陳銘

摘要：建筑行業(yè)碳排放一直處于較高水平，在目前“碳達(dá)峰、碳中和”新的發(fā)展要求下面臨巨大挑戰(zhàn)。通過對(duì)建設(shè)工程產(chǎn)生的建筑垃圾/土方進(jìn)行區(qū)域土方平衡應(yīng)用研究，可以大大提高資源利用效率，減少運(yùn)輸過程，從資源產(chǎn)生、消耗及排放等各方面減少碳排放。本篇文章就區(qū)域土方平衡的概念及應(yīng)用進(jìn)行探索研究，為建筑業(yè)節(jié)碳減排尋求路徑。

關(guān)鍵詞：土方平衡;資源化;碳排放

Abstract： The construction industry has always been at a relatively high level of carbon emissions， and is facing huge challenges under the current new development requirements of "carbon peak and carbon neutrality". By applying research on the regional earthwork balance of construction waste/earthwork generated by construction projects， the efficiency of resource utilization can be greatly improved， the transportation process can be reduced， and carbon emissions can be reduced in terms of resource generation， consumption and emissions. This article explores and studies the concept and application of regional earthwork balance， and seeks a path for the construction industry to save carbon and reduce emissions.

Keywords： earthwork balance; resource utilization; carbon emission

引言

人類在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中無法離開能源的消耗，甚至能源消耗在一定程度上反映出人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度。但長(zhǎng)期以來，人類主要是依靠煤炭、石油等化石能源，過程中向外界排放大量溫室氣體（二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫等），因此碳排放是目前公認(rèn)的導(dǎo)致全球變暖的原因之一。如何減少碳排放，保護(hù)人類賴以生存的地球，全球都在努力。2020年9月22日，在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，習(xí)近平主席向國(guó)際社會(huì)做出莊嚴(yán)承諾，中國(guó)力爭(zhēng)二氧化碳排放2030年前達(dá)到峰值、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。而據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，建筑業(yè)占全球能源和過程相關(guān)二氧化碳排放的近40%，且目前還是增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此建筑業(yè)當(dāng)前的排放水平對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文僅就建筑業(yè)中運(yùn)用區(qū)域土方調(diào)配平衡進(jìn)行探索研究，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)尋求路徑。

1碳排放和碳達(dá)峰

碳排放是人類生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)過程中因消耗含碳化石能源而向外界排放溫室氣體的過程。由于碳排放會(huì)導(dǎo)致全球變暖，因此減少碳排放成為當(dāng)前環(huán)保熱門話題。而碳達(dá)峰是指某一個(gè)時(shí)點(diǎn)，二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)達(dá)到峰值，之后逐步回落。由于我國(guó)處于高速發(fā)展階段，對(duì)傳統(tǒng)含碳化石能源依賴較大，碳排放量還在不斷增長(zhǎng)，因此要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰必須減少碳排放，直至二氧化碳的排放達(dá)到峰值后回落。最直接的路徑就是勇于創(chuàng)新、轉(zhuǎn)換思路，直接或間接減少含碳化石能源的消耗。因此本文所述區(qū)域土方調(diào)配平衡就是通過直接和間接減少資源消耗和運(yùn)輸消耗，以實(shí)現(xiàn)減少碳排放。

2建筑業(yè)土方使用痛點(diǎn)

建筑業(yè)在施工過程中由于拆遷、地形降標(biāo)高、基坑開挖等會(huì)形成大量的建筑垃圾，這些建筑垃圾以往都是通過車輛外運(yùn)進(jìn)行填埋處置。同時(shí)又因?yàn)榈缆饭こ痰穆坊⒒彝两Y(jié)構(gòu)層回填施工，地下結(jié)構(gòu)四周及頂面回填施工及地形造坡等需要大量土方等材料進(jìn)行回填。如此外運(yùn)再回填，不僅為工程建設(shè)增加外運(yùn)棄置成本和回填土購置及運(yùn)輸成本，也因外運(yùn)出土難制約工程進(jìn)度，同時(shí)大量的車輛運(yùn)輸也產(chǎn)生海量的碳排放。以南京為例，建筑行業(yè)面臨出土難的痛點(diǎn)，南京已沒有規(guī)?；恼?guī)渣土場(chǎng)，只能長(zhǎng)途運(yùn)輸至鎮(zhèn)江句容和安徽馬鞍山等地，單趟運(yùn)距甚至遠(yuǎn)達(dá)上百千米，加上只能夜間運(yùn)輸，運(yùn)輸效率非常低。隨著環(huán)保嚴(yán)控，相關(guān)地市渣土政策也在收緊，出土難已嚴(yán)重影響工期，影響城市的建設(shè)和發(fā)展?？梢哉f簡(jiǎn)單的渣土棄置及相關(guān)大量車輛長(zhǎng)距離運(yùn)輸給城市管理、環(huán)境污染、碳排放控制帶來一堆問題，不是長(zhǎng)久之計(jì)，就近資源化利用迫在眉睫！

3區(qū)域土方調(diào)配平衡的概念

土方平衡并不是一個(gè)新的概念。在條件合適的建設(shè)項(xiàng)目中，同時(shí)存在部分土方開挖和回填需求，通過科學(xué)合理的計(jì)算和調(diào)配就可以讓需開挖的土方直接或通過中轉(zhuǎn)后再回填到需要的回填點(diǎn)，可以有效的減少土方的外運(yùn)量，大大節(jié)約外運(yùn)處置費(fèi)用和回填土方購置及運(yùn)輸費(fèi)用，減少垃圾回填對(duì)土地資源空間的占用，同時(shí)因外運(yùn)、回填運(yùn)輸?shù)臏p少直接減少汽車運(yùn)輸帶來的碳排放，及運(yùn)輸帶來的揚(yáng)塵和安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，土方平衡對(duì)節(jié)約工程投資和環(huán)境保護(hù)是非常有利的。不過往往很多建設(shè)項(xiàng)目由于單個(gè)項(xiàng)目場(chǎng)地空間有限和工期緊張，就單個(gè)項(xiàng)目很難充分利用土方調(diào)配平衡，更多的是迫不得已的外運(yùn)棄置。但如果我們將土方調(diào)配平衡從單個(gè)項(xiàng)目擴(kuò)大到一定區(qū)域范圍甚至整個(gè)城市，那么單個(gè)項(xiàng)目的場(chǎng)地限制和工期因素問題則不再是難題。在一個(gè)城市區(qū)域范圍內(nèi)，通過整體規(guī)劃結(jié)合原地形資料可以測(cè)算出區(qū)域規(guī)劃建設(shè)過程中所需的挖土量和填土量，再統(tǒng)籌區(qū)域建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃時(shí)序?qū)ν谔钔吝M(jìn)行合理的調(diào)配，通過總體管控，統(tǒng)一調(diào)配，實(shí)現(xiàn)土方源頭自平衡，固廢資源再利用，達(dá)到區(qū)域內(nèi)土方平衡，實(shí)現(xiàn)“零外運(yùn)”目標(biāo)。

4解決方案

4.1規(guī)劃先行

要想達(dá)到區(qū)域土方調(diào)配平衡，甚至“零外運(yùn)”的目標(biāo)，區(qū)域整體統(tǒng)籌建設(shè)規(guī)劃非常重要。簡(jiǎn)單來說，建設(shè)項(xiàng)目整體土方是挖是填，很大程度上由工程豎向設(shè)計(jì)標(biāo)高決定。因此通過區(qū)域整體規(guī)劃確定合理的城市規(guī)劃豎向標(biāo)高，可以在理論上有效的將區(qū)域內(nèi)挖填土方實(shí)現(xiàn)平衡。目前BIM/CIM、航拍及傾斜攝影等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)城市整體及具體地形測(cè)繪已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，通過先進(jìn)、合理的計(jì)算模型對(duì)區(qū)域土方挖填平衡設(shè)計(jì)已可以實(shí)現(xiàn)。

4.2建筑垃圾資源化利用

建筑垃圾并不是真正的垃圾。隨著環(huán)保理念的更新，目前已不存在真正的垃圾，通過合理的資源化利用絕大部分垃圾都可以變廢為寶，建筑垃圾更是如此。拆遷工程產(chǎn)生的混凝土塊、磚石可以再加工成骨料，鋼筋、門窗可以回收，建筑渣土里土質(zhì)較好的黃土是非常好的素土回填材料，其余挖棄土以一定的配合比與土壤固化劑集中廠拌成為了水穩(wěn)性更強(qiáng)、強(qiáng)度更高的固化渣土，作為道路基層用料，或者直接用來對(duì)河塘低洼區(qū)域或地形造坡回填。因此，通過建筑垃圾資源化利用可以大大減少建筑垃圾的外運(yùn)量，降低土方調(diào)配平衡壓力。

4.3區(qū)域土方調(diào)配平衡

4.3.1平衡方案規(guī)劃設(shè)計(jì)

在區(qū)域總體規(guī)劃控制下，運(yùn)用航拍/傾斜攝影等技術(shù)對(duì)城市區(qū)域范圍進(jìn)行地形測(cè)繪，通過建立城市CIM模型和相應(yīng)計(jì)算模型可以非常方便的對(duì)區(qū)域挖土、填土進(jìn)行計(jì)算、模擬，再統(tǒng)籌區(qū)域建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)時(shí)序，形成區(qū)域土方調(diào)配平衡規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，用以指導(dǎo)后續(xù)的土方調(diào)配平衡管理工作。

4.3.2土方平衡管理

進(jìn)行區(qū)域性的土方調(diào)配平衡涉及數(shù)據(jù)量龐大的土方挖填及運(yùn)量管理，傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)已無法滿足需求，必須通過信息化手段來解決。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、電子圍欄、AI、大數(shù)據(jù)等手段，建立智慧管控平臺(tái)系統(tǒng)，對(duì)工地、土場(chǎng)進(jìn)行電子圍欄管理，對(duì)工程運(yùn)輸車輛采用車載衛(wèi)星定位管理，實(shí)時(shí)掌控挖填土方量及土方運(yùn)輸流向，有效進(jìn)行土方調(diào)配平衡管理。

通過智能算法，結(jié)合整體土方調(diào)配平衡規(guī)劃方案和建設(shè)項(xiàng)目施工進(jìn)度，綜合挖填量、時(shí)間、空間、運(yùn)距等多因素，智能匹配合適的回填點(diǎn)。在運(yùn)輸過程中，對(duì)土方挖運(yùn)實(shí)行準(zhǔn)運(yùn)管理，通過車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)和出土、填土點(diǎn)電子圍欄對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行軌跡監(jiān)控、雙向簽到、統(tǒng)計(jì)，有效掌握土方運(yùn)輸，避免違規(guī)偷運(yùn)偷倒，同時(shí)對(duì)挖運(yùn)土方量可以實(shí)時(shí)掌握、及時(shí)調(diào)配，實(shí)現(xiàn)土方“零外運(yùn)”平衡。

4.3.3土方銀行

受限于土方挖填兩端施工節(jié)點(diǎn)、場(chǎng)地條件，部分土方在挖運(yùn)時(shí)暫時(shí)沒有需要回填的項(xiàng)目匹配，不能實(shí)現(xiàn)挖填平衡，這也是以往很多項(xiàng)目無法進(jìn)行土方平衡利用的根本原因。這時(shí)候可以選擇合適的場(chǎng)地進(jìn)行臨時(shí)中轉(zhuǎn)存放，待有項(xiàng)目需要回填時(shí)再運(yùn)出，這就是“土方銀行”。土方銀行利用空間條件有效的解決了挖填雙方時(shí)間上的不匹配難題，避免土方因時(shí)間、空間條件限制而只能外運(yùn)棄置，大大提高了土方利用可能性。

5應(yīng)用案例

5.1南京南部新城

南部新城位于南京市主城南部，以南京南站為中心，總用地面積164平方公里，規(guī)劃人口約160萬，定位為以交通樞紐、現(xiàn)代金融服務(wù)業(yè)、軟件（智慧）產(chǎn)業(yè)以及居住為主。南部新城的土方平衡是建立資源再利用廠，將建筑廢棄物全部集中，再分別進(jìn)行加工處理，如加工成再生骨料，應(yīng)用于道路建設(shè);也可以將建筑廢棄物加工成再生填料，應(yīng)用于道路回填和部分區(qū)域的墊高。通過對(duì)區(qū)域內(nèi)建筑廢棄物的再利用，南部新城基本實(shí)現(xiàn)區(qū)域土方零外運(yùn)，大大減少了車輛運(yùn)輸消耗。

5.2某規(guī)劃新區(qū)

該規(guī)劃新區(qū)占地約22平方公里，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生的建筑垃圾分為兩大類：一類是固廢垃圾，大約160萬方;一類是工程渣土，總填方1680萬方，總挖方1675萬方，基本平衡。

一方面規(guī)劃區(qū)域建設(shè)一個(gè)3-4條生產(chǎn)線的渣土資源化利用廠，滿足規(guī)劃區(qū)域建渣和渣土資源化利用需求。其中廠拌渣土固結(jié)利用較外購成品灰土和渣土外棄每噸節(jié)約181-145=36元/噸， 規(guī)劃區(qū)域按照600萬噸計(jì)算，可節(jié)約政府投資約108600-87000=21600萬元，同時(shí)具有良好的社會(huì)效益（從根源上減少渣土運(yùn)輸擾民和交通事故等）和環(huán)境效益（從根源上減少渣土堆放占用土地和揚(yáng)塵等，渣土不外運(yùn)，直接降低工程車輛運(yùn)輸碳排放）。

另一方面通過建設(shè)智慧化土方調(diào)配平衡管理平臺(tái)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、電子圍欄、AI、大數(shù)據(jù)等手段，對(duì)工地、土場(chǎng)進(jìn)行電子圍欄管理，對(duì)工程運(yùn)輸車輛采用車載衛(wèi)星定位管理，實(shí)時(shí)掌控挖填土方量及土方運(yùn)輸流向，進(jìn)行土方調(diào)配平衡管理，實(shí)現(xiàn)土方“零外運(yùn)”。

6結(jié)束語

通過對(duì)上述區(qū)域土方平衡應(yīng)用的研究探索及應(yīng)用，我們覺得其一方面是減少土方外運(yùn)，降低工程建設(shè)成本，減少運(yùn)輸車輛的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，降低碳排放;另一方面通過工程渣土再利用，提升建筑固廢的資源再利用率，利于無廢城市發(fā)展，同時(shí)提升經(jīng)濟(jì)效益;另一方面也減少回填土的土源購置和運(yùn)輸費(fèi)，降低工程建設(shè)成本，減少運(yùn)輸車輛的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，降低碳排放。因此，通過區(qū)域土方平衡應(yīng)用，減少資源消耗、生產(chǎn)，同時(shí)從外運(yùn)、回填兩方面都大大減少了運(yùn)輸，減少高碳排放生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

隨著此類技術(shù)的成熟及廣泛應(yīng)用，通過科技化、信息化的手段實(shí)現(xiàn)建筑業(yè) “碳排放的監(jiān)測(cè)、管理和降低”，從碳中和額管理目標(biāo)出發(fā)，通過綠色施工，做到節(jié)能減排，從建設(shè)源頭減少碳排放。采取智能調(diào)配管理和就近運(yùn)輸，做到運(yùn)輸降排。在末端處置上進(jìn)行合理調(diào)配，做好土方平衡和資源再利用。通過數(shù)字化監(jiān)管建筑行業(yè)相關(guān)生產(chǎn)、運(yùn)輸、中轉(zhuǎn)、回填、受納、調(diào)度、利用等“碳減排、碳中和”措施的實(shí)施，最終支撐“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)。

（作者單位：南京精筑智慧科技有限公司）