卢 辉

(西安交通工程学院 西安 710300)

2021年,国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见指出,要全方位全过程建立健全绿色循环经济体系,严格保护环境,有效控制碳排放,确保实现2030年前实现碳达峰以及2060年前实现碳中和的双碳目标。

装配式建筑通过在施工现场装配预制梁、板、柱等预制构件而成,构配件大部分在预制厂生产,施工现场进行装配。我国目前已经全面推广装配式建筑施工,建筑产业现代化是以绿色和可持续发展为理念,装配式建筑具有节能、环保的显著特点,能够较大幅度的减少建筑垃圾的产生。预制构件的生产过程产生的碳排放大约占到整个生产过程的80%[1],所占比例较大。为了进一步控制装配式建筑预制生产过程的碳排放,准确评价碳排放并提出可行改进措施显得尤为重要。

1 装配式建筑构件预制及层次分析法

装配式混凝土建筑是采用标准化的设计,以工厂化的生产方式预制钢筋混凝土构件,通过施工现场装配预制构件建造的建筑。预制构件主要包括预制柱、预制梁、预制叠合板、预制楼梯、预制外墙板、预制阳台板、预制空调板等,预制工厂可以实现数字化管理。装配式建筑的建造过程节能环保,与现浇建筑相比较作业内容大幅减少,效率提高。

层次分析法(AHP)可以为决策问题提供简单易行的决策方法,使用层次分析法分析问题的时候需要将问题层次化为目标层、准则层、方案层三个层次,实施步骤一般为建立层次结构模型、构造判断矩阵、判断矩阵一致性检验三个步骤。

2 预制构件碳排放评价指标确定

要准确的分析装配式建筑预制过程碳排放,必须合理设置评价指标。李德智以一预应力混凝土叠合板为研究对象,从叠合板清理模板、安装钢筋、安装预埋件、浇筑混凝土、养护、拆模、堆放七个主要生产工序逐一计算其资源能源消耗及碳排放[2];曹静等建立混凝土装配式与现浇住宅建筑碳排放计算公式,测算比较了构件生产、运输和施工阶段两种建筑碳排放的差异,并提出了减碳措施[3]。

本文将从清理模板及支模、绑扎钢筋及放置预埋件、浇筑振捣混凝土、蒸汽养护、拆模及预制件厂区堆码六个生产阶段建立评价指标,以CO2气体排放数量作为分析边界。其中目标层为装配式建筑预制构件生产阶段碳排放,准则层为清理模板及支模、绑扎钢筋及放置预埋件、浇筑振捣混凝土、蒸汽养护、拆模及预制件厂区堆码5个指标,方案层由清模及支模人工数、钢筋加工机械功率、绑扎钢筋及放置预埋件人工数、混凝土使用量、浇筑混凝土机械功率、振捣机械功率、浇筑混凝土人工数、养护机械功率、养护用水方量、拆模人工数、堆码其中机械功率、堆码人工数12个指标构成。

表1 装配式建筑预制构件生产阶段碳排放评价指标体系

清理模板及支模:生产过程采用定型模板及叠浇法施工,由于要保证模板表面光整,需要对模板进行清理;清理之后涂涮隔离剂,根据各类预制构件设计尺寸进行支模。模板清理及支模主要使用人工而产生CO2。指标为清模及支模人数;

绑扎钢筋及放置预埋件:包括钢筋下料、绑扎及预埋件的放置。在钢筋下料、绑扎及预埋件放置过程中使用机械、人工会增加CO2的排放。指标为钢筋加工机械功率、绑扎钢筋及放置预埋件人数;

浇筑振捣混凝土:钢筋绑扎及预埋件放置完成后,进行混凝土的浇筑,此阶段CO2排放包括混凝土拌制、浇筑、振捣环节使用混凝土搅拌机、振捣机械、人工以及购买原材料、水、电;指标包括混凝土使用量、浇筑混凝土机械功率、振捣机械功率、浇筑混凝土人工数;

蒸汽养护:使用养护机械及购买水等增加CO2排放。指标为养护机械功率,养护用水方量;

拆模:构件强度达到70%以上时,将构件进行拆模、平移,该阶段主要使用人工增加CO2排放,指标为拆模人工数。

3 装配式建筑预制构件生产阶段碳排放评价模型

3.1 建立评估模型

根据列出的准则层5个指标和方案层12个指标建立装配式建筑预制构件生产阶段碳排放评估模型,如图1所示。

图1 装配式建筑预制构件生产阶段碳排放评估模型

3.2 构造判断矩阵

使用1-9 和1-9 的倒数作为判断矩阵标度。根据专家打分建立二级指标对一级指标的判断矩阵,再将判断矩阵进行归一化处理得到标准判断矩阵,求出各指标权重。

通过对判断矩阵的计算分析,得到结果如表3～表8所示。

表3 A-B判断矩阵

表4 B2-C判断矩阵

表5 B3-C判断矩阵

表6 B4-C判断矩阵

表7 B5-C判断矩阵

根据一致性检验结果可知,判断矩阵A-B、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C 一致性比率都小于0.10,满足要求。准则层要素对决策目标的权重如表8所示,其中,拆模、预制件厂区堆码及浇筑振捣混凝土权重较大,分别为0.4499和0.3623。

表8 准则层要素对决策目标的权重

经过计算,方案层12个要素对准则层5个要素的权重如表9所示。

表9 方案层12个要素对准则层5个要素的权重

由上表数据可知,方案层要素对准则层要素的权重较大的指标为堆码起重机功率、混凝土使用量、浇筑混凝土机械功率,分别为0.3533、0.1620、0.1500。

4 结语

装配式建筑预制阶段碳排放评价指标及权重的确定,为正确评价装配式建筑预制阶段碳排放提高依据。本文根据装配式建筑预制阶段施工过程确定碳排放评价指标,运用层次分析法确定出了清理模板及支模、绑扎钢筋及放置预埋件、浇筑振捣混凝土、蒸汽养护、拆模及预制件厂区堆码六个装配式建筑生产阶段的碳排放指标的权重,从分析结果可知,准则层拆模、预制件厂区堆码及浇筑振捣混凝土权重较大,方案层堆码起重机功率、混凝土使用量、浇筑混凝土机械功率权重较大。