区域土方平衡在建筑业“碳达峰、碳中和”中的应用

陈铭

摘要：建筑行业碳排放一直处于较高水平，在目前“碳达峰、碳中和”新的发展要求下面临巨大挑战。通过对建设工程产生的建筑垃圾/土方進行区域土方平衡应用研究，可以大大提高资源利用效率，减少运输过程，从资源产生、消耗及排放等各方面减少碳排放。本篇文章就区域土方平衡的概念及应用进行探索研究，为建筑业节碳减排寻求路径。

关键词：土方平衡;资源化;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

人类在生产经营活动中无法离开能源的消耗，甚至能源消耗在一定程度上反映出人类经济发展的速度。但长期以来，人类主要是依靠煤炭、石油等化石能源，过程中向外界排放大量温室气体（二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫等），因此碳排放是目前公认的导致全球变暖的原因之一。如何减少碳排放，保护人类赖以生存的地球，全球都在努力。2020年9月22日，在第75届联合国大会上，习近平主席向国际社会做出庄严承诺，中国力争二氧化碳排放2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和。而据不完全统计，建筑业占全球能源和过程相关二氧化碳排放的近40%，且目前还是增长趋势。因此建筑业当前的排放水平对碳达峰、碳中和目标实现构成严峻挑战。本文仅就建筑业中运用区域土方调配平衡进行探索研究，为实现“碳达峰、碳中和”目标寻求路径。

1碳排放和碳达峰

碳排放是人类生产经营活动过程中因消耗含碳化石能源而向外界排放温室气体的过程。由于碳排放会导致全球变暖，因此减少碳排放成为当前环保热门话题。而碳达峰是指某一个时点，二氧化碳的排放不再增长达到峰值，之后逐步回落。由于我国处于高速发展阶段，对传统含碳化石能源依赖较大，碳排放量还在不断增长，因此要实现碳达峰必须减少碳排放，直至二氧化碳的排放达到峰值后回落。最直接的路径就是勇于创新、转换思路，直接或间接减少含碳化石能源的消耗。因此本文所述区域土方调配平衡就是通过直接和间接减少资源消耗和运输消耗，以实现减少碳排放。

2建筑业土方使用痛点

建筑业在施工过程中由于拆迁、地形降标高、基坑开挖等会形成大量的建筑垃圾，这些建筑垃圾以往都是通过车辆外运进行填埋处置。同时又因为道路工程的路基、灰土结构层回填施工，地下结构四周及顶面回填施工及地形造坡等需要大量土方等材料进行回填。如此外运再回填，不仅为工程建设增加外运弃置成本和回填土购置及运输成本，也因外运出土难制约工程进度，同时大量的车辆运输也产生海量的碳排放。以南京为例，建筑行业面临出土难的痛点，南京已没有规模化的正规渣土场，只能长途运输至镇江句容和安徽马鞍山等地，单趟运距甚至远达上百千米，加上只能夜间运输，运输效率非常低。随着环保严控，相关地市渣土政策也在收紧，出土难已严重影响工期，影响城市的建设和发展。可以说简单的渣土弃置及相关大量车辆长距离运输给城市管理、环境污染、碳排放控制带来一堆问题，不是长久之计，就近资源化利用迫在眉睫！

3区域土方调配平衡的概念

土方平衡并不是一个新的概念。在条件合适的建设项目中，同时存在部分土方开挖和回填需求，通过科学合理的计算和调配就可以让需开挖的土方直接或通过中转后再回填到需要的回填点，可以有效的减少土方的外运量，大大节约外运处置费用和回填土方购置及运输费用，减少垃圾回填对土地资源空间的占用，同时因外运、回填运输的减少直接减少汽车运输带来的碳排放，及运输带来的扬尘和安全风险。因此，土方平衡对节约工程投资和环境保护是非常有利的。不过往往很多建设项目由于单个项目场地空间有限和工期紧张，就单个项目很难充分利用土方调配平衡，更多的是迫不得已的外运弃置。但如果我们将土方调配平衡从单个项目扩大到一定区域范围甚至整个城市，那么单个项目的场地限制和工期因素问题则不再是难题。在一个城市区域范围内，通过整体规划结合原地形资料可以测算出区域规划建设过程中所需的挖土量和填土量，再统筹区域建设项目建设计划时序对挖填土进行合理的调配，通过总体管控，统一调配，实现土方源头自平衡，固废资源再利用，达到区域内土方平衡，实现“零外运”目标。

4解决方案

4.1规划先行

要想达到区域土方调配平衡，甚至“零外運”的目标，区域整体统筹建设规划非常重要。简单来说，建设项目整体土方是挖是填，很大程度上由工程竖向设计标高决定。因此通过区域整体规划确定合理的城市规划竖向标高，可以在理论上有效的将区域内挖填土方实现平衡。目前BIM/CIM、航拍及倾斜摄影等相关技术的发展，对城市整体及具体地形测绘已经实现，通过先进、合理的计算模型对区域土方挖填平衡设计已可以实现。

4.2建筑垃圾资源化利用

建筑垃圾并不是真正的垃圾。随着环保理念的更新，目前已不存在真正的垃圾，通过合理的资源化利用绝大部分垃圾都可以变废为宝，建筑垃圾更是如此。拆迁工程产生的混凝土块、砖石可以再加工成骨料，钢筋、门窗可以回收，建筑渣土里土质较好的黄土是非常好的素土回填材料，其余挖弃土以一定的配合比与土壤固化剂集中厂拌成为了水稳性更强、强度更高的固化渣土，作为道路基层用料，或者直接用来对河塘低洼区域或地形造坡回填。因此，通过建筑垃圾资源化利用可以大大减少建筑垃圾的外运量，降低土方调配平衡压力。

4.3区域土方调配平衡

4.3.1平衡方案规划设计

在区域总体规划控制下，运用航拍/倾斜摄影等技术对城市区域范围进行地形测绘，通过建立城市CIM模型和相应计算模型可以非常方便的对区域挖土、填土进行计算、模拟，再统筹区域建设项目的建设时序，形成区域土方调配平衡规划设计方案，用以指导后续的土方调配平衡管理工作。

4.3.2土方平衡管理

进行区域性的土方调配平衡涉及数据量庞大的土方挖填及运量管理，传统的人工统计已无法满足需求，必须通过信息化手段来解决。结合物联网、电子围栏、AI、大数据等手段，建立智慧管控平台系统，对工地、土场进行电子围栏管理，对工程运输车辆采用车载卫星定位管理，实时掌控挖填土方量及土方运输流向，有效进行土方调配平衡管理。

通过智能算法，结合整体土方调配平衡规划方案和建设项目施工进度，综合挖填量、时间、空间、运距等多因素，智能匹配合适的回填点。在运输过程中，对土方挖运实行准运管理，通过车载卫星定位系统和出土、填土点电子围栏对运输车辆进行轨迹监控、双向签到、统计，有效掌握土方运输，避免违规偷运偷倒，同时对挖运土方量可以实时掌握、及时调配，实现土方“零外运”平衡。

4.3.3土方银行

受限于土方挖填两端施工节点、场地条件，部分土方在挖运时暂时没有需要回填的项目匹配，不能实现挖填平衡，这也是以往很多项目无法进行土方平衡利用的根本原因。这时候可以选择合适的场地进行临时中转存放，待有项目需要回填时再运出，这就是“土方银行”。土方银行利用空间条件有效的解决了挖填双方时间上的不匹配难题，避免土方因时间、空间条件限制而只能外运弃置，大大提高了土方利用可能性。

5应用案例

5.1南京南部新城

南部新城位于南京市主城南部，以南京南站为中心，总用地面积164平方公里，规划人口约160万，定位为以交通枢纽、现代金融服务业、软件（智慧）产业以及居住为主。南部新城的土方平衡是建立资源再利用厂，将建筑废弃物全部集中，再分别进行加工处理，如加工成再生骨料，应用于道路建设;也可以将建筑废弃物加工成再生填料，应用于道路回填和部分区域的垫高。通过对区域内建筑废弃物的再利用，南部新城基本实现区域土方零外运，大大减少了车辆运输消耗。

5.2某规划新区

该规划新区占地约22平方公里，规划区域内建设项目产生的建筑垃圾分为两大类：一类是固废垃圾，大约160万方;一类是工程渣土，总填方1680万方，总挖方1675万方，基本平衡。

一方面规划区域建设一个3-4条生产线的渣土资源化利用厂，满足规划区域建渣和渣土资源化利用需求。其中厂拌渣土固结利用较外购成品灰土和渣土外弃每吨节约181-145=36元/吨， 规划区域按照600万吨计算，可节约政府投资约108600-87000=21600万元，同时具有良好的社会效益（从根源上减少渣土运输扰民和交通事故等）和环境效益（从根源上减少渣土堆放占用土地和扬尘等，渣土不外运，直接降低工程车辆运输碳排放）。

另一方面通过建设智慧化土方调配平衡管理平台，运用物联网、电子围栏、AI、大数据等手段，对工地、土场进行电子围栏管理，对工程运输车辆采用车载卫星定位管理，实时掌控挖填土方量及土方运输流向，进行土方调配平衡管理，实现土方“零外运”。

6结束语

通过对上述区域土方平衡应用的研究探索及应用，我们觉得其一方面是减少土方外运，降低工程建设成本，减少运输车辆的远距离运输，降低碳排放;另一方面通过工程渣土再利用，提升建筑固废的资源再利用率，利于无废城市发展，同时提升经济效益;另一方面也减少回填土的土源购置和运输费，降低工程建设成本，减少运输车辆的远距离运输，降低碳排放。因此，通过区域土方平衡应用，减少资源消耗、生产，同时从外运、回填两方面都大大减少了运输，减少高碳排放生产环节。

随着此类技术的成熟及广泛应用，通过科技化、信息化的手段实现建筑业 “碳排放的监测、管理和降低”，从碳中和额管理目标出发，通过绿色施工，做到节能减排，从建设源头减少碳排放。采取智能调配管理和就近运输，做到运输降排。在末端处置上进行合理调配，做好土方平衡和资源再利用。通过数字化监管建筑行业相关生产、运输、中转、回填、受纳、调度、利用等“碳减排、碳中和”措施的实施，最终支撑“碳达峰、碳中和”目标的早日实现。

（作者单位：南京精筑智慧科技有限公司）