何谓建筑设计与施工的低碳发展？

• 低碳发展为什么重要？
• 低碳发展的战略要素
• 实施低碳发展战略的好处
• 低碳建筑设计是什么样的？
• 低碳发展的未来是什么？

低碳发展是建筑设计和施工中采用的一种整体化的方法，包括了为建设更美好的未来所开展的节能、环保及不断发展的实践。上世纪80年代中期，联合国布伦特兰委员会在一次全球会议上发布的《我们共同的未来》报告中，首次提出了这一广义定义：低碳发展“既要满足当代人的需要，又不损害后代人满足其需要的能力”（PDF，第16页）。会议提出的有关可再生愿景的核心概念现已在原则上被全球各行业的领导者广为接受。

气候变化突显了可持续解决方案的紧迫性。随着技术的变革，低碳发展已经不再是未来，更是当下的课题。如果不彻底改变项目的设计和建造方式，我们就无法在工程建设行业中实现整体的可持续发展。建筑行业占全球年度碳排放量的38%（PDF，第10页），其中28%来自供暖、制冷和电力的运营排放，10%来自材料和施工活动。鉴于预期的城镇化浪潮的到来，减少排放量的难度将会更具挑战。

低碳发展为什么重要？

从现在到2060年，全球建成的建筑面积预计将翻一番，相当于在接下来的40年中每个月增加一个纽约市。新建筑和现有建筑的脱碳应该立即成为一个行动号召。有鉴于此，联合国2030年的17个可持续发展目标中，有两个关注建筑环境：建设有韧性的基础设施和创建可持续的城市和人类住区。

向前迈进意味着要面对一系列环环相扣的挑战。建筑环境必须与电网同步发展——同时逐步淘汰使用化石燃料的基础设施并启动电力运输选项。这些转变受到了协调不力和老派思维的阻碍，但我们已经掌握了取得成功所需的技术和创造力。

这些转变为那些愿意采用不同方法的人们提供了巨大的机会。低碳发展也可能是一项明智的投资措施：国际金融公司（IFC）认为，到2030年，绿色建筑的价值将达到24.7万亿美元。

低碳发展的战略要素

低碳发展是一个整体化的愿景和过程，它注重改善环境，通常体现为脱碳、韧性、循环性和公平性等方式。若要做得好，就需要建筑设计、工程和施工之间的协调，所有团队从一开始就共享数字资产，以消除其工作和成品中的浪费。

这一过程的初始景象可能并不十分清晰，甚至可能像是一张分辨率较低的图像似的，有点模糊。但重要的是要有愿景；无论这个愿景最初有多模糊，它也会逐渐突出各个焦点。任何一个项目的共同愿景和数字工具都需要考虑建筑生命周期的每个阶段，包括项目使用的隐含能源和项目生命周期结束后的影响。有了这些信息，各个团队就可以使用正确的可持续的材料和施工实践来制定一个全面的蓝图。

慎重选址

在开工建设之前，适当的项目选址可以为减少碳排放提供一个良好的开端。对于绿色设计而言，不动产公理中关于地点的说法具有双重价值。

根据《洛斯阿拉莫斯国家实验室可持续设计指南》，适当的选址做法包括：

• 利用场地的地形、阳光、树荫和风能促进节能
• 保护现有植被
• 将建筑融入周围景观

选择一个好的位置可以最大限度地减少干扰：想一想改造现有结构或重新利用棕地以缩小环境影响的足迹，避免干扰水的流域和野生动物走廊，以及用原生植被进行景观美化。这些措施大大地提高了场地在减少碳排放方面的价值。选择靠近便利设施和公共交通的适合步行的城区位置也可以减少交通排放。

Autodesk Insight等工具可以帮助建筑师把能源效率和环境优化置于项目的最初设计环节。Autodesk Spacemaker是一个基于人工智能的工具，主要用于设计的初始阶段，它甚至可以让房地产专业人士通过使用实时、数据驱动的风和日光分析和反馈来考虑建筑位置和方向的影响。

这种规划对于风力发电场和太阳能装置等可再生能源基础设施来说尤为重要。清洁能源发电的投资预计在未来五年内将翻一番，这将需要明智的规划以避免潜在的生态破坏，尤其是对野生动物栖息地的破坏。

将创意愿景和布局与材料选择相结合是很重要的。低碳发展规划在很大程度上取决于生产工艺方法。

许多建筑业主正在重新思考如何最好地利用自己的建筑资产组合来提高整体性能，同时减少对环境的影响。通过翻新和重新利用现有的资产组合，业主可以更快地适应不断变化的用户需求，甚至随着房地产市场的变化而扩展到新的市场。

创意、可持续的建筑设计与工程

将创意愿景和布局与材料选择相结合是很重要的。低碳发展的规划在很大程度上取决于生产工艺方法，例如，当地供应链能够消除运输和航运成本，如果加以利用就可以减少隐形的碳排放。低碳施工阶段也取决于恰当的采购和正确的程序。

采购应减少，材料应再生；而且，如果所有其他方法都不管用，我们也应该尽量抵消制造、运输和使用材料所产生的碳排放。例如，在某些情况下，大型木材建筑可以通过将碳储存在建筑物的结构中来减少建筑物的碳足迹。尽早提供指导意见——例如，确保所使用的钢材来自低碳供应链并且高度可回收——将在建筑物的整个生命周期得到回报。建筑师和工程师还应在提案中指定低碳建筑材料，指定消耗较少水、能源、有毒化学品和清洁剂的材料。随着时间的推移，这种方法还可以降低维护成本。

低碳建筑材料

由于建筑物中高达80%的隐含碳来自结构材料，因此可持续发展必须依赖低碳选择。低碳建筑材料的选择还可能包括再利用的材料，如再生木材和再生钢材。（建筑行业素以丢弃可用的材料而臭名昭著。）每年世界上近8%的二氧化碳排放来自传统混凝土。新型材料可以是更环保的替代品，其中包括：

• 由回收的建筑材料制成的砖块
• 再生混凝土
• 减少碳影响的混凝土混合物

使用新技术和极简主义的设计方法——如光滑的线条、裸露的天花板和抛光混凝土地板——也减少了材料的使用总量。

隐含碳计算器——或与BIM（建筑信息模型）软件配合使用的EC3——在详细建筑设计完成后会以单一元素来映射各种材料。它能够快速地察觉到隐含碳等重要指标；估算出一个项目在制造、运输和组装所有材料过程中的温室气体排放量，以及材料的维护和报废成本。

精心的材料组装

一旦收集到恰当的材料，在组装它们时也应同样小心。更好的BIM管理和现场数字协作可以节省资金、能源、所需时间和材料。通过采用精益建造这样更有效的方法以及更好的项目管理，可以消除浪费并减少隐形碳排放。根据美国精益建造协会的数据，70%的建筑项目会延期完工并超出预算。

预制造、模块化和工业化施工还可以加快项目进度、规范施工建设并减少项目生命周期的浪费。例如，荷兰芬洛镇的市政厅实际上是可以在其他地方拆卸并重新组装成完全不同的结构的。BamCore设计了一个定制工程系统来设计和制造混合竹木板，为住宅和低层商业结构提供更多的可再生材料。最后，越来越多的新一代全电动重型设备和卡车也开辟了使用可再生动力的建筑工地。

低碳建筑的运营和维护

当施工人员完成施工并开始拆卸工地时，智能和可持续建筑并没有就此结束。在此后的生命周期内，建筑运营和维护是终生的追求，它提供了减少能源费用并最终减少污染的方法。联合国研究人员发现，建筑运营的排放量在2019年达到峰值；更好的施工建设和更智能的运营技术正在成为新的标准。为了实现《巴黎协定》的目标，建筑运营的排放需要迅速减少。

建筑业主可以使用建筑运营的技术和数据最大限度地提高供暖、制冷和暖通空调系统的效率。这是通过使用复杂的传感器和数字孪生（一种由人工智能和机器学习支持的，不断更新的，可以监控、维护和优化物理模型性能的建筑物数字仿真模型）来完成的。这些先进技术还提供了预测性维护功能，其中传感器和实时监控可以检测到某个部件何时开始超过某个阈值，并在故障发生之前及时修复，从而节能、节支又省时，使资产的性能尽可能接近最高效率。

建筑拆除和材料再利用

对于聪明的一体化开发商来说，即使是即将或已经被拆除的建筑也具有可持续的价值。依照20世纪出售或拆除场地的范式，会有废品回收公司在一定程度上将拆除的建筑物拆成部件。但数字解决方案提供了更好的再生和回收方案以及更周到的方法。

借助Autodesk Tandem等程序和材料护照（一个项目使用的所有材料的数据库）并利用数字孪生，旧建筑可以成为材料库。这样，用过的钢梁或砖块从安装后就被追踪，日后可以得到拯救并在另一个建筑立面上获得第二次生命。在拆除之前，人们对建筑物中的内容了解得越多，重复使用这些材料就越容易，也越便宜。如果没有解构的路线图，旧建筑的大部分都会被送往垃圾填埋场。

当各种设计数据都聚集在数字孪生中时，建筑师和设计师处于有利地位，可以追求适应性再利用。建筑师可以借助于衍生式设计，用技术来帮助他们重新思考和重新设计可用空间的最佳布局。采用材料护照的方法还将有助于对废弃建筑进行创造性的设计。通过更好地了解旧址或遗址，建筑师、工程师和建筑商可以重复使用现有结构的核心部分或使回收材料成为新项目设计的内核。悉尼全新的Quay Quarter Tower重新利用了上世纪70年代旧建筑的68%，节省了相当于1万次从悉尼飞往墨尔本航班的隐含能源。

实施低碳发展战略的好处

事实证明，人类在拯救地球的同时也可以节省资金——尤其是在低碳发展战略方面。低碳发展战略往往会加快建设的多个阶段，从而显著地降低项目成本。具有高能效的建筑可以在项目的整个生命周期内节省可观的能源费用。根据Three Percent Club（百分之三俱乐部）的数据，如果采用脱碳、电气化、效率和数字化来提高能源效率，每花费1美元就能获得3美元的回报。全球许多大学和办公楼通过先进的、可持续的设计节省了数百万美元资金；斯坦福大学发现，对整栋大楼进行大规模的改造平均每年可节省24%费用。

大量的研究还表明，可持续建筑实际上也有助于员工提高工作绩效。例如，一些建筑师采用亲近自然和仿生的设计，将大自然带到建筑内部，让用户从自己的脚步中获得一些鼓舞。使用更好的材料、增加空气流通和采光、消除化石燃料和有害化学物质，这些都为办公楼业主创造了令人难以置信的销售卖点：减少能源支出，提高生产力。美国绿色建筑委员会发现，员工在可持续办公建筑中“更快乐、更健康、更高效”。

归根结底，建筑物是资产。较低的开支费用和更好的用户满意度使它们更具吸引力，而ESG投资（专注于可持续建设和运营计划的环境、社会和公司治理的投资）的急剧增加意味着更绿色的项目是吸引资本投资的吸铁石。可持续性在金融系统中正变得常态化，促成了考虑周全的场地规划基准、隐含碳基准和积极的气候基准。数万亿美元资本已对可持续性提出要求，这正在发挥作用，并将工程建设生态系统中关于可持续性实践的讨论转变为金融和环境方面的必要条件。

低碳建筑设计是什么样的？

在实践中，低碳建筑创造了更有价值的前沿建筑设计。能源效率方面的限制或旧建筑的再利用实际上可以为建筑师和设计师提供创造性的灵感，从而产生更引人注目的成果。

建筑设计公司OuyOut在法国埃佩尔奈为会计协会CDER设计了一个新的空间，他们建议不拆除旧建筑的难看部分，而是对它进行改造并重新设计立面。引人注目的外观，双层厚的立面，弯弯的曲线和凉棚状的植被：这便是位于法国香槟地区中心的一种宜人的美学。它还提供了更厚、更隔热的外部，从而降低了能源费用。

在迈阿密，最近完工的高档住宅项目Grove Central采用可持续的建筑材料，在屋顶安装了太阳能板。这一综合体最持久的环境影响也许是地点及其交通连接。Grove Central靠近轻轨站，便于无车和多种交通方式。它还拥有步行可达的楼内商店和社交中心等便利设施，有助于减少通勤和外出购物中的碳排放。与OuyOut的设计一样，这一可持续的住宅项目无需人们放弃自己喜爱的生活方式。创意而负责任的设计堪称比传统设计增加了更多的审美价值和用户利益。

泰国房地产开发商Magnolia Quality Development Corporation在设计WHIZDOM 101时采用了类似的想法，但规模更大。这一可持续的智慧城市项目占地近七万平方米，把工作、生活和娱乐综合为一体。高端住宅设施包括慢步跑道、自行车道、图书馆和宽敞的绿地。该开发项目采用数字设计减少了所需的建筑材料，也规划了室外小气候，从而降低热暑感，同时使用了智能控制系统来监控并实时减少能源消耗。总体而言，该项目的能源使用量减少了30%，用水量减少了40%。

亚特兰大的Kededa创新可持续设计大楼目前是美国东南部公认的最具创新和可持续性的建筑之一，该大楼正在争取获得Living Building Challenge（生态建筑挑战计划）的全面认证。位于佐治亚理工学院的Kendeda大楼有着3,400多平方米的教育空间；大楼的建造使用了大型木材，它有一个绿色屋顶、用于收集和利用雨水的蓄水池、一个太阳能板天篷，以及其他可持续发展的特色。建筑本身是可再生的：它取自环境的少，回馈环境的多。

低碳发展的未来是什么？

低碳发展的道路是循环式的。埃森哲公司研究了循环经济，认为如果我们重复利用通常被丢弃和浪费的东西，估计全球可以节省4.5万亿美元。明智的再利用和回收工作致力于减少碳排放，这将帮助开发商找到创造性和节省成本的方法来再利用建筑环境中的材料。城市产生了50%的全球垃圾（据艾伦·麦克阿瑟基金会统计），它们可以成为更有进化意义的、受自然启发的设计运动的试验场。

未来或许看起来会有点像瑞典公司White Arkitekter。该公司2020年推出了ReCapture流程。这一流程通过对现有结构进行激光扫描，依靠欧特克BIM 360、Revit及ReCap来确定每个项目内容的价值及其再使用的方式。该公司最近使用这一流程为一座新的市政大楼节省了100万美元的家具费用。

可持续建造路径的每一步都使用数据和技术将建筑师、工程师和建筑工人联系起来，并管理物料流动：如何采购、如何组装，最终又如何停止使用和回收。随着再利用变得更容易、更便宜、更为人接受，旧建筑的砖块和桁梁将成为更有价值的资产。在世界各地新的天际线不断上升，城镇化不断提高的同时，可持续的低碳发展将确保它们能够真正经得起时间的考验。