區(qū)域土方平衡在建筑業(yè)“碳達峰、碳中和”中的應用

陳銘

摘要：建筑行業(yè)碳排放一直處于較高水平，在目前“碳達峰、碳中和”新的發(fā)展要求下面臨巨大挑戰(zhàn)。通過對建設工程產生的建筑垃圾/土方進行區(qū)域土方平衡應用研究，可以大大提高資源利用效率，減少運輸過程，從資源產生、消耗及排放等各方面減少碳排放。本篇文章就區(qū)域土方平衡的概念及應用進行探索研究，為建筑業(yè)節(jié)碳減排尋求路徑。

關鍵詞：土方平衡;資源化;碳排放

Abstract： The construction industry has always been at a relatively high level of carbon emissions， and is facing huge challenges under the current new development requirements of "carbon peak and carbon neutrality". By applying research on the regional earthwork balance of construction waste/earthwork generated by construction projects， the efficiency of resource utilization can be greatly improved， the transportation process can be reduced， and carbon emissions can be reduced in terms of resource generation， consumption and emissions. This article explores and studies the concept and application of regional earthwork balance， and seeks a path for the construction industry to save carbon and reduce emissions.

Keywords： earthwork balance; resource utilization; carbon emission

引言

人類在生產經營活動中無法離開能源的消耗，甚至能源消耗在一定程度上反映出人類經濟發(fā)展的速度。但長期以來，人類主要是依靠煤炭、石油等化石能源，過程中向外界排放大量溫室氣體（二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫等），因此碳排放是目前公認的導致全球變暖的原因之一。如何減少碳排放，保護人類賴以生存的地球，全球都在努力。2020年9月22日，在第75屆聯合國大會上，習近平主席向國際社會做出莊嚴承諾，中國力爭二氧化碳排放2030年前達到峰值、2060年前實現碳中和。而據不完全統(tǒng)計，建筑業(yè)占全球能源和過程相關二氧化碳排放的近40%，且目前還是增長趨勢。因此建筑業(yè)當前的排放水平對碳達峰、碳中和目標實現構成嚴峻挑戰(zhàn)。本文僅就建筑業(yè)中運用區(qū)域土方調配平衡進行探索研究，為實現“碳達峰、碳中和”目標尋求路徑。

1碳排放和碳達峰

碳排放是人類生產經營活動過程中因消耗含碳化石能源而向外界排放溫室氣體的過程。由于碳排放會導致全球變暖，因此減少碳排放成為當前環(huán)保熱門話題。而碳達峰是指某一個時點，二氧化碳的排放不再增長達到峰值，之后逐步回落。由于我國處于高速發(fā)展階段，對傳統(tǒng)含碳化石能源依賴較大，碳排放量還在不斷增長，因此要實現碳達峰必須減少碳排放，直至二氧化碳的排放達到峰值后回落。最直接的路徑就是勇于創(chuàng)新、轉換思路，直接或間接減少含碳化石能源的消耗。因此本文所述區(qū)域土方調配平衡就是通過直接和間接減少資源消耗和運輸消耗，以實現減少碳排放。

2建筑業(yè)土方使用痛點

建筑業(yè)在施工過程中由于拆遷、地形降標高、基坑開挖等會形成大量的建筑垃圾，這些建筑垃圾以往都是通過車輛外運進行填埋處置。同時又因為道路工程的路基、灰土結構層回填施工，地下結構四周及頂面回填施工及地形造坡等需要大量土方等材料進行回填。如此外運再回填，不僅為工程建設增加外運棄置成本和回填土購置及運輸成本，也因外運出土難制約工程進度，同時大量的車輛運輸也產生海量的碳排放。以南京為例，建筑行業(yè)面臨出土難的痛點，南京已沒有規(guī)?；恼?guī)渣土場，只能長途運輸至鎮(zhèn)江句容和安徽馬鞍山等地，單趟運距甚至遠達上百千米，加上只能夜間運輸，運輸效率非常低。隨著環(huán)保嚴控，相關地市渣土政策也在收緊，出土難已嚴重影響工期，影響城市的建設和發(fā)展?？梢哉f簡單的渣土棄置及相關大量車輛長距離運輸給城市管理、環(huán)境污染、碳排放控制帶來一堆問題，不是長久之計，就近資源化利用迫在眉睫！

3區(qū)域土方調配平衡的概念

土方平衡并不是一個新的概念。在條件合適的建設項目中，同時存在部分土方開挖和回填需求，通過科學合理的計算和調配就可以讓需開挖的土方直接或通過中轉后再回填到需要的回填點，可以有效的減少土方的外運量，大大節(jié)約外運處置費用和回填土方購置及運輸費用，減少垃圾回填對土地資源空間的占用，同時因外運、回填運輸的減少直接減少汽車運輸帶來的碳排放，及運輸帶來的揚塵和安全風險。因此，土方平衡對節(jié)約工程投資和環(huán)境保護是非常有利的。不過往往很多建設項目由于單個項目場地空間有限和工期緊張，就單個項目很難充分利用土方調配平衡，更多的是迫不得已的外運棄置。但如果我們將土方調配平衡從單個項目擴大到一定區(qū)域范圍甚至整個城市，那么單個項目的場地限制和工期因素問題則不再是難題。在一個城市區(qū)域范圍內，通過整體規(guī)劃結合原地形資料可以測算出區(qū)域規(guī)劃建設過程中所需的挖土量和填土量，再統(tǒng)籌區(qū)域建設項目建設計劃時序對挖填土進行合理的調配，通過總體管控，統(tǒng)一調配，實現土方源頭自平衡，固廢資源再利用，達到區(qū)域內土方平衡，實現“零外運”目標。

4解決方案

4.1規(guī)劃先行

要想達到區(qū)域土方調配平衡，甚至“零外運”的目標，區(qū)域整體統(tǒng)籌建設規(guī)劃非常重要。簡單來說，建設項目整體土方是挖是填，很大程度上由工程豎向設計標高決定。因此通過區(qū)域整體規(guī)劃確定合理的城市規(guī)劃豎向標高，可以在理論上有效的將區(qū)域內挖填土方實現平衡。目前BIM/CIM、航拍及傾斜攝影等相關技術的發(fā)展，對城市整體及具體地形測繪已經實現，通過先進、合理的計算模型對區(qū)域土方挖填平衡設計已可以實現。

4.2建筑垃圾資源化利用

建筑垃圾并不是真正的垃圾。隨著環(huán)保理念的更新，目前已不存在真正的垃圾，通過合理的資源化利用絕大部分垃圾都可以變廢為寶，建筑垃圾更是如此。拆遷工程產生的混凝土塊、磚石可以再加工成骨料，鋼筋、門窗可以回收，建筑渣土里土質較好的黃土是非常好的素土回填材料，其余挖棄土以一定的配合比與土壤固化劑集中廠拌成為了水穩(wěn)性更強、強度更高的固化渣土，作為道路基層用料，或者直接用來對河塘低洼區(qū)域或地形造坡回填。因此，通過建筑垃圾資源化利用可以大大減少建筑垃圾的外運量，降低土方調配平衡壓力。

4.3區(qū)域土方調配平衡

4.3.1平衡方案規(guī)劃設計

在區(qū)域總體規(guī)劃控制下，運用航拍/傾斜攝影等技術對城市區(qū)域范圍進行地形測繪，通過建立城市CIM模型和相應計算模型可以非常方便的對區(qū)域挖土、填土進行計算、模擬，再統(tǒng)籌區(qū)域建設項目的建設時序，形成區(qū)域土方調配平衡規(guī)劃設計方案，用以指導后續(xù)的土方調配平衡管理工作。

4.3.2土方平衡管理

進行區(qū)域性的土方調配平衡涉及數據量龐大的土方挖填及運量管理，傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計已無法滿足需求，必須通過信息化手段來解決。結合物聯網、電子圍欄、AI、大數據等手段，建立智慧管控平臺系統(tǒng)，對工地、土場進行電子圍欄管理，對工程運輸車輛采用車載衛(wèi)星定位管理，實時掌控挖填土方量及土方運輸流向，有效進行土方調配平衡管理。

通過智能算法，結合整體土方調配平衡規(guī)劃方案和建設項目施工進度，綜合挖填量、時間、空間、運距等多因素，智能匹配合適的回填點。在運輸過程中，對土方挖運實行準運管理，通過車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)和出土、填土點電子圍欄對運輸車輛進行軌跡監(jiān)控、雙向簽到、統(tǒng)計，有效掌握土方運輸，避免違規(guī)偷運偷倒，同時對挖運土方量可以實時掌握、及時調配，實現土方“零外運”平衡。

4.3.3土方銀行

受限于土方挖填兩端施工節(jié)點、場地條件，部分土方在挖運時暫時沒有需要回填的項目匹配，不能實現挖填平衡，這也是以往很多項目無法進行土方平衡利用的根本原因。這時候可以選擇合適的場地進行臨時中轉存放，待有項目需要回填時再運出，這就是“土方銀行”。土方銀行利用空間條件有效的解決了挖填雙方時間上的不匹配難題，避免土方因時間、空間條件限制而只能外運棄置，大大提高了土方利用可能性。

5應用案例

5.1南京南部新城

南部新城位于南京市主城南部，以南京南站為中心，總用地面積164平方公里，規(guī)劃人口約160萬，定位為以交通樞紐、現代金融服務業(yè)、軟件（智慧）產業(yè)以及居住為主。南部新城的土方平衡是建立資源再利用廠，將建筑廢棄物全部集中，再分別進行加工處理，如加工成再生骨料，應用于道路建設;也可以將建筑廢棄物加工成再生填料，應用于道路回填和部分區(qū)域的墊高。通過對區(qū)域內建筑廢棄物的再利用，南部新城基本實現區(qū)域土方零外運，大大減少了車輛運輸消耗。

5.2某規(guī)劃新區(qū)

該規(guī)劃新區(qū)占地約22平方公里，規(guī)劃區(qū)域內建設項目產生的建筑垃圾分為兩大類：一類是固廢垃圾，大約160萬方;一類是工程渣土，總填方1680萬方，總挖方1675萬方，基本平衡。

一方面規(guī)劃區(qū)域建設一個3-4條生產線的渣土資源化利用廠，滿足規(guī)劃區(qū)域建渣和渣土資源化利用需求。其中廠拌渣土固結利用較外購成品灰土和渣土外棄每噸節(jié)約181-145=36元/噸， 規(guī)劃區(qū)域按照600萬噸計算，可節(jié)約政府投資約108600-87000=21600萬元，同時具有良好的社會效益（從根源上減少渣土運輸擾民和交通事故等）和環(huán)境效益（從根源上減少渣土堆放占用土地和揚塵等，渣土不外運，直接降低工程車輛運輸碳排放）。

另一方面通過建設智慧化土方調配平衡管理平臺，運用物聯網、電子圍欄、AI、大數據等手段，對工地、土場進行電子圍欄管理，對工程運輸車輛采用車載衛(wèi)星定位管理，實時掌控挖填土方量及土方運輸流向，進行土方調配平衡管理，實現土方“零外運”。

6結束語

通過對上述區(qū)域土方平衡應用的研究探索及應用，我們覺得其一方面是減少土方外運，降低工程建設成本，減少運輸車輛的遠距離運輸，降低碳排放;另一方面通過工程渣土再利用，提升建筑固廢的資源再利用率，利于無廢城市發(fā)展，同時提升經濟效益;另一方面也減少回填土的土源購置和運輸費，降低工程建設成本，減少運輸車輛的遠距離運輸，降低碳排放。因此，通過區(qū)域土方平衡應用，減少資源消耗、生產，同時從外運、回填兩方面都大大減少了運輸，減少高碳排放生產環(huán)節(jié)。

隨著此類技術的成熟及廣泛應用，通過科技化、信息化的手段實現建筑業(yè) “碳排放的監(jiān)測、管理和降低”，從碳中和額管理目標出發(fā)，通過綠色施工，做到節(jié)能減排，從建設源頭減少碳排放。采取智能調配管理和就近運輸，做到運輸降排。在末端處置上進行合理調配，做好土方平衡和資源再利用。通過數字化監(jiān)管建筑行業(yè)相關生產、運輸、中轉、回填、受納、調度、利用等“碳減排、碳中和”措施的實施，最終支撐“碳達峰、碳中和”目標的早日實現。

（作者單位：南京精筑智慧科技有限公司）