装配式装修基础部品低碳化及重要性研究

王强，王炜，石利汝，王瑶

1 引言

众所周知，我国建筑业实现“碳中和”任务艰巨。根据清华大学建筑节能研究中心发布的《中国建筑节能年度发展研究报告2021》显示，2019 年我国建筑总量面积达644 亿m2，建筑运行中碳排放总量达22 亿吨，民用建筑建造由于建材生产、运输和施工过程导致的CO2排放量已达16 亿吨，这二者之和几乎达到我国碳排放总量的40%，成为全社会CO2排放占比最大的部门[1]。因此，建筑行业实现“碳中和”的压力巨大。通过研究发现，实现建筑业减排的路径主要有：一是减少建材生产碳排放，助力工业生产的减碳。二是研发出新型的、环保的建筑材料代替水泥材料，大幅降低水泥的使用数量；三是研发推出新型的、低碳的主体结构体系和内装体系，改善老旧的、高耗能的建造模式等。

装配式装修是采用干式工法，将内装部品、设备管线等在现场进行组合安装的装修方式[2]。因此，装配式装修凭借其生产效率高、工期短、资源消耗量少、环境污染低等优势被国家大力推广[3-4]。装配式装修在近几年取得快速发展。根据住建部数据显示，2020 年我国采用装配式装修技术实施的建筑面积达7186 万m2，比2019 年同比增长58.7%。因此，装配式装修作为新型的、迅速发展的内装技术体系，对其碳排放开展研究具有重要的意义。

2 装配式装修基础部品的界定

在装配式装修项目中，由于装修工作界面前置，原基础构造（二次结构、水电等）内容也纳入到装配式装修工作中。装配式装修将基础构造进行产品化和标准化，产生新的产品形态，我们称之为基础部品。基础部品不包含饰面材料和通用部品，相反地，基础部品设计遵守结构体和设备体中相应的尺寸模数关系，同时着重部品和接口专项设计，保证部品的通用性、互换性和兼容性[5]，与饰面材料和通用部品进行良好的结合和兼容。遵循工业化、标准化的逻辑可知，装配式装修基础部品可包含基础隔墙、基础地面、基础墙面、基础厨卫等方面（图1），是区别于传统装修的核心所在。

图1 装配式装修基础部品范围示意图（绘制：王强）

3 基础部品全生命周期碳排放计算模型建立

3.1 碳排放的评价模型及计算方法

结合产品的生命周期管理理论，针对装配式装修基础部品的碳排放评价也将放到整个生命周期来考虑。目前，行业内已有全生命周期评估（LCA）研究方法[6]。它实际上针对产品的整个生命周期评估其对相关因素的影响，该方法已广泛应用于工程、材料、设备等各个领域。

关于装配式装修基础部品的碳排放计算方法，由于装配式装修属于新兴行业，部品开发也处于起步阶段，国内针对该领域的碳排放计算尚未开展，因此本文将借鉴我国建筑行业碳排放的计算方法。目前，针对建筑物的碳排放值计算主要有4 种方法：实测法、物料衡算法、模型法和排放系数法[7]。基于装配式装修行业较早期，本文采用较为简单的排放系数法进行计算，相关排放计算方法和碳排放因子主要参考《建筑碳排放计算标准》（GBT 51366-2019）。

3.2 装配式装修基础部品全生命周期划分

根据《建筑碳排放计算标准》（GBT 51366-2019）的规范要求，建筑全过程的碳排放包括建筑运行阶段、建筑建造及拆除阶段、建材生产及运输阶段等3 个部分[8]。

通过参考建筑的全过程，结合装配式装修的自身特点，可将装配式装修基础部品的全生命周期评估拆分为生产、运输、安装、运维、拆卸、回收6个环节（图2）[9]。

其中，生产环节与部品的各种材料加工有关，运输环节与部品的重量、运输方式以及运输距离有直接关系，安装环节与安装机械类型和安装时间相关，运维环节直接由使用功能和使用量决定，拆卸环节取决于拆卸机械类型与拆卸时间，回收环节包括部品回收处理所引起的碳排放。

3.3 装配式装修基础部品全生命周期碳排放计算方法

碳排放计算主要是计算包含二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）等温室气体在内的排放量。为了统一度量整体温室效应的结果，考虑到CO2是最重要的温室气体，因此，规定二氧化碳当量（CO2e）为度量温室效应的基本单位[10]。本文也将温室气体碳排放的总和以二氧化碳当量表示。

因此，装配式装修基础部品全生命周期碳排放计算模型，为各阶段产生的二氧化碳当量的总和[11]，即：

①式中，T 表示装配式装修基础部品生命周期的碳排放；Tp、Tt、Ti、To、Td、Tr分别为基础部品生产环节、运输环节、安装环节、运维环节、拆除环节和回收环节中产生的碳排放。

参考《建筑碳排放计算标准》（GBT 51366-2019）的规范要求，各环节的碳排放计算方法如下：

（1）基础部品生产环节

装配式装修基础部品通过十几种部品部件在现场集成。比如装配式装修基础地面，由调节件、支撑模块、地暖模块、平衡模块、辅料等多个部品部件组合而成。

因此，基础部品生产环节的碳排放按照如下公式计算：

②式中，Tp表示装配式装修基础部品生产环节的碳排放量（kgCO2e）；Pi为第i 种主要部品部件的消耗量；Fi为第i 种主要部品部件的碳排放因子（kgCO2e/单位数量）。

图2 装配式装修基础部品的全生命周期（绘制：石利汝）

根据标准要求，纳入计算的主要部品部件的总重量不低于所有部品部件的总重量的95%，重量比小于0.1%的部品部件的碳排放可不计算。

（2）基础部品运输环节

基础部品在从工厂到项目现场的运输过程中产生运输工具的能源消耗，跟运输工具类型、运输重量和运输距离有直接的关系。

因此，基础部品运输环节的碳排放按照如下公式计算：

③式中，Tt表示装配式装修基础部品运输环节的碳排放量（kgCO2e）；Pi为第i 种主要部品部件的消耗量（t）；Di为第i 种主要部品部件的运输距离（km）。Ti为在采用第i 种主要部品部件的运输工具下，单位重量和运输距离的碳排放因子（kgCO2e/(t·km)）。

（3）基础部品安装环节

装配式装修基础部品主要是在项目现场将多个部品部件进行组合安装。相比传统装修来说，安装比较便捷简单，所需安装工具也比较少，而且消耗的都是电力能源。

因此，基础部品安装环节的碳排放按照如下公式计算：④式中，Ti表示装配式装修基础部品安装环节的碳排放量（kgCO2e）；Ei为第i 种部品安装工具的工程使用量；Mi为第i 种部品安装工具的单位工程的台班的使用量；Ri为在第i 种安装工具的单位台班用电量；Fi为电力能源的碳排放因子（kgCO2e/kwh）。

（4）基础部品运维环节

装配式装修基础部品运维环节的碳排放，主要是在使用过程中所产生的能源消耗。而装修后使用功能包括供冷、供暖、照明、生活热水供应等，其碳排放主要是电力、水、燃气等能源使用消耗。

因此，基础部品运维环节的碳排放按照如下公式计算：

⑤式中，To表示装配式装修基础部品运维环节的碳排放量（kgCO2e）；Ei为第i 种能源的消耗量；Ri为在第i 种能源的碳排放因子；N 为运维的时间。

（5）基础部品拆卸环节

基础部品在拆除过程中的碳排放主要体现在所用拆除工具过程中的能源消耗，跟安装环节类似，消耗的都是电力能源。

因此，基础部品拆除环节的碳排放按照如下公式计算：

⑥式中，Td表示装配式装修基础部品拆除环节的碳排放量（kgCO2e）；Ei为第i 种拆除工具的工程量；Mi为第i 种拆除工具的单位工程的台班使用量；Ri为在第i 种拆除工具的单位台班用电量；Fi为电力能源的碳排放因子（kgCO2e/kwh）。

（6）基础部品回收环节

装配式装修基础部品回收环节的碳排放主要是在将拆除后的部品部件运输到处理场的过程中所产生的消耗，此处暂不考虑再利用的碳排放情况。

⑦式中，Tr表示装配式装修基础部品回收环节的碳排放量（kgCO2e）；Pi为第i 种主要部品部件的拆除量（t）；Di为第i 种主要部品部件从现场到处理厂的运输距离（km）；Ti为在运输第i 种主要部品部件的运输工具类型下，单位重量和运输距离的碳排放因子（kgCO2e/(t·km)）。

3.4 案例分析：北京市密云区长安新村和南菜园新村回迁房项目

密云区长安新村和南菜园新村旧城改建棚户区改造项目位于密云新城中部0104 街区，其中回迁安置房地块位于本项目西测MY00-0104-0079 地块。东至规划二路，南至蓝河湾居住小区北边界，西至蓝河湾居住小区东边界，北至新建幼儿园南边界。该回迁房地块建设用地面积27,000m2，总建筑面积97,000m2。回迁安置房户型有80m2～120m2不等的4 种户型，交付条件为全装修[12]。经过多轮设计和技术论证，该项目采用预制装配式混凝土剪力墙?结构体系，同时，室内装修采用了装配式装修技术体系，其中室内隔墙采用ALC 轻质条板；墙面采用集成包覆板；地面采用新型的装配式地面系统。

图3 北京市密云区长安新村和南菜园新村回迁房项目现场及外立面

图4 项目室内采用装配式装修现场图（3 .图4 摄影：王瑶）

考虑到ALC 条板和集成包覆板在市场上比较常见，且行业内已有相关研究，比如长安大学樊娟莉的硕士论文《轻质蒸压砂加气混凝土墙板的综合性能分析》，详细分析了ALC 条板整个生命周期的碳排放量。为避免重复研究，本文将重点利用上述碳排放计算模型测算该项目装配式地面基础部品的碳排放量，以此验证整个计算模型的准确性，并检验地面系统的节能性。

整个项目装配式装修地面面积达35,600m2，采用干式采暖型架空地面系统，由支撑模块、地暖模块、平衡模块、填充模块、辅料等多个部品部件（图5）。图6-8 为地面系统铺设完成后实际效果。

图5 干式采暖型架空地面系统（绘制：王强）

图6 项目室内装配式地面a-铺设支撑模块完成后b-铺设采暖模块完成后c-铺设平衡模块完成后

图7 项目装配式地面实际效果a-客厅b-卧室

图8 项目装配式地面实际效果：厨房（6 -8 摄影：王瑶）

因此，针对该项目装配式地面的基础部品的碳排放计算除了饰面层之外，其余部品和材料均需纳入计算范围（重量比小于0.1%的部品部件的碳排放可不计算）。计算结果如下：

（1）装配式地面基础部品生产环节

根据上述公式②的方法计算得出，该项目的地面基础部品生产环节产生991,669.88kg 的二氧化碳当量，平均每平方米所需部品生产环节排放27.88kgCO2（表1）。

（2）装配式地面基础部品运输环节

由于项目按阶段进行供货，且来自不同的材料供应商。因此该项目地面基础部品选择的运输工具根据产品不同而不同。水泥砂浆、水泥纤维板、聚苯乙烯板和硅酸钙板比较重，选择重型柴油货车运输（载重30t）来运输，其余产品选择中型柴油货车运输（载重8t）运输。

根据上述公式③的方法计算得出，该项目的地面基础部品运输环节产生53,198.74kg 的二氧化碳当量，平均每平方米所需部品运输环节排放1.49kgCO2（表2）。

（3）装配式地面基础部品安装环节

装配式地面基础部品安装比较简单，只需要少量施工机械。该项目安装队伍一共20 人，每人每天可以安装30m2，计算出项目总工程量为60 天。

根据上述公式④的方法计算得出，该项目的地面基础部品安装环节产生103,080.21kg 的二氧化碳当量，平均每平方米所需部品安装环节排放2.9kgCO2（表3）。

表3 装配式地面基础部品安装环节碳排放量3）

（4）装配式地面基础部品运维环节

装配式地面基础部品进入使用运维环节中的碳排放主要是供暖时产生的二氧化碳当量。北京的采暖季从每年的11 月15 日到次年3 月15 日。

根据上述公式⑤的方法计算得出，该项目的地面基础部品运维环节产生16,124.12kg 的二氧化碳当量，平均每平方米所需部品运维环节排放0.49kgCO2（表4）。

（5）装配式地面基础部品拆除环节

装配式地面基础部品拆除环节跟安装环节基本类似，只需要一种施工机械。预计拆除队伍一共20人，拆除工程量约为60 天。

根据上述公式⑥的方法计算得出，该项目的地面基础部品拆除环节产生107,883.90kg 的二氧化碳当量，平均每平方米所需部品安拆除环节排放3.03kgCO2（表5）。

（6）装配式地面基础部品回收环节

装配式地面基础部品回收是将拆除的废弃物运输到垃圾处理厂，水泥砂浆、水泥纤维板、聚苯乙烯板和硅酸钙板比较重，选择重型柴油货车运输（载重30t）来运输，其余产品选择中型柴油货车运输（载重8t）运输。

根据上述公式⑦的方法计算得出，该项目的地面基础部品运输环节产生1873.74kg 的二氧化碳当量，平均每平方米所需部品回收环节排放0.05kgCO2（表6）。

4 装配式装修基础部品全生命周期碳排放分析

4.1 不同环节的碳排放分析

根据上述计算可知，北京市密云区长安新村和南菜园新村回迁房项目35,600m2的装配式地面基础部品全生命周期碳排放量达1,273,830.59kg，单位面积碳排放量达35.78kg。其中：基础部品生产环节的碳排放量最大，占总量达78%；其余环节的碳排放占比非常小（表7）。

表7 中数据结果也可以直接反映装配式装修基础部品的核心特点。装配式装修核心本质是将传统装修现场手工作业方式转变成工业产品，从而大幅提高室内装修基础构造的建造效率。产品经过工厂生产集成，在现场高效安装，替代了传统低效率、手工作业模式。因此，产品生产环节的能源消耗占较大比例，而在运输、安装等其他环节的能耗比例降低。

4.2 与传统装修碳排放量对比分析

若该项目采用传统装修的方式进行地面装修，则所需的材料、工具变化较大。主要的材料及工具数据如表8。

从表8 可以看出，传统地面装修的主要材料重量（不包括水）是装配式地面装修的主要材料重量的4.47 倍。由于材料需求量的大幅上涨，带来了材料生产环节、运输环节、安装环节、拆除环节及回收环节的碳排放量的大幅上升（表9）。

表1 装配式地面基础部品生产环节碳排放量1）

表2 装配式地面基础部品运输环节碳排放量2）

表4 装配式地面基础部品运维环节碳排放量4）

表5 装配式地面基础部品拆除环节碳排放量5）

表6 装配式地面基础部品回收环节碳排放量6）

表7 该项目装配式地面各阶段碳排放量

表8 项目采用传统地面装修所需主要材料及工具7）

表9 装配式装修地面与传统装修地面做法的碳排放量对比

根据碳排放量数据对比，装配式装修地面比传统装修地面做法减少碳排放量达73%。除了运维环节，两种地面运维使用阶段均是供暖产生的碳排放，数据基本一致。其余各环节的碳排放均有较大差异。

5 装配式装修基础部品发展意义重大

5.1 基础部品显著提升装修绿色低碳发展水平

长期以来，装修行业高耗能、高污染、高浪费的发展局面急需改变，寻找一条绿色低碳循环的发展道路。装配式装修恰好满足了绿色低碳的发展方向，从上述实际项目碳排放分析结果可以看出，仅在地面层面，装配式地面比传统地面做法减少碳排放量达73%。若计算全屋装配式装修的碳排放量，预计至少比传统装修做法减少80%。

基于装配式装修技术具有非常显著的节能减排作用，符合环保绿色的特点，可以大力促进我国装修行业乃至绿色建筑行业的减排降耗。因此，采用装配式装修基础部品，使得室内基础构造装修实现高效益、高质量、低消耗、低排放的建设目标；同时减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，更有利于促进装修与数字化的结合[14]。

5.2 基础部品显著提高装修的建造效率

基于工业化、标准化的理念，基础部品使得装修效率得到大幅提升。比如，室内隔墙，传统装修方式是瓦工现场搅拌砂浆，再将砌块一块一块地堆砌起来，同时用砂浆粘接并注意整齐度，最后挂网抹灰，等待干燥。整个过程耗时、耗人工手艺、耗水。而装配式装修中采用标准化的装配式隔墙产品，产业工人搬运到现场直接安装，无需手艺工人、无需水，且效率提高80%。

以90m2室内装修为例，每天2 人施工测算得出，装配式装修基础构造部分仅用33 个工日，但是传统装修基础构造部分需要107 个工日。而装配式装修所需要的饰面材料和通用部品，比如包覆板、木地板、瓷砖、石膏板、铝扣板等材料以及五金洁具、马桶、橱柜、门等部品，跟传统装修施工所需的饰面材料和通用部品基本没有差别，且两者的施工效率基本无差别。因此，可以看出装配式装修主要提效在于基础部品，而饰面材料以及通用部品的建造效率几乎没有变化（图9）。因此，我们认为，加快基础部品研发和推广是提高装修效率的重要抓手。

图9 传统装修工日与装配式装修工日对比（以90m2 、每天2 人施工测算）

5.3 基础部品显著优化装修的成本结构

装配式装修正是通过对通用化的、标准化的基础部品进行工业化规模生产，对原装修的基础构造材料进行集成创新研发，以此大幅降低装修中的人工费用占比，减少对手艺工人的依靠，降低人口红利消失对装修行业的影响。如图10 所示，在基础构造中，传统装修的人工成本和材料成本比例相同，但是采用装配式装修后，材料费比例已经远远超过人工成本，可以看出装配式装修对人工的依赖度明显下降。

图10 基础构造中不同装修方式的各成本占比（9 .图10 绘制：石利汝）

根据规模经济理论，基础部品进行大规模工业化生产后，产品单位成本逐渐下降。但是人工成本随着行业劳动力数量下降反而逐年上升，传统装修由于人工成本上涨，装修的综合成本持续上涨；但是采用装配式装修方式，由于基础部品的产品成本下降，装修的综合成本也随着下降。从实际项目来看，目前，装配式装修的综合成本已跟传统装修成本十分接近；预计未来3 ～5 年内，随着基础部品成本不断下降，装配式装修的成本将逐渐低于传统装修成本，装配式装修的市场接受度必然会得到相应提升。

6 结语

与传统装修相比较，装配式装修具有非常显著的优势。特别是基础部品，是发展装配式装修的核心产品，在推动装修行业绿色低碳发展、提高装修建造效率、优化装修产业生产力结构方面均有比较突出的优势。近年来，我国积极鼓励发展装配式装修，但基础部品的市场应用比例和工业化程度仍偏低，随着政策要素和市场要素共同推动，装配式装修必然将实现全面的规模化落地。□