双碳政策和劳动力短缺推动了建筑行业的技术革新，从能源、物质、信息三个维度产生的创新应用为可持续发展理念提供了落地方向。光储直柔建筑、氢能以及V2G与建筑用能的聚合管理，将从新能源的角度帮助地产建筑业态实现清洁能源的高效利用；材料的数字研发范式、低碳混凝土以及建筑机器人将为建筑行业提供绿色建材和建造手段；数字化施工管理、装配式内装以及数字化碳管理将赋能建筑产业链企业实现信息化流程管理。

　　根据UNEP（联合国环境署）2020年全球建筑和施工状况报告，2019年建筑和施工占全球最终能源使用量的35％，占与能源相关的二氧化碳排放量的38％。建筑行业作为全球能源消耗和碳排放的主要贡献者，可持续理念建筑的实施从各个层面都会带来环境、经济和社会效益。

　　随着我国碳中和政策的逐步落实，建筑行业节能减排的顶层政策也陆续颁布，进一步为可持续发展理念实践提供指导。

　　我国需大力发展节能低碳建筑，持续提高新建建筑节能标准，加快推进超低能耗、近零能耗、低碳建筑规模化发展。

　　2025年，城镇建筑可再生能源替代率达到8%，新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%。

　　目前，我国正在面临着快速步入老龄化的阶段。在第七次人口普查中，我国总人口14.12亿，65岁人口1.9亿， 占总人口13.5%。2020年，中国大陆育龄妇女总和生育率为1.3。由于生育率的大幅下降，我国将在2025年达到人口总数的峰值。预计在2040年，我国或将拥有世界上最大的老龄化人口群体。因此，随着人口红利带来的劳动密集型基建模式将持续性衰退，建筑工人的老龄化将愈发严重，工人数量将出现大幅下跌。在劳动力短缺的严峻形势下，自动化设备、机械化智能化施工以及新建造模式将会持续快速发展，以替代现有的劳动密集型的模式，从而解决老龄化给建筑行业带来的劳动力人口不足的问题。

　　双碳政策和劳动力需求两个宏观因素影响深远、长期确定，将持续推动建筑产业产生技术变革。新能源、新材料、新的建造方式和数字化的管理手段等诸多技术应用将与建筑行业深度结合，从而实现节能、低碳、高效且绿色环保的可持续发展理念。

　　能量、物质和信息是人类描述并理解自然本质的三个维度，而技术是人类改造自然实现生产力进步的工具，它带来变革力量都会在能量、物质和信息这三个维度进行体现。接下来我们以建筑行业为背景，沿着这三个维度追寻可持续发展的技术前沿。

　　能量是一切生产生活的基础，在建筑之中体现为电力以及供热供冷需求，高效节约并利用清洁能源是双碳背景下的重要主题。

　　“光储直柔”建筑是碳达峰行动方案文件中明确的建筑行业发展方向。光，即光伏发电技术，建筑外表面是发展分布式光伏的潜在空间资源，为建筑的能量系统提供清洁电力；储，即储能技术，既可以支持新型电力系统，也可以提供建筑业态所需的冷、热需求，未来更可以与新能源车通过充电设施进行聚合；直，指的直流技术，配合光伏和储能的直流特点，减少变电设备产生的能耗，简单易于控制；柔，即最终实现的建筑柔性用能，对建筑光伏、储能再加上建筑业态本身的用电设备进行灵活控制，可以响应电网调度需求，从而匹配未来高比例可再生能源发电的电网形态。

　　国家能源集团自主研发、国际首创的光伏建筑一体化建筑能源集控与实验平台BIPV中心光伏墙体安装了1155块薄膜光伏组件，总装机容量112.60kW，预计年发电量可达7.5万度，可满足BIPV中心30%-40%的用电需求。

　　光热的取热量可达20%-60%，回收热量可提高空气源热泵的能效比5%-10%。光热利用既降低了光伏组件的温度，又提高了光伏组件的发电效率，让光伏墙体具有冬暖夏凉作用。

　　建筑低压直流供电系统：可以使光伏发电无需逆变，直接向直流负荷供电——直供给使用直流电的家用电器和办公设备等，最大程度的减少了光伏发电两次逆变的能量损耗及输配电过程中的损耗。

　　建筑能源智能化管理系统对建筑能源的供给侧及需求侧的相关数据进行智慧化采集、存储、分析，动态监控建筑用能情况，提升建筑能源的综合利用率，使建筑整体节能约10%。

　　科技部2021年9月发布的《关于发布国家重点研发计划“氢能技术”重点专项2021年度定向项目申报指南》指出，要结合副产氢、绿氢在工业园区内加注、供热、热电联供需求，打造“氢能园区”试点工程。使用绿氢替代部分燃煤锅炉提供高品质的热能，极大的减少碳排放。氢-电/热转换设备也会随着行业的发展，逐渐演变成一种类似柴油机一样普遍的能源转化装置。

　　目前国内氢-电/热装置仍处于工程研发迭代状态，仅有少量热电联供试点项目，如宝武运管楼1.4Kw氢能热电联供示范系统、榆林东方电气氢燃料电池热电联供系统。目前来看，关键的能量转化设备，燃料电池、氢（掺氢）燃气轮机，与国外先进水平存在一定差距，下图为Rolls-Royce研发的mtu 4000 氢能燃电机组，掺氢25%，公司计划在2023年推出使用高达100%氢燃料的新的mtu系列燃气发动机。

　　据统计，截至2022年6月底，新能源汽车保有量达1001万辆；上半年新注册登记新能源汽车220.9万辆，与去年上半年新注册登记量相比增加110.6万辆，增长100.26%，新能源汽车新注册登记量占汽车新注册登记量的19.90%。预计到2030年，新能源汽车销量将占汽车总销量的40%-50%。

　　随着新能源车的数量增加，对现有的电网及设备要求也在逐步增加。到2040年，按15kW充电桩进行计算，那么新能源车的总体充电需求约为当年全国电网可再生能源装机发电量的一半。即使现在处在发展初期，新能源车充电时间与早晚用电高峰的叠加，已经给电网带来了巨大负担，北京市的预估峰值负荷抬升已经达到25%。V2G作为引导新能源车有序充电并与可再生能源调峰、园区建筑电网结合的解决方案，将成为未来新能源微电网的重要发展方向。

　　新能源车的充电需求可以被智能充电设备进行管理，并与建筑中其他直流设备（光伏、直流空调）进行统一管理，从而参与到电网的需求侧响应中。在未来新能源车通过更好的电池管理系统甚至可以作为储能单元参与到建筑微电网的管理中，获得需求响应收益。目前，全国已累计建设有序充电桩6万余个、V2G示范站59座。

　　电网公司：指令下达。电网公司需根据用电负荷情况向各运营商提出需求响应指令，实现电网平衡并为被调度的主体提供收益。

　　运营商：聚合／策略响应。运营商通过服务终端，结合充电套餐等模式，聚合不同EV的能量，通过变电站反向售电或者吸纳电网用电以及利益分配。

　　物业综合体：取电／售电。物业综合体负责双向配售电业务并实时结算，包括面向住宅、园区、商业中心等的取售电，以此降低用户和物业用电成本。

　　物质，是构建一切的基础，材料的研发、制备、利用，无不体现了人类改造自然的能力和技术的发展水平。研发绿色环保高性能的新材料、通过低碳节约的新生产方式制造材料、自动化集约化进行建造并对废料进行回收再利用是可持续发展在建筑行业重要实践。

　　由于新材料的研发周期长，平均一款新材料要经历5-10年的研发，才可以投入市场。而利用高通量实验、高通量模拟计算以及材料数据库三者的有机结合，辅助AI等新兴技术工具，可以将材料研发流程数字化，实现新材料研发周期的大幅度缩短，从而有望实现颠覆性材料的研发制备和应用。

　　高通量实验：快速批量化制备、表征各类材料的能力，提供大量的物化实验测量标准化数据进行积累，为高通量计算和AI建模提供训练样本和实验标准；

　　高通量模拟计算：通过模拟计算，并根据已有数据进行AI建模，加速新材料的研发进程。其中涵盖虚拟筛选（搜寻更优的分子／催化／结构／性能）以及构建映射（工艺—结构—性能之间的关系）

　　材料数据库：作为结构化知识积累和沉淀、整合材料相关信息的有效手段，实现跨尺度、跨领域、跨学科材料信息的共享与挖掘，包括测得的晶体结构、热力学数据和物理性能等，为材料设计提供基础数据基础；利用人工智能等技术，从文献提取和解读材料数据，包括材料生产工艺数据、性能数据等。

　　混凝土是工程建筑领域重要的基础原材料。混凝土的碳排放来源于水泥，但是相比木材玻璃塑料等其他建材，从单位质量和能耗的角度，水泥的碳排放强度并不高，但是由于使用量巨大，整体碳排非常可观。2020年全国水泥产量23.77亿吨，产生碳排放12.3亿吨，占碳排总量的12%。低碳生产水泥对控制整体碳排有着重要意义。

　　现阶段水泥的低碳生产，主要通过调控原材料、改进生产工艺及装备水平，降低生产能耗实现。随着碳捕集利用产业的发展，将工业废气中的二氧化碳，利用特殊的方法注入到新拌混凝土中，与混凝土中的钙镁组分之间发生化学反应，从而将二氧化碳永久固结在混凝土中。这种二氧化碳矿化养护技术不但可以固化封存二氧化碳，并且强度相比于一般混凝土有所提升从而甚至可以减少水泥用量，从而进一步降低整体能耗，实现减排。

　　目前国内已经有固碳混凝土的产业实践，包括：中国建工集团的香港有机资源回收中心二期工程，合作初创公司使用该技术从而达成施工期实现碳中和；浙江建设集团使用浙江大学自主研发的“工程材料中的碳利用和封存关键技术”，计划实现10万吨级CO2固封能力示范性应用。

　　面对劳动力短缺的问题，需求替代人力的解决方案，运用自动化装备来进行建造工艺实施的技术也逐步出现，建筑机器人就是非常典型的例子。这一类自动或者半自动执行建筑工作的机器装置，会通过预先编制的程序或者结合AI技术进行自主运动，在设计、建造、破拆、运维等多个环节发挥作用。

　　并且，随着双碳政策的推进，建筑机器人与3D打印结合的施工方式也得到了快速发展。这种方式不但可以大幅减少施工时间，实现对施工进度的准确预期；同时还可以减少废物排放，减少60%工地废料，降低人力劳动成本，保障现场员工的健康和安全，而且3D打印使用的材料体系可利用尾矿和回收材料，实现固废消纳。

　　信息是知识的载体，通过数字化技术可以自动化的获取信息并进行处理分析。现代社会极大依赖数字技术对于信息的处理能力，在建筑行业中，我们首先关注对流程管控、供应链管理以及节能减排降碳相关的数字化技术。

　　工期准确性及施工进度不透明一直是施工管理过程中问题的症结所在，而在数字化技术的支持下，大部分的问题都能够得到更好的解决。通过激光雷达配合摄像头的便携式施工状态监控解决方案，可以将施工现场进行三维感知与建模，绘制厘米级精度点云地图，进行施工进度与设计模型的精确比对，在早期阶段检测出施工问题；支持360°实景影像，设计模型和工单的更新以及版本管理，能够实现历史数据追溯。数字化管理的模式还可以将现场问题进行记录、协作、追溯和数据分析电脑端和移动端双平台运作，提升线上和线下团队协作效率，实现多方协作。

　　随着住建部在2021年8月发布了《装配式内装修技术标准》，装配式装修也逐渐代表了行业工业化信息化的趋势。手工作业的经验被标准化的工业生产替代。配件工厂制作，统一型号规格、统一设计标准，从而将装修工程产品化，实现规模效应，还能够使产品的成本有所降低。其中，更重要的是整套流程可被数字化，将BIM平台与管理平台中的工厂生产、商品库存、项目管理等模块进行联动，从而为生产和采购阶段中的订单管理、成本管理、物流追踪和施工阶段中的进度、质量管理一体化提供支持。

　　随着我国双碳政策的逐步明晰，发改委颁布的24个控排行业作为重点考察对象需要尽快拟定自身的控排计划，并且随着可持续发展理念的深入实践，许多对供应链端有强话语权的品牌企业也已经要求供应商实践低碳发展。建筑行业以及产业链企业多为高耗能行业，拟定碳战略进行碳管理从而实现控排势在必行。

　　碳管理的第一步就需要对企业的碳排放进行盘查。碳排放来自企业生产活动，与生产工艺、装备能耗等密切相关。通过部署物联网设备，数字化的碳管理系统可以精确收集企业生产经营各个环节中的数据，利用碳排放计算因子根据各个环节涉及的物理化学过程对碳排放进行计算，进行汇总管理，并随着企业持续的经营活动不断更新归档碳排数据，形成常态化的碳管理体系。

　　在详细了解企业的碳排情况后，管理者可以针对性制定减碳行动方案和目标，评估应用低碳技术的投资回报，乃至参与到未来更加成熟的碳市场之中。

　　将门是一家以专注于发掘、加速及投资技术驱动型创业公司的新型创投机构，旗下涵盖将门创新服务、将门技术社群以及将门创投基金。

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