只有全世界都行动起来，才能实现净零碳的宏伟目标
消防队员在美国加州太浩湖的滑雪缆车里与失控的熊熊烈火搏斗。一场飓风让密西西比河的河水倒流。地处高纬度的加拿大也出现了49.5摄氏度的高温。科学考察人员在南极冰盖中检测到了重力的下降。这些听起来像不像是一部具有未来主义的灾难片电影？岂止是像，这些场景其实就是真实的：它们现在就在发生，背后的原因正是气候的变化。
自工业革命以来，人类向大气中排放的二氧化碳已经达到了两万亿吨。这层厚厚的吸热污染物正是全球变暖的罪魁祸首。
使用化石燃料所产生的影响是令人震惊的：每年全球有800万人死于空气污染。仅在美国，化石燃料的使用每年就要造成5万多人的死亡和4,450亿美元的经济损失。
全球变暖的程度与人类活动造成大气中二氧化碳含量的增加成正比。这是一个非常简单且又残酷的等式计算：为了稳定气候变化，全球的碳排放量必须降至为零。这个过程需要的时间越长，气候的变化就会越大。
什么是净零碳？
简单地说，净零碳就是指释放到大气中的温室气体与从大气中清除的二氧化碳含量是相等的。净零碳的目标是通过碳减排、碳抵消和碳清除来实现的。
为什么净零碳很重要？
净零碳之所以重要，是因为气候变化肆虐全球而且还在不断加剧（PDF第8页），专家们一致认为，应对气候变化的最佳方法就是减缓全球变暖的速度。
2015年，《巴黎协定》制定了一个国际框架，将全球气温的上升幅度限制在不超出工业化前1.5摄氏度的水平，这将极大地遏制气候变化的影响。为了实现这一目标，大多数专家一致认为，到2050年，全球的碳排放量必须达到净零。近200个国家一致同意采取行动，包括法国、新西兰和瑞典在内的一些国家已经批准了对净零碳的立法。
要实现本世纪中叶的净零碳目标，就意味着必须毫不含糊地立即减少碳排放；未来十年的行动将具有决定性意义。“这样下去我们将陷入困境，因为我们现在已经超出工业化前1摄氏度，”建筑师兼教育工作者Ed Mazria说。他是Architecture 2030（“建筑2030”）机构的创始人，该机构的目标是把建筑环境从二氧化碳的主要排放者转变为紧急应对气候危机的核心解决者。和许多倡导这场运动的进步人士一样，Mazria认为，2050年已经为时已晚：“为了把温度上升的幅度控制在1.5度以下，从现在起到2030年，我们必须大幅度降低碳排放，然后在2040年之前逐步解决剩下的问题。”Mazria表示，若想比较有把握地（67%的几率）实现2040年的目标，到2030年全球的碳排放必须减少50%，到2040年必须实现零排放。
净零碳如何应用于设计和建筑行业？
在建造和运营阶段，任何建筑结构都有与之相关的碳排放。一座净零碳建筑通过减少能源的使用以最大限度地减少碳排放，以此来平衡其来自传统能源的二氧化碳排放，具体方法可以是使用风能和太阳能等可再生能源或购买碳补偿以达到盈亏平衡点。
毋庸置疑，建筑行业的净零碳目标是雄心勃勃的。“到2030年，建筑环境应将其排放量减半，据此，100%的新建筑在运行时必须达到净零碳，而对现有资产进行大规模的能效改造其实已经开始，”世界绿色建筑委员会推进净零碳项目的主任Victoria Burrows说道，“隐含碳至少要减少40%，主要项目的隐含碳至少要减少50%。最晚到2050年，所有新的和现有的资产在整个生命周期内必须实现净零碳，包括运营的碳排放和隐含碳排放。”
无论怎样夸大建筑世界对全球碳排放的影响都不过分。世界资源研究所的WRI Ross可持续城市中心建筑和能源部的全球负责人Clay Nesler表示：“到2060年，我们的建筑面积将增加一倍。如果大家计算一下就不难发现，这相当于每个月再建设一座纽约市。这些建筑物必须有供暖、制冷和照明设施，此外还要给它们提供一个舒适和健康的环境，还要让它们能够应对气候变化的影响。”
Nesler继续说道：“如果城市和国家要实现净零碳的目标，那就必须要把重点放在建筑物上，因为建筑物占全球碳排放量的39%，如果是在城市，碳排放量的百分比还会更高一些。但是，（建筑物）也蕴藏着利用现有技术立即减少碳排放的最大机会，这些减排措施将在建筑物的生命周期内产生良好的成本效益。”
净零碳：施工建设在实现净零碳目标过程中扮演的角色及其在设计和建筑行业的历史变革
在很短的时间内，净零碳已经从科学概念发展到富有理想的实践再发展到国家政策了。
在工业革命之前，建筑物比现在更接近净零碳。热能和光能都是通过燃烧生物来获得的，通风是由新鲜空气提供的，机械系统也未被大量应用。
到了20世纪初，设计师、工程师和建筑商开始考虑建筑结构对环境的影响。20世纪70年代，中东地区的冲突导致油价飙升，迫使人们在能源问题上采取保守的思维；政府和行业领导人越来越担心他们的经济对化石燃料的依赖。
1998年，美国绿色建筑委员会推出了“能源与环境设计先锋”（LEED）评级系统，对新建筑在材料、用水和能源使用方面的情况进行评估。
2002年，Mazria创立了一个名字叫“建筑2030”的非营利组织，致力于改变气候变化的进程。2006年，“建筑2030”发布了《挑战2030年》的倡议，呼吁大家要让2030年之前新建的建筑实现碳中和。作为响应，美国建筑师学会也发表了《2030年承诺》，对向《挑战2030年》目标努力的进程进行追踪。
2006年，Living Building Challenge（“生活建筑挑战”）组织提高了建筑标准及其可持续发展的标准。
2015年，近200个国家承诺遵守《巴黎气候协定》，以便能够逐渐减少污染程度。2019年，欧盟委员会也制定了《欧洲绿色协议》，旨在帮助欧洲在2050年之前实现碳中和。
总碳管理：究竟是什么意思？
在工程建设行业中，总碳管理是对建筑物的隐含碳和运营碳的含量进行测量并对其进行管理的过程。“这里边的棘手问题是，‘净零’一词通常仅用来描述解决运营中的能源问题，”欧特克公司可持续发展与成功部门高级经理Tony Saracino说道，“其实，真正意义上的净零应该指的是对建筑物的碳排放进行测量和管理，并将其碳排总量（隐含碳和运营碳的总和）减至零或更低。”
隐含碳
由于隐含碳的缘故，所有建筑物对气候都会产生一种潜在影响，包括在资源采集、精炼、制造和物流过程中产生的碳排放。进入建筑物和基础设施的所有材料中的隐含碳很难追踪，但占全球温室气体排放量的11%。运营碳的特点是，随着时间的推移，通过节能改造和使用可再生能源，运营碳的排放量可以减少，但隐含碳的排放模式不同于运营碳：建筑物一旦建成后，隐含碳的排放量就不再变化。
建筑行业是全球原材料的第一大消费领域。根据“建筑2030”的资料，到2030年，隐含碳将占新建建筑总排放量的一半以上。
到2060年，预计将有大约2,323亿平方米的新建筑要建造，鉴于这种情况，现在就必须控制隐含碳，并在施工建设中实现净零碳。开源EC3隐含碳计算器等工具可帮助利益有关者在选择碳影响最小的材料时做出明智的选择。
运营碳
运营碳是指建筑物在使用过程中（包括管理和维护过程中）排放的碳量。运营碳占全球排放量的28%；而且随着未来三十年全世界的建筑行业扩张，这一数字还会上升。
高性能的建筑设计往往能造就出高效、安全和舒适的建筑，并且模范遵守监管部门对性能和温室气体减排的规定。为了优化能耗、材料使用、用户安全和舒适度，这种设计结合了各种技术和工具，并尽可能地利用可再生能源来实现。
包括BIM（建筑信息模型）在内的数字技术可使设计师模拟能源的使用。但是，虽说技术有助于提高设计的过程，但该设计过程却变得越来越复杂。
“如果我们要设计这些净零碳建筑，不仅要保证它们在结构上的牢固，而且还必须充分考虑照明的因素，因为我们要使用更多的自然光，”Nesler介绍说，“我们必须评估绿色屋顶、白色屋顶等因素的影响。我们要找出最佳的建筑朝向。我们还要进行非常详细的能量模拟，因为我们必须将可再生能源与建筑物的实际供暖、冷却和照明负荷相匹配。我们还需要以不同的方式对建筑物进行控制。”
碳补偿
碳补偿通过对避免或减少碳消耗的项目进行投资来抵消碳排放，从而帮助企业实现可持续发展的目标。这些碳补偿有时表现的形式是碳积分，一个积分相当于从大气中清除了1公吨二氧化碳或避免了同量二氧化碳的产生。
建筑商可以投资于第三方的碳补偿项目或开展自己的项目，如植树、建设风电场、地热发电厂和太阳能项目等。
碳清除
虽然碳减排战略是实现净零碳目标的关键步骤，但仅依靠这些战略还是不够的，还需积极地消除大气中的碳。
除碳方法包括森林恢复和土壤管理等自然战略，包括直接空气捕获和增强矿化在内的高科技战略，以及基于海洋的碳清除在内的混合战略。
在建筑世界中，碳清除可以包括捕获烟囱中排放的碳、将工业排放转化为建筑材料，以及将碳储存在混凝土等材料中。
普林斯顿大学土木与环境工程副教授Claire White博士说：“最令人兴奋的技术发展是那些有可能大幅减少混凝土碳足迹甚至生产具有净负碳足迹的创新，这种新技术被称为碳汇。现在有一些可以替代普通硅酸盐水泥的产品，它们的二氧化碳排放量要比普通硅酸盐水泥最少低70%。如果我们要大幅减少混凝土的碳足迹并按时过渡到一个净零碳的产业，那么我们就需要这些材料。”
为循环经济所做的建筑设计
循环经济是一种专注于持续使用和重复利用资源的零浪费理念，这种理念在建筑领域越来越受到重视。它的精髓不仅是回收利用，而是重视在设计和建筑背景下的升级再造。实施这种闭环循环意味着采取自上而下的方法，包括从单个材料的性能到建造建筑物目的在内的各个方面。
如何才能为循环经济设计并建造房屋？
为循环经济而设计意味着要考虑建筑物的整个生命周期甚至更远，真可谓是一种“从摇篮到摇篮”的方法。
Saracino举例说：“现在有一个普通的书架，也许是因为已经变形太厉害而无法修复，但组成书架的木板可以用于另一种使用相同宽度和长度的木制设备，而不是将其拆除。这就是智能设计可以通往循环经济的一个例子。”
同样的概念也可以应用于建筑领域。Saracino接着说：“如果您曾经去过一个房子的阁楼，而这个房子是从一个老工厂的厂房改造而成，这便是循环经济的很好例子。过去曾经用于工业制造的建筑现在变成了住房，而且有时只有少量的干预，原来的大红杉木梁仍旧和立柱一起支撑着房顶，地板也还是原来的地板。”
为了在建筑设计中充分利用循环经济的优势，端到端数字化至关重要，Nesler说道：“从平板电脑上的蜡笔草图发展到最终的BIM模型，您可以模拟一切；为了优化能源使用，您可以优化设计；您可以计算出使用的材料中含有多少碳。”
“然后，您将其下载到一个将数据与建筑物中的所有传感器和设备相关联的系统中，这样我们不仅可以对建筑物进行最佳控制，还可以使这座建筑物成为能源的生产者，而不是消费者，”他接着说，“它能够存储和管理能量，当然，也需要使用少量的能源（希望是干净能源）。顺便说一句，将来在混凝土墙和钢梁上会贴上小标签，当人们在50年后要拆除这座建筑的时候，这些标签会告诉人们这座建筑里都有什么东西。”
“由于气候变化，公共服务不健全的社区遭受的损失最大，但现在这些社区可以从更高效、更可持续的建筑中获得最大的受益，”世界资源研究所WRI Ross可持续城市中心的Clay Nesler这样说道。
将建筑物设计为物料库
当今的建筑流程在处理材料的方法上有些低效；建筑结构专为有限的应用而设计。如果我们换一种思路，把建筑物视为储存有价值的材料和组件的临时地点，那结果会是怎样？这就是将建筑物设计为物料库的理念。
“一座建筑物就是由这样密密麻麻的物料组成，”Saracino说道，“地板上有木头；这边有一些混凝土板，那边有一些铜管。这些都是存放在物料库的材料。现在，我们可以将一座建筑组装在一起，这样当它在生命周期结束时，我们就可以知道这座物料库里都装有什么东西。而且这样的建筑物很容易拆解，根本不再需要抡起大锤把整个房子砸倒了。”
在将建筑物设计为物料库的过程中，数字化正在发挥着日益重要的作用。“现在，如果我们拆除了一堵墙，根本不知道里面有什么东西，”Nesler说，“而BIM模型则必须包括所有的用料，并促进对这些材料的重复使用和再制造。”
以净零碳为目标的项目实例
在世界各地，有些灵感可以从大大小小的项目中找到，这些项目正在引领人们朝着净零碳目标迈进。
- Build Change正在使用当地可用的而且适应气候变化的材料，以此在地震和风灾经常发生的国家建造和加固房屋。
- 美国联合医疗公司的Unisphere大楼（就在华盛顿特区外）是世界上最大的净零碳建筑之一，占地面积超过12,450平方米。
- 佐治亚理工学院的Kendeda创新型可持续发展设计大楼背后的Skanska项目团队，正在通过使用回收材料（包括从电影拍摄地拆除的旧木板）来满足“生活建筑挑战”机构对性能的要求。
- BamCore创建了一个设计和制造混合竹板的系统，为住宅和低层商业结构提供了可再生材料。
- BuildX Studio在赞比亚建造Sachibondu农村保健中心时在当地采购或生产了80%以上的建筑材料，包括再生木材和通过压缩泥土制造出的可调控温度的砖块。
净零碳的前景如何？
净零碳是可以实现的，但到本世纪中叶实现这一目标需要所有利益相关者的协作，而且必须由政策推动。但据Nesler认为，私营部门也需要主动发挥作用。他说：“并非所有决策者都真的拥有建筑和节能方面的背景。私营部门可以为讨论带来可信度和实用性。”
世界上有些社区对碳排放的贡献最小，但承受健康和经济方面的影响却最大，在众多国家朝着净零碳目标迈进的同时，在这些脆弱的社区中想方设法建设复原力有着至关重要的意义。Nesler欣慰地说：“由于气候变化，虽然一些公共服务不健全的社区遭受了最大的损失，但有望从更高效、更可持续的建筑中获得最大收益，因为我们对建筑物采取的干预措施将碳排放量降低到零，可使得这些建筑更舒适，更有益健康。”
他接着说道：“这里的关键是如何才能找到能够支付性能较高的建筑物前期成本或进行重大翻新的成本，并在要求的时间内支付全部费用的方法。有许多面向私营部门的创意商业模式可以让这些社区解决上述问题。”
这正是工程建设行业（甚于任何其他行业）最可能成为变革的最大推动者的领域。“当建筑界意识到他们在应对气候变化中所扮演的角色时，设计师们挺身而出，从容应对，因为作为设计师，他们的使命就是要让世界变得更美好，”Mazria自豪地说，“这就是行业的召唤。”