完整的“可移动铝合金住宅产品”的建材开采生产阶段的BIM明细表清单参见附录二。表4-1建材开采和生产阶段——可调基脚（组件）的BIM明细表清单1、数量清单2资料来源：作者自绘。②建材碳排放量比例中，铝材和光电板最大，两者之和占统计总量的近90%。③由①、②得出：建材的碳排放量与建材用量不成正比关系。......
2023-10-09
工业化预制装配建筑全生命周期碳排放模型
【摘要】：以“结构体—基础—可调基脚”的工厂化生产为例具体说明，如图4-11所示。完整的“可移动铝合金住宅产品”的工厂化生产阶段的BIM明细表清单参见附录三。表4-6工厂化生产阶段——可调基脚的BIM明细表清单1、数量清单2资料来源：作者自绘。代入以上公式：单个“可调基脚”工厂化生产阶段的耗能量＝0.082×10-3t＋0.0725kWh。
1.碳排放核算
下面是工厂化生产阶段碳排放核算计算步骤。
（1）建立BIM明细表清单1。以“结构体—基础—可调基脚”的工厂化生产为例具体说明，如图4-11所示。
图4-11 14个可调基脚的工厂化生产
资料来源：作者自绘。
BIM明细表清单包括加工工艺流程、加工机械参数（名称、型号、功率或是单位时间耗能量）、加工时间、耗能种类等，以上信息由构件生产厂商即南京鑫霸铝业有限公司提供，如表4-6所示。
完整的“可移动铝合金住宅产品”的工厂化生产阶段的BIM明细表清单参见附录三。
表4-6 工厂化生产阶段——可调基脚的BIM明细表清单1、数量清单2
资料来源：作者自绘。
施工工艺的耗能量＝∑d（Td×Pd） 单位：（kWh）
或 施工工艺的耗能量＝∑y（Ty×Py） 单位：（t）
式中：
（前一公式适用于耗电机械加工，后一公式适用于其他能源机械加工）
Td——第d种施工工艺，第g，z，m种（构件、组件、模块）的加工时间，h；
Pd——第d种施工工艺所使用机械的额定功率，kW；
Ty——第y种施工工艺，第g，z，m种（构件、组件、模块）的加工时间，h；
Py——第y种施工工艺单位时间的能源消耗量，t/h。
代入以上公式：
单个“可调基脚”工厂化生产阶段的耗能量
＝0.082×10-3 t＋0.072 5kWh。
（2）BIM明细表清单1的能耗种类信息代入基础能源数据库查询对应能耗的单位碳排放量，与明细表清单1中的施工工艺的耗能量相乘，得到Wg、Wz、Wm，见公式（3-4）、公式（3-5）：
Wg、Wz、Wm＝∑d（Td×Pd×Ee） （3-4）
或 Wg，WZ，Wm＝∑y（Ty×Py×Ey） （3-5）
代入以上公式：
单个“可调基脚”工厂化生产阶段的碳排放量
＝0.082×10-3t×3.38t/t＋0.072 5kWh×0.7×10-3 t/kWh
＝0.28×10-3 t＋0.05×10-3 t
＝0.33×10-3（t CO2）
注：乙炔的碳排放系数为3.38t/t；电能的碳排放系数0.7×10-3 t/kWh。
（3）通过Autodesk Revit软件得到第g种构件、第z种组件、第m种模块的数量Yg、Yz、Ym，由此生成BIM数量清单2；见表4-6。
（4）得到Wg、Wz、Wm、Yg、Yz、Ym，通过公式（3-3）计算出P2：
P2＝∑g（Wg×Yg）＋∑z（Wz＋Yz）＋∑m（Wm×Ym） （3-3）
代入以上公式，14个“可调基脚”工厂化生产阶段的碳排放量如下：
碳排放量＝0.33×10-3 t×14＝4.62×10-3（t CO2）
2.影响评价（LCIA）
首先，在对“可移动铝合金住宅产品”的工厂化生产阶段进行碳排放计算的基础上进行数据汇总，见表4-7。其次，从“组成部分碳排放比例（模块—组件—构件）”的角度，通过数据分析，确定工厂化生产阶段耗碳量较大的组成部分。
表4-7 工厂化生产阶段碳排放数据汇总
资料来源：作者自绘。
对组成部分碳排放比例（模块—组件—构件）进行数据分析，按住宅各组成部分（包括结构体、外围护体、内装体、设备体）分别统计其碳排放量及比例关系，见表4-8，图4-12，图4-13。
表4-8 组成部分碳排放量及比例关系统计
资料来源：作者自绘。
表4-12 组成部分碳排放比例1(www.chuimin.cn)
资料来源：作者自绘。
表4-13 组成部分碳排放比例2
资料来源：作者自绘。
由表4-8，图4-12，图4-13得：
四大组成部分的碳排放量按从大到小排序：
外围护体＞内装＞结构体＞设备。
3.低碳设计
控制“Yg、Yz、Ym”——即简化构件、组件、模块的品种，实现高效集成化
途径一：标准化、系列化
①标准化
标准化包括构件标准化、标准化接口、机具通用化、工艺标准化几方面。
构件标准化：构件通用化是指将某些使用功能和尺寸相近的构件标准化，从而减少构件种类和数目，达到节材降碳的目的。在“可移动铝合金系列产品”中，运用到的工业铝型材种类丰富，在对比多家铝型材企业之后，设计团队确定了上海比迪APS工业铝型材配件有限公司作为结构型材的供应商。该企业工业铝型材规格齐全，从15系列到100系列，有着十几类近百种不同系列的标准型材可以用于不同空间跨度的承重结构和辅助结构构件；同时，齐全的螺栓、螺母、各种角度的连接件（90°、45°以及各种非标准角度）、塑料封条、异性材等配件为型材的快速连接以及与其他产品的连接提供有力的支持。经过结构工程师的计算和优化，在6m的极限跨度中确定了合理的结构组合形式：主要的承重结构构件柱和梁采用80系列的工业铝型材，具体包括：APS-8-8080、APS-8-8080W，APS-8-80120，如图4-14所示，APS-8-8080W是APS-8-8080的加强版，其通过增加型材的截面厚度增强抗压强度，是可移动铝合金产品的结构系统中最基本的标准结构构件，在跨度不大的情况下，所有的柱梁都采用APS-8-8080W铝型材。
图4-14 80系列的工业铝型材
资料来源：《APS工业铝型材》，上海比迪工业铝型材配件有限公司提供。
工艺标准化：以“外围护：铝制墙板”构件为例，南京某铝业的标准生产加工流程为“销售部下单→技术部制图→采购→来料入库→领料剪板→冲床→折弯→焊接→组装→打磨→检验→包装→检验→成品入库→成品出库→发货→信息回馈”；其中与碳排放直接相关的工艺流程见表4-9、图4-15，包括加工流程、加工区域、施工机械及相关型号、功率和其他参数信息。
表4-9 “外围护：铝制墙板”构件——工厂加工流程及施工机械相关参数
资料来源：作者自绘。
图4-15 铝板的加工工艺流程
资料来源：作者自摄。
②系列化
“可移动铝合金产品”系列：从2011年至2014年，东南大学建筑技术系团队分阶段从简单的集装箱单元铝合金房到可灵活组合的多功能铝合金房，再到功能完善、性能突出的可移动铝合金住宅产品，完成了针对不同需求的可移动产品系列化设计与建造实验。
2012年的铝合金居住产品、2013年的铝合金多功能建筑产品和功能更为完善的铝合金住宅产品，均是在2011年的铝合金集装箱单元房产品原型基础上扩展功能（居住、办公、展览等）后的变型系列化产品，如图4-16所示。
图4-16 可移动铝合金系列化产品
资料来源：作者自摄。
“围护体产品”系列：考虑到不同类型的产品和使用工况，围护体设计团队在两年间先后设计了三种不同类型、配合铝合金结构体系的围护体系列产品，其中两种是铝板复合保温材料的装饰一体化产品，另一种是木板复合保温材料产品，具体如下：
铝板复合泡沫混凝土保温装饰一体化产品：考虑到建筑的防火性能，选用无机保温材料，在对诸多无机保温材料的性能和工艺比较后选用泡沫混凝土为绝缘材料，泡沫混凝土具有轻质高强、抗震性强、整体性好、耐久性高、防水性好的特点；在此基础上研发铝板复合泡沫混凝土保温装饰一体化产品工艺：利用现有的铝板生产技术将墙板、地面板、屋面板在工厂内加工成带肋的特定形式，然后将泡沫混凝土灌入预制的铝板中，再覆以抗裂网格布，等泡沫混凝土凝结后再附上铝箔形成最终产品组件，如图4-17（a）所示。
铝板复合聚氨酯保温装饰一体化产品：相比较前者，聚氨酯质轻，更适于快速安装，且铝板制作工艺简化，适用于对热工性能要求相对较低的可移动建筑产品，如图4-17（b）所示。
双层木板复合岩棉保温墙板：鉴于以上两种围护体的冷桥问题，将保温层与装饰层分开处理，在内保温材料上选择热阻性较好的木工板，在双层木板的空腔内复合回收岩棉增强绝缘性，如图4-17（c）所示。
图4-17 围护板材的系列产品
资料来源：作者自摄。
途径二：模块化
工厂化生产阶段的模块化，包括箱体单元模块、基础模块、交通模块、外部设备模块，其中箱体单元模块包括结构模块、外围护模块、内装模块和内部设备模块；如图4-18所示。
图4-18 工厂化生产阶段的模块化
资料来源：作者自绘。
可移动铝合金系列产品的模块化设计，贯穿于建筑全生命周期的各个阶段，包括工厂化生产阶段、物流阶段、现场装配阶段，如图4-19所示。
图4-19 可移动铝合金系列产品的全过程模块化设计
资料来源：作者自绘。
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