裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放評價指標(biāo)分析

盧 輝

(西安交通工程學(xué)院 西安 710300)

2021年,國務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見指出,要全方位全過程建立健全綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系,嚴(yán)格保護(hù)環(huán)境,有效控制碳排放,確保實(shí)現(xiàn)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰以及2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的雙碳目標(biāo)。

裝配式建筑通過在施工現(xiàn)場裝配預(yù)制梁、板、柱等預(yù)制構(gòu)件而成,構(gòu)配件大部分在預(yù)制廠生產(chǎn),施工現(xiàn)場進(jìn)行裝配。我國目前已經(jīng)全面推廣裝配式建筑施工,建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化是以綠色和可持續(xù)發(fā)展為理念,裝配式建筑具有節(jié)能、環(huán)保的顯著特點(diǎn),能夠較大幅度的減少建筑垃圾的產(chǎn)生。預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放大約占到整個生產(chǎn)過程的80%[1],所占比例較大。為了進(jìn)一步控制裝配式建筑預(yù)制生產(chǎn)過程的碳排放,準(zhǔn)確評價碳排放并提出可行改進(jìn)措施顯得尤為重要。

1 裝配式建筑構(gòu)件預(yù)制及層次分析法

裝配式混凝土建筑是采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì),以工廠化的生產(chǎn)方式預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件,通過施工現(xiàn)場裝配預(yù)制構(gòu)件建造的建筑。預(yù)制構(gòu)件主要包括預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制外墻板、預(yù)制陽臺板、預(yù)制空調(diào)板等,預(yù)制工廠可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理。裝配式建筑的建造過程節(jié)能環(huán)保,與現(xiàn)澆建筑相比較作業(yè)內(nèi)容大幅減少,效率提高。

層次分析法(AHP)可以為決策問題提供簡單易行的決策方法,使用層次分析法分析問題的時候需要將問題層次化為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層三個層次,實(shí)施步驟一般為建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造判斷矩陣、判斷矩陣一致性檢驗(yàn)三個步驟。

2 預(yù)制構(gòu)件碳排放評價指標(biāo)確定

要準(zhǔn)確的分析裝配式建筑預(yù)制過程碳排放,必須合理設(shè)置評價指標(biāo)。李德智以一預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板為研究對象,從疊合板清理模板、安裝鋼筋、安裝預(yù)埋件、澆筑混凝土、養(yǎng)護(hù)、拆模、堆放七個主要生產(chǎn)工序逐一計(jì)算其資源能源消耗及碳排放[2];曹靜等建立混凝土裝配式與現(xiàn)澆住宅建筑碳排放計(jì)算公式,測算比較了構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工階段兩種建筑碳排放的差異,并提出了減碳措施[3]。

本文將從清理模板及支模、綁扎鋼筋及放置預(yù)埋件、澆筑振搗混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)、拆模及預(yù)制件廠區(qū)堆碼六個生產(chǎn)階段建立評價指標(biāo),以CO2氣體排放數(shù)量作為分析邊界。其中目標(biāo)層為裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放,準(zhǔn)則層為清理模板及支模、綁扎鋼筋及放置預(yù)埋件、澆筑振搗混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)、拆模及預(yù)制件廠區(qū)堆碼5個指標(biāo),方案層由清模及支模人工數(shù)、鋼筋加工機(jī)械功率、綁扎鋼筋及放置預(yù)埋件人工數(shù)、混凝土使用量、澆筑混凝土機(jī)械功率、振搗機(jī)械功率、澆筑混凝土人工數(shù)、養(yǎng)護(hù)機(jī)械功率、養(yǎng)護(hù)用水方量、拆模人工數(shù)、堆碼其中機(jī)械功率、堆碼人工數(shù)12個指標(biāo)構(gòu)成。

表1 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放評價指標(biāo)體系

清理模板及支模:生產(chǎn)過程采用定型模板及疊澆法施工,由于要保證模板表面光整,需要對模板進(jìn)行清理;清理之后涂涮隔離劑,根據(jù)各類預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行支模。模板清理及支模主要使用人工而產(chǎn)生CO2。指標(biāo)為清模及支模人數(shù);

綁扎鋼筋及放置預(yù)埋件:包括鋼筋下料、綁扎及預(yù)埋件的放置。在鋼筋下料、綁扎及預(yù)埋件放置過程中使用機(jī)械、人工會增加CO2的排放。指標(biāo)為鋼筋加工機(jī)械功率、綁扎鋼筋及放置預(yù)埋件人數(shù);

澆筑振搗混凝土:鋼筋綁扎及預(yù)埋件放置完成后,進(jìn)行混凝土的澆筑,此階段CO2排放包括混凝土拌制、澆筑、振搗環(huán)節(jié)使用混凝土攪拌機(jī)、振搗機(jī)械、人工以及購買原材料、水、電;指標(biāo)包括混凝土使用量、澆筑混凝土機(jī)械功率、振搗機(jī)械功率、澆筑混凝土人工數(shù);

蒸汽養(yǎng)護(hù):使用養(yǎng)護(hù)機(jī)械及購買水等增加CO2排放。指標(biāo)為養(yǎng)護(hù)機(jī)械功率,養(yǎng)護(hù)用水方量;

拆模:構(gòu)件強(qiáng)度達(dá)到70%以上時,將構(gòu)件進(jìn)行拆模、平移,該階段主要使用人工增加CO2排放,指標(biāo)為拆模人工數(shù)。

3 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放評價模型

3.1 建立評估模型

根據(jù)列出的準(zhǔn)則層5個指標(biāo)和方案層12個指標(biāo)建立裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放評估模型,如圖1所示。

圖1 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放評估模型

3.2 構(gòu)造判斷矩陣

使用1-9 和1-9 的倒數(shù)作為判斷矩陣標(biāo)度。根據(jù)專家打分建立二級指標(biāo)對一級指標(biāo)的判斷矩陣,再將判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理得到標(biāo)準(zhǔn)判斷矩陣,求出各指標(biāo)權(quán)重。

通過對判斷矩陣的計(jì)算分析,得到結(jié)果如表3～表8所示。

表3 A-B判斷矩陣

表4 B2-C判斷矩陣

表5 B3-C判斷矩陣

表6 B4-C判斷矩陣

表7 B5-C判斷矩陣

根據(jù)一致性檢驗(yàn)結(jié)果可知,判斷矩陣A-B、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C 一致性比率都小于0.10,滿足要求。準(zhǔn)則層要素對決策目標(biāo)的權(quán)重如表8所示,其中,拆模、預(yù)制件廠區(qū)堆碼及澆筑振搗混凝土權(quán)重較大,分別為0.4499和0.3623。

表8 準(zhǔn)則層要素對決策目標(biāo)的權(quán)重

經(jīng)過計(jì)算,方案層12個要素對準(zhǔn)則層5個要素的權(quán)重如表9所示。

表9 方案層12個要素對準(zhǔn)則層5個要素的權(quán)重

由上表數(shù)據(jù)可知,方案層要素對準(zhǔn)則層要素的權(quán)重較大的指標(biāo)為堆碼起重機(jī)功率、混凝土使用量、澆筑混凝土機(jī)械功率,分別為0.3533、0.1620、0.1500。

4 結(jié)語

裝配式建筑預(yù)制階段碳排放評價指標(biāo)及權(quán)重的確定,為正確評價裝配式建筑預(yù)制階段碳排放提高依據(jù)。本文根據(jù)裝配式建筑預(yù)制階段施工過程確定碳排放評價指標(biāo),運(yùn)用層次分析法確定出了清理模板及支模、綁扎鋼筋及放置預(yù)埋件、澆筑振搗混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)、拆模及預(yù)制件廠區(qū)堆碼六個裝配式建筑生產(chǎn)階段的碳排放指標(biāo)的權(quán)重,從分析結(jié)果可知,準(zhǔn)則層拆模、預(yù)制件廠區(qū)堆碼及澆筑振搗混凝土權(quán)重較大,方案層堆碼起重機(jī)功率、混凝土使用量、澆筑混凝土機(jī)械功率權(quán)重較大。