本文是一篇建筑工程管理论文,本文的主要研究工作及主要结论如下:1)构建了建筑结构全寿命周期绿色评价体系,本文在对国内外绿色建筑评价体系发展现状的研究基础上,提出了一个四级的评价指标体系,依次分别为:项目、类别、条目、指标。分别对建筑工程中结构设计,施工建造,运营维护,终寿/延寿设计阶段进行了详细的评价条目分析。以综合评价体系理论模型为指导,构建了一套建筑结构全寿命周期绿色评价体系。尤其是对延寿环节的指标建立进行了分析论证。
1 绪论
1.1 研究背景与意义
随着我国经济发展和城镇化水平的提高,建设工程活动进程愈发加快。由此导致能源、资源的消耗数量的快速增长,同时建设工程活动对环境的消极影响不断在加强。参考国家统计年鉴发布的数据,用于建设工程活动的材料占比约为 15%,用于建设工程活动的能耗占比约 28%,由建设工程活动造成的污染占比大于34%[1,2]。同时伴随建设工程活动进程加快产生的建筑垃圾数量也剧增,导致对环境产生愈发严重的影响。由于生活水平不断提高,我国居民也逐步提高了对建筑环境水平的要求,所以建设工程活动的环境问题愈发被重视。建筑活动是引起全球大气 CO2 浓度增加的主要来源[3],以联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)报告为依据,计算得到由建筑行业产生的 CO2 占比为 36%[4]。随着对温室气体排放与温室效应相关问题认识的逐步深入,全球开始推行“节能减排”的活动[5]。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出,广泛形成绿色生产生活方式,碳排放达峰后稳中有降,生态环境根本好转,美丽中国建设目标基本实现。在第七十五届联合国大会一般性辩论上,中国首次明确实现碳中和的时间点,二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和[5]。我国建筑业迅猛发展,导致我国碳排放总量高居世界榜首[6],为达到短期减排的目标可以考虑控制生产建造阶段的碳排放。同时广泛推广应用可持续发展理念,开展对建筑结构全寿命周期进行绿色评价,发展绿色建筑是解决我国建筑业环境问题的首选,故发展绿色建筑是低碳社会对建筑业发展的时代要求[7]。
我国绿色建筑处于起始阶段,存在诸多问题需要解决[8-10]:(1)缺乏绿色施工观念;(2)相关政策的扶持较少;(3)施工技术存在缺陷;(4)绿色施工监管不到位。这些表明需要构建一套完整的建筑结构全寿命周期绿色评价体系来对建筑进行客观的评价。发展绿色建筑是在建筑领域实施可持续发展战略的具体体现,而建立绿色建筑评价体系又是促进绿色建筑发展的不可或缺的基础性工作。我国学者在充分研究国内外绿色建筑评价理论的基础上,结合我国特有的国情不断发展和完善了绿色建筑评价体系,颁布了诸如 GB/T 50378-2019《绿色建筑评价标准》[11]等评价体系。
1.2 绿色建筑评价体系研究现状
随着可持续发展理念在建筑行业的推广,绿色建筑评价体系作为衡量绿色建筑环境性能的依据展开了快速发展。
1.2.1 国外研究现状
根据现有研究成果的调查和统计,国际上与绿色建筑评价体系相关的方法、框架和工具就有 100 种以上[14-17],其中具有影响力或市场占有份额较大的评价标准有:
1)美国绿色建筑委员会制定颁布的美国 LEED(Leadership in Energy andEnvironmental Design)评价体系
运用条款评价方法,对共计 69 条子项分别进行评分,每个子项最多可获 1 或2 分,在满足每个评价大项的前提条件的基础上,子项分数相加得到最终分数。在权重体系方面,美国 LEED 体系采用了无权重系统(或线性权重系统)[12],并通过不同指标可获得的最高分数的多少来体现指标重要性的差别。与评价基准比较,即当建筑的某个特性达到规定标准时,便会获得一定的分数,指标项的得分简单相加便获得总得分[13],根据总得分评价结果分成四个等级:认证级(26~32 分)、银奖级(33~38 分)、金奖级(39~51 分)、白金奖级(52~69 分)。此种评分方式简化了操作过程[18-20]。
2)加拿大自然资源部发起制定颁布的 GBTOOL(Green Building Tool)绿色建筑体系
GBTOOL 评价内容包括各项具体标准、建筑总体性能。所有评价的性能标准和子标准的评价等级被设定为从-2 分到+5 分,评分系统中的评分标准相应也包括了从具体标准到总体性能的范围。制定一套百分比的加权系统,各个较低层系的分值分别乘以各自的权重百分数之后相加,得出的和便是高一级标准层系的分值。因此,建筑各个方面的环境性能都可以直观地以分值表达出来。在权重体系方面,GBTOOL 体系采用 4 级权重的方法,共计 6 大领域,120 多项指标,其中前两级权重固定,是整个评价体系的主要评价指标层级,后两级可以根据使用 GBTOOL体系的国家的实际情况自行决定。因此,GBTOOL 体系具有灵活多变的特点和广泛的适用性,但同时这也使评价过程变得过于繁琐,导致整个评价体系在市场推广上难度较大[20-21]。
2 建筑结构全寿命周期绿色性能评价体系
2.1 概述
随着国家经济的发展和城镇化水平的提高,逐年增加的碳排放量要求建筑业尽快的实现从建筑业到制造业的转变,也要求建筑自身更加“绿色”且“可持续”。据相关文献[43,44]的统计,建筑业的碳排放量占据了我国碳排放总量的 30%以上(如图 2.1 所示),因此在不影响建筑使用功能的前提下,采用适宜的技术手段降低建筑能耗,从而减少源于建筑的碳排放,使其成为绿色建筑是建筑业的必然发展趋势。
建筑结构作为建筑骨架,支撑着建筑空间并且满足着建筑可靠性和功能性要求,其作为建筑的重要组成部分对建筑整体的碳排放量亦有显著影响。对建筑结构的全寿命周期评价目前主要针对其安全性、耐久性及适用性。为了转换建筑业能源消耗模式,实现建筑业“绿色化”,走可持续发展道路,对建筑结构的全寿命周期增加绿色评价可以在保证其自身寿命的同时,最大程度的保证所处环境的寿命。建筑结构的全寿命周期可以从结构设计、施工建造、运营维护、终寿/延寿四个阶段进行评价[45]。对建筑结构各阶段的绿色性能进行评价,建立针对建筑结构全寿命周期的评价体系是做到建筑绿色节能的关键。我国现行绿色建筑评价标准虽然覆盖了设计、施工、运营、拆除等阶段,但缺失了对建筑结构延寿阶段的评价。
针对这些问题,本节以建筑结构全寿命周期各阶段为对象,分析了各阶段所涉及的绿色评价指标的设立依据及类型,在现有建筑结构全寿命周期评价体系和绿色建筑评价体系的基础上,提出了建筑结构全寿命周期绿色评价体系。
2.2 建筑结构全寿命周期绿色评价体系的构建
2.2.1 体系架构
为了完整准确的建立一套建筑结构全寿命周期绿色评价体系,首先需要确定指标等级的划分标准及划分方法[46-47]。指标等级划分过少可能使问题分解的不够清晰,指标等级划分过多又会影响评价方法的可操作性。本文依据建筑结构全寿命周期的特点和影响因素,提出一个四级的评价指标体系,依次分别为:项目、类别、条目、指标。该评价体系的“项目”即全寿命周期下的建筑结构的绿色性能,其对应的“类别”依据建筑结构的全寿命周期各阶段划分为结构设计、施工建造、运营维护以及建筑结构终寿/延寿 4 个阶段。以结构设计这一“类别”为例,其下辖“条目”可以分为结构选址、结构选型、建材类型、结构保温隔热性能以及结构隔声等。“条目”进一步深化到下级的“指标”,例如,针对海岛建筑,能否就地取材既是影响其造价的关键,亦可作为建材类型是否绿色的“指标”之一。本文提出的建筑结构全寿命周期绿色评价体系的指标等级如图 2.1 表示。
3 极端气候区建筑结构绿色性能评价体系..........................17
3.1 概论....................................17
3.2 热带海岛建筑结构绿色评价指标体系.......................17
4 建筑全生命周期碳排放计算模型......................29
4.1 引言..............................29
4.2 相关概念界定及研究方法...................................29
5 建筑结构实例碳排放测算...................................45
5.1 引言........................................45
5.2 热带海岛某 FRP-SSC 建筑结构二氧化碳排放量计算..................................45
5 建筑结构实例碳排放测算
5.1 引言
近年来热带海岛区域采用纤维增强复合材料(FRP)、海砂(seasand)和海水(seawater)作为建筑材料,引起了越来越多的关注。例如,复材-海水海砂混凝土(FRP-SSC)结构。以热带海岛区同一建筑结构采用传统材料以及 FRP-SSC 结构为例,定量评估不同材料的碳排放特征和在整个生命周期中的绿色性能,研究复材-海水海砂混凝土对建筑结构的碳排放的积极意义。
以上一章的建筑全生命周期四个阶段二氧化碳排放计算模型为依据,本文选取两个不同气候区的建筑为例进行计算分析对比,夏热冬暖气候区即热带海岛以厦门某建筑为例,严寒地区以哈尔滨某建筑为例。对选取案例的建筑二氧化碳排放计算结果进行全面剖析,对不同阶段建筑的碳排放特点进行对比分析,最后揭示建筑全生命周期各个阶段的碳排放特征。
选取热带海岛某高