碳中和导向的装配式建筑整体设计关键要素研究 The Key Factors of the Holistic Design of Carbon-Neutralised Prefabricated Buildings 宋晔皓，褚英男，何逸/SONG Yehao, CHU Yingnan, HE Yi 摘要：随着气候变化的日益严峻，碳排放已成为当前我 1 研究背景 设示范、部品研发等领域的成就和现状，然后分别 国发展的关键问题。装配式建筑由于其生产、加工、建 装配式建筑是我国建筑工业化的重要组成部 针对设计协同策略系统、长周期可持续性能维持、 造、安装等方面的诸多优势，将是建筑领域面对碳中和 分，由于其重点发展工厂化加工制作、降低现场 蕴能量的设计策略体系 3 个关键点，探讨了装配式 任务的关键节点。本文首先回顾了我国装配式建筑设计 工作量、提升生产效率与质量、降低施工环境污 建筑设计的新路径。 染，是实现建筑产业转型与技术升级的重要路径。 2 发展现状 在设计研究、政策配套、示范建筑等领域取得的进展， 随后通过国际、国内相关案例及数据分析，尝试归纳碳 “十三五”规划以来国家相继出台文件，指导装配 中和背景下装配式建筑设计在协同设计路径的探索与创 式建筑行业迅速发展。2016 年国务院出台《关于 规范标准、示范建筑、关键部品等方面均取得了较 新、长周期可持续性能设计策略、蕴能量及低碳装配体 大力发展装配式建筑的指导意见》，提出力争用 10 大的提升，2020 年装配式建筑领域的规模远高于 系建构3个关键要素，为我国今后装配式建筑设计发展提 年时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到 2015 年同期，形成了具有影响力的产业集群 [2]。 供指引。 30%。2020 年住建部、教育部、科技部、工信部等 随着 2016 年国务院相关文件的发布，国家及 Abstract: Within the era of climate change, carbon emission 九部门联合印发《关于加快新型建筑工业化发展的 各地方有关部门相继出台了一系列政策措施，指导 has become a key issue for China's development. Owing to 若干意见》 ，在产业发展、体系建设、人才培养、转 行业发展。各省市出台管理办法、装配式建筑计算 its advantages in production, processing, construction and 型升级等关键领域提出系统性要求，以装配式建筑 细则、生产基地名录，对新建建筑的装配化率提出 installation, prefabrication will be a key technique for the 为依托，推动城乡建设绿色发展和高质量发展，以 了限值要求，进一步促进装配式建筑发展。已有研 carbon neutralisation target in the construction field. This 新型建筑工业化带动建筑业全面转型升级，打造具 究表明，在目前颁布的各项政策法规中，行业发展 paper first reviews the progress made by China in the fields 有国际竞争力的“中国建造”品牌。 指导意见、行业标准数量占比较多，而行业法规、 近年来国家大力推进装配式建筑，在政策保障、 激励政策偏低（图 1）[3]。地方政府为落实相关要求， of architectural design, policy support, and demonstration 另一方面，随着气候变化问题的逐步凸显，节 projects of prefabricated buildings. Also, through relevant 能减排日益为人所重视。习近平总书记提出的 “2030 积极制定各类行动指导意见细则及实施路径，鼓励 international and domestic cases and data analysis, it tries 碳达峰、2060 碳中和”发展目标更是对节能减排任 促进建筑工业化发展。各大建筑设计研究机构纷纷 to summarise the role of prefabricated building design in 务的提升。建筑运行节能、材料降碳潜力巨大，是 开展技术标准、设计图集的绘制，完善建筑设计要 the collaborative path under the background of carbon 碳减排领域的重要阵地。在这一发展趋势下，装配 点，便于设计师迅速掌握，推动标准化进程。各大 neutralisation. The three key elements are discussed, 式建筑发展迎来转型关键阶段。一方面，装配式建 施工企业纷纷响应装配式要求，推动标准图集的编 including methods of collaboration and innovation, long- 筑由于其自身特征，对施工建造过程中的资源能源 制与推广，将已有的集成技术系统化，便于建筑师 term sustainable performance design strategy, embodied 消耗较低，并且自身蕴能量低，具有先天优势 [1]。 采用 [4]。 energy and low-carbon assembly, providing guidance for the 因此装配式建筑将是双碳目标的有利技术支撑。 各地区纷纷出台政策支持新建装配式建筑，近 future development of prefabricated building design in China. 针对这种零碳化的发展趋势，本文首先回顾了 关键词：碳中和，装配式建筑，整体设计，光伏建筑一 近年来我国装配式建筑在政策法规、科研成果、建 年来也涌现一大批装配示范项目，极大地丰富了装 配化的领域和市场，带动了建筑工业化水平。 体化 40 32 50 28 30 53 5 7 “九五” 规划之前 1995之前 11 8 14 11 “九五” 规划 1996-2000 37 8 20 40 10 11 “十五” “十一五” 规划 规划 2001-2005 2006-2010 政策数量 “十二五” “十三五” 规划 规划 2011-2015 2016-2020 0 35 28 30 21 25 30 20 41 31 10 0 10 47 14 倡议 指导意见 政策数量 规章制度 20 15 9 10 5 13 标准 单位% 40 单位% DOI:10.16414/j.wa.2021.07.002 单位数量 holistic design, building-integrated photovoltaics 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 单位数量 Keywords: carbon neutralisation, prefabricated building, 激励措施 0 政策比例 1 政策比例 表 1 近年颁布的主要国家行业标准及标准图集（绘制 ：褚英男） 国家自然科学基金面上项目（项目批准号：52078264） 河北省重点研发计划项目（项目编号：20374507D） 作者单位：清华大学建筑学院、生态规划与绿色建筑教育部 重点实验室 收稿日期：2021-06-25 8 WA 2021/07 P008-013-SJJZ-6-G7F8.indd 8 规范及标准 装配式建筑评价标准 装配式钢结构建筑技术标准 装配式木结构建筑技术标准 装配式混凝土建筑技术标准 装配式混凝土结构技术规程 装配式钢结构住宅建筑技术标准 装配式建筑预制混凝土楼板 装配式住宅建筑设计标准 编号 GB/T 51129-2017 GB/T 51232-2016 GB/T 51233-2016 GB/T 51231-2016 JGJ 1-2014 JGJ/T 469-2019 JC/T 2505-2019 JGJ/T 398-2017 图集 装配式混凝土结构表示方法及示例 装配式混凝土结构连接节点构造 预制混凝土剪力墙外墙板 桁架钢筋混凝土叠合板 预制钢筋混凝土阳台、空调板及女儿墙 装配式混凝土结构住宅建筑设计示例 装配式住宅建筑设计标准图示 低、多层装配式建筑 编号 15G107-1 15G310-1/2 15G365-1/2 15G366-1 15G367-1 15J939-1 18J820 18CJ67-2 1 装配式建筑行业政策法规时间分布及类型分布（图片来 源：参考文献[3]） 装配式建筑的可能性：速度与好奇 2021/7/14 3:01:41 2 3 4 装配式建筑由于结构与装配体系的不同，具有 长周期性能导向，真正关注基于装配式建造的体系 主要趋势。在此背景下，以建筑师为中心，各专业 较大的差异性。例如，雄安市民服务中心项目是以 对运行过程中室内环境和耐久性的长周期作用，实 团队深度协同的整体思维的设计策略重要性持续凸 钢结构为主的装配项目（图 2），于 2017 年规划建设， 现建筑品质的进一步提升。第三， “模块化”不应局 显（图 5）。一方面，建筑师应完善本职工作 ：概念 板材门窗均采用标准化构建，外墙采用夹心保温一 限于建筑施工技术，更应融入建筑设计的基本理念， 策划阶段，根据建筑场地、环境进行建筑方案设计， 体板，整体部品装配化率高达 90%，将建筑整体的 可以预见的未来，低碳、环保可持续将成为全行业 兼顾当地的传统建筑策略、自然资源和使用者的工 施工工期降低至 6 个月，极大地节约了建设时间， 的基本共识，材料的可再生利用将成为装配式建筑 作生活习惯，优化空间布局和能源供应来达到节能 保证了高品质建筑环境 [5]。贵安清控人居科技示范 的重要理念，并在设计中贯穿整个过程。综合各方 目标 ；工程设计阶段，注重前期规划和建筑细部把 楼则是以木结构为主的装配项目（图 3），于 2016 面因素，建筑师在过程中的组织与协调作用将更有 控，统筹各专业应协同开展工程设计，并与绿色建 年规划建设，主体采用胶合木结构与轻钢箱式房整 效地回应低碳的理念，因此建筑师主导的整体设计 筑、照明泛光、幕墙深化等咨询团队配合完成工程 合的结