速恢复原貌。装配式建筑的质量也是有保障的，其结构寿命较长，提高了节地效益，因结构寿命无法准确计算出，故在此不考虑。装配式建筑的节地效益如下：

式中：V3——节地效益，元/m2；

P31——土地费用，元/m2；

P32——建筑垃圾清理费用，元/m2；

S——装配式建筑的建设用地面积，m2；

A1——装配式建筑比传统建筑减少的建设用地面积，m2。

1.4 节能效益V4

建筑业的能源损失主要体现在电的消耗以及施工过程的能源浪费。据资料显示[5]，通过调查不同项目的用电量，可计算出装配式建筑的平均用电量比传统式建筑减少25%，由此可知，装配式建筑在大部分的情况下，都可以表现出节能效益。

装配式建筑在工厂预制构件，可以降低人与施工机械的用电量，并且装配式建筑普遍使用新型保温节能材料，可以降低能源损耗。因此，装配式建筑的节能效益如下：

式中：V4——节能效益，元/m2；

N41——装配式建筑比传统式建筑的施工机械用电减少量，kW·h/m2；

N42——生活用电减少量，kW·h/m2；

P4——建造地区的单位电费，元/（kW·h）。

1.5 碳排放的效益V5

全球气温普遍在上升，而造成温室效应的一个重要因素，便是建筑业的碳排放量。建筑业的任何一个阶段都有碳的排放，为控制温室效应，建筑业必须向着低碳节能的方向发展。建筑行业的二氧化碳排放量主要表现在建造阶段和使用维护、拆装阶段。据调查，在建筑的全寿命周期里，维护过程的碳排放量可以达到70%～80%[6]。

1.5.1 建造阶段的碳排放计算

建造阶段主要的碳排放体现在：构件的制作、运输以及现场施工方面。其计算模型为：

式中：W1——建造阶段的碳排放量，kg；

Mi——构件制作中第i种材料的消耗量，kg；

gi——第i种材料CO2排放量，m3/m3；

Li——工厂到施工现场的运距，m；

hi——运输工具单位运距的CO2排放量，kg/（m·kg）；

Vi——某施工工艺所需的工期，h；

ki——施工过程中该施工工艺的单位CO2排放量，kg/h。

1.5.2 使用维护、拆装阶段碳排放计算

使用维护、拆装阶段碳排放主要发生在各种能源损耗的过程中。其计算模型为：

式中：W2——使用维护、拆装阶段的CO2排放量，kg；

Qe——平均年耗电量，m3；

Qg——平均年耗气量，m3；

F——电能的单位CO2排放量，kg/m3；

U——燃气的单位CO2排放量，kg/m3；

Bd——拆除工程量，m3；

Rd——拆除时的施工工艺的单位CO2排放量，kg/m3。

1.5.3 全寿命周期的碳排放计算

经过以上2个阶段的二氧化碳排放计算，可以得出全寿命周期的碳排放效益为：

式中：V5——碳排放效益，元；

ΔW——装配式建筑减少的碳排放量，kg；

P5——碳交易价格，元/kg。

2 案例分析

江西省某框剪结构住宅项目建筑面积为81 036 m2，其中3#、5#、6#楼采用装配式建筑，而 1#、2#楼为传统现浇建筑，其中2#楼与3#楼的建筑面积相同，均为5600 m2，占地面积均为280 m2，采用以上公式，通过对比2#楼与3#楼，来分析装配式建筑的环境效益。

2.1 “四节”效益分析

根据项目数据以及各效益分析模型，可计算出3#楼的“四节”效益，见表2。

表2 该项目“四节”效益分析

经过分析可知，该地区的水价为3.58元/t，由项目数据得出3#楼比2#楼共节约了798 kg/m2的水资源，在节水效益中节省了2.86元/m2。在节材效益中，3#楼比2#楼模板、混凝土用量分别节约548 m2和689 m3，而购买时模板价格283元/m2、混凝土材料价格为350元/m3，由此可得，节材效益为70.76元/m2。该项目节约的土地大致为850m2，该地区的土地价格为5300元/m2，在节地效益中，当地建筑垃圾清运费用为23元/m2，节省了2.07元/m2。该地区的电费为1.32元/（kW·h），3#楼比2#楼机械用电节约了7 kW·h/m2，生活用电节约2 kW·h/m2，因此节能效益为11.88元/m2。

2.2 碳排放的效益

基于以上模型对该项目的碳排放量进行计算，其中根据项目可分别计算出传统式建筑与装配式建筑的碳排放量[7-9]，2种方法的碳排放量对比如表3所示。

表3 2#楼与3#楼碳排放量对比

由表3可知，2#楼与3#楼的碳排放总量分别为15 922.62 t、12 304.18 t。可计算出3#楼比2#楼碳排放总量低3618.44 t，即3#楼比2#楼节省了22.73%。3#楼单位面积CO2的排放比2#楼低646.15 kg/m2，根据当时碳交易价格为5.56元/t，可知：

V5=0.64615×5.56=3.59元/m2

2.3 环境效益

根据以上的数据，可知环境效益V为：

V=V1+V2+V3+V4＋V5＝2.86+70.76+2.07+11.88+3.59=91.16元/m2

综上所述，在该项目的全寿命周期里，装配式建筑的环境效益比传统式建筑节省了91.16元/m2。

3 结论

尽管目前相关的技术还有待提高，导致装配式建筑不能大范围的推广，但不可否认，装配式建筑在建筑业发展中的重要地位，其能够具有很高的环境效益，符合可持续发展理念。

装配式建筑已成为未来建筑业发展的主要工具，不仅可以满足人们日益增长的生活要求，还可以响应社会的文明化发展，对保护环境，低碳生活等都有促进作用，并且随着其应用的增多，装配式建筑产生的优势会越来越明显。