王元丰:该怎样促进土木工程行业绿色发展?

选择字号:   本文共阅读 134 次 更新时间:2018-04-04 16:22:00

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王元丰 (进入专栏)  

  

   一、我国土木工程面临的可持续挑战

   改革开放由于经济的高速发展、人民生活水平的提高,我国已经成为世界上最大的能源、资源消耗和温室气体排放国。与土木工程相关的建筑和基础设施极大地改善了人们的生活质量,促进了我国社会和经济的发展。但是,它们的建设和运营消耗了大量的能源和资源,并产生了很大的环境污染。

   据统计,我国城市既有建筑面积达430亿平方米,每年新建房屋面积高达16~20亿平方米,约占世界新建建筑总量的40%。与此同时,建筑在建设和使用过程中产生的碳排放是惊人的,约占我国碳排放总量的三分之一左右。另外,土木工程建设和运营消耗的水资源,是除生活用水所有行业中最大的。我国城市固体垃圾一半是建筑垃圾,仅2014年废弃混凝土就达到2亿吨。

   随着城市化进程的推进和人民生活水平的提高,未来我国建筑能耗将会有较大比例增长。以能源消耗为例,有研究显示:如果节能措施不力,2030年我国建筑耗能可达15.1亿吨标煤,排放39.6亿吨CO2(2017年我国的全部碳排放为约115亿吨),为2006年的2.7倍。因此,我国建筑和基础设施等土木工程相关行业节能减排、保护环境任重而道远。

   二、推进土木工程可持续发展技术路径

   推进土木工程的可持续发展,技术很重要。当前应特别明确推动土木工程可持续的可选择技术方向,确定我国土木工程在材料、设计、施工、运营和拆除各阶段应开展的节能减排关键技术。

   首先,建筑材料是土木工程建设的基础,合理使用建筑材料并充分发挥材料的性能将会对自然环境产生很大的影响。粉煤灰混凝土及再生骨料混凝土的出现及应用为土木工程的可持续发展提供了技术支撑;采用粉煤灰及再生骨料等工业、建筑业废料替代传统混凝土中的水泥及骨料,能够实现废物再利用并减少混凝土生产过程中的资源能源消耗。

   其次,设计阶段的方案,对土木工程的可持续性具有重要影响。“节能、节地、节水、节材”和保护环境的开展可持续性设计,减少资源消耗、保护环境的“绿色建筑”与“绿色基础设施”设计,在实际工程中已得到越来越多重视。

   同时,大力应用信息技术,对土木工程领域的可持续发展有着重要意义。要大力推广BIM(Building Information Modeling)技术在设计中的应用。BIM不仅仅是一个单一的建模技术,更是一个土木工程建筑全生命周期各阶段、各专业的协同工作平台,为项目提供策划、运行和维护的全生命周期共享和传递,使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对,为各利益相关方提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。BIM技术将促进建筑行业的转型,很多发达国家非常重视,制定了国家发展目标和政策。我国住房城乡建设部印发《2016-2020年建筑业信息化发展纲要的通知》,提出“十三五”时期建筑业信息化发展目标为“全面提高建筑业信息化水平,着力增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力。”这对我国建筑行业发展非常重要,有很多工作需要深入开展。

   第三,施工作为建筑和基础设施全生命周期中的一个重要阶段,是实现土木工程资源节约和节能减排的关键环节。通过多种措施,促进施工向绿色化方向发展,对推动土木工程的可持续性具有重要影响。我国2010年下发的《关于做好建筑业10项新技术(2010)推广应用的通知》总结了在绿色施工中可行的四大技术模块。我国还积极推动装配式施工技术的研发与应用,同时推广BIM在工程施工阶段的应用,提高施工效率,节约施工过程中的材料、能源和时间,降低管理成本,推动智慧工地和智慧建造,对工程可持续性大有裨益。

   第四,在使用阶段,土木工程尤其是建筑物将消耗大量的能源,产生大量的废弃物。此外,由于人为活动和自然环境会对工程结构的性能不断产生影响,使结构的性能不断下降,最后达到结构生命的终结。因此,这阶段的可持续问题主要包括能源消耗、资源利用及结构维修加固以延长结构使用年限等。我国在建筑能源管理方面开展了大量的工作,在宏观的管理和路径层面,特别需要做好建筑能耗统计和建筑运行能耗总量控制。

   最后,需要研究对土木工程项目可持续性进行定量化评价的问题。土木工程项目的可持续性主要涉及其在整个生命周期内的经济性能、环境性能和社会影响,因此,可通过分别对项目的生命周期成本、环境影响和社会影响来进行评价,然后再将三者综合评价其可持续性。进而可以针对土木工程全寿命期各阶段的各种因素对其可持续性的影响进行分析,确定土木工程行业同类产品可持续性指标限值,并发现可持续性改善潜力。但这一过程的实现面临巨大的挑战。(1)要结合土木工程行业的特点将产品生命周期评价方法应用到土木工程中来;(2)要考虑国家、地区之间工程建设方法、材料生产方法等土木工程可持续相关因素的差异,建立本土化的可持续性评价数据库;(3)要结合我国国情确定合理的综合评价体系;(4)可持续性涉及到安全、经济、环境、社会等多个方面在综合评价中的地位与权重的确定需要展开进一步的研究。

   三、土木工程可持续发展的建议

   1.     开展土木工程可持续性的量化研究和应用

   土木工程可持续发展是土木工程师的社会责任,可持续性是未来结构设计的终极目标。要提升土木工程可持续性,就要对技术进行研发,推广技术就要有激励机制。评估机制的建立是实现合理激励的前提,即要开展土木工程可持续性的量化研究,包括确定量化评估的指标。在进行土木工程可持续性量化研究中,首先要确定好评价的功能单位,即思考要将哪些指标(如寿命、安全性(可靠度)、耐久性(时变的安全性)、碳排放等)包含在内。其次,在进行可持续性量化评价时,应保证在其他条件相同的前提下,进行对比分析:比如,在满足相同的强度和使用寿命的前提下,对比分析不同结构的碳排放量。最后,建议考虑将可持续性作为土木工程的基本属性之一,未来提出基于可持续性的土木工程设计思路,并参考正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计方法,建议采用可持续性极限状态来进行土木工程结构设计。

   2.     大力发展BIM技术

   BIM势将为土木工程设计与施工带来一次技术驱动的革命,我国应该抓住机会促进土木工程可持续性发展。我国BIM 研究和应用工作总体落后,非常需要政府的引导、需要设计与施工单位以及学术界一起努力共同推动。促进BIM在施工中的推广应用主要包括以下几个方面:(1)建立统一系统的BIM软件平台。不同专业的从业人员可在该平台上传递信息、共享模型。建筑施工BIM平台应当整合各种工具软件(预算软件、进度管理软件)、专业模型软件(建筑、结构、机电、暖通等专业)和管理信息系统,实现全面的BIM应用。(2)完善建筑施工BIM应用的法律环境,规范和约束BIM应用人员的行为,明确BIM成果的归属权。(3)结合我国土木工程施工企业当前的实际情况,结合“一带一路”战略实施,建立起具有我国特色的土木工程施工企业信息管理平台。(4)教育培训要跟上行业发展步伐。今年“两会”上,有全国政协委员提出高校土木专业增“BIM技术”课程,道出了我国BIM人才缺乏的现状,也指出了承担主要人才培养的高校工作存在的“缺位”。这一问题亟待解决。

   3.     完善建筑能耗统计和建立能耗总量控制

   建筑能耗统计是保证节能工作顺利开展的基础。我国目前的能源统计方式不能直接给出建筑能耗情况。虽然住建部印发了《民用建筑能耗统计报表制度》(包括城镇民用建筑能耗和节能信息统计,以及农村居住建筑能耗信息统计2大部分),但是由于工作刚刚起步,还存在统计覆盖范围不全面、统计指标不完善、结果发布方式尚未明确等一系列问题。

   建筑运行的实际能耗与建筑运行方式密切相关,同样的建筑实际运行能耗可能相差很大。对建筑运行能耗实行总量控制,可以清晰建筑节能目标,定量了解和分析建筑运行能耗对社会总能耗的影响,用实际能耗量来引导和评价建筑节能工作,从而使建筑节能工作从“过程控制”向“目标效果导向”转变。

   4.     建立健全土木工程可持续发展相关的政策法规

   一是要将生命周期成本、生命周期环境影响和生命周期社会评价等体现在标准规范中;二是完善目前的评价标识系统,如绿色建筑评价标识,将其扩展到土木工程的各个方面,如绿色基础设施评价标识。三是建议实施土木工程顾问制度。

   5.     推动土木工程可持续性教育

   首先要在土木工程概论这门课程中加入可持续性的理念,让刚接触土木工程的学生就接受可持续性教育,认识到可持续土木工程的重要性;其次,加强土木工程继续教育,让土木工程师的社会责任感和工程伦理教育与时俱进;此外,倡议成立例如我国土木工程可持续发展学会(协会)的专业学术机构,定期组织活动,借此加大土木工程可持续性教育的力度;最后,要在普通大众中开展土木工程可持续性的科普活动,如夏令营,大学生创新比赛,国际论坛等。

   《改革内参》2018年3月30日

  

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