基于碳中和理念的西安幸福林带城市更新技术*

王 瑾，郝雨霏，令狐延，范明月，，马慧勇

(1.中建丝路建设投资有限公司，陕西 西安 710075； 2.中建西安幸福林带建设投资有限公司，陕西 西安 710043)

0 引言

2020年9月22日，中国国家主席习近平在联合国大会上表示：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和”。2020年12月，习近平总书记在中央经济工作会议中指出，做好碳达峰、碳中和工作，要加快调整优化产业结构、能源机构，推动煤炭消费尽早达峰。2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上指出，实现碳达峰、碳中和是异常广泛而深刻的经济社会系统性变革，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。

建筑业是国民经济的支柱产业，但仍属于资源密集型、消耗型行业。2018年全国建筑全过程CO2排放总量为49.3亿t，占全国碳排放总量的51.3%[1]，其中建材生产阶段碳排放比重为28.3%、建筑施工阶段碳排放比重为1%、建筑运行阶段碳排放比重为21.9%[1]。建筑业节能减排成果将对国家实现“碳中和”目标产生重要影响[2]，减少建筑业对生产资源高度依赖和巨大浪费，推动低碳建筑、绿色建造，推动生产方式从资源驱动向创新驱动转变，可以实现建筑行业的可持续发展[3]，践行新发展理念，助力实现“碳达峰、碳中和”目标。

西安幸福林带项目通过在设计、施工、运营三大重要碳排放环节集成应用绿色建造与智慧建造技术，有效减少项目碳排放总量，助力实现区域内“碳中和”(见图1)。项目的成功实施为后续大体量城市更新项目绿色建造提供了借鉴经验。

图1 幸福林带项目效果

1 工程概况

幸福林带项目最早于1953年由苏联专家提出，用于隔离军工企业生产、生活区域，由于多种历史原因一直未实施。2003年时任西安市委书记栗战书提出“还林于民”，幸福林带建设被重新提上日程。2012—2016年，经过多轮讨论深化，西安市政府通过了幸福林带区域的总体规划、控规及概念方案。2017年1月，中建集团与西安市政府签署《幸福林带项目PPP合同》，幸福林带建设进入实施阶段。

幸福林带项目南北长约5.85km，东西宽约210m(见图2)，总用地面积123万m2(约合1 843亩)。项目建设内容包括地铁工程5.85km，综合管廊12.3km，市政道路12.4km，地下空间70.66万m2(其中商业及公建配套42.6万m2，地下车位7 600个)[4]。

图2 幸福林带项目

幸福林带地上景观绿化面积75.6hm2(约合1 134亩)，绿化覆盖率达到85%。林带全段种植高大乔木约25 000棵，灌木约22 000株，地被约40万m2，如图3所示。

图3 幸福林带项目实景

项目于2017年6月开工，建设期4年，计划于2021年7月投入运营，运营期为21年。

2 绿色设计技术应用

幸福林带项目全段按照绿建二星标准设计，图书馆、文化馆按照绿建三星标准设计，并配合采用一系列节能措施，降低能耗，减少碳排放。通过绿建设计方式集成应用，幸福林带项目获得了德国绿色建筑DGNB铂金证书。

2.1 结合风向与地裂缝走向实现自然通风

幸福林带位于西安市城东区域，常年风向东北偏东，与林带地裂缝走向基本一致。项目对建筑布局优化设计，将地裂缝范围规划为下沉广场，不仅从结构安全上满足设计需求，还可以借助室外风走向来加强自然通风，减少室内活动区域的漩涡和无风区。

与此同时，通过与新风系统有机结合，在正常天气条件下优先自然通风，恶劣天气条件下(如雾霾天气)采用新风空调结合PM2.5净化系统解决室内通风问题。通过自然通风减少区域建筑能源消耗，从而减少碳排放。

2.2 下沉广场、雨滴开口设计实现地下空间地上化

通常情况下地下空间需要通过空调、新风系统实现空气流通，即便如此，潮湿、阴暗、空气质量不高等情况也时常发生。

幸福林带项目通过敞开空间设计，实现地下空间地上化。项目全段设计23个下沉广场，34个形如雨滴的“雨滴开口”(见图4)，平均每100m左右有1个开放空间，通过下沉广场和雨滴开口，将阳光、空气、雨水引入地下，不仅提高了地下空间的空气质量，缓解了地下空间压抑、逼仄的环境，解决了地下空间消防难题[5]，还有效降低了建筑能耗，降低了碳排放。

图4 “雨滴开口”设计

2.3 通过屋顶绿化降低建筑能耗

幸福林带项目全段采用屋顶绿化形式，在地下空间顶板上方预留不低于2m厚的覆土进行绿化种植，将建筑物变为可生长、可呼吸的生态建筑(见图5)。利用土壤稳定的抗温度波动特性，有效隔绝外界环境气候对室内空间的干扰，减少冬季和夏季室内空调负荷，降低建筑能耗、节约能源资源。

图5 电影院屋顶绿化

2.4 使用地源热泵节约运营成本

地源热泵是以地下土壤层为冷(热)源对建筑物进行供暖、供热水和空调供应的技术(见图6)，全年运行情况稳定，不需要其他辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷，是一项高效节能型、环保型并可实现可持续发展的新技术。幸福林带项目采用结合筏板的地源热泵系统，既不会污染地下水，又不会影响地面沉降，有效减少了能源消耗，同时实现了安全环保。

图6 地源热泵原理

3 绿色施工技术应用

绿色施工技术可以有效降低建筑施工过程能耗，实现资源节约和取得较好的环境效益[6]。幸福林带项目全面应用绿色施工技术，在节能、节地、节材、节水等方面大量应用绿色施工技术，减少能耗、节约资源、保护环境。

3.1 节能技术

项目在施工现场大量使用太阳能照明电杆、风动发电照明、太阳能庭院灯。使用自然资源实现“一举三得”，既减少了能源和电线的使用，也节约了布线的人力成本。

3.2 节地技术

项目部初期利用周边已有建筑1 300m2作为项目办公场所，在林带地下空间建成后利用夹层空间办公，既节省了土地空间的使用，也避免了搭建临时办公场所所需的建筑材料浪费。

3.3 节材技术

项目在节材方面一是使用了清水混凝土技术，林带范围内70万m2天花板与8 556根柱(约2万m2)均采用了清水混凝土技术，省去了混凝土抹灰找平工序，节约了约20 000m3的建筑抹灰用水泥砂浆；二是在车库地坪使用高延性混凝土，将10cm厚度减少至2cm。通过大量节省建筑材料，有效减少建材生产环节的碳排放。

3.4 节水技术

项目全部绿化区域采用中水浇灌，按照园林绿化每天2L/m2的用水量计算，1天可节约市政用水1 285t。除此之外，项目还采用了地下水收集利用技术、基坑废弃泥浆现场分离净化技术、雨水就地渗透技术、生态混凝土植被复原技术等。

3.5 装配式机房技术

装配式技术是建筑行业绿色化和低碳化的主要发展方向[7]。林带项目在运用数字化机房施工技术的基础上，为全面施行装配式机电做好技术储备，实现了机房的装配式建造。项目共建设装配式机房10个，建筑面积约4 000m2。实践证明装配式机房安装技术在建设工期、质量保证、成本控制和绿色施工等方面，比传统的人工现场焊接有较大的综合优势，符合绿色环保的发展要求[8]。

3.6 其他绿色施工技术应用

项目还使用了其他绿建技术，包括早拆模板技术、高强钢筋利用技术、施工道路永临结合技术、建筑垃圾粉碎再利用技术等。其中，建筑垃圾粉碎再利用技术解决了巨量建筑垃圾处理成本高、利用率低等问题[9]。

项目还使用了相应环境保护技术实现绿色施工并节省人力资源。但由于环保技术与人力资源节省技术在一定程度上会增加能源的使用，提高碳排放，在本文中不做详细叙述。

4 智慧工地技术应用

智慧工地技术集成应用可以通过信息化的手段提升管理效率，从而减少施工过程浪费，减少碳排放量，实现绿色施工。

4.1 CIM技术优化管理

幸福林带项目通过CIM(city information modeling)全生命周期应用，建立可视三维模型，实现林带内所有设备、资产等数据和信息从模型中即时调用。通过虚拟世界里的“幸福林带”，实现项目高度一体化管理，提升管理效率。

4.2 信息技术提高工作效率

项目一是通过创新的网格化管理模式，采用四级管理架构促进信息传递，实现林带所有道路通车时间提前2个月；二是使用BDP项目管理平台，实时监测项目现场进展情况，优化部门协作机制，日常获取项目数据至少减少3道程序，在不增加管理成本的情况下提高工作效率。

4.3 其他智慧工地技术应用

幸福林带项目智慧工地建设还采用了工地无线节能监测、空气监测及立体降尘喷雾联动、塔式起重机限位及防碰撞远程控制等措施；建立了办公区及生活区智能广播、互联网远程监控及手机APP智能触控展示等智慧工地系统。

5 智慧运营技术应用

根据《中国建筑节能年度发展研究报告2020》，我国建筑运行阶段碳排放总量2019年达到21.1亿t，占总碳排放的21.9%，建筑能效的提升可减排其中3.3亿t的CO2，智慧运营技术的应用可以有效提升建筑能效，从而实现节能减排。

5.1 智慧平台提升管理效率

以建设智慧城市为目标，林带智慧平台具有“六大特性、四大功能”，分别为：全天候运维、泛在感知、异构互联、流式大数据管理、知识发现、系统安全六大特性，可实现多系统无缝打通、3D可视化操作、智能运维分析、智慧应用快速扩展四大功能。平台共设计326个应用点，并预留政务、公安、消防、救护等系统接口，对接西安智慧城市大脑，为智慧城市全面建设奠定基础。

5.2 智慧能源系统实现价值创造

能源管理平台结合各区域游客数量及外界环境条件实时分析，可实现11个空调区段分区自动控温，在保障游客舒适度的基础上节省能源消耗。结合智能照明、楼宇管理等多系统集合，可实现林带范围内每年每平方米节电43度，每年节约成本超1 000万元，同时有效减少了碳排放。

5.3 智慧访客系统保障幸福生活

林带智慧运营平台采集林带系统中基础设施及人、车、物、环境、建筑等各方面的全面感知网络，提供林带即时信息，方便市民游客到访，如图7所示。“幸福市民游客”板块通过智慧导引、扫码识物等9个子系统，方便区域居民25万人、游客上千万人，真正实现“以人为本”的幸福林带。

图7 幸福林带智慧平台

6 项目碳中和效果

6.1 地下空间减排效果

地下空间具有天然的低碳属性，在建筑节能和能源利用方面具有地面空间无法比拟的优势，利用地下空间构建低碳城市，关键在于城市市政、交通、公共空间等系统的地下化，综合化。因此，城市开发地下空间水平越高，城市低碳化水平就越高[10]。

张蓓红等[11]对上海市居住建筑和公共建筑的建筑能耗进行了数据采集与调查，经过统计分析，得到上海市居住建筑和公共建筑的建筑能耗统计资料，商场的全年能耗为1.89GJ/m2，根据统计数据，我国每度电的消耗大概产生0.997kgCO2/kWh。地下建筑不受风霜雨雪和太阳辐射直接影响，工程内的温度波动范围小，冷热负荷均比地面建筑少。地下工程采暖、空调的耗能量约为地面同类型工程的10%[12]，故减少的CO2量为总碳排放量的0.9倍。根据计算可知，幸福林带商业部分因使用地下空间区域每年可减少CO2排放量10.81万t。

6.2 地面绿带减排效果

林带范围内地面绿化为75.6hm2，绿化率为85%，绿化面积共964亩(1亩≈666.67m2)。西安乔木森林每公顷的年碳汇量约为6.98t，本项目绿地每年吸收CO2量为：75.6×6.98×0.85=448.53t。

6.3 智慧运营减排效果

实现林带范围内每年每平方米节电43度，按每度电的消耗大概产生0.997kg CO2计算，CO2减排总量为：426 000×43×0.997/1 000=18 263.05t。

6.4 林带主要措施减排效果

通过将商业空间置于地下、在地面种植乔木森林及智慧运营等节能措施，林带范围内每年将减少CO2排放量为：108 127+448.53+18 263.05=126 838.58kg，即12.68万t。

6.5 林带预估总碳排放量

由于幸福林带暂未投入使用，无法统计建筑物实际能源消耗量，对运营期CO2排放量可按用电量暂估。本项目计划用电总容量8.8万kVA，考虑0.8的功率因素和30%的备用容量，按平均8h使用时间计算，林带实际年用电量为：1 438 976 000kWh，折合CO2排放量为：143 465.91t。

如果本项目不采取地下空间开发、智慧运营等措施，开发同等规模的地上商业综合体总的碳排放量应该是以上实际排放量与减排量之和，即为：

143 465.91+108 127+18 263.05=

269 855.96kg，即26.99万t。

地上植树产生的碳排放也变相减少了本项目总碳排放量，因此，本项目采用碳中和理念及应用相关技术措施，实现的减排贡献率为：12.68/26.99×100%=47%。即本项目各种技术措施的减排贡献率为47%。

其中植树对于减排目标的贡献为：

448.53/(26.99×10 000)×100%=0.17%

所以植树对于减排和碳中和的影响是很有限的，但因为植树能带来氧气的增加和生态环境的优化，因此也是一种有益的减排和碳中和措施。

7 结语

西安幸福林带项目通过绿色建造、智慧建造与智慧运营技术集成应用，实现了该项目运营期年减排近14万t的目标，减排贡献率约为47%，极大地助力了区域碳中和目标的实现。

1)在设计阶段，充分利用绿色建筑理念和设计技术，最大程度降低建设项目在使用阶段的能耗，从源头上减少碳排放。

2)在施工阶段，使用绿色施工和智慧工地技术，通过节材、节水、节能、节地等措施直接或间接减少建设期能耗与碳排放量。

3)在运营阶段，采用智慧运营技术优化管理，方便用户使用，提升管理效率，减少了人力、财力、物力的浪费，有效降低运营期能耗与碳排放。

4)地面植树对于碳中和的贡献不大。

通过对幸福林带项目节能减排技术的经验推广，建设项目可以从设计、施工、运营3个环节减少建筑能耗，实现节能减排，助力我国碳中和目标的实现，对后续城市更新项目具有较大的借鉴意义。