基于构件法建筑设计的装配式建筑建造与再利用碳排放定量方法研究

Building construction consumes a lot of resources and energy, meanwhile, generates a massive amount of greenhouse gasses. It is essential to conduct low-energy and low-carbon design practices in the construction industry. Most of the existing carbon emission studies in the construction industry focus on material production, operation and maintenance phases of the building. This project will focus on optimizing carbon emission during building construction and component reuse phases. These phases have solid impacts on calculating and measuring accurate carbon emissions throughout a building’s lifecycle. The project will determine the following: a) the correlation between carbon emissions and the building material composition; b) the connection between carbon emissions and classification of building components; c) the quantitative carbon emission reduction method using component-based architectural design; d) the connection between carbon emission reduction and building components reuse design; e) the quantitative calculation method of carbon emission throughout a building’s lifecycle based on building components analysis; f) the component-based architectural design method that reduces carbon emissions. With existing research results and experiences, the project team aims to optimize architecture design process and to establish carbon emissions quantitative calculation method. The objectives of this project are: establish a clear understanding of the connection between building components utilization and carbon emission quantity; the correlation between carbon emissions quantitative calculation method and component-based architecture design; and finally, create a component-based architecture design method for low-carbon prefabricated buildings.

建筑的生产活动在消耗资源和能源的同时也产生了大量的碳排放，因此建筑行业的节能减排迫在眉睫。目前的碳排放研究主要关注于建筑的材料生产和建筑运营维护阶段，本项目研究的重点在建筑建造与构件再利用阶段，它们是精确计量建筑全生命周期碳排放量的重要组成部分。本项目研究建筑的基本物质构成和构件分类与碳排放的关联性；研究基于建筑构件建造设计的碳排放定量优化方法；研究基于构件的建筑再利用设计与碳排放优化的关联性；研究基于建筑构件分析法的建筑全生命周期碳排放定量计算方法；研究基于碳排放优化的构件法建筑设计方法。项目在本团队已有的阶段性研究成果的基础上，优化建筑设计过程，夯实碳排放定量方法基础研究，研究目标是理清构件利用方式与碳排放量的耦合关系、以及碳排放的定量方法与构件法建筑设计的共生关系，最后形成低碳化装配式建筑的构件法建筑设计。

装配式建筑是建筑工业化的重要组成部分，新型建筑工业化是我国建设行业发展的必由之路，也是节能减排、实现“双碳”目标的重要途径。目前碳排放研究主要关注于建筑构件的材料生产和建筑运营维护阶段，而建筑建造阶段和再利用方式作为全生命周期中最为复杂的阶段，未得到相应重视，且现有碳排放计算模型并不匹配装配式建筑特点。在此背景下，本项目针对装配式建筑的全生命周期碳排放研究具有现实意义。.主要研究包括六大方面：1）基于建筑工业化模式特征研究，明确了装配式建筑全生命周期的阶段划分，解决了碳排放计算边界统一问题；2）以构件作为承载碳排放定量计算单元，构建了基于建筑构件分析法的建筑全生命周期碳排放定量计算模型；3）针对碳排放因子进行了拓展性系统研究，提出了不同类型车辆和满载率对构件转运阶段碳排放量影响模型；4）建立了构件的建筑再利用设计与碳排放优化关联方法；5）基于IFC建筑碳排放自动计算模型和主动适时调控技术研究，建立了建筑实际建造和再利用阶段碳排放自动量算方法；6）构建了基于碳排放优化的构件法建筑设计方法体系，为提高设计人员对构件的材料组成、建造方式及再利用模式把控程度提供技术支持。.研究成果的创新性在于，为低碳化装配式建筑构件化设计理论与方法，以及装配建造系统的碳排放量算和评价体系提供理论和技术支持。本项目研究成果在中国国际太阳能十项全能竞赛产品C-House、Solar Ark3.0以及南京装配式建筑信息服务与监管平台研发使用等工程实践中得到了应用与检验，并作为科研成果“新型建筑工业化低碳装配式住宅构件法建筑设计理论、技术与应用”的组成部分，获得“中国房地产业协会科学技术奖”一等奖。.本项目研究成果荣获国家行业协会科技进步奖3项，出版相关专著3部，获得发明专利2项、软件著作权3项，完成博士论文3本，硕士论文3本。发表期刊论文11篇，其中SCIE/SSCI 检索6篇，核心期刊5篇。形成《基于低碳建筑设计的建筑构件再利用和建筑长寿命优化技术指南》1部，《低碳化装配式建筑的构件法建筑设计说明书》1部。