簡介:
建筑工程行業(yè)在碳中和議程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。若要實現(xiàn)碳中和目標(biāo),必須減少建筑施工對環(huán)境的影響,科技力量可以幫助我們推動更多實質(zhì)性進展。
隨著世界各國政府將對所有行業(yè)實施更嚴(yán)格的限制,建筑物需要進行調(diào)整以提高能效。
為了解決建筑施工對環(huán)境的影響,既有建筑改造和翻新成為一種日益增長的趨勢,以有效提升舊建筑的檔次,而不是將其拆除,建造新的建筑。
在提高建筑能效的同時,改造和翻新也有助于減少對水泥和磚瓦等碳排放密集型新材料的需求,并在原有基礎(chǔ)上進一步發(fā)展,從而減少對環(huán)境的影響。
本白皮書將評估建筑工程行業(yè)對環(huán)境的影響,并確定通過循環(huán)經(jīng)濟和數(shù)字技術(shù)減少環(huán)境影響的現(xiàn)實措施。
第 1 章
評估建筑物對環(huán)境的影響
建筑對環(huán)境的影響是巨大的。在整個歐盟,建筑的能耗占成員國總能耗的40%,溫室氣體排放量占成員國總排放量的36%。此外,根據(jù)歐盟委員會的數(shù)據(jù),成員國中多達75%的建筑不被視為節(jié)能建筑,約35%的建筑至少建于50年前。
據(jù)歐盟委員會稱,如果這些建筑的能效得到提高,估計在能源使用和碳排放方面都能節(jié)省5%。
在一棟建筑的生命周期中,約40%的總能耗發(fā)生在建筑施工階段,其余60%的能耗則來自其運行期間的能源消耗。因此,減少建筑能耗的空間很大,首先要延長建筑的生命周期,其次要提高建筑的能效。
根據(jù)英國國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù),決定房產(chǎn)能源效率的最大因素是房齡。
英國住宅建筑商聯(lián)合會聲稱,新建房屋的能效要比老式建筑高得多。例如,新建房屋的年平均能源使用量約為每平方米100千瓦時(kWh),而同等面積的老式房屋的年平均能源使用量為每平方米259千瓦時(kWh)。
由于能耗較低,與舊房相比,新建住宅和公寓平均每年可節(jié)省約2300歐元(約17600人民幣)的能源費用。
然而,這并不能說明問題的全部。盡管新建房屋的能效更高,但施工建造一棟新房可能會排放15噸到100噸不等的二氧化碳。
根據(jù)GlobalData的數(shù)據(jù),全球二氧化碳排放量的4%-8%來自水泥行業(yè),其中大部分來自生產(chǎn)和運輸。鋼鐵生產(chǎn)估計占全球碳排放量的6%。然而,由于這種金屬的重復(fù)利用率很高,因此可以避免使用原始材料。
同時,根據(jù)英國磚塊發(fā)展協(xié)會(Brick Development Association UK)的《2021年可持續(xù)發(fā)展報告》,新磚的碳足跡 ,包括原材料和生產(chǎn)在內(nèi),每噸新磚估計會產(chǎn)生213千克的二氧化碳。同一份報告還提出,重復(fù)使用一噸磚可減少16千克的碳排放。此外,一些研究估計,用木材替代傳統(tǒng)材料甚至可以將施工的碳足跡,減少多達69%。
隨著全球混凝土和鋼材的短缺,更有效地使用材料很有必要。正如歐洲環(huán)境署(European Environment Agency)所指出的,循環(huán)施工和翻新現(xiàn)有建筑也是節(jié)省碳排放的機會。
此外,在反對拆除的呼聲越來越高的同時,人們也越來越重視在建筑施工過程中減少“隱含碳”的排放 。
2022年7月,英國社區(qū)大臣邁克爾-戈夫(Michael Gove)阻止了拆除倫敦市中心一家大型百貨商店的計劃,理由之一是碳足跡 。據(jù)各種報告估計,阻止拆除該百貨商店可減少4萬噸二氧化碳的排放。要抵消這一數(shù)字,需要種植250萬棵樹。
關(guān)注隱含碳排放不僅僅是英國或歐盟的問題。今年8月,加利福尼亞州成為美國第一個通過立法限制某些類型建筑(包括商業(yè)建筑和學(xué)校)的隱含碳排放量的州。
市場調(diào)研數(shù)據(jù)(下圖):您的客戶對環(huán)保型建筑施工方法的需求是否有顯著增加?
第 2 章
讓建筑更節(jié)能
使既有建筑更加節(jié)能的一種方法是通過翻新和改造,而不是拆除并用殼體結(jié)構(gòu)建筑將其替代 。
翻新和節(jié)能改造可以通過改造現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)來解決材料短缺問題,而不是需要大量新的碳密集型鋼材和混凝土制造。
延長現(xiàn)有建筑使用壽命的主要挑戰(zhàn)之一是其當(dāng)前的健康。翻新項目通常比新建項目更快完成,這主要是因為核心結(jié)構(gòu)元素已經(jīng)存在。然而,由于多年來可能存在維護不足的問題,翻新或改造工程不僅耗資巨大,而且是一項相當(dāng)艱巨的任務(wù)。
必須謹(jǐn)慎管理翻新項目的潛在風(fēng)險,尤其是老建筑,因為它們可能存在結(jié)構(gòu)問題,也可能不符合最新的規(guī)定。例如,木梁等材料也可能腐朽。任何結(jié)構(gòu)問題都需要在項目時間框架內(nèi)盡早發(fā)現(xiàn),并且在施工開始之前必須了解挑戰(zhàn)的規(guī)模。因此,任何翻新項目都應(yīng)從全面的建筑勘察開始,更詳細(xì)的勘察將帶來更多優(yōu)勢。
樓齡達到一定程度的建筑還可能需要解決管道、供暖、通風(fēng)和空調(diào)方面的問題,尤其是在提高能效方面。
建筑物能源效率低下的主要問題之一是熱量損失,由于缺乏隔熱材料,這種情況在老式建筑物中更為普遍。另一個因素是建筑物在溫暖季節(jié)的負(fù)熱增益,這會導(dǎo)致過熱,需要冷卻系統(tǒng)提供能源。
目前,每年僅有 1%的建筑進行翻新,歐盟計劃通過 "翻新浪潮 "計劃,到 2030 年將翻新率提高一倍,該計劃確定了三個核心重點領(lǐng)域:
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解決能源貧困和性能最差的建筑問題
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公共建筑和社會基礎(chǔ)設(shè)施
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供暖和制冷系統(tǒng)去碳化
該計劃增加了對建筑施工過程中的可循環(huán)性需求。增加翻新和改造可以幫助建筑工程行業(yè)向循環(huán)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型,實現(xiàn)供應(yīng)鏈廢物最小化。
在循環(huán)經(jīng)濟中,所有材料在設(shè)計時都考慮到可以多次重復(fù)使用和回收。這一理念不僅能減少浪費,還有助于盡可能延長材料的流通時間,最大限度地發(fā)揮資源的價值。
一些建筑可能仍然會被拆除,而新建建筑仍然非常重要。建筑行業(yè)擁抱循環(huán)經(jīng)濟的目的是確保建筑物在長期運行過程中以最佳方式利用能源和資源,同時減少對碳密集型原始材料的需求。
“新歐洲包豪斯 (New European Bauhaus)"等相關(guān)歐盟計劃正在通過強調(diào)更環(huán)保的施工方法、開發(fā)數(shù)字技能和采用技術(shù)來實現(xiàn)必要的轉(zhuǎn)型,從而推動創(chuàng)新。
此外,英國還開展了一系列改造運動。其中一個顯著的例子是倫敦地產(chǎn)聯(lián)盟的研究論文:改造先行,而非僅僅改造(Retrofit First, Not Retrofit Only):關(guān)注 20世紀(jì)建筑的改造和再開發(fā)。
應(yīng)對氣候變化已理所當(dāng)然地上升到政治議程的首要位置。倫敦地產(chǎn)聯(lián)盟首席執(zhí)行官查爾斯-貝格利(Charles Begley)在發(fā)布報告時表示:"地產(chǎn)行業(yè)明確支持改造優(yōu)先的方法,并正在迅速創(chuàng)新,以減少隱含碳和運營碳的排放。”
盡管翻新有很多好處,但許多開發(fā)商仍然傾向于拆除和新建施工 。拆除被認(rèn)為是避免翻新項目帶來的額外復(fù)雜性和風(fēng)險的一種方式,并能確保建筑符合現(xiàn)行法規(guī),在設(shè)計選擇上具有更大的靈活性。
然而,拆除工程的碳密集程度要高得多。不過,有一種技術(shù)解決方案可以幫助減輕翻新的復(fù)雜性,并改善施工的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。
第 3 章
科技如何解決建筑能耗改造和翻新中的問題
為確保翻新和改造的成功,建筑信息模型 (BIM) 和數(shù)字化等技術(shù)至關(guān)重要。準(zhǔn)確的數(shù)字模型可以讓利益相關(guān)者和承包商更清楚地了解建筑的現(xiàn)狀,從而確定需要在哪些地方施工,并更詳細(xì)地評估未來的計劃。
移動掃描該技術(shù)可在幾分鐘內(nèi)準(zhǔn)確捕捉建筑物的完整布局。這些信息可以立即發(fā)送給建筑師,他們可以立即開始設(shè)計工作,而無需實地考察或等待獲取建筑文件,因為這些文件可能很難找到或根本不存在。翻新項目的另一個方面是幫助保護建筑物的建筑遺產(chǎn),同時更新一切以符合現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)。
此外,移動掃描解決方案還提供了遠(yuǎn)程檢查的優(yōu)勢。對許多公司來說,商務(wù)旅行通常是溫室氣體的最大來源之一。航班排放約占商務(wù)旅行排放的90%,而短途航班的排放可能比長途航班高出很多。據(jù)歐洲非政府組織 "運輸與環(huán)境 (Transport & Environment)"稱,在歐洲,公司差旅人員占客戶總數(shù)的12%,但他們卻要為30%的排放量負(fù)責(zé)。因此,減少商務(wù)旅行可以大大降低公司的碳足跡 。
通過全面的現(xiàn)場空間數(shù)據(jù)和完整的視覺圖像,即使遠(yuǎn)在數(shù)千公里之外,也能精確地規(guī)劃工作。這可以確保工人在到達現(xiàn)場之前就充分了解現(xiàn)場布局和需要進行的工作。
NavVis是全球領(lǐng)先的移動掃描系統(tǒng)供應(yīng)商,憑借其創(chuàng)新的移動掃描設(shè)備和同步定位與繪圖 (SLAM) 技術(shù),可生成建筑項目的高精度數(shù)字圖像。
NavVis技術(shù)提供的精確測量有助于優(yōu)化材料使用和減少浪費。例如,可以根據(jù)精確的尺寸訂購木梁,而無需在現(xiàn)場進行任何額外的改動。即使在房間形狀可能不一致的舊建筑中,NavVis掃描的空間數(shù)據(jù)也能保證整個項目現(xiàn)場的精確度。
翻新項目由于其復(fù)雜性和缺乏最新的現(xiàn)場信息,通常風(fēng)險較高。問題可能包括:缺乏最新文件;沒有說明結(jié)構(gòu)變化或結(jié)構(gòu)的最新狀況、玻璃面積或墻壁厚度。所有這些方面對于隔熱或翻新以提高能源效率并最終延長建筑壽命都非常重要。
這些信息上的差距會導(dǎo)致基于猜測的規(guī)劃、不可靠的項目估算和缺乏充分信息的決策。以后幾乎總是需要返工,從而導(dǎo)致高成本風(fēng)險和項目延誤。
翻新通常涉及多個項目節(jié)點、任務(wù)和利益相關(guān)者,在這種復(fù)雜的環(huán)境中,保持透明度,在利益相關(guān)者之間交換信息以及管理客戶的期望都是非常困難的。
因此,如果能夠與每個需要信息的人共享最新信息,涉及眾多利益相關(guān)者的復(fù)雜項目也會變得更加容易。
此外,由于預(yù)算和時間的限制,所有利益相關(guān)者、專業(yè)人員和團隊通常都無法親臨現(xiàn)場,這就使他們只能依賴勘察過現(xiàn)場的人員的經(jīng)驗和文件,或者依賴已經(jīng)存在但往往已經(jīng)過時的文件。
所有這些都可能導(dǎo)致誤解和不明智的決策。因此,項目的整體風(fēng)險也隨之增加。據(jù)世界經(jīng)濟論壇統(tǒng)計,98%的大型項目成本超支超過30%,77%的項目完成時間比原計劃長40%。造成延誤和效率低下的最大原因之一是承包商和利益相關(guān)者之間缺乏合作。
要提高施工工程的效率,就必須大力加強所有承包商和利益相關(guān)者之間的協(xié)作。為解決上述諸多問題,移動掃描技術(shù)提供了解決方案。
翻新項目實施需要統(tǒng)一進行整體規(guī)劃和協(xié)調(diào),首先要根據(jù)最新信息對現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀進行分析。隨后,應(yīng)提出第一個設(shè)計概念,并對不同的變體進行評估,以確定最佳方案。
許多專家和團隊將同時為一個項目工作,他們都需要獲取有關(guān)現(xiàn)場的最新信息。
只需共享一個網(wǎng)頁地址,任何承包商或利益相關(guān)者都可以在訪問現(xiàn)場之前查看NavVis IVION中的點云數(shù)據(jù)和全景圖像,以便深入了解布局,從而在實際訪問之前進行高效的規(guī)劃和準(zhǔn)備。
在前往現(xiàn)場之前,團隊已經(jīng)可以獲得有關(guān)狀態(tài)、幾何形狀和最佳路徑規(guī)劃的信息,從而使工作更加安全。所有在現(xiàn)場負(fù)責(zé)或工作的相關(guān)人員都可以共享這些信息。可以立即發(fā)現(xiàn)并解決問題,避免規(guī)劃錯誤和日后返工。
該技術(shù)的另一個顯著優(yōu)勢是可以進行虛擬檢查,這意味著承包商在開工前無需多次前往現(xiàn)場。利益相關(guān)者可以遠(yuǎn)程監(jiān)控項目進度。這不僅節(jié)省了差旅費,還減少了運輸過程中的碳排放。此外,還可以遠(yuǎn)程進行安全檢查,識別潛在風(fēng)險,并采取補救措施。
第 4 章
在建筑翻新中使用NavVis技術(shù)
對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行勘測和拍照等手工操作可能是一項漫長的任務(wù),尤其是在修復(fù)和改造老建筑的項目中。幾十年前的手繪圖紙很少能提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)。然而,移動激光掃描技術(shù)卻非常有用。
先進的激光掃描技術(shù),NavVis VLX,與基于瀏覽器的三維空間數(shù)據(jù)管理平臺NavVis IVION相結(jié)合,可以捕捉點云數(shù)據(jù),并通過易于訪問的網(wǎng)絡(luò)鏈接直接提供給利益相關(guān)者。這樣,無需下載任何軟件,就可以簡單地訪問建筑物的數(shù)字孿生體,使多個團隊能夠無縫協(xié)作并監(jiān)控翻新工程的進度。
三維激光掃描和移動掃描技術(shù)的使用改變了測量師的工作模式,用戶可以快速確定結(jié)構(gòu)的空間尺寸,并高精度地捕捉翻新現(xiàn)場。
通過NavVis VLX移動掃描系統(tǒng),使用者可以準(zhǔn)確快速地捕捉復(fù)雜的多層平面圖。這在測量數(shù)百年前建造的復(fù)雜建筑時尤其有用。
例如,德國Rochsburg城堡的擴建和翻新項目涉及為8層20,000平方英尺的建筑空間建模。如果使用架站式掃描儀(TLS),時間會延長,成本也會增加。
然而,有了NavVis VLX ,勘測人員只需在城堡周圍走動,就能對城堡進行精確掃描。該設(shè)備準(zhǔn)確地掃描了現(xiàn)場,捕捉到大量空間數(shù)據(jù)和360°高分辨率圖像,生成了一個完整的3D模型。整個激光掃描過程在三周內(nèi)完成,既省時又經(jīng)濟。
另一個使用案例發(fā)生在日本,一個在地震中受損的熊本城修復(fù)項目。僅靠相機無法對損壞情況進行詳細(xì)評估。事實證明,翻閱大量照片資料是一種耗時的評估方法。然而,在便攜式可穿戴的NavVis VLX的幫助下,團隊對整個城堡內(nèi)外進行了掃描,創(chuàng)建了這座歷史建筑的三維數(shù)字孿生體。
如果使用傳統(tǒng)工具或掃描儀,這些項目將極其困難,而NavVis技術(shù)在最具挑戰(zhàn)性的地點也能發(fā)揮其能力,這為我們提供了清晰的范例。
在改造建筑物時,現(xiàn)場可通過性可能會受到限制。NavVis VLX 重量輕、便于攜帶,可在空間狹小的環(huán)境中實現(xiàn)高效的單人操作,使復(fù)雜的項目變得更加簡單。
在人口稠密的住宅再開發(fā)項目中,要在不對居民造成不便的情況下對建筑物進行準(zhǔn)確勘測,對團隊來說是一項挑戰(zhàn)。由于建筑年代久遠(yuǎn)、缺乏建筑圖紙或信息過時,規(guī)劃工作會變得更具挑戰(zhàn)性。
這些問題是在北京市石景山區(qū)五個小區(qū)的再開發(fā)過程中出現(xiàn)的。在盡量減少對業(yè)主打擾的同時,必須快速完成對100多棟多層建筑以及部署在墻面的各種管線進行掃描。
項目團隊使用移動式三維激光掃描儀NavVis VLX,僅用一周時間就收集到了必要的數(shù)據(jù),這比使用標(biāo)準(zhǔn)的TLS要快得多。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,結(jié)合專業(yè)的設(shè)計軟件,加快了實景三維模型的創(chuàng)建,減少了勘測時間,加快了施工規(guī)劃。
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