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胡育科——做好钢结构建筑碳减排大文章

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行业资讯
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发布时间:
2022/08/02
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钢结构建筑抗震性好,在推进新型建筑工业化进程、提高装配式建筑水平方面有着得天独厚的优势,对建筑业落实低碳绿色发展目标的作用十分明显。立足新发展阶段,落实绿色低碳发展理念,钢结构建筑应用由过去注重数量、规模,转向重视发展的质量、效益,推广钢结构建筑必须体现“轻快好省”的优势,引导从业人员转变观念。通过政策调控、技术引领、市场导向,形成钢结构建筑推广应用的新理念和新机制。大力推广钢结构,不是大量使用钢材,而是在保证结构安全的前提下,用最少的钢材,建更多更大面积的房子,走减量化、轻量化道路。通过采用先进减震隔震技术和材料,把钢结构的用钢量控制在合理、适用的范围内,回归建筑用钢的理性消费,为从源头上降低碳排放贡献力量。做好钢结构建筑碳减排的大文章,要从转变发展观念和用钢理念入手,应围绕以下4个方面做好工作。

一、节约钢材实现降碳

与世界发达国家钢结构应用水平相比,我国在用钢理念、理论研究、技术体系研究和设计水平等方面还存在差距。从钢结构产量、产值和在建工程规模看,我国是世界的钢结构大国,但并不是钢结构强国。通过对比可以发现,同等抗震设防等级钢结构设计方案,适用各自建筑标准,有些国家的用钢量只有我国的2/3左右,我国在钢结构建筑方案、用钢效益、应用水平等方面确实还有较大提升空间。

造成这种情况的原因是多方面的,主要是钢结构建筑在我国推广应用的历史不长,现行的建筑施工管理体制不适应工业化建筑发展环境;对钢结构的技术研发投入不足,了解钢材性能的设计师偏少、专业设计人员缺乏;习惯用传统混凝土建筑思路来推广钢结构建筑,没有按工业化建筑制造与专业集成的系统性、整体性思维研究钢结构建筑;钢结构建筑设计、生产、施工相互脱节,钢结构建筑优势没有充分体现等。大力发展钢结构建筑,必须注重提高钢材利用效率,降低钢材消耗。钢结构消耗的中厚板材及型钢,都是钢厂以铁矿石为原材料,通过冶炼技术、复杂工艺生产的工业原材料,其冶炼、轧制和生产过程也是高耗能、高排放、高投入的过程。在用钢政策导向上,贯穿绿色用钢理念就是要提高钢材应用效率,在保证安全和满足功能的前提下,做到“恰到好处”使用钢结构,减少浪费,千方百计降低钢结构工程造价。

二、绿色施工实现少碳

钢结构建筑施工阶段的碳排放,主要包括工程建造过程的能源和资源消耗以及部品构件运输过程的碳排放,也就是我们常说的建筑物化过程的碳排放,和建材生产与建筑运营的碳排放量比较,比重不是很大。但是,建筑物化过程的碳排放直接影响社会环境、污染空气。改变传统建筑生产尘土飞扬、垃圾遍地的现象,让工地“干净整洁、不拖泥带水”,正是钢结构建筑的优势。通过提升钢结构绿色施工技术,运用现代信息技术手段和工程软件,对钢结构建筑施工过程进行三维模拟仿真,做到精细化生产、精准安装就位,解决了施工专业协同、系统集成问题,可以降低施工现场的碳排放量。

当前,我国钢结构建筑施工水平还有较大提升空间,和工业化建筑应有的现场管理场景还存在差距。部分承建钢结构工程的建筑业企业不了解钢结构专业特点,将工程分包给一些资质较低的钢结构专业企业,造成部分项目生产管理水平不高,技术和生产设备、人员投入不足等现象。有的工程结构复杂、生产施工难度大、工序多、专业协调难度大,钢结构绿色建造水平不高推进钢结构工程绿色施工,企业以工期质量和管理目标为出发点,按照工业化建筑整体系统性思维,对钢结构建筑全专业、全过程进行集成化设计与施工,应组织专业人员对钢结构施工图进行深化、优化,组织结构师、设计师和建造师同平台沟通交流,重点优化结构截面尺寸和规格,使其适合生产、运输和安装,提升建筑效果和施工效率;优化施工工艺、安装方式,节省施工工期;优化构件截面形式,减少加工成本;优化结构节点的连接方式,减少复杂接点,提升建筑结构稳定性。

绿色施工是按照绿色发展的要求,通过科学管理和技术创新,采用有利于节约资源、保护环境、减少排放、提高效率、保障品质的建造方式,坚持策划、设计、施工、交付全过程一体化协同,通过绿色化、信息化、集约化和产业化的要求,对施工进行科学规划、合理调配资源,编制针对性强的钢结构专项施工方案,采取有效的管理措施,减少重复建设。绿色施工应选择先进、适用的安装工法,制定合理的安装工序,减少现场支模和脚手架搭建,做到精准下料、精细管理,降低建筑材料损耗率。应用智慧管理平台,监控重点环节的耗能,可以降低施工过程的资源消耗。

三、绿色建材实现低碳

钢结构只是建筑的骨架,要实现建筑的功能,新型绿色围护墙板材是钢结构天然的绝配。钢结构建筑的“三板”是困扰钢结构推广的瓶颈问题之一,好的围护墙板材价格高,价格低的围护墙板材质量和耐久性又不能保证。

围护墙板材应该是钢结构建筑体系的优势之一,现场装配化程度越高,越可以有效减少现场施工水、电、砂石的消耗,促进现场粗放管理向精细化管理转变。所以,必须为钢结构寻找适合的围护墙板材,依靠设计生产施工一体化系统集成,依靠型钢、建材和配套部品的产业链相互协同,提高钢结构建筑的绿色建材使用比重。采用不同材料的轻质围护墙板材,对降低碳排放的效果完全不同。选择先进适宜的装配式技术和方法,对绿色建材使用过程碳减排水平有不一样的效果。根据冶金工业规划研究院数据,钢结构建筑全生命周期的碳排放为261.8公斤/平方米,现浇钢筋混凝土建筑的碳排放为317.5公斤/平方米。尽管国内一些科研机构的研究数据有所差别,但钢结构建筑是碳减排的优等生,有潜力可挖、有文章可写,已是行业共识。如果钢结构建筑再与新能源产品、光伏产业的系统集成有效结合,其节能减排、绿色低碳的效果将更加明显。解决钢结构配套的绿色建材与连接密封材料、技术工艺,是钢结构建筑应用科研攻关的重点,也是确保钢结构建筑使用年限以及质量稳定性和耐久性的关键,必须优选高强度、高性能、耐腐蚀、抗老化的各类绿色建筑材料,延长建筑使用寿命,降低部件更换频次从长远角度看,降低原材料消耗,实现源头减排,提高建筑围护墙板材的节能标准,是未来钢结构建筑的发展方向。

四、废钢回收实现减碳

提高钢结构建筑材料回收比例,首先要从设计端入手,在结构设计选型和构造技术上,考虑建筑功能和未来使用年限,采用适合拆除、回收的结构体系。对钢结构建筑来说,要加大型钢构件应用比例,尤其是由钢厂直接生产钢结构建筑的型钢构件。

重视老旧钢结构建筑拆除、改建的钢材回收,出台相关鼓励政策和支持措施,提高废钢回收利用率。据相关研究资料,废钢回收再回炉的减碳效果明显。按照现行高炉工艺标准,采用铁矿石炼钢,1吨粗钢的碳排放为1.7吨~1.8吨;回收废钢回炉,每吨粗钢碳排放仅在700公斤~800公斤,且生产流程、工艺链条大大缩短。回收废旧钢材再利用,符合生产要素全生命周期绿色发展的要求。根据测算对比,超高层钢结构建筑的钢材回收率约在65%以上,学校、医院等钢结构建筑的钢材回收率在70%以上,高铁站房、会展中心、文化体育场馆的钢材回收率在80%以上,工业厂房、大跨度物流仓储设施的钢材回收率在90%以上,城市市政桥梁钢结构钢材回收率在95%以上。目前社会、市场对钢结构建筑的普遍看法是成本较高,配套性不强,“轻快好省”优势没有体现出来。特别是钢结构建筑设计保守,缺乏“减量,再利用,循环”发展理念。“十四五”时期,我国钢结构建筑将转入高质量和绿色低碳发展的新阶段,未来钢结构建筑将更加注重智能建造与建筑工业化的协同推进,加快新型建筑工业化转型。一些省市相继出台了大力推广钢结构建筑的政策和措施,未来市场将对钢结构建筑绿色施工、智能建造水平更加重视,对钢结构建筑美观实用功能更加关心,对钢结构建筑质量水平、精细化技术更加关注,对能够体现“中国元素”、自主知识产权的钢结构技术更加青睐。钢结构行业只有不辜负政府和社会的期待,在“碳达峰碳中和”上作出更大的贡献,钢结构建筑的明天才会更好。

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