建筑全生命周期的碳排放即是建筑物化、使用和拆除处置各阶段的各类温室气体排放量与其全球气候变暖影响潜能特征当量因子相乘所得到的总和。能源的碳排放因子包括单位质量能源从开采、加工、使用各个环节中排放的温室气体转化为CO2量的总和。IPCC对不同种类煤进行测定，其他组织机构均把煤作为一种综合的能源对其综合碳排放因子进行测定。......
2023-10-09
预制装配模式特点：全生命周期碳排放模型
【摘要】：预制装配的基础元素指的是输出的形式或构型。从预制构件的出现，到组件的发展，再到单元模块的预制装配，不仅构件的集成化生产和装配技术得到了长足的进步，现场建造的逻辑较传统的现场施工方式也发生了显著的质的变化。而“构件—组件—模块”这一工业化预制装配模式的特点也将贯穿建筑碳排放全生命周期的各个阶段。
1.集成化（构件—组件—模块）
随着工业化生产技术的发展，从门、窗相对简单的构件到更整体的单元模块的集成化产品开始全面地实现了工厂预制。预制装配的基础元素指的是输出的形式或构型。构件、组件、模块是预制装配式建筑的一般分类方法。这种分类方法没有标准的行业名称，而是一种简单便捷的分类方式，它们之间没有明确的界定，构件、组件、模块的分类用来描述在现场装配前，工厂生产阶段预制集成度的高低［1］。如图3-1所示。
表3-2 传统现场建造模式与工业化建造模式区别
资料来源：作者自绘。
图3-1 材料—构件—组件—模块（预制集成度越来越高）
资料来源：Smith R E.Prefab architecture：A guide to modular design and construction［M］.Hoboken，N.J.：John Wiley and Sons，2010：128.
构件：建造的基本要素，即单一功能的建造单元，当材料被加工成构件就具备了明确的建造功能，如预制混凝土柱、梁等，如图3-2所示。
图3-2 构件类型
资料来源：Smith R E.Prefab architecture：A guide to modular design and construction［M］.Hoboken，N.J.：John Wiley and Sons，2010：109，113，139.
组件：即若干功能组合的构件集成体，如将设备管道、电路接口、保温隔热材料、窗户等集成的墙板，如图3-3-1和图3-3-2所示；随着建筑工业化的发展，组件的类型越来越丰富，集成度也越来越高。混凝土预制技术就是组件集成化发展的一个典型代表。相比较现浇混凝土构造技术，预制混凝土构件的生产制造整合了不同构件乃至设备管线的安装技术，提高了建造效率和品质。早期，预制混凝土工艺生产的构件类型有限，集成度较低。经过一百多年的发展，现代预制混凝土制造技术不仅实现了完全的自动化生产，还将设备管道、电路接口、保温隔热材料、窗户甚至外层饰面都集成在墙板构件中，实现了高度集成的墙体组件。
图3-3-1 组件1：Bensonwood设计建造的零能耗联合住宅
资料来源：Smith R E.Prefab architecture：A guide to modular design and construction［M］.Hoboken，N.J.，：John Wiley and Sons，2010：293.
图3-3-2 组件2：远大住工
资料来源：作者自摄。带飘窗、装饰面层和保温层的预制墙板、叠合板组件预埋管线、预装插座和预开窗洞的墙板组件(www.chuimin.cn)
模块：即由若干组件构成的空间装配体。装配集成化程度越高，现场施工越简洁集中，如图3-4所示。构件预制技术的成熟是模块化装配技术成型的基础，只有当越来越多的零部件都在工厂生产，才能像汽车制造业那样将建筑的组成部分也进行模块化的区分，然后由不同的分包商完成不同的部分，最后在现场进行总装。
图3-4 模块（O'Connell East事务所设计24层高的学生公寓，2010）
资料来源：Smith R E.Prefab architecture：a guide to modular design and construction［M］.Hoboken，N.J.：John Wiley and Sons，2010：161.
由于建筑类型丰富，形式多样，体量差异大，因此不像有限类型的汽车可以进行统一的模块化区分，即便是功能高度相似，但制造商不同的建筑产品，根据企业不同的制造工艺和生产流程，模块的划分也不尽相同。尽管有着显著差异，但模块的基本划分方法和原则是确定的，关于建筑“模块”的概念有两种划分方式：第一种与制造业类似，即按照产品的构成要素，建筑产品模块可以划分为结构、围护体、基础、设备这四种类型模块，这些主要模块根据具体的建造方式可以进一步细分，比如围护体可以细分为外围护体和内装模块，外围护体还可以分为屋顶、墙体模块等。而第二种划分方式是“建筑”所特有的，以单元空间为基础的装配模块概念，是以第一种模块概念为基础的技术拓展。以单元来划分模块可以最大限度地利用标准化制造技术，将结构、围护体以及设备集成于统一的单元模块中，充分发挥场外预制的优势。本书这里所说的“模块”是指第二种划分方式。
从预制构件的出现，到组件的发展，再到单元模块的预制装配，不仅构件的集成化生产和装配技术得到了长足的进步，现场建造的逻辑较传统的现场施工方式也发生了显著的质的变化。从单一构件，到成组的组件，再到成块的单元，装配的对象越来越大，步骤却越来越简洁。而“构件—组件—模块”这一工业化预制装配模式的特点也将贯穿建筑碳排放全生命周期的各个阶段。
2.工厂化（“现场—工厂”转移）
传统的现场建造理念统领的建筑开发，建筑体系、结构体系的设计，及施工营造各自独立，施工湿作业，采用半手工半机械的方式；而工业化预制装配模式提供了一个在工厂制造建筑的新模式，采用产业化方式在工厂里制造各种建筑构件，再通过工业化装配技术在现场科学合理地组织施工，发展施工专业化，提高机械化水平，减少繁重、复杂的手工劳动和湿作业；发展建筑构配件、制品、设备生产并形成适度的规模经营，为建筑市场提供各类建筑使用的系列化的通用建筑构配件和制品；制定统一的建筑模数和重要的基础标准（模数协调、公差与配合、合理建筑参数等）。
建筑构件等的生产企业是施工转移的载体，通过这个载体使建筑走上工业化道路。工厂承担了传统模式中建筑承包企业的大部分工作，它和施工企业不同，具有制造企业的特点，就一个建筑构件而言，可以按照制造业组织生产。
以北京万科工业化住宅实验楼预制装配建造为例：其预制构件的“工厂生产阶段”流程依次是：工厂模具制作、绑扎钢筋及预埋件、混凝土浇筑与振捣、脱模、养护、装修；“工业化物流阶段”可细分为：装运（将构件吊装至专用运输车辆）、运输、二次搬运（将构件吊装至堆放场地）；“工业化装配阶段”装配流程大致分为：预制构件吊装、装配施工护栏、安装阳台支架、浇筑连接楼板，及梁、整体浴室吊装等。
由于“施工现场—制造企业”的转移，建筑碳排放周期也随之发生改变，由“建筑施工阶段碳排放”细化扩展为“工厂生产阶段碳排放”“物流阶段碳排放”“装配阶段碳排放”三个阶段，这三个阶段的划分遵循工厂加工及施工装配工艺的规律和特点，从而建立全新的符合工业化预制装配模式特点的、可控的、具体明晰的碳排放模型。
3.循环的全生命周期
传统的现场建造模式是线性、串行、被动的。其碳排放量的统计仅仅是各阶段的简单累计，各阶段之间线性联系、相互独立，在建材开采和生产阶段、建筑施工阶段、建筑使用和维护阶段、建筑拆除和回收阶段的四个阶段中，碳排放计算是相互割裂的，如图3-5（左）中所示。
而工业化预制装配建造模式是并行、循环、主动的，其全生命周期的碳排放量取决于各阶段之间的相互制约，在建材开采和生产阶段、工厂化生产阶段、物流阶段、装配阶段、建筑使用和维护更新阶段、拆卸与回收阶段的六个阶段之间是并行、闭环的关系，如图3-5（右）所示。相比较传统的建造模式，只有“材料再生利用”；而工业化预制装配模式，由于在工厂生产环节“材料—构件—组件—模块”的层级划分，可回收利用的对象存在于全生命周期的各个阶段，且对象的形式也变得更加多元，包括：材料回收，构件（组件、模块）循环再利用，构件（组件、模块）更新、置换等。
图3-5 循环的建筑全生命周期（左：传统建造方式，右：工业化建造模式）
资料来源：作者自绘。
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