劉婷婷,張 劼,胡鳴明

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建筑廢棄物資源化環(huán)境效益分析:以重慶為例

劉婷婷1*,張 劼1,胡鳴明2,3

(1.安徽新華學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230088；2.重慶大學(xué)建設(shè)管理與房地產(chǎn)學(xué)院,重慶 400045；3.萊頓大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所,荷蘭 萊頓 2333CC)

為了向政府提供可以提升建筑廢棄物資源化環(huán)境效益的有利政策,以促進建筑廢棄物資源化的可持續(xù)發(fā)展,本文從系統(tǒng)角度,應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)通過文獻分析、實地調(diào)研、調(diào)查問卷等方法對建筑廢棄物資源化的環(huán)境效益進行建模和模擬仿真.通過對環(huán)境效益模型進行情景分析,得出當非法排放單位罰款在50~60元/t,單位填埋收費取30元/t左右,建筑廢棄物到資源化處置中心距離在15~25km左右,資源化的單位補貼額為25元/t左右時,可以使環(huán)境效益處于較優(yōu)狀態(tài).同時政府應(yīng)提高建筑廢棄物相關(guān)法律的完善程度、培養(yǎng)相關(guān)人員的現(xiàn)場回收意識、促進相關(guān)科研研發(fā),以期促進建筑廢棄物資源化的環(huán)境效益.

建筑廢棄物；資源化；環(huán)境效益；系統(tǒng)動力學(xué)；情景分析

我國建筑業(yè)在帶動國民經(jīng)濟發(fā)展的同時產(chǎn)生大量建筑廢棄物,當前對建筑廢棄物進行資源化處置,在妥善處置建筑廢棄物同時再利用以節(jié)約自然資源已經(jīng)成為共識.從國內(nèi)的相關(guān)研究來看,對于建筑廢棄物的研究很少涉及到建筑廢棄物綜合處置的環(huán)境效益,即使有也只是對設(shè)計階段的建筑廢棄物的減量化環(huán)境效益進行評估,沒有考慮到將建筑廢棄物進行資源化生成再生產(chǎn)品后的環(huán)境效益[1-3].王地春等[4]以廢舊黏土磚為例,通過生命周期評價(LCA)理論對其資源化再生利用的環(huán)境影響進行分析,但只針對廢舊黏土磚,研究范圍較小.王波[5]基于生命周期評價方法對深圳市建筑垃圾處理模式進行研究,以深圳市塘朗山建筑垃圾產(chǎn)業(yè)園為例,得出對建筑廢棄物進行資源化產(chǎn)生的環(huán)境效益遠遠大于直接填埋,同時與填埋相比每年可節(jié)約大量的資金;朱海濱[6]基于生命周期評價(LCA)的分析方法對建筑廢棄物資源化項目的環(huán)境效益進行了測算,但沒有對整個系統(tǒng)進行動態(tài)地分析,同時,由于研究以深圳市塘朗山建筑垃圾產(chǎn)業(yè)園為例,不具有普適性.丁志坤等[7]基于系統(tǒng)動力學(xué)對建筑廢棄物減量化管理的環(huán)境效益進行了評估,但只是針對源頭減量化行為態(tài)度等因素對減量化影響的分析,沒有涉及到建筑廢棄物再利用的過程.國外學(xué)者對建筑廢棄物的研究也從未停止,Peng等[8]和Ling等[9]認為對廢棄物減量化后對建筑廢棄物最佳的處理方式就是資源化再生利用.很多學(xué)者提出要對建筑廢棄物實行填埋收費計劃,Hao等[10]認為填埋收費計劃不僅可以促進建筑廢棄物的減量化,同時也可以促進建筑廢棄物的再利用和資源化.這些研究雖然表明了對建筑廢棄物實行填埋收費的可行性,但只是定性研究,沒有涉及有關(guān)具體的收費金額制定的研究.對于資源化利用的優(yōu)越性,很多學(xué)者也做了相關(guān)研究, Begum等[11]用統(tǒng)計學(xué)的方法對馬來西亞的建筑廢棄物的回收進行成本收益分析并證實了其可行性,同時也表明了對環(huán)境保護的積極作用,但沒有對環(huán)境的影響進行量化的分析.Duran等[12]開發(fā)了一個模型來評估采用資源稅和政府補貼方式下對建筑廢棄物回收市場活力的影響,但是僅僅是靜態(tài)的評估.Calvo等[13]根據(jù)經(jīng)濟激勵描述了一個建筑廢棄物管理體系,運用系統(tǒng)動力學(xué)[14]設(shè)計了仿真模型,通過評估獎勵和稅收懲罰的潛在影響來分析政府在何種程度上影響了企業(yè)的建筑廢棄物管理行為,但也只是從經(jīng)濟效益的角度,沒有考慮到環(huán)境效益.

從實踐經(jīng)驗來看,建筑廢棄物的管理是一個系統(tǒng),需要從系統(tǒng)角度分析各影響要素間復(fù)雜的關(guān)系,不能脫離整個系統(tǒng)單獨考慮某一部分.當前學(xué)者已經(jīng)針對建筑廢棄物資源化整個階段的動態(tài)經(jīng)濟效益進行了分析[15-17],但是由于建筑廢棄物資源化產(chǎn)業(yè)目前正處在起步階段,目前僅有基于生命周期評價(LCA)的分析方法對建筑廢棄物的環(huán)境效益進行的測算,而且只是靜態(tài)分析,沒有將建筑廢棄物資源化作為一個動態(tài)的系統(tǒng)來考慮,沒有具體針對建筑廢棄物資源化整個階段動態(tài)的環(huán)境效益進行分析的研究,也沒有對當前一些有利于促進建筑廢棄物資源化的對策進行量化,故本文從系統(tǒng)角度對建筑廢棄物資源化的環(huán)境效益進行模擬分析,并通過分析調(diào)控相關(guān)要素后引起的環(huán)境效益的變化,得到影響系統(tǒng)發(fā)展的顯著要素及該影響要素的最佳狀態(tài),為政府提供可以促進建筑廢棄物資源化的合理性、可行性建議.

1 建筑廢棄物資源化系統(tǒng)

通過對我國建筑廢棄物資源化現(xiàn)狀的了解,在總結(jié)資源化發(fā)展共性的同時結(jié)合相關(guān)文獻以及在重慶市的實地調(diào)研與訪談中了解到的重慶市建筑廢棄物資源化現(xiàn)狀,根據(jù)重慶市的實際情況確定研究的系統(tǒng).

建筑廢棄物處理的全過程包括建筑廢棄物的產(chǎn)生階段、處置階段、資源化產(chǎn)品生產(chǎn)階段以及銷售階段,以建筑廢棄物的資源化為核心,具體的系統(tǒng)如圖1所示.

圖1 建筑廢棄物處理系統(tǒng)

2 環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成要素分析

2.1 能源消耗

在運輸、使用機械設(shè)備時都會消耗能源.具體包括非法運輸、填埋運輸、資源化運輸時運輸車輛消耗的燃油能源,分類分揀時機械設(shè)備消耗的燃油和電能,填埋建筑廢棄物時機械消耗的燃油和電能,以及生產(chǎn)資源化產(chǎn)品時生產(chǎn)設(shè)備消耗的燃油和電能.同時,對建筑廢棄物進行現(xiàn)場回收利用節(jié)約了運輸建筑廢棄物的能源消耗,資源化企業(yè)無需采購原材料也節(jié)約了運輸?shù)哪茉聪?

2.2 溫室氣體排放

消耗能源的過程中必然會排放溫室氣體.具體包括非法運輸、填埋運輸、資源化運輸中由于消耗能源而排放的溫室氣體,分類分揀以及填埋過程中由于使用機械設(shè)備消耗燃油和電能而排放的溫室氣體,資源化企業(yè)用于生產(chǎn)資源化產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備消耗燃油和電能而排放的溫室氣體.同時,由于無需將現(xiàn)場回收利用的建筑廢棄物運出而避免了由于運輸排放的溫室氣體,資源化企業(yè)通過使用建筑廢棄物作為原材料而避免了采購原材料過程中由于運輸而排放的溫室氣體.

2.3 土地損失

土地損失主要是指非法傾倒建筑廢棄物和填埋建筑廢棄物時因占用土地而造成的土地損失,土地由于被建筑廢棄物堆放而喪失了其他的功能.通過回收利用以及資源化建筑廢棄物可以避免土地被建筑廢棄物占用,從而節(jié)約土地.

2.4 資源節(jié)約

回收利用建筑廢棄物可以將金屬、木材等建筑廢棄物二次利用,從而節(jié)約了資源.對建筑廢棄物進行資源化利用,將其作為生產(chǎn)建材的原材料,也可以節(jié)約資源.

文中對建筑廢棄物處理系統(tǒng)的環(huán)境影響分析主要從能源消耗、溫室氣體排放、土地損失以及資源節(jié)約四個方面進行考慮,建筑廢棄物處理系統(tǒng)的其他環(huán)境影響在文中暫不作研究.

3 建筑廢棄物資源化系統(tǒng)發(fā)展要素分析

通過圖1中對建筑廢棄物現(xiàn)狀及問題的了解,結(jié)合相關(guān)文獻以及實地調(diào)研、專家訪談對重慶市建筑廢棄物資源化的政策影響因素進行選取,然后邀請重慶市環(huán)衛(wèi)控股(集團)有限公司、重慶建工第三建設(shè)有限責任公司和重慶市墻體協(xié)會業(yè)內(nèi)專家對這些要素中容易混淆和不易理解的要素進行反饋,根據(jù)反饋信息進行修改;最后邀請重慶大學(xué)長期從事建筑廢棄物管理研究的專家對修改后的要素進行審核,得到10個要素,如表1所示.

4 環(huán)境效益模型

4.1 基本方法

4.1.1 因果關(guān)系圖 因果關(guān)系圖是用來描述系統(tǒng)中各要素之間相互邏輯關(guān)系的圖形.因果關(guān)系鏈的正、負分別代表兩個變量之間的正向促進作用和負向抑制作用.

4.1.2 流圖 流圖是反映系統(tǒng)要素的性質(zhì)和整體結(jié)構(gòu)的圖形.為了表示出系統(tǒng)中變量間的區(qū)別,用不同的圖形符號代表不同類別的變量,之后用帶箭頭的線將它們連接起來,形成系統(tǒng)的流圖.

4.1.3 方程 方程用來對系統(tǒng)中要素之間的關(guān)系進行局部量化.系統(tǒng)動力學(xué)的模型中,主要包括三種方程:描述狀態(tài)變量變化規(guī)律的水平方程,描述速率變量變化規(guī)律的速率方程,以及描述輔助變量變化規(guī)律的輔助方程.

4.1.4 仿真平臺 仿真平臺是系統(tǒng)動力學(xué)模型輸入到計算機中進行仿真模擬和變量調(diào)控的計算機軟件環(huán)境.利用仿真平臺可以通過調(diào)控不同的變量、以及不同的調(diào)控程度達到研究不同政策方案的目的.Vensim仿真平臺是目前的研究中應(yīng)用最廣泛的仿真平臺之一,本研究的模擬仿真分析就是基于Vensim軟件進行的.

4.2 環(huán)境效益因果關(guān)系圖

以建筑廢棄物資源化的過程中涉及到的建筑廢棄物產(chǎn)生、回收、循環(huán)利用,生產(chǎn)銷售再生產(chǎn)品的過程為框架,根據(jù)環(huán)境效益評價指標(能源消耗、溫室氣體排放[31]、土地損失、資源節(jié)約)反推出組成各個指標的中間變量,以及影響中間變量的因素,以環(huán)境效益指標、中間變量和影響中間變量的因素組成環(huán)境效益模型中的變量.針對建筑廢棄物處置系統(tǒng)對環(huán)境產(chǎn)生影響的各個因素的因果關(guān)系,繪制環(huán)境系統(tǒng)的因果關(guān)系圖,如圖2所示.圖中“CDW”代表建筑廢棄物,帶“+”號的箭頭表示正因果鏈,起促進作用;帶“-”號的箭頭表示負因果鏈,起抑制作用.

圖2 環(huán)境效益因果關(guān)系

圖2中展現(xiàn)的幾條主要的因果回路如下:

①非法排放管理→+(非法排放的單位罰款,監(jiān)管力度,建筑廢棄物處理相關(guān)法規(guī)的完善程度)→-非法排放的建筑廢棄物→+非法排放運輸→+能源消耗→+(能源消耗的環(huán)境影響,溫室氣體排放→+溫室氣體排放的環(huán)境影響)→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+非法排放管理

②非法排放管理→+(非法排放的單位罰款,監(jiān)管力度,建筑廢棄物處理相關(guān)法規(guī)的完善程度)→-非法排放的建筑廢棄物→+土地損失→+土地損失的環(huán)境影響→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+非法排放管理

③分類分揀的建筑廢棄物→+現(xiàn)場回收利用的建筑廢棄物→+通過回收利用節(jié)約的運輸→-能源消耗→+(能源消耗的環(huán)境影響,溫室氣體排放→+溫室氣體排放的環(huán)境影響)→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+分類分揀的建筑廢棄物

④分類分揀的建筑廢棄物→+(現(xiàn)場回收利用的建筑廢棄物,資源化的建筑廢棄物)→+資源節(jié)約→+資源節(jié)約的環(huán)境影響→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+分類分揀的建筑廢棄物

⑤分類分揀的建筑廢棄物→+資源化的建筑廢棄物→-填埋的建筑廢棄物→+土地損失→+土地損失的環(huán)境影響→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+分類分揀的建筑廢棄物

⑥填埋的建筑廢棄物→+填埋運輸→+能源消耗→+(能源消耗的環(huán)境影響,溫室氣體排放→+溫室氣體排放的環(huán)境影響)→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+非法排放管理→+(非法排放的單位罰款,監(jiān)管力度,建筑廢棄物處理相關(guān)法規(guī)的完善程度)→-非法排放的建筑廢棄物→-資源化的建筑廢棄物→-填埋的建筑廢棄物

⑦資源化的建筑廢棄物→+生產(chǎn)的資源化產(chǎn)品→+資源節(jié)約→+資源節(jié)約的環(huán)境影響→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+分類分揀的建筑廢棄物→+資源化的建筑廢棄物

⑧資源化的建筑廢棄物→+資源化企業(yè)采購運輸節(jié)約→-能源消耗→+(能源消耗的環(huán)境影響,溫室氣體排放→+溫室氣體排放的環(huán)境影響)→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+非法排放管理→+(非法排放的單位罰款,監(jiān)管力度,建筑廢棄物處理相關(guān)法規(guī)的完善程度)→-非法排放的建筑廢棄物→-資源化的建筑廢棄物

⑨資源化的建筑廢棄物→+(生產(chǎn)的資源化產(chǎn)品,建筑廢棄物運輸?shù)劫Y源化企業(yè)資源化的建筑廢棄物)→+能源消耗→+(能源消耗的環(huán)境影響,溫室氣體排放→+溫室氣體排放的環(huán)境影響)→+建筑廢棄物管理的環(huán)境影響→+非法排放管理→+(非法排放的單位罰款,監(jiān)管力度,建筑廢棄物處理相關(guān)法規(guī)的完善程度)→-非法排放的建筑廢棄物→-資源化的建筑廢棄物

4.3 環(huán)境效益流圖

圖3 環(huán)境效益流

根據(jù)環(huán)境系統(tǒng)因果關(guān)系圖中各變量的關(guān)系,繪制環(huán)境系統(tǒng)流圖,如圖3所示,圖3中CDW代表建筑廢棄物,陰影部分的變量表示在該圖中出現(xiàn)過.

構(gòu)建的環(huán)境系統(tǒng)模型中包含狀態(tài)變量11個,速率變量11個,輔助變量(包括系統(tǒng)內(nèi)部自帶的時間變量)49個,常量15個,具體如表2所示.

表2 環(huán)境效益模型變量參數(shù)表

注:Dmnl為無量綱.

5 重慶市建筑廢棄物資源化環(huán)境效益模擬仿真與情景分析

5.1 模型參數(shù)估計與檢驗

5.1.1 主要模型參數(shù)的估計 基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的可得性,為方便實地調(diào)研,收集相關(guān)數(shù)據(jù),以重慶市主城9區(qū)年建筑廢棄物的產(chǎn)生量為依據(jù),對構(gòu)建的系統(tǒng)動力學(xué)模型從2016年到2030年進行模擬,進而分析得出各個影響因素對經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的不同影響.

模型中參數(shù)的確定方法主要分為三類,第一類是根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)研和相關(guān)資料收集得到可以量化的數(shù)據(jù),第二類是根據(jù)一定的量化規(guī)則,通過問卷調(diào)查、專家訪談等對定性的參數(shù)進行量化估計,第三類是根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)軟件中的函數(shù)對因素間的定性關(guān)系進行量化估計,具體如下:

①第一類量化數(shù)據(jù)

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)研得到的問卷和文獻分析對重慶市建筑廢棄物處置的相關(guān)數(shù)據(jù)進行收集,得到模型中參數(shù)的初始值,如表3所示,錄入Vensim軟件的參數(shù)設(shè)置中.

表3 建筑廢棄物處置相關(guān)參數(shù)

②第二類量化數(shù)據(jù)

模型中有一些定性變量的具體數(shù)值無法直接得到,所以依據(jù)王家遠提供的方法[2,16],對其進行量化.本研究采取問卷調(diào)查的方法獲取相關(guān)的數(shù)據(jù),問卷包含兩部分:第一部分是被調(diào)研者的單位、職位、工作年限等基本情況,第二部分是被調(diào)查者結(jié)合重慶市的現(xiàn)狀對給出的變量進行評分,對于某一變量的賦值為S(0￡S￡5且為整數(shù)).2017年3月到6月,對重慶市環(huán)境衛(wèi)生管理局、重慶市環(huán)衛(wèi)控股(集團)有限公司、重慶建工第三建設(shè)有限責任公司、重慶市墻體協(xié)會業(yè)內(nèi)專家以及重慶大學(xué)長期從事建筑廢棄物管理研究的專家發(fā)放問卷進行調(diào)研,使其對表4中這七個因素進行量化.最后共收回17份訪談問卷,均為有效問卷.根據(jù)訪談與問卷調(diào)研結(jié)果,進行數(shù)據(jù)處理.運用公式1計算每個變量的指標值.

最后,得到模型中常變量的初始值,如表4所示,錄入Vensim軟件的參數(shù)設(shè)置中.

表4 定性變量的量化取值

③第三類量化數(shù)據(jù)

一些變量間的關(guān)系可以用系統(tǒng)動力學(xué)軟件中的特有函數(shù)進行表示,本研究用表函數(shù)來定量描述變量間的復(fù)雜關(guān)系.表函數(shù)是用圖表來確定兩個變量之間函數(shù)關(guān)系的方法,特別是可以用來表述兩個變量之間的非線性關(guān)系,所以應(yīng)用廣泛.

以研究中建筑廢棄物產(chǎn)生量與時間之間的關(guān)系為例,構(gòu)建表函數(shù).由于目前沒有權(quán)威的資料對重慶市建筑廢棄物年產(chǎn)生量進行統(tǒng)計,所以研究中采用的數(shù)據(jù)通過有效估計和灰色模型預(yù)測得到.根據(jù)賈順的研究[19],依據(jù)重慶市主城9區(qū)1995~2015年建筑廢棄物的年產(chǎn)量,運用灰色系統(tǒng)理論預(yù)測,將得出的結(jié)果與真實數(shù)據(jù)進行比較,預(yù)測值與真實值相差極小,所以該模型可以用來模擬建筑廢棄物產(chǎn)生量的趨勢.所以,運用該模型對2010年到2030年重慶市主城區(qū)的建筑廢棄物年產(chǎn)量進行預(yù)測.根據(jù)灰色系統(tǒng)理論預(yù)測,得出的計算式為:

式中:=2010,2016,……,2030.

根據(jù)式2預(yù)測2010年到2030年重慶市主城9區(qū)的建筑廢棄物年產(chǎn)量如表5所示.

表5 2010~2030年建筑廢棄物預(yù)測年產(chǎn)量

將年份和年建筑廢棄物產(chǎn)量的預(yù)測值輸入到Vensim PLE軟件的表函數(shù)操作界面中,如圖4所示.

圖4 Vensim PLE的表函數(shù)操作界面

研究中根據(jù)上述表函數(shù)的方法量化的變量如表6所示,同理,將它們之間的變量關(guān)系輸入到Vensim PLE軟件的表函數(shù)操作界面中.

表6 表函數(shù)量化的變量及對其產(chǎn)生影響的變量

綜上,已經(jīng)在系統(tǒng)動力學(xué)模型中完成了對上述3類數(shù)據(jù)的量化和線性關(guān)系的確定.

5.1.2 模型主要方程 ①能源消耗主要方程 能源消耗=CDW運輸?shù)劫Y源化企業(yè)的能源消耗+分類分揀能源消耗+填埋運輸能源消耗+生產(chǎn)能源消耗+非法運輸能源消耗+填埋能源消耗CDW運輸?shù)劫Y源化企業(yè)的能源消耗=CDW運輸?shù)劫Y源化企業(yè)的距離′單位運輸能源消耗′資源化的CDW量

分類分揀能源消耗=單位分類分揀能源消耗′工地現(xiàn)場分類分揀的CDW量

填埋運輸能源消耗=填埋場距離′單位運輸能源消耗′填埋的CDW量

生產(chǎn)能源消耗=單位生產(chǎn)能源消耗′資源化產(chǎn)品生產(chǎn)量

非法運輸能源消耗=單位運輸能源消耗′非法排放的CDW量′非法排放運距

填埋能源消耗=單位填埋能源消耗′填埋的CDW量

②溫室氣體排放主要方程

溫室氣體排放=分類分揀溫室氣體排放+填埋運輸溫室氣體排放+資源化產(chǎn)品生產(chǎn)溫室氣體排放+資源化運輸溫室氣體排放+非法運輸溫室氣體排放+填埋溫室氣體排放

分類分揀溫室氣體排放=單位分類分揀溫室氣體排放′工地現(xiàn)場分類分揀的CDW量

填埋溫室氣體排放=單位填埋溫室氣體排放′填埋的CDW量

填埋運輸溫室氣體排放=到填埋場距離′單位運輸溫室氣體排放′填埋的CDW量

資源化運輸溫室氣體排放=CDW運輸?shù)劫Y源化企業(yè)的距離′單位運輸能源消耗′資源化的CDW量

資源化產(chǎn)品生產(chǎn)溫室氣體排放=單位生產(chǎn)溫室氣體排放′資源化產(chǎn)品生產(chǎn)量

非法運輸溫室氣體排放=單位運輸溫室氣體排放′非法排放的CDW量′非法排放運距

③土地損失主要方程

土地損失=填埋CDW的土地損失+非法排放的土地損失

填埋CDW的土地損失=填埋的CDW量′單位土地損失

回收利用和資源化帶來的資源節(jié)約=回收利用節(jié)約的建材量+資源化節(jié)約的建材量

非法排放的土地損失=非法排放的CDW量′單位土地損失

④資源節(jié)約主要方程

資源節(jié)約=回收利用和資源化帶來的資源節(jié)約+資源化產(chǎn)品使用帶來的資源節(jié)約

5.1.3 模型檢驗 模型檢驗是構(gòu)建系統(tǒng)動力學(xué)模型的一個必不可少的環(huán)節(jié),模型檢驗是為了驗證模型與真實系統(tǒng)的一致性與否,保證模型的適用性,最終得到與真實系統(tǒng)高度一致的模型.模型檢驗主要包括模型邊界測試、量綱一致性檢驗、模型結(jié)構(gòu)測試、參數(shù)估計測試以及極端情況測試[32].經(jīng)檢驗,本例構(gòu)建模型均通過了以上測試.

5.2 模擬仿真結(jié)果及分析

根據(jù)研究建立的建筑廢棄物處置的經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)模型,以及確定的各變量的初始值、參數(shù)值和數(shù)量關(guān)系,運用Vensim軟件進行系統(tǒng)仿真,模擬當前政策形勢不變的情況下重慶市2016年到2030年建筑廢棄物處置的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益.模型中,產(chǎn)生的建筑廢棄物量、工地現(xiàn)場收集的建筑廢棄物量、非法排放的建筑廢棄物量、工地現(xiàn)場分類分揀的建筑廢棄物量、現(xiàn)場回收利用的建筑廢棄物量、填埋的建筑廢棄物量、回收利用節(jié)約的建材量、資源化節(jié)約的建材量、資源化產(chǎn)品生產(chǎn)量、資源化產(chǎn)品銷售量的初始值均為0.

圖5 建筑廢棄物處理系統(tǒng)的能源消耗

圖6 建筑廢棄物處理系統(tǒng)的溫室氣體排放

對建筑廢棄物處理的環(huán)境系統(tǒng)進行仿真,選取重慶市建筑廢棄物處理產(chǎn)生的能源消耗、溫室氣體排放、土地損失以及資源節(jié)約四個指標作為資源化對建筑廢棄物處理環(huán)境系統(tǒng)影響的評價標準.得到預(yù)測的2016~2030年重慶市建筑廢棄物處理能源消耗、溫室氣體排放、土地損失以及資源節(jié)約值,如圖5~圖8所示.

圖7 建筑廢棄物處理系統(tǒng)的土地損失

圖8 建筑廢棄物處理系統(tǒng)的資源節(jié)約

依據(jù)仿真結(jié)果可知,若不對建筑廢棄物的處置加以控制,即以當前的情況蔓延下去.隨著建筑廢棄物的增加,2016~2030年重慶市建筑廢棄物處理造成的能源消耗、溫室氣體排放以及土地損失將均以飛快的速度不斷增長,對環(huán)境產(chǎn)生非常不利的影響,所以當前的建筑廢棄物處理方式亟需改進,應(yīng)盡量采取措施選擇對環(huán)境影響較小的建筑廢棄物處理方式,減少建筑廢棄物處置對環(huán)境產(chǎn)生的不利影響.如圖8所示,建筑廢棄物經(jīng)過處理而使得節(jié)約的資源不斷增加,這是由于當前建筑廢棄物資源化的處理方式雖有待優(yōu)化,但資源化的過程中仍進行了一些簡單的現(xiàn)場回收利用節(jié)約了資源,使得資源節(jié)約量不斷增加.所以可以得到,現(xiàn)場回收利用資源的方式是可取的,應(yīng)大力促進建筑廢棄物的回收利用和資源化以提高環(huán)境效益.

5.3 情景分析

5.3.1 可調(diào)控因素 將表1識別出的影響系統(tǒng)發(fā)展的要素作為可調(diào)控因素,分為兩類:行為類影響因素(建筑廢棄物處理相關(guān)法規(guī)的完善程度、監(jiān)管力度、施工現(xiàn)場的回收利用意識、科研研發(fā)、資源化產(chǎn)品質(zhì)量標準和認證制度、資源化產(chǎn)品公眾形象推廣)和可具體取值類影響因素(非法排放建筑廢棄物的單位罰款、單位填埋收費、建筑廢棄物運輸?shù)劫Y源化企業(yè)的距離、資源化單位補貼額).

5.3.2 單因素調(diào)控 單因素調(diào)控的目的在于確定各行為類影響因素(建筑廢棄物處理相關(guān)法規(guī)的完善程度、監(jiān)管力度、施工現(xiàn)場的回收利用意識、科研研發(fā)、資源化產(chǎn)品質(zhì)量標準和認證制度、資源化產(chǎn)品公眾形象推廣)對資源化環(huán)境效益的影響程度,在調(diào)控的過程中需要將這些影響因素改變相同的比例,即在影響因素變化程度相同的情況下,比較其對結(jié)果產(chǎn)生的影響程度的差別.本研究將表4中這些因素的數(shù)值分別增加40%和80%(代表相應(yīng)的政府管理行為的完善程度水平在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高40%和80%)后,觀察其指標值的變化.而對于非法排放建筑廢棄物的單位罰款、單位填埋收費、建筑廢棄物運輸?shù)劫Y源化企業(yè)的距離、資源化單位補貼額這些在實際中可以直接取值的影響因素,通過調(diào)控得出其對資源化環(huán)境效益影響的規(guī)律,確定合理的取值.從建筑廢棄物管理的環(huán)境效益出發(fā),單因素調(diào)控過程中選取能源消耗、溫室氣體排放、土地損失以及節(jié)約的資源作為指標.

①行為類影響因素的調(diào)控

改變代表建筑廢棄物處理相關(guān)法規(guī)的完善程度的數(shù)值,提高其完善程度.由表4中得到現(xiàn)行的建筑廢棄物處理的相關(guān)法規(guī)的完善程度的取值為34,根據(jù)上述調(diào)控規(guī)則,將其數(shù)值分別增加40%和80%得到法律法規(guī)完善程度的取值分別為48和61.將其數(shù)值代入模型中,保證其他變量數(shù)值均不改變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,與初始情況(建筑廢棄物處理的相關(guān)法規(guī)的完善程度的取值為34時)進行對比,得到的結(jié)果如圖9~圖12所示.

圖9 對法規(guī)的完善程度調(diào)控得到的資源節(jié)約

圖10 對法規(guī)的完善程度調(diào)控得到的能源消耗

圖11 對法規(guī)的完善程度調(diào)控得到的溫室氣體排放

1)由以上仿真結(jié)果可知, 能源消耗和溫室氣體排放在法規(guī)完善程度增強的情況下會略有增加,這是因為資源化的建筑廢棄物增加,破碎篩分建筑廢棄物和生產(chǎn)資源化產(chǎn)品都需要消耗能源,而消耗的這些能源比非法排放建筑廢棄物消耗的能源多,所以能源消耗和溫室氣體排放增加.但是資源化的建筑廢棄物量增加減少了土地損失、節(jié)約了資源,土地損失隨著法規(guī)完善程度的增強而減少,通過資源化節(jié)約的資源隨著法規(guī)完善程度的增強而增加.以上的這些指標隨著建筑廢棄物增強的變化在前幾年均不明顯,但是隨著時間的增加差別逐漸增大.

2)監(jiān)管力度對建筑廢棄物資源化處理系統(tǒng)的影響規(guī)律與法規(guī)完善程度的影響相似(表7).

圖12 對法規(guī)的完善程度調(diào)控得到的土地損失

3)改變回收利用意識程度的數(shù)值,其他變量均不變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,與初始情況進行對比,得到的結(jié)果與法規(guī)的完善程度變化時指標值的變化規(guī)律一致(表7).

4)改變科研研發(fā)實施情況的數(shù)值,其他變量均不變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,與初始情況進行對比,能源消耗和溫室氣體排放的數(shù)值隨著科研研發(fā)數(shù)值的增加而略微減少,減少的程度不是很明顯.節(jié)約的資源隨著科研研發(fā)的增強而增加.土地損失量沒有發(fā)生改變(表7).

5)改變資源化產(chǎn)品質(zhì)量標準和認證制度實施情況的數(shù)值,其他變量均不變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,與初始情況進行對比,能源消耗和溫室氣體排放的數(shù)值隨著資源化產(chǎn)品質(zhì)量標準和認證制度數(shù)值的增加而略微減少,減少的程度不是很明顯.節(jié)約的資源隨之略微增加,土地損失量沒有發(fā)生改變(表7).

6)改變資源化產(chǎn)品公眾形象推廣程度的數(shù)值,其他變量均不變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,與初始情況進行對比,能源消耗和溫室氣體排放的數(shù)值隨著資源化產(chǎn)品公眾形象推廣程度數(shù)值的增加而略微減少.節(jié)約的資源隨之略微增加,土地損失量沒有發(fā)生改變(表7).

根據(jù)表7中各因素在變化了相同的比例后對指標值變化的影響,可以得出:對資源化的建筑廢棄物量產(chǎn)生的有利影響最大的因素是法規(guī)的完善程度,其次是政府部門的監(jiān)管力度;使節(jié)約的資源增長幅度最大的因素是現(xiàn)場建筑廢棄物的回收利用意識,其次是相關(guān)法規(guī)的完善程度;使能源消耗減少幅度最大的因素是建筑廢棄物的回收利用意識,其次是科研研發(fā);對溫室氣體排放的減少產(chǎn)生最大影響的因素是現(xiàn)場的回收利用意識,且影響顯著,其次是資源化產(chǎn)品公眾形象推廣和科研研發(fā);對土地損失的減少影響顯著的因素是法規(guī)的完善程度,其次是回收利用意識和監(jiān)管力度.根據(jù)各因素對指標值影響程度的大小可以分析得出,重要的影響因素主要為法規(guī)的完善程度、建筑廢棄物現(xiàn)場回收利用意識以及科研研發(fā)這3個因素.

表7 單因素調(diào)控下的各指標值(2030年)

②具體取值類影響因素的調(diào)控

1)對非法排放建筑廢棄物的單位罰款的數(shù)值進行相同間距差值的改變,其他變量均不變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,與初始情況進行對比,得到的指標值結(jié)果如圖13~圖17所示.

圖13 非法排放的單位罰款調(diào)控得到的資源化建筑廢棄物量

根據(jù)圖13可知,單位罰款在小于30元/t時,對資源化的建筑廢棄物量基本沒有影響,隨著單位罰款的增加,資源化的建筑廢棄物量也隨之增加,當單位罰款增加到50元/t時資源化的建筑廢棄物量增加的變化量最多,單位罰款增加到60元/t以后,增加的資源化廢棄物量逐漸減少.

圖14 非法排放的單位罰款調(diào)控得到的節(jié)約的資源

圖15 非法排放的單位罰款調(diào)控得到的溫室氣體排放

圖16 非法排放的單位罰款調(diào)控得到的能源消耗

圖17 非法排放的單位罰款調(diào)控得到的土地損失

根據(jù)圖14可知,當單位罰款小于30元/t時,節(jié)約的資源量與初始值相比沒有發(fā)生變化,當單位罰款大于30元/t時,節(jié)約的資源隨著單位罰款的增加而增加,增加的幅度在單位罰款為50元/t時達到最大,當單位罰款大于60元/t時,節(jié)約資源的增加量不是很明顯,但依然在小幅度增加.

根據(jù)圖15和圖16可知,溫室氣體排放量和能源消耗量在單位罰款小于30元/t時,與初始值相比沒有發(fā)生變化,當單位罰款大于30元/t時,能源消耗量和溫室氣體排放量隨著單位罰款的增加而增加,這是由于單純的單位罰款的增加會致使填埋的建筑廢棄物大量增加,從而增加運輸和填埋的能源消耗以及溫室氣體排放.

根據(jù)圖17可知,由于建筑廢棄物的處置而損失的土地量在單位罰款小于30元/t時,與初始值相比沒有發(fā)生變化,當單位罰款大于30元/t時,損失的土地量隨著單位罰款的增加而減少,當單位罰款增加到50元/t時土地損失的減少量變化得最明顯,單位罰款增加到60元/t以后,土地損失量雖然也在減少,但不是很明顯.

綜合以上分析,當非法排放的單位罰款小于30元/t時,對建筑廢棄物的資源化基本不會產(chǎn)生影響,而非法排放的單位罰款由30元/t開始增加時,對建筑廢棄物的資源化量、資源節(jié)約量、土地損失量產(chǎn)生有利的影響,但是對資源化企業(yè)的利潤、能源消耗和溫室氣體排放產(chǎn)生的影響并不利,所以非法排放單位罰款并不是越大越好.結(jié)合以上原因,綜合考慮有利效益取得邊際效應(yīng)最大時的單位罰款額,即當非法排放單位罰款在50元/t~60元/t時,既可以使產(chǎn)生有利變化指標的變化率達到最大值,又不會對其他指標產(chǎn)生較大的不利影響.

2)同理,對單位填埋收費的數(shù)值進行相同間距差值的改變,其他變量均不變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,與初始情況進行對比,得到結(jié)論:根據(jù)仿真模擬的結(jié)果,權(quán)衡單位填埋收費對各指標的影響程度,當單位填埋收費取30元/t左右時,產(chǎn)生的經(jīng)濟效益以及環(huán)境效益相對處于最佳的狀態(tài).

3)同理,對建筑廢棄物運輸?shù)劫Y源化企業(yè)的距離進行相同間距差值的改變,其他變量均不變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,得到:建筑廢棄物運輸?shù)劫Y源化企業(yè)的距離越小,產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益越好,當運距在5,15,25km時產(chǎn)生的環(huán)境效益明顯優(yōu)于較大運距時的效益,由于運距在5,15,25km時的指標值差別不是很大,考慮到實際情況,建筑廢棄物處置中心距離市中心不宜過近,所以當建筑廢棄物到資源化處置中心的距離在15~25km左右時,比較合理,且可以對環(huán)境效益產(chǎn)生較大的有利影響,所以建筑廢棄物到資源化處置中心的距離以20km左右為宜.

4)依據(jù)以上的分析方法對資源化單位補貼額進行相同間距差值的改變,其他變量均不變,然后進行系統(tǒng)仿真模擬,與初始情況進行對比,隨著資源化單位補貼額的增加,建筑廢棄物資源化系統(tǒng)產(chǎn)生的環(huán)境效益也不斷增加,當資源化單位補貼額大于25元/t時,各個指標的變化幅度不大,甚至有的指標基本不變,所以可以認為當資源化單位補貼額大于25元/t時的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益基本相同.考慮到財政支出,將資源化的單位補貼額選取為25元/t時比較合理.

6 結(jié)論

6.1 對建筑廢棄物資源化的系統(tǒng)動力學(xué)模型進行仿真模擬,可知:如果按照建筑廢棄物當前處置的現(xiàn)狀繼續(xù)發(fā)展下去進行預(yù)測,能源消耗、溫室氣體排放、土地損失隨著時間的增加不斷增加,對環(huán)境產(chǎn)生較大的不利影響.所以,當前形勢下建筑廢棄物的處置情況并不是最佳的狀態(tài),需要對其進行調(diào)整以促進建筑廢棄物的資源化處置和資源化產(chǎn)品的銷售,提高環(huán)境效益.

6.2 對建筑廢棄物資源化的各行為類政策影響因素進行單因素調(diào)控,可以得到單一因素值的增加并不都會引起指標值向有利方向發(fā)生變化,因為建筑廢棄物資源化處置是一個復(fù)雜的系統(tǒng).但通過系統(tǒng)仿真模擬,可以得知:單因素政策調(diào)控中,法規(guī)的完善程度、建筑廢棄物現(xiàn)場回收利用意識以及科研研發(fā)這三個因素是行為類影響因素中主要的影響因素.

6.3 通過單因素調(diào)控的仿真模擬,綜合考慮現(xiàn)實情況與政府的財政支出,可以得出當非法排放單位罰款在50~60元/t時,單位填埋收費取30元/t左右時,建筑廢棄物到資源化處置中心的距離在15~25km左右時,資源化的單位補貼額選取為25元/t左右時,對環(huán)境效益產(chǎn)生較大的有利影響,可以使環(huán)境效益相對處于較優(yōu)的狀態(tài).

6.4 政府應(yīng)首先確定對非法排放單位罰款、單位填埋收費、資源化單位補貼額的選取,合理規(guī)劃資源化處置中心布點,然后優(yōu)先考慮提高關(guān)于建筑廢棄物處置相關(guān)法規(guī)的完善程度、培養(yǎng)相關(guān)人員的現(xiàn)場回收利用意識、鼓勵科研人員進行相關(guān)研發(fā)的政策措施以提高建筑廢棄物資源化的環(huán)境效益,促進可持續(xù)發(fā)展.

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致謝：感謝重慶市環(huán)衛(wèi)控股(集團)有限公司和重慶市墻體材料工業(yè)行業(yè)協(xié)會的人員、同時也感謝所有配合調(diào)研的建筑廢棄物資源化企業(yè)、施工企業(yè)以及高?？蒲械娜藛T.

Analysis on environmental benefits of construction and demolition waste recycling: A case study in Chongqing.

LIU Ting-ting*, ZHANG Jie1, HU Ming-ming2,3

(1.School of Civil and Environmental Engineering, Anhui Xinhua Univercity, Hefei 230088, China；2.School of Construction Management and Real Estate, Chongqing University, Chongqing 400045, China；3.Institute of Environmental Sciences, Leiden University, Leiden 2333CC, the Netherlands)., 2018,38(10)：3853~3867

Based on system dynamics through literature analysis, spot investigation and questionnaire results, the study of modeling and simulation of environmental benefit of Building Waste Resource recovery is carried to provide the favorable policy of lifting of environmental benefit to promote the sustainable development of building waste resource recovery. Through the scenario analysis of the environmental benefit modeling, it comes to the conclusion that the environmental benefit is in optimal state with 50yuan/t~60yuan/t of fine for illegal emission unit, about 30yuan/t of landfill charge, 15km~25km of distance of building waste to the center of resource recovery treatment and 25yuan/t of subsidy of resource recovery. At the same time, the government should improve the level of building waste related laws, cultivate the awareness of relevant personnel on-site recycling, and promote relevant research and development, in order to promote the environmental benefits of building waste resource recovery.

construction and demolition waste；resource recovery；environmental benefits；system dynamics；scenario analysis

X32

A

1000-6923(2018)10-3853-15

劉婷婷(1992-),女,河北秦皇島人,碩士,主要研究方向為建筑廢棄物與可持續(xù)建設(shè).發(fā)表論文1篇.

2018-06-30

2017年度安徽高校自然科學(xué)研究項目(KJ2017A615)

* 責任作者, 助教, 945950519@qq.com