宋曄皓，褚英男，何逸/

1 研究背景

裝配式建筑是我國建筑工業(yè)化的重要組成部分，由于其重點(diǎn)發(fā)展工廠化加工制作、降低現(xiàn)場(chǎng)工作量、提升生產(chǎn)效率與質(zhì)量、降低施工環(huán)境污染，是實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與技術(shù)升級(jí)的重要路徑?！笆濉币?guī)劃以來國家相繼出臺(tái)文件，指導(dǎo)裝配式建筑行業(yè)迅速發(fā)展。2016 年國務(wù)院出臺(tái)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，提出力爭用10年時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%。2020 年住建部、教育部、科技部、工信部等九部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、體系建設(shè)、人才培養(yǎng)、轉(zhuǎn)型升級(jí)等關(guān)鍵領(lǐng)域提出系統(tǒng)性要求，以裝配式建筑為依托，推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展，以新型建筑工業(yè)化帶動(dòng)建筑業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)，打造具有國際競爭力的“中國建造”品牌。

另一方面，隨著氣候變化問題的逐步凸顯，節(jié)能減排日益為人所重視。習(xí)近平總書記提出的“2030碳達(dá)峰、2060 碳中和”發(fā)展目標(biāo)更是對(duì)節(jié)能減排任務(wù)的提升。建筑運(yùn)行節(jié)能、材料降碳潛力巨大，是碳減排領(lǐng)域的重要陣地。在這一發(fā)展趨勢(shì)下，裝配式建筑發(fā)展迎來轉(zhuǎn)型關(guān)鍵階段。一方面，裝配式建筑由于其自身特征，對(duì)施工建造過程中的資源能源消耗較低，并且自身蘊(yùn)能量低，具有先天優(yōu)勢(shì)[1]。因此裝配式建筑將是雙碳目標(biāo)的有利技術(shù)支撐。

針對(duì)這種零碳化的發(fā)展趨勢(shì)，本文首先回顧了近年來我國裝配式建筑在政策法規(guī)、科研成果、建設(shè)示范、部品研發(fā)等領(lǐng)域的成就和現(xiàn)狀，然后分別針對(duì)設(shè)計(jì)協(xié)同策略系統(tǒng)、長周期可持續(xù)性能維持、蘊(yùn)能量的設(shè)計(jì)策略體系3 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，探討了裝配式建筑設(shè)計(jì)的新路徑。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

近年來國家大力推進(jìn)裝配式建筑，在政策保障、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、示范建筑、關(guān)鍵部品等方面均取得了較大的提升，2020 年裝配式建筑領(lǐng)域的規(guī)模遠(yuǎn)高于2015 年同期，形成了具有影響力的產(chǎn)業(yè)集群[2]。

隨著2016 年國務(wù)院相關(guān)文件的發(fā)布，國家及各地方有關(guān)部門相繼出臺(tái)了一系列政策措施，指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展。各省市出臺(tái)管理辦法、裝配式建筑計(jì)算細(xì)則、生產(chǎn)基地名錄，對(duì)新建建筑的裝配化率提出了限值要求，進(jìn)一步促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展。已有研究表明，在目前頒布的各項(xiàng)政策法規(guī)中，行業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量占比較多，而行業(yè)法規(guī)、激勵(lì)政策偏低（圖1）[3]。地方政府為落實(shí)相關(guān)要求，積極制定各類行動(dòng)指導(dǎo)意見細(xì)則及實(shí)施路徑，鼓勵(lì)促進(jìn)建筑工業(yè)化發(fā)展。各大建筑設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)紛紛開展技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)圖集的繪制，完善建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)，便于設(shè)計(jì)師迅速掌握，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。各大施工企業(yè)紛紛響應(yīng)裝配式要求，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)圖集的編制與推廣，將已有的集成技術(shù)系統(tǒng)化，便于建筑師采用[4]。

圖1 裝配式建筑行業(yè)政策法規(guī)時(shí)間分布及類型分布（片來源：參考文獻(xiàn)[3 ]）

各地區(qū)紛紛出臺(tái)政策支持新建裝配式建筑，近年來也涌現(xiàn)一大批裝配示范項(xiàng)目，極大地豐富了裝配化的領(lǐng)域和市場(chǎng)，帶動(dòng)了建筑工業(yè)化水平。

表1 近年頒布的主要國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)圖集（繪制：褚英男）

裝配式建筑由于結(jié)構(gòu)與裝配體系的不同，具有較大的差異性。例如，雄安市民服務(wù)中心項(xiàng)目是以鋼結(jié)構(gòu)為主的裝配項(xiàng)目（圖2），于2017 年規(guī)劃建設(shè)，板材門窗均采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建，外墻采用夾心保溫一體板，整體部品裝配化率高達(dá)90%，將建筑整體的施工工期降低至6 個(gè)月，極大地節(jié)約了建設(shè)時(shí)間，保證了高品質(zhì)建筑環(huán)境[5]。貴安清控人居科技示范樓則是以木結(jié)構(gòu)為主的裝配項(xiàng)目（圖3），于2016年規(guī)劃建設(shè)，主體采用膠合木結(jié)構(gòu)與輕鋼箱式房整合的結(jié)構(gòu)體系，各體系同步施工互不干擾，內(nèi)裝與外裝效果同質(zhì)化一體實(shí)施，項(xiàng)目周期大幅壓縮[6]。而裝配式混凝土體系常用于住宅建筑的施工，在主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，同步開展外墻的制作及一體化拼裝的施工，節(jié)約項(xiàng)目周期，同時(shí)可以保證相對(duì)完整的外觀效果呈現(xiàn)[7-8]。例如，中建科技成都綠色建筑產(chǎn)業(yè)園研發(fā)中心項(xiàng)目（圖4），作為“十三五”項(xiàng)目“近零能耗建筑關(guān)鍵技術(shù)”示范項(xiàng)目的同時(shí)，采用了結(jié)構(gòu)與立面全裝配的混凝土結(jié)構(gòu)體系與PC 構(gòu)件系統(tǒng)，裝配率近90%，達(dá)到了性能與建造的雙高標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 雄安市民服務(wù)中心（攝影：張廣源）

圖3 貴安清控人居科技示范樓（攝影：夏至）

圖4 中建科技成都研發(fā)中心（片來源：https://www.sohu.com/a/433846571_771239 ）

碳中和的發(fā)展目標(biāo)涉及到更加復(fù)雜的系統(tǒng)分工與建筑理念創(chuàng)新，在面對(duì)碳中和的新任務(wù)時(shí)，已有的裝配式建筑需要在工作模式、建筑性能、材料屬性等方面進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。裝配式建筑的零碳化轉(zhuǎn)型，將是未來裝配式建筑發(fā)展的關(guān)鍵要素。首先，該方向涉及多專業(yè)合作、多領(lǐng)域協(xié)同，傳統(tǒng)單一領(lǐng)域發(fā)展的方向無法系統(tǒng)性改善問題，更加系統(tǒng)化的工作流程與項(xiàng)目管理模式創(chuàng)新將為裝配式建筑注入新的活力，解放設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力。其次，考慮建筑運(yùn)行過程的碳排放，裝配式建筑將由建構(gòu)導(dǎo)向轉(zhuǎn)為長周期性能導(dǎo)向，真正關(guān)注基于裝配式建造的體系對(duì)運(yùn)行過程中室內(nèi)環(huán)境和耐久性的長周期作用，實(shí)現(xiàn)建筑品質(zhì)的進(jìn)一步提升。第三，“模塊化”不應(yīng)局限于建筑施工技術(shù)，更應(yīng)融入建筑設(shè)計(jì)的基本理念，可以預(yù)見的未來，低碳、環(huán)?？沙掷m(xù)將成為全行業(yè)的基本共識(shí)，材料的可再生利用將成為裝配式建筑的重要理念，并在設(shè)計(jì)中貫穿整個(gè)過程。綜合各方面因素，建筑師在過程中的組織與協(xié)調(diào)作用將更有效地回應(yīng)低碳的理念，因此建筑師主導(dǎo)的整體設(shè)計(jì)是未來裝配式發(fā)展的重要方向。

3 基于碳中和的整體設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素

3.1 協(xié)同發(fā)展路徑的探索與創(chuàng)新

（1）建筑師負(fù)責(zé)制背景下的團(tuán)隊(duì)協(xié)同框架

建筑師負(fù)責(zé)制已成為當(dāng)前我國建筑行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。在此背景下，以建筑師為中心，各專業(yè)團(tuán)隊(duì)深度協(xié)同的整體思維的設(shè)計(jì)策略重要性持續(xù)凸顯（圖5）。一方面，建筑師應(yīng)完善本職工作：概念策劃階段，根據(jù)建筑場(chǎng)地、環(huán)境進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)，兼顧當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)建筑策略、自然資源和使用者的工作生活習(xí)慣，優(yōu)化空間布局和能源供應(yīng)來達(dá)到節(jié)能目標(biāo)；工程設(shè)計(jì)階段，注重前期規(guī)劃和建筑細(xì)部把控，統(tǒng)籌各專業(yè)應(yīng)協(xié)同開展工程設(shè)計(jì)，并與綠色建筑、照明泛光、幕墻深化等咨詢團(tuán)隊(duì)配合完成工程設(shè)計(jì)圖紙。另一方面，建筑師將對(duì)建筑全過程的效果進(jìn)行把控，對(duì)落地的建筑效果負(fù)責(zé)：廠家深化階段，配合裝配式深化團(tuán)隊(duì)開展深化，討論審核廠家深化圖紙，審核材料樣板效果，保障深化方案滿足建筑整體效果；施工安裝階段，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的影響效果的問題進(jìn)行討論與解決，保障建筑品質(zhì)。

圖5 建筑設(shè)計(jì)協(xié)同路徑的優(yōu)化系統(tǒng)（繪制：褚英男）

（2）施工組織與運(yùn)維的計(jì)算機(jī)集成制造

數(shù)字化集成實(shí)施意在建筑設(shè)計(jì)、建筑構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工以及運(yùn)行維護(hù)等過程中推行數(shù)字化，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助技術(shù)來更高效地完成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和運(yùn)維。它可以被看作是整體思維通過數(shù)字建筑技術(shù)手段得以在實(shí)踐中的體現(xiàn)。建筑的數(shù)字化集成實(shí)施的思路來源于計(jì)算機(jī)集成制造（Computer Integrated Manufacturing, CIM），在信息技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)與制造的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)把分散在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程中的各種孤立的自動(dòng)化子系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，形成適用于多品種、小批量生產(chǎn)，提升整體效益和制造的智能化。秦佑國等于2003 年提出了整合的計(jì)算機(jī)集成建筑系統(tǒng)的構(gòu)想，從計(jì)算機(jī)集成建筑信息系統(tǒng)、建造系統(tǒng)、制造系統(tǒng)和管理系統(tǒng)4 個(gè)方面闡述了該構(gòu)想的基本框架[9]。數(shù)字化集成實(shí)施的概念在此基礎(chǔ)上提出，其倡導(dǎo)所有的項(xiàng)目參與者通過數(shù)字化共享信息、處理信息和使用信息，最終完成項(xiàng)目，使得數(shù)字信息得以物化（圖6）[10]。

圖6 建筑數(shù)字化集成實(shí)施的信息轉(zhuǎn)化過程（片來源：參考文獻(xiàn)[10 ]）

裝配式建筑本身對(duì)于其建筑構(gòu)件的生產(chǎn)有更高的精度要求，再加上建筑個(gè)體的定制化需求，以及對(duì)被動(dòng)式設(shè)計(jì)和可再生能源系統(tǒng)等的可持續(xù)需求，使得整個(gè)建筑系統(tǒng)愈發(fā)復(fù)雜。對(duì)此，數(shù)字化工具則體現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì)，計(jì)算機(jī)可以輔助建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)根據(jù)多種需求完成建筑的設(shè)計(jì)、模擬和優(yōu)化。例如，參數(shù)化工具可以高效地生成大量具有重復(fù)性的建筑構(gòu)件、或具有特殊復(fù)雜形狀的建筑構(gòu)件；相關(guān)模擬軟件可以驗(yàn)證相關(guān)可持續(xù)設(shè)計(jì)策略的有效性。進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)可以模擬生產(chǎn)加工過程，數(shù)字化加工工具可以根據(jù)數(shù)字模型自動(dòng)化生產(chǎn)建筑構(gòu)件，使得生產(chǎn)更加高效、產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。在建造環(huán)節(jié)中，計(jì)算機(jī)可以模擬建造過程和估算工期，例如，建筑信息化模型已被用于輔助管理施工進(jìn)度。計(jì)算機(jī)在運(yùn)行階段可以根據(jù)環(huán)境變化和使用需求優(yōu)化建筑能耗，數(shù)字孿生等技術(shù)的應(yīng)用可以有助于建筑的全周期維護(hù)。

（3）項(xiàng)目實(shí)施模式的拓展與創(chuàng)新

隨著建筑行業(yè)設(shè)計(jì)水平及制造加工條件的飛速發(fā)展，當(dāng)前我國建筑領(lǐng)域項(xiàng)目的復(fù)雜度逐年提升。針對(duì)更加復(fù)雜的項(xiàng)目，傳統(tǒng)的“設(shè)計(jì)—投標(biāo)—施工”模式存在一定局限性。一方面，設(shè)計(jì)階段無法將特殊定制的材料效果、做法、工藝、造價(jià)等完全落實(shí)；另一方面，施工團(tuán)隊(duì)簽訂承包合同后再開展相應(yīng)產(chǎn)品的研發(fā)工作，不可預(yù)見成本較高，導(dǎo)致造價(jià)超出風(fēng)險(xiǎn)及施工延期風(fēng)險(xiǎn)。例如，德國漢堡音樂廳項(xiàng)目，立面單元的建筑效果及方案在設(shè)計(jì)階段確定，但相關(guān)幕墻產(chǎn)品在承包商施工階段開展研發(fā)工作，最終實(shí)施為雙層中空弧形鍍膜單元式幕墻系統(tǒng)，并附加了Low-E 及降低貨船雷達(dá)干擾的特殊涂層材料。另外，施工過程中由于港口風(fēng)浪等影響，單日安裝6 塊單元，最終建筑價(jià)格距離預(yù)算超出較大[11]。針對(duì)此種復(fù)雜度高、協(xié)同團(tuán)隊(duì)多、時(shí)間周期有限的項(xiàng)目，近年來多種項(xiàng)目操作模式均處于萌芽及探索階段，例如工程總承包模式與承包商提前介入模式。

近年來， 我國在逐步探索工程總承包（Engineering Procurement Construction,EPC），將工程設(shè)計(jì)和施工納入同一個(gè)合同中，降低建設(shè)方的管理風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)裝配式建筑，EPC 模式從制度上有效地銜接了“設(shè)計(jì)—加工”的分離問題，降低了復(fù)雜項(xiàng)目的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)[12]。目前EPC 模式已成為我國未來建筑工程發(fā)展的方向之一，各地也紛紛出臺(tái)政策鼓勵(lì)裝配式建筑采用工程總承包制度。

同時(shí)，EPC 模式對(duì)總包方的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)要求較高，近年時(shí)常出現(xiàn)由于管理失誤導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)度、效果受到影響的案例[13]。針對(duì)這種情況，近年來國際學(xué)者提出了承包商提前介入（Early Contractor Involvement，ECI）的項(xiàng)目模式。該模式源于早期的承包商針對(duì)大型復(fù)雜項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段提供無償服務(wù)或獨(dú)立咨詢服務(wù)演變而來。項(xiàng)目造價(jià)的擾動(dòng)隨著工程推進(jìn)逐步減小，而修改的成本逐步增加[14]（圖7）。針對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目，傳統(tǒng)模式通常面臨開展施工時(shí)的設(shè)計(jì)深化與產(chǎn)品研發(fā)工作。ECI 模式則把該部分工作前置，整合進(jìn)主體設(shè)計(jì)階段，這樣可以在實(shí)際施工前鎖定產(chǎn)品細(xì)節(jié)，有助于鎖定造價(jià)規(guī)模，更好控制項(xiàng)目進(jìn)展。已有研究表明，該模式對(duì)特殊產(chǎn)品、加工工藝的技術(shù)配合，可以使得建筑整體的施工周期壓縮10%，造價(jià)節(jié)約12%～32%[15]。

圖7 承包商提前介入對(duì)項(xiàng)目的優(yōu)化影響：首選設(shè)計(jì)過程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程對(duì)比（片來源：參考文獻(xiàn)[14 ] ）

3.2 長周期可持續(xù)性能設(shè)計(jì)策略

（1）被動(dòng)優(yōu)先的整體設(shè)計(jì)策略

建筑運(yùn)行階段長周期的可持續(xù)性能是建筑設(shè)計(jì)無法忽視的關(guān)鍵因素。已有研究表明，建筑設(shè)計(jì)階段的相關(guān)決策對(duì)建筑能源、資源消耗以及室內(nèi)環(huán)境舒適度的影響巨大[16]，因此被動(dòng)優(yōu)先的整體策略是裝配式建筑低碳發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

通過優(yōu)化建筑群規(guī)劃、建筑外形和建筑空間布局特征組織建筑能量流動(dòng)。結(jié)合綠化水體等景觀，增強(qiáng)炎熱氣候的自然通風(fēng)及寒冷氣候的日照范圍和時(shí)長。根據(jù)不同地區(qū)的年平均溫度，優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱和外窗太陽能的比例；控制迎風(fēng)面積比、冬夏季太陽利用率和氣密性等級(jí)，組織室內(nèi)空氣流動(dòng)及溫濕度水平；采用適當(dāng)?shù)闹评涑凉裨O(shè)備，減少一次能源消耗總量。

針對(duì)環(huán)境氣候特點(diǎn)，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。為應(yīng)對(duì)寒冷氣候，可根據(jù)平均最低溫度，調(diào)整圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、優(yōu)化單位供熱負(fù)荷、外窗太陽能得熱系數(shù)、一次能源消耗總量和外墻傳熱系數(shù)；根據(jù)采暖度日，控制外墻傳熱系數(shù)、地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、外窗傳熱系數(shù)、外窗太陽能得熱系數(shù)和單位供熱負(fù)荷。為應(yīng)對(duì)炎熱氣候，可根據(jù)最熱月溫度，調(diào)整外窗傳熱系數(shù)和屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；優(yōu)化一次能源消耗總量、外墻傳熱系數(shù)、外窗太陽能得熱系數(shù)和地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。根據(jù)制冷日度數(shù)，控制外窗太陽能得熱系數(shù)和地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；選擇合適的外墻傳熱系數(shù)、外窗傳熱系數(shù)和單位供熱負(fù)荷。

另外，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)同樣不能忽略被動(dòng)策略的重要意義。在解決水密、氣密等構(gòu)造時(shí)，通過構(gòu)造設(shè)計(jì)降低對(duì)密封膠的依賴度同樣能夠起到延長性能周期的作用。例如，針對(duì)高性能門窗的研究表明，以密封圈壓緊方式連接的節(jié)點(diǎn)通常具有更低的氣密性衰減率，并且更換維護(hù)代價(jià)較低[17]；而針對(duì)板材縫隙的氣密性，通過對(duì)不同縫隙企口形態(tài)的模擬研究表明，深淺復(fù)合型凹槽可有效降低空氣滲漏率，這種企口構(gòu)造的耐用年限遠(yuǎn)大于耐候密縫膠的作用[18]。因此在構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上，也應(yīng)關(guān)注耐久原則有限的被動(dòng)節(jié)點(diǎn)策略，降低長周期材料性能衰減導(dǎo)致的建筑性能降低。

（2）可再生能源利用與裝配式產(chǎn)能表皮

在碳中和的發(fā)展目標(biāo)下，建筑可再生能源利用應(yīng)逐步加強(qiáng)。光伏建筑一體化技術(shù)由于有效提升可再生能源產(chǎn)出量、整合建筑效果與能源系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前著力的發(fā)展方向[19]。

設(shè)計(jì)初期根據(jù)場(chǎng)地條件選擇相對(duì)合適的可再生能源技術(shù)，選擇過程中需考慮當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源、設(shè)備成本和運(yùn)輸條件等因素?？稍偕茉聪到y(tǒng)不應(yīng)成為影響建筑外觀、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑空間的消極因素，而應(yīng)作為建筑的一部分，使其具有地域特征和時(shí)代特征。在所有可再生能源技術(shù)中，其中可重點(diǎn)關(guān)注太陽能的利用，因?yàn)榻^大多數(shù)建筑都能接收到太陽輻射。因此，建議推進(jìn)和裝配式光伏建筑一體化的研究和設(shè)計(jì)，特別是光伏系統(tǒng)與建筑圍護(hù)系統(tǒng)的一體化集成，以及相關(guān)系統(tǒng)的模塊化與整合。

建筑的光伏圍護(hù)系統(tǒng)一體化主要將光伏發(fā)電板集成于屋面和立面系統(tǒng)。光伏發(fā)電板的布置需考慮預(yù)選位置的太陽輻射強(qiáng)度，以提高發(fā)電的效率。在光伏屋面系統(tǒng)中，可將光伏發(fā)電板根據(jù)屋面形狀制成相應(yīng)形式并進(jìn)行布置，如平屋面可采取水平或者帶有一定傾斜角度地安置，坡屋面可沿屋面坡度鋪設(shè)光伏發(fā)電板或光伏發(fā)電瓦。光伏屋面系統(tǒng)需考慮屋面的防水和保溫問題，以及對(duì)光伏發(fā)電板的可維護(hù)性。光伏立面系統(tǒng)應(yīng)與建筑外觀統(tǒng)籌考慮，光伏發(fā)電板應(yīng)結(jié)合建筑立面形式布置并相協(xié)調(diào)，同時(shí)不能忽略建筑立面的采光、保溫、通風(fēng)和防水功能需求。

對(duì)裝配式系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)，拓展和深化裝配式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、完善和規(guī)避裝配式系統(tǒng)的弱點(diǎn)。裝配式建筑體系本身具有可批量生產(chǎn)、快速建造、節(jié)約人力、空間靈活、循環(huán)利用等固有優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也由于其高度標(biāo)準(zhǔn)化的建構(gòu)特征，導(dǎo)致裝配式建筑缺乏根據(jù)不同場(chǎng)地、氣候所進(jìn)行的較強(qiáng)的針對(duì)性設(shè)計(jì)。

3.3 蘊(yùn)能量及低碳裝配體系建構(gòu)

從全生命周期的角度來看，裝配式建筑在材料加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝階段的碳排放可以由蘊(yùn)能量（Embodied Energy）來概括。該理念最早由理查德·施泰因（Richard Stein）和黛安娜·塞伯（Diane Serber）提出，指的是建筑材料從原材料提煉、加工、制造整個(gè)生產(chǎn)過程以及運(yùn)送到建筑工地并進(jìn)行裝配最終轉(zhuǎn)化為建筑元素所消耗的總能量[20]。蘊(yùn)能量可以量化表征建筑建造過程中所消耗的材料和能源，從而衡量建筑的經(jīng)濟(jì)性能。能源消耗會(huì)產(chǎn)生CO2，屬于溫室氣體排放，所以蘊(yùn)能量還可用來衡量建筑材料和系統(tǒng)對(duì)總體環(huán)境碳排放的影響。

由于建筑性質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式、建筑規(guī)模的差異，建筑材料與建造過程占全生命周期碳排放規(guī)模存在差異，但通長來說隨著建筑能耗水平的降低，建筑材料與建造碳排放占比逐漸提升。通過對(duì)常規(guī)建筑及低能耗建筑的能耗對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)建筑的蘊(yùn)能量占總能量的2%～38%，而低能耗建筑占比則在9%～46%之間[21]。而更詳細(xì)的對(duì)比研究表明，普通建筑蘊(yùn)能量占比6%～20%，被動(dòng)式建筑11%～33%，低能耗建筑26%～57%，凈零能耗建筑高達(dá)74%～100%[22]。由此可見，在建筑能耗水平逐步降低的趨勢(shì)下，建筑蘊(yùn)能量逐漸成為不可或缺的碳排放環(huán)節(jié)，應(yīng)予以足夠重視。

針對(duì)裝配式建筑，在建筑設(shè)計(jì)和材料的選擇過程中考慮有關(guān)蘊(yùn)能量的問題時(shí)，除了針對(duì)主體結(jié)構(gòu)形式、建筑規(guī)模與功能等關(guān)鍵指標(biāo)的關(guān)注，還應(yīng)進(jìn)行降低蘊(yùn)能量的針對(duì)性設(shè)計(jì)，包括以下幾方面：

（1）探索本土材料、可回收材料的充分利用

一方面，當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑材料由于材料獲得性強(qiáng)，加工強(qiáng)度低，往往具有較低的碳排放強(qiáng)度。另一方面，廢棄回收利用的材料由于其生命期時(shí)間周期擴(kuò)展，其碳排放強(qiáng)度同樣較低。裝配式建筑雖然較傳統(tǒng)建筑體系更加依賴工廠的預(yù)制工作，但在設(shè)計(jì)過程中不應(yīng)忽視對(duì)本土材料、可回收材料的裝配和整合，這是降低建筑碳排放的重要路徑。

東英吉利大學(xué)的建筑創(chuàng)業(yè)家中心項(xiàng)目（The Enterprise Centre, University of East Anglia）在設(shè)計(jì)過程中充分考量了當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑材料與工業(yè)裝配體系的融合。最終全生命期碳排放僅為普通建筑的1/4（圖8、9）。

圖8 英國東英吉利大學(xué)建筑創(chuàng)業(yè)家中心（片來源：https://www.architype.co.uk/project/the-enterprise-centre-uea/）

圖9 英國東英吉利大學(xué)建筑創(chuàng)業(yè)家中心項(xiàng)目本土材料來源及裝配式安裝（片來源：https://www.passivhaustrust.org.uk/news/detail/?nId=圖4 圖7 圖6 ）

竹管垅茶青市場(chǎng)項(xiàng)目則充分挖掘本地材料和廢棄材料作為景觀環(huán)境的潛質(zhì)（圖10）。項(xiàng)目位于我國福建省壽寧縣，屬于欠發(fā)達(dá)地區(qū)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)明確了回收廢棄材料降低建筑造價(jià)，提升當(dāng)?shù)靥厣脑O(shè)計(jì)策略。南側(cè)石材鋪地采用粗加工石廢料，該材料具有相似的材料厚度但板材形態(tài)尺寸差異大，無法加工成成品石材。經(jīng)過多方協(xié)調(diào)，采取控制3 種寬度但不控制長度并再加工形成具有特色肌理的石材鋪地進(jìn)行密拼。內(nèi)部地面采用水磨石做法，選取石材加工邊角料廢料作為骨料進(jìn)行整體打磨剖光，還原豐富石材的顏色效果。北側(cè)夯土墻基礎(chǔ)、景觀座椅則挑選傳統(tǒng)閩北民居破損坍臺(tái)老屋的基礎(chǔ)、木梁等材料，進(jìn)行適當(dāng)粗加工及清理形成。

圖10 竹管垅茶青交易市場(chǎng)材料回收再利用及效果（a攝影：王文武，b攝影：褚英男）

通過一系列對(duì)當(dāng)?shù)貤壷玫陌氤善肥?、坍塌老屋的磚石木梁等進(jìn)行考察調(diào)研，并與業(yè)主、施工方共同商討回用技術(shù)方案與樣品試制，最終施工，形成了具有當(dāng)?shù)靥厣木坝^環(huán)境，同時(shí)降低了建材廢棄帶來的進(jìn)一步能源資源的消耗，實(shí)現(xiàn)了材料的全生命周期利用。

（2）關(guān)注建筑材料的耐久性及分離難度

當(dāng)前建筑主體拆除后材料的棄置，在建筑設(shè)計(jì)初期就通過設(shè)計(jì)策略對(duì)建筑拆除和材料的回用進(jìn)行深入考慮，是未來發(fā)展中建筑師無法忽略的關(guān)鍵要素。與傳統(tǒng)建筑形態(tài)、空間、材質(zhì)設(shè)計(jì)不同的是，材料分離涉及建構(gòu)的一體化考量，即建構(gòu)措施、空間形態(tài)、細(xì)部質(zhì)感均由整體的設(shè)計(jì)策略引發(fā)，這對(duì)建筑設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

埃因霍溫公共展館臨建項(xiàng)目，考慮到臨時(shí)性和可持續(xù)低碳理念的宣傳貫徹，設(shè)計(jì)之初采用了全部可拆除回收重復(fù)使用的建筑與節(jié)點(diǎn)策略（圖11）。建筑的主體結(jié)構(gòu)、維護(hù)界面、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)均在最小干預(yù)材料本身完成，并未采用膠粘、鉆孔、切割等傳統(tǒng)建筑技術(shù)。具體而言，上部主體結(jié)構(gòu)采用了標(biāo)準(zhǔn)尺寸、未刨平的組合木梁，并用標(biāo)準(zhǔn)鐵箍完成組裝，拆除后重新作為木材出售；建筑屋頂采用標(biāo)準(zhǔn)的溫室大棚的通用產(chǎn)品模塊，拆除后作為溫室大棚繼續(xù)使用；首層的玻璃幕墻材料來源于BOL總部翻新的剩余產(chǎn)品，立面彩色塑料磚則由當(dāng)?shù)鼐用窕厥盏乃芰现瞥?，拆除后可用于居民家庭生活裝飾。因此建筑拆除后所有材料可繼續(xù)用于其他永久建筑的建造使用，將此建筑的蘊(yùn)能量降低至最小。

圖11 埃因霍溫公共展館臨建項(xiàng)目室內(nèi)外效果（攝影：Filip Dujardin，圖片來源：bureau SLA+Overtreders W）

（3）關(guān)注系統(tǒng)最優(yōu)而非單相最優(yōu)

在建筑項(xiàng)目中，盲目地降低蘊(yùn)能量并不一定總是有益的，有必要站在建筑全生命期的角度對(duì)蘊(yùn)能量進(jìn)行長遠(yuǎn)考慮。例如，輕質(zhì)建筑材料的蘊(yùn)能量通常比重質(zhì)材料低，但蓄熱保溫性能相對(duì)較弱，如果建筑使用過程中對(duì)制冷或采暖有較高需求，可能反而會(huì)提高建筑的總能耗；在很多情況下，使用較高蘊(yùn)能量的建筑材料，可以降低建筑運(yùn)行和使用過程中的能耗；選擇更為耐用的建筑材料可以延長使用壽命，減少維護(hù)成本；選擇具有高回收率和高循環(huán)利用率的金屬等建筑材料；選擇具有環(huán)保使用模式的建筑材料等等。

4 結(jié)論

通過對(duì)國內(nèi)裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀、國際相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)可以看出，裝配式建筑在建筑碳排放領(lǐng)域起到關(guān)鍵作用，而建筑師作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)及主導(dǎo)者，其重要作用無法忽視。在今后裝配式建筑的設(shè)計(jì)中，基于碳中和的整體設(shè)計(jì)策略是有效技術(shù)手段，具體來說有3 個(gè)關(guān)鍵要素：其一，建筑師應(yīng)充分融入多專業(yè)協(xié)同的復(fù)雜體系中。隨著顧問團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)化、施工技術(shù)的豐富化、項(xiàng)目推動(dòng)模式的創(chuàng)新化，建筑師適應(yīng)應(yīng)引領(lǐng)協(xié)調(diào)的工作模式，將低碳、可持續(xù)的設(shè)計(jì)理念自概念設(shè)計(jì)到工程推動(dòng)貫徹始終。其二，裝配式建筑應(yīng)從關(guān)注建設(shè)過程轉(zhuǎn)向關(guān)注運(yùn)營過程長周期的可持續(xù)性能上來，切實(shí)發(fā)揮裝配式建筑運(yùn)營階段的特征優(yōu)點(diǎn)。以被動(dòng)優(yōu)先、主被動(dòng)策略相協(xié)調(diào)的整體設(shè)計(jì)思路為主導(dǎo)，弱化臨時(shí)的性能節(jié)點(diǎn)措施，著重關(guān)注長周期建筑性能的維持，保障項(xiàng)目運(yùn)行耐久性。其三，裝配式建筑的設(shè)計(jì)階段應(yīng)關(guān)注全生命周期的蘊(yùn)能量變化，從傳統(tǒng)的對(duì)空間、造型的關(guān)注，拓展到對(duì)材料全周期的利用上，運(yùn)用創(chuàng)造力提出有效技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的可持續(xù)屬性。□