程春艷，文博杰

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037)

鋼鐵是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中用量最大的金屬材料，保障了人類(lèi)各種生產(chǎn)活動(dòng)的進(jìn)行[1]。中國(guó)粗鋼消費(fèi)接近全球半數(shù)，長(zhǎng)期保持世界第一[2]。其中，房屋建筑和基礎(chǔ)設(shè)施是鋼鐵消費(fèi)最重要的領(lǐng)域，占比超過(guò)50%。從當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展指標(biāo)看，我國(guó)已經(jīng)步入工業(yè)化中后期階段，快速的工業(yè)化過(guò)程使中國(guó)大量的鋼鐵資源積累在房屋建筑行業(yè)[3]，尤其是京津冀、長(zhǎng)三角等發(fā)達(dá)地區(qū)的鋼鐵存量強(qiáng)度最大。隨著生命周期臨近，房屋建筑已開(kāi)始逐漸步入規(guī)?；厥掌?，對(duì)房屋建筑中廢鋼回收量及潛力評(píng)估工作非常重要[4]，系統(tǒng)測(cè)算不同地區(qū)、不同時(shí)間段的鋼鐵存量，是開(kāi)展未來(lái)廢鋼回收潛力評(píng)估的基礎(chǔ)，也是難題。

物質(zhì)流分析是對(duì)一定時(shí)間周期內(nèi)，資源在開(kāi)采、選冶、加工、制造、消費(fèi)、貿(mào)易、回收、耗散等循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)流動(dòng)，及在系統(tǒng)內(nèi)的存量分析的有效方法[5]。學(xué)者使用物質(zhì)流分析工具開(kāi)展中國(guó)金屬資源存量的研究越來(lái)越多，大致分為兩類(lèi)：一是采用“自上而下”的方法，在國(guó)家層面對(duì)金屬資源的生產(chǎn)、加工、消費(fèi)、貿(mào)易等數(shù)據(jù)進(jìn)行平衡。李強(qiáng)峰等[6]開(kāi)展的中國(guó)鋼鐵實(shí)際消費(fèi)量測(cè)算;鐘維瓊等[7]對(duì)全球鐵資源貿(mào)易研究;高天明等[8]對(duì)中國(guó)銅、鋁、鈷等金屬資源在中國(guó)的流量、存量進(jìn)行的系列研究，都是利用該方法取得的新進(jìn)展；二是利用“自下而上”的方法;WANG等[9]選取中國(guó)的城市和農(nóng)村對(duì)比鋼鐵存量，研究地域間鋼鐵使用強(qiáng)度差異性;HU等[10]對(duì)中國(guó)房屋建筑中的鋼鐵需求及廢鋼回收潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，并模擬房屋建筑竣工量對(duì)鋼鐵需求變化的影響。在地區(qū)層面利用“自下而上”方法分析金屬存量，樓俞等測(cè)算了邯鄲市鋼鐵總存量及其分布[11];康柳明等[12]得出了哈爾濱市2009～2013年動(dòng)態(tài)鋼鐵存量及結(jié)構(gòu)變化。當(dāng)前，對(duì)中國(guó)鋼鐵等金屬資源的存量研究，以靜態(tài)的國(guó)家尺度和城市為主，較長(zhǎng)尺度的動(dòng)態(tài)研究成果不多，針對(duì)國(guó)家層面重要經(jīng)濟(jì)區(qū)的研究也比較少。長(zhǎng)三角地區(qū)作為我國(guó)最重要的經(jīng)濟(jì)區(qū)之一，也是我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展最快的地區(qū)。通過(guò)系統(tǒng)研究，較為準(zhǔn)確的把握該地區(qū)的鋼鐵存量的歷史演變，并科學(xué)的研判未來(lái)趨勢(shì)，對(duì)該地區(qū)未來(lái)的廢鋼產(chǎn)業(yè)布局具有指導(dǎo)意義，也能為其他經(jīng)濟(jì)區(qū)的鋼鐵存量研究提供示范作用。

1 分析方法

1.1 分析方法和邊界界定

本文采用動(dòng)態(tài)物質(zhì)流的研究方法，以每年新增各類(lèi)房屋建筑面積為投入社會(huì)量，以房屋建筑生命周期函數(shù)測(cè)算退出社會(huì)量，動(dòng)態(tài)計(jì)算不同時(shí)期各類(lèi)房屋建筑的社會(huì)存量，引入各階段、各類(lèi)房屋建筑的鋼鐵強(qiáng)度，測(cè)算各年、各省、各類(lèi)房屋建筑的鋼鐵存量，從而得出不同時(shí)期長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑中的鋼鐵存量。

本文根據(jù)長(zhǎng)三角地區(qū)的實(shí)際情況及建筑特點(diǎn)，為了區(qū)分城鄉(xiāng)區(qū)別和房屋使用類(lèi)型，將房屋建筑分為四個(gè)大類(lèi)：農(nóng)村住宅房、農(nóng)村其他房、城鎮(zhèn)住宅房、城鎮(zhèn)其他房。根據(jù)研究需要，本文長(zhǎng)三角地區(qū)包含的地理范圍是上海市、江蘇省、浙江省和安徽省4個(gè)省(市)。

1.2 房屋建筑生命周期函數(shù)

不同產(chǎn)品根據(jù)自身用途，有著不同的壽命，每種產(chǎn)品的生命周期規(guī)模也不盡相同[13]，但多數(shù)遵循正態(tài)分布規(guī)律。產(chǎn)品在投入經(jīng)濟(jì)社會(huì)后，都是有規(guī)律性地退出經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)，直到達(dá)到回收高峰，廢料再加工后或再使用、或成為二次資源。通過(guò)系統(tǒng)研究，房屋建筑的生命周期也符合正態(tài)分布。本文利用韋伯分布函數(shù)作為房屋建筑壽命概率密度函數(shù)，針對(duì)不同時(shí)期、不同類(lèi)型的房屋建筑，賦予不同的參數(shù)并構(gòu)建各自的韋伯分布函數(shù)，對(duì)退出面積進(jìn)行估算[14-15]。房屋建筑壽命概率密度分布函數(shù)見(jiàn)式(1)。

(1)

式中：φ(t)為房屋建筑生命周期分布函數(shù)(φ>0)；t為測(cè)算房房建筑生命周期內(nèi)的任意一年；α為尺度參數(shù)；β為形狀參數(shù)。

1.3 房屋建筑鋼鐵存量模型

房屋建筑投入經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)后，按照韋伯分布的規(guī)律退出經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)，每年的累計(jì)量的和即一定時(shí)間段內(nèi)的房屋建筑存量。

設(shè)第n-1年第i種使用類(lèi)型竣工房屋建筑面積為Pi(n-1),單位面積房屋建筑的鋼鐵強(qiáng)度為Mi(t);第n年房屋建筑中鋼鐵報(bào)廢量為C(n),見(jiàn)式(2)；第n年的使用類(lèi)型房屋建筑中鋼鐵存量為Si(n),見(jiàn)式(3)。

(2)

(3)

綜上，第n年長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量S(n),見(jiàn)式(4)。

(4)

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1981～2016年，新增房屋建筑面積數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局中國(guó)建筑業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒[16]，人口和GDP數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒[17]；1949～1980年，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局沒(méi)有新增房屋建筑面積的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)Matlab軟件擬合得到；1949～2016年，長(zhǎng)三角地區(qū)不同省市、不同時(shí)期的房屋建筑鋼鐵使用強(qiáng)度是綜合實(shí)地調(diào)研、前人工作基礎(chǔ)[18-19]和咨詢行業(yè)專(zhuān)家所得；房屋建筑生命周期函數(shù)相關(guān)參數(shù)是在前人工作基礎(chǔ)[20-21]結(jié)合行業(yè)專(zhuān)家咨詢綜合得出。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 房屋建筑存量的變化

1949～2016年，上海市房屋建筑竣工面積從26萬(wàn)m2增加到2 838萬(wàn)m2；2016年房屋竣工面積中，城市房屋建筑比例很大，住宅房和其他房分別占54%和45%，合計(jì)99%；農(nóng)村房屋建筑很小。江蘇省房屋建筑竣工面積從16萬(wàn)m2增加到26 655萬(wàn)m2；江蘇省和上海市類(lèi)似，2016年房屋竣工面積中，城市房屋建筑比例很大，合計(jì)占93%。浙江省房屋建筑竣工面積從76萬(wàn)m2增加到20 764萬(wàn)m2；2016年房屋竣工面積中，城市和農(nóng)村房屋建筑分別占85%和15%。安徽省房屋建筑竣工面積從35萬(wàn)m2增加到8 664萬(wàn)m2；2016年房屋竣工面積中，城市和農(nóng)村房屋建筑分別占69%和31%；安徽省農(nóng)村房屋建筑竣工面積的占比是長(zhǎng)三角地區(qū)最高的省份(圖1)。

圖1 1949～2016年長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑竣工面積變化Fig.1 Changes of building completed area in the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

2.2.2 鋼鐵使用強(qiáng)度及演變

房屋建筑單位面積鋼鐵使用強(qiáng)度的確定是科學(xué)評(píng)價(jià)鋼鐵存量的關(guān)鍵，也是難點(diǎn)。在充分吸收前人工作基礎(chǔ)上，深入開(kāi)展城鎮(zhèn)、農(nóng)村的實(shí)地調(diào)研，并與建筑企業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)工人充分交流后確定。研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下三個(gè)特點(diǎn)：一是長(zhǎng)三角地區(qū)現(xiàn)存房屋建筑以1990年以后的為主；二是城鎮(zhèn)房屋建筑多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)，農(nóng)村建筑則以磚混結(jié)構(gòu)為主；三是非住宅房鋼鐵強(qiáng)度略高于住宅房鋼鐵強(qiáng)度，上海市房屋建筑鋼鐵強(qiáng)度略高于江蘇省、浙江省和安徽省的房屋建筑強(qiáng)度，城鎮(zhèn)房屋建筑鋼鐵強(qiáng)度顯著高于農(nóng)村房屋建筑強(qiáng)度，農(nóng)村房屋建筑鋼鐵強(qiáng)度變化率顯著大于城鎮(zhèn)房屋建筑強(qiáng)度變化率。長(zhǎng)三角地區(qū)不同時(shí)期各類(lèi)型房屋建筑單位面積鋼鐵強(qiáng)度見(jiàn)圖2。

3 結(jié)果與討論

3.1 房屋建筑中鋼鐵存量的歷史演變

從新中國(guó)成立到改革開(kāi)放(1949～1978年)，長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量緩慢增長(zhǎng)，從0.02 Mt增加到10.1 Mt，年均增加0.34 Mt。新中國(guó)成立之初，長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵使用量少，到1958年鋼鐵存量超過(guò)1 Mt，其中，江蘇省占50%、浙江省占30%；改革開(kāi)放時(shí)，1978年鋼鐵存量超過(guò)10 Mt，其中，浙江省超過(guò)一半，上海市占1/4。

圖2 1949～2016年長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑單位面積鋼鐵強(qiáng)度Fig.2 Steel strength per unit area of buildings in the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

從改革開(kāi)放到20世紀(jì)末(1979～2000年)，長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量快速增長(zhǎng)，從12 Mt增加到177 Mt，年均增加7.86 Mt。1992年鋼鐵存量為102 Mt，長(zhǎng)三角房屋建筑中的鋼鐵存量首次超過(guò)億噸，其中，江蘇省43%、浙江省26%、上海市17%、安徽省14%；2000年鋼鐵存量為177 Mt，其中，江蘇省42%、浙江省26%、上海市16%、安徽省16%，江蘇省存量保持最大比重。

從21世紀(jì)初到現(xiàn)階段(2001～2016年)，長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量飛速增長(zhǎng)，從191 Mt增加到677 Mt，年均增加32 Mt。2010年，鋼鐵存量是418 Mt，突破了4億t，其中，江蘇省43%、浙江省29%、上海市12%、安徽省16%；到2016年，鋼鐵存量達(dá)677 Mt，接近7億t，其中，江蘇省46%、浙江省29%、上海市9%、安徽省16%(圖3)。

總體上看，長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑鋼鐵存量中，上海市占比呈逐漸減少趨勢(shì)，江蘇省占比不斷升高，浙江省和安徽省的比重相對(duì)穩(wěn)定。

圖3 1949～2016年長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量變化Fig.3 Changes of iron and steel stock in housing buildingsin the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

3.2 單位面積房屋建筑中鋼鐵存量的歷史變化

建國(guó)以來(lái)，長(zhǎng)三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量不斷升高。1949～2016年，長(zhǎng)三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量從0.06 t/km2增加到1 932 t/km2，其中，上海市從1.00 t/km2增加到9 370 t/km2;江蘇省從0.03 t/km2增加到3 024 t/km2;浙江省從0.12 t/km2增加到1 929 t/km2;安徽省從0.01 t/km2增加到796 t/km2(圖4)。

圖4 1949～2016年長(zhǎng)三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量變化Fig.4 Changes of iron and steel stock of houses andbuildings per unit area in the Yangtze river deltaregion from 1949 to 2016

1978年長(zhǎng)三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量為28.80 t/km2，其中，上海市為426 t/km2，明顯高出其他三省，其次是浙江省51 t/km2，安徽省最低為4.982 t/km2；到2000年，長(zhǎng)三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量為504 t/km2，其中，上海市為4 553 t/km2，其次是江蘇省723 t/km2、浙江省447 t/km2，安徽省最低為201 t/km2；到2016年，在長(zhǎng)三角地區(qū)，單位面積房屋建筑鋼鐵存量1 932 t/km2，最高的仍是上海市，為9 370 t/km2，最低的是安徽省，相當(dāng)于上海市的1/12?？傮w上看，在長(zhǎng)三角地區(qū)，上海市的單位面積房屋建筑鋼鐵存量一直最高，安徽省最低。

4 結(jié) 論

1) 2016年長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑鋼鐵總存量為677 Mt。其中，江蘇省310 Mt，占46%；浙江省197 Mt，占29%；上海市59 Mt，占9%；安徽省111 Mt，占16%。從單位面積房屋建筑鋼鐵看，在長(zhǎng)三角地區(qū)，最高的省市是上海市，為9 370 t/km2，最低的省市是安徽省，相當(dāng)于上海市的1/12。

2) 從1949到2016年，長(zhǎng)三角地區(qū)房屋建筑鋼鐵存量的增長(zhǎng)可分為三個(gè)階段。從1949～1978年是緩慢增長(zhǎng)期，年均增加0.34Mt；1979～2000年的快速增長(zhǎng)期，年均增加7.86 Mt；2001～2016年為飛速增長(zhǎng)期，年均增加32 Mt。

3) 新中國(guó)成立以來(lái)，長(zhǎng)三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量不斷升高。1949～2016年，長(zhǎng)三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量從0.06 t/km2增加到1 932 t/km2。其中，上海市的增量在2008年后減小，江蘇省的增量也開(kāi)始放緩，浙江省和安徽省保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。