Технология низкоуглеродного строительства из сборных стальных конструкций: изучение путей энергосбережения и сокращения выбросов 

На фоне глобальной инициативы по достижению углеродной нейтральности сектор стальных конструкций в строительной отрасли сталкивается с огромным давлением, связанным с необходимостью снижения воздействия на окружающую среду и выбросов. Сборные стальные конструкции, известные своей эффективностью и пригодностью к переработке, стали основным направлением низкоуглеродной трансформации. В этой статье подробно описывается комплексная система низкоуглеродных технологий, специально разработанная для сборных стальных конструкций, которая охватывает выбор материалов, оптимизацию проектирования, совершенствование процесса строительства и управление выбросами углерода на протяжении всего жизненного цикла. Цель статьи — предоставить практическое техническое руководство для зарубежных проектов, стремящихся к получению международных сертификатов зеленого строительства, таких как LEED (Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании) и BREEAM (Методология оценки окружающей среды Исследовательского института зданий).

1.Инновации и применение низкоуглеродных материалов

Выбор материала – основополагающий шаг в борьбе с выбросами углерода от стальных конструкций. Традиционное производство углеродистой стали является одним из основных источников глобальных выбросов парниковых газов, поэтому оптимизация материалов имеет решающее значение. В данной статье предлагается гибридная схема, сочетающая атмосферостойкую сталь Q355GNH с переработанной сталью, при этом переработанная сталь составляет 30–40 % от общего состава материала. Переработанная сталь, обработанная с использованием передовой технологии электродуговой печи, может снизить выбросы углерода на 20–25 % по сравнению с производством первичной стали. Кроме того, в умеренно коррозионных средах атмосферостойкая сталь Q355GNH не требует дополнительного антикоррозионного покрытия, что снижает выбросы летучих органических соединений (ЛОС) во время строительства и снижает затраты на долгосрочное обслуживание.

Обеспечение эксплуатационных характеристик материалов требует строгих процедур контроля качества. Переработанная сталь должна соответствовать требованиям стандарта EN 10025-2:2004, иметь прочность на разрыв не менее 355 МПа и относительное удлинение не менее 21%. Эта гибридная конфигурация материала в полной мере использует экологические преимущества переработанной стали, сохраняя при этом коррозионную стойкость атмосферостойкой стали, достигая баланса между низким содержанием углерода и надежностью конструкции.

2.Оптимизация заводского изготовления на основе BIM

Технология информационного моделирования зданий (BIM) играет решающую роль в повышении эффективности заводского изготовления и сокращении отходов материалов. В данной работе параметрический метод BIM-проектирования используется для оптимизации компоновки компонентов и траекторий раскроя. Вводя в BIM-систему такие параметры, как размеры стальных листов, спецификации компонентов и ограничения производственных мощностей, можно автоматически сгенерировать оптимальную схему раскроя, контролируя уровень отходов материалов в пределах 3%, что значительно лучше среднего показателя по отрасли, составляющего 8–10%.

Кроме того, технология BIM обеспечивает точное изготовление компонентов на заводах. Благодаря технологиям 3D-лазерного сканирования и роботизированной сварки точность размеров готовых компонентов может контролироваться с точностью до ±1 миллиметра, обеспечивая бесперебойную сборку на месте. Этот высокий уровень точности не только упрощает процесс строительства, но и снижает потребность в корректировках на месте, тем самым снижая трудозатраты и связанное с ними энергопотребление.

3.Интеграция низкоуглеродного строительства и эксплуатации

В данной статье рассматривается оптимизация процесса строительства на объекте для дальнейшего снижения углеродного следа за счёт внедрения модели «заводская сборка + болтовое соединение на объекте» взамен традиционной сварки на объекте. Болтовые соединения позволяют сократить выбросы выхлопных газов на объекте на 60% и исключить необходимость покраски на объекте, тем самым минимизируя выбросы вредных газов. Для большепролётных конструкций модульная технология подъёма с использованием электрических кранов, работающих на возобновляемых источниках энергии, позволяет сократить расход ископаемого топлива на этапе строительства на 50%.

На этапе эксплуатации фотоэлектрические панели интегрируются в стальную конструкцию крыши. Лёгкость и высокая прочность стальной конструкции позволяют легко монтировать фотоэлектрическую систему без дополнительного усиления конструкции. Использование возобновляемых источников энергии снижает зависимость от электросети и снижает выбросы углерода во время эксплуатации. Синергия сборных конструкций и интеграции возобновляемых источников энергии создаёт комплексное низкоуглеродное решение, охватывающее как этапы строительства, так и этапы эксплуатации.

4.Учет углеродного следа на протяжении жизненного цикла

Для эффективного отслеживания и управления выбросами углерода в данной работе представлена модель учёта углеродного следа на протяжении всего жизненного цикла, охватывающая четыре ключевых этапа: производство сырья, изготовление компонентов, строительство на месте, а также снос и переработка. Эта модель соответствует стандарту ISO 14067:2018 и объединяет данные производителей стали, журналы строительства и системы оперативного мониторинга для обеспечения точности расчётов выбросов.

Эта модель учёта комплексно отражает воздействие стальных конструкций на выбросы углерода на протяжении всего их жизненного цикла, выявляет ключевые точки выбросов и обеспечивает поддержку целенаправленных мер по оптимизации (таких как увеличение доли переработанной стали, повышение эффективности фотоэлектрических систем и оптимизация строительных процессов). Количественная оценка выбросов углерода на каждом этапе позволяет заинтересованным сторонам принимать обоснованные решения и достигать существенных целей по их сокращению.

в заключение

В данной статье подробно описывается технологическая система низкоуглеродных сборных стальных конструкций, которая обеспечивает значительные экологические и экономические преимущества благодаря инновационным материалам, оптимизации на основе BIM и комплексному решению для строительства и эксплуатации. Эта технология обеспечивает воспроизводимую основу для перехода мировой отрасли стальных конструкций к низкоуглеродному развитию. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на разработке высокоэффективных низкоуглеродистых стальных материалов и интеграции BIM и искусственного интеллекта для улучшения возможностей интеллектуального управления выбросами углерода.