马虹:双碳背景下智慧建筑发展路径思考 碳中和

从地产行业宏观发展趋势看,目前我国楼宇园区已从粗放式开发阶段进入到资产持有的精细化运营阶段,这对于很多地产从业机构包括开发商而言既是巨大的机遇,同样也带来了一定的挑战。

据数据显示,建筑行业的碳排放量占据整个碳排放的51.2%。建材生产和建筑运行阶段占比约为28.3%和21.9%,施工阶段约占1.0%。因此,在这种情况下,政府已经对绿色建筑、绿色建材提出了详细的要求和规划,并逐步打造绿色建筑的白名单和绿名单机制,建立绿色建筑的联盟采购网,从而保障建筑的绿色建造、绿色运营。

全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会副主任委员马虹认为,数字化和低碳化是实现智慧建筑降本增效的重要利器,而目前我国也迎来了在数字化方面的产业红利和政策红利,数字化低碳化势不可挡。

2020年全球碳排放总量中,作为世界工厂和工业强国,中国碳排放量占比约为30.7%。中国建筑601668)业全寿命周期碳排放占全国碳排放总量约51.2%,而在2030年碳达峰实现之前,全国建筑碳排放量总体呈逐年上升的趋势,由此可见,减碳需求迫在眉睫。我们提出,数字技术赋能建筑全生命周期,是实现建筑节能减排的重要利器。但与此相对的是,目前我国楼宇存量市场庞大,整体建筑系统老旧,建筑数字化水平仍有待提升,未来仍有很长一段路要走。

数字技术革新在如火如荼的进行,似乎使行业认为数字技术能迅速赋能社会发展,促进双碳目标快速实现,但现实世界里却有一个重要的客观因素制约其发展,即“信息化烟囱”或称“信息孤岛”,企业研发的数字技术无法使全生命周期中各个阶段的数据进行链接,易形成信息壁垒,这对整个碳足迹的跟踪以及对碳排放计量的核算都会产生重要影响。

建筑从低碳设计、装配式生产、智能建造,到完成交付,并由建设期向运维期过渡等各阶段都需要打通阶段信息壁垒,而可行的方式之一是依托BIM技术在各阶段实现数字化资产及交付成果。打通设计、建造、交付和运维的多源异构数据,并通过基于BIM的数据协同平台,充分利用前期建设成果,实现智慧运维管理系统建设运行。

智慧建筑是智能建筑、人、软硬件设备互联开放、相互协同形成的,三者缺一不可。从建筑角度来看,没有大量的物联网设备设施铺垫而成的楼宇是无法链接在一起的,自然无法适应现代的智能化世界。

首先,从人的角度来看,无论是住宅、办公还是大型公建,都离不开对使用人群的分析。使用人群的规模、行为方式及自身能源消耗等因素,综合决定了整个楼宇的碳排放指标,因此我们应该更多的关注人对于楼的影响,在建造一栋建筑物时,要关注具备何种行为习惯的人群倾向于在涉及的楼宇中进行社会化活动。

其次,要考虑云、管、边、端的开放互联。在万物互联的大背景下,智慧建筑的成功与否是由其与所有的城市基础设施采集源之间的关系而决定的。

整个建筑的生命周期纵向整合了生产、运输、建造、资管、拆除五个维度,而这五个维度是可以通过技术手段以及其他工具方式实现整体的减量、优化、能效提升,包括碳足迹实现、追踪和“3060”目标的实现。当然,这里面不仅需要从建筑物角度切入,也需要有大量的政策推动,还需要有标准去协同,更需要行业从业人员积极的贯彻落实。

然后,从建筑的碳排放角度来看,主要分为三大类:隐形碳排放、直接碳排放、间接碳排放。

隐形碳排放主要来自于建筑材料;直接碳排放则来自整个消费过程当中形成的碳排放,比如建筑立面的热量排放、建筑物中使用者的行为排放;间接碳排放则来自于能源使用的碳排放,因此可以在建筑的碳排放角度上寻找可行性。

在设计层面,要基于BIM技术的隐形碳计算。即在设计阶段就应该计算出建筑的碳总量,包括建材选型、楼宇设计、空间结构的综合利用等;在建筑层面,在建造阶段考量的是施工工程建造、工地的运行管理、建筑运输等,这些要考虑到能耗;在运行层面,运行监测过程也有相应的标准要去对表并进行计算,通过数字技术降本提效。

但是无论从降碳的角度还是从建筑的生命周期角度实现零碳计划,都离不开数字化技术,即数字化是建筑全生命周期节能减碳可持续发展最有效的一条路径。

具体而言,首先是智慧空间操作系统基于BIM的建筑隐含碳计算,要建立起碳排放的监测与核算的标准化体系。

目前住建部已经发布了《GBT 51366-2019建筑碳排放计算标准》,这个标准对于整个针对新建、扩建、改建,整个建筑的全生命周期过程当中主要碳排放的因子进行了详细的分解,实现了动态的监测和核算,初步对绿色建筑的全生命周期的碳排放进行了标准化的监测。

同时住建部已经颁布《公共建筑运营单位温室气体排放核算方法和报告指南》,在建筑生命的五个阶段标准化统计口径。

1、生产阶段:核算开发商采购建材的碳足迹,还需要采购清单、材料、设计图纸等材料进行辅助碳排放计算。

2、运输阶段:在运输阶段主要涉及所有的材料用量,运输距离、运输工具等设计的碳排放计算。

4、资产管理阶段:目前我国很多建筑是无法进行碳排放计算的智慧建筑,因此只能称其为智能建筑,这些智能建筑在投入使用后的初期和后期是完全不同的状态,无法实现完全自主地智慧化运行。此外,国内建筑虽然选用了大量的国外楼宇自动化产品,但无法适应于国内实际需要,因此重视资产管理阶段是非常必要的。

在存量时代下,碳排放的监测与核算不仅是建造或者资管的某一环节,而是全生命周期的计算,但是碳排放的监测和计算的标准化仍需要社会各界一起完善,协同推动“3060”目标的实现。

其次是通过数字底盘解决运行中碳管理,通过物联网终端,把通过各种途径采集到的数字数据协同到数字底盘上,让数字化真正变成一网统管、一网统办,解决数字烟囱问题。

之后是建立智慧建筑工程协同平台,以创新数字孪生三维场景方式呈现工程项目管理现场,实时跟进工程进度、质量管理,优化资源调配。通过物联IOT实时获取各项能源、燃料消耗,支持碳排统计、能耗分析、业务协同、智能管理、事件预警等管理功能,实现更节能、更低碳、更安全、更舒适、更高效的绿色低碳智慧建筑工程的协同管理。

最后是建设建筑大脑。从功能上来说,建筑大脑需要具备安防、空间运营、智能控制、应急联动等能力。实现“3060”目标,低碳环境、低碳运维、能源优化、零碳管理必不可少。建筑大脑具备自主运行能力,能及时捕捉人体信息、城市信息乃至空间信息,并通过整合运算出来,实现节能减排,降本增效,助力智慧建筑低碳运行。

总体而言,整个智慧建筑的低碳发展路径探索已经明晰,首先依托BIM技术进行低碳设计和测量,然后利用装配式建筑工程技术进行建筑物整体的建造,再基于BIM技术进行工程协同,能效互补,最后通过数字技术进行节能低碳运行监管和多维度赋能。贯穿路径始终,则是要求政策规范、标准协同、数字监管,只有如此,才能实现碳中和目标。

(本文由全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会副主任马虹在2022中国楼宇园区资管及低碳数字化创新峰会上的演讲整理而成。)