馮玉龍 王憲芳 藍(lán)志鵬 馮群

(1.水發(fā)數(shù)字科技有限公司，山東 青島 266100；2.濟(jì)南大學(xué)，山東 濟(jì)南 250002)

0 引言

在我國城市化進(jìn)程中，建筑拆除、改建以及新建產(chǎn)生了堆積如山的廢料，這些廢料或被簡單填埋或被隨意丟棄，對(duì)市容市貌和城市生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞，違背了綠色發(fā)展理念。有關(guān)研究報(bào)告表明，目前我國每年產(chǎn)生的建筑廢料為15億～24億t[1]，占居民城市廢料總量的40%。如果不能有效處理這些建筑廢料，不僅浪費(fèi)土地資源、建筑材料和能源，還會(huì)造成事故和災(zāi)難，危害公共安全。

在國外，建筑廢料是重要的回收再利用資源。反觀我國，很多建筑廢料并沒有得到很好的回收利用，建筑廢料的回收利用率遠(yuǎn)低于各發(fā)達(dá)國家。造成我國建筑廢料處理不當(dāng)?shù)脑蛴泻芏?，諸如相關(guān)法律法規(guī)不健全、監(jiān)管體系不完善、執(zhí)法力度不夠、建筑廢料回收處理基礎(chǔ)設(shè)施投入不足、建筑廢料處理技術(shù)不成熟、回收管理產(chǎn)業(yè)鏈落后、公眾回收再利用觀念淡薄等。做好建筑廢料的回收利用是踐行“美麗中國”的重要環(huán)節(jié)，是我國解決建筑廢料圍城的有效途徑，既可以化解消耗大量建筑廢料，又能在一定程度上“變廢為寶”循環(huán)利用。在此背景下，建筑廢料的回收管理顯得極為重要。

1 文獻(xiàn)綜述

Bizcocho[2]等(2019)研究了生命周期評(píng)價(jià)(LCA)在固體廢物管理環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，對(duì)西班牙的新建筑進(jìn)行了案例研究，提出了優(yōu)化和替代預(yù)防措施，并利用通用模型對(duì)4種建筑廢料管理方案進(jìn)行了比較。Ouda等[3](2018)研究了沙特阿拉伯的建筑廢料管理，調(diào)查了沙特阿拉伯東部省份KSA的81家建筑公司，以確定哪些因素嚴(yán)重影響該國建筑廢料的可持續(xù)管理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大部分建筑廢料都是有潛力的可回收建筑材料的來源，如碎石、金屬和沙子。這不僅可以滿足KSA砂石和金屬生產(chǎn)的需要，而且可以解決廢料處理問題，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。Galvez-Martos等[4](2018)綜合了建筑和拆除廢物管理的核心原則和貫穿整個(gè)建筑價(jià)值鏈的最佳實(shí)踐，并系統(tǒng)地推行這些做法，可大大提高資源利用效率和減少對(duì)環(huán)境的影響，方法包括：減少廢物的產(chǎn)生,盡量減少運(yùn)輸?shù)挠绊?盡量提高二次物料的質(zhì)素，以及優(yōu)化處理方法的環(huán)保表現(xiàn)，從而達(dá)到重用和循環(huán)再造的目的。我國固廢行業(yè)起步晚，目前處于發(fā)展初期，建筑廢料的回收管理實(shí)踐水平較低。對(duì)于建筑廢料的管理體系，袁紅平等[5]建立建筑廢料現(xiàn)場(chǎng)管理模型，同時(shí)借助Vensim軟件進(jìn)行模擬評(píng)估，有助于管理人員對(duì)管理效果進(jìn)行預(yù)測(cè)。陳起俊等[6]基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論，以建筑廢棄物處理的利益相關(guān)方為研究對(duì)象，建立不同階段的演化博弈模型，對(duì)不同階段的主體行為進(jìn)行策略分析，提出建筑廢料循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈資源化的實(shí)踐性建議。對(duì)于建筑廢料回收體系，陳建國等[7]提出，政府進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)助能夠有效促進(jìn)承包商對(duì)建筑廢料的分揀回收。在低碳觀念深入人心的大環(huán)境下，徐勇戈等[8]認(rèn)為在建筑廢料回收網(wǎng)絡(luò)中不僅要考慮經(jīng)濟(jì)成本最小化，還要考慮環(huán)境成本。

本文針對(duì)建筑廢料回收管理中存在的問題，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的原理和方法，將建筑廢料回收管理模型分成4個(gè)子系統(tǒng)，通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真輸出模型主要變量的演化趨勢(shì)，并對(duì)輸出結(jié)果加以分析，為建筑廢料循環(huán)利用提供參考。

2 模型構(gòu)建

2.1 模型系統(tǒng)構(gòu)成

在參考相關(guān)研究文獻(xiàn)[9]和理論后，本文將建筑廢料管理模型分為4個(gè)子系統(tǒng)，分別為：建筑廢料生成子系統(tǒng)，建筑廢料分類子系統(tǒng)，建筑廢料堆填子系統(tǒng)，建筑廢料處理子系統(tǒng)。

2.1.1 建筑廢料生成子系統(tǒng)

建筑廢料的生成是建筑廢料產(chǎn)生的源頭，建筑廢料生成子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的開端。該系統(tǒng)產(chǎn)生多少建筑廢料、產(chǎn)生什么樣的建筑廢料，將會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。本研究在建筑廢料生成子系統(tǒng)中選取建筑廢料產(chǎn)生量、待處理建筑廢料總量、用于分類分揀的量和直接用于填埋的建筑廢料作為建筑廢料生成子系統(tǒng)的變量。

2.1.2 建筑廢料分類子系統(tǒng)

不同的分類模式對(duì)建筑廢料分類回收利用具有較大影響。目前較常用的分類方式是按照是否有回收利用價(jià)值分類，只回收具有循環(huán)利用價(jià)值的建筑廢料，對(duì)于沒有回收利用價(jià)值的建筑廢料采取填埋的方式處理。這一分類方式具有其合理性，易于推廣，是目前效果較好的一種建筑廢料分類處理方式。本研究在建筑廢料分類子系統(tǒng)中選取用于分類分揀的量、待分揀的廢料總量、分類分揀單位成本作為建筑廢料分類子系統(tǒng)的變量。

2.1.3 建筑廢料堆填子系統(tǒng)

建筑廢料可分為惰性廢料和非惰性廢料，惰性廢料主要是指廢混凝土、廢磚瓦、廢石材以及廢玻璃等。這些惰性廢料的處理方式以填埋為主。很多沿海城市進(jìn)行的填海造地工程對(duì)于這些惰性廢料的需求特別大。本研究將直接用于填埋的建筑廢料、用于填埋的量、運(yùn)至填埋場(chǎng)單位成本、運(yùn)至填埋場(chǎng)的總量、填埋場(chǎng)總?cè)萘亢褪Ｓ嗵盥駡?chǎng)容量作為建筑廢料堆填子系統(tǒng)的變量。

2.1.4 建筑廢料處理子系統(tǒng)

建筑廢料處理子系統(tǒng)主要處理建筑廢料中的可回收資源，如金屬、木材和紙張等。本研究選取再回收單位支出、再回收單位收益、用于回收利用的量、回收利用總量、廢料處理收益和政府補(bǔ)貼作為建筑廢料處理子系統(tǒng)的變量。

2.2 變量

本文將運(yùn)至填埋場(chǎng)單位成本、分類分揀單位成本、再回收單位成本、廢料處理支出、總成本、廢料處理收益、再回收單位收益、政府補(bǔ)貼、減廢積極性、建筑廢料產(chǎn)生量、待處理建筑廢料總量、用于分類分揀的量、剩余待分類分揀總量、用于回收利用的量、回收利用總量、用于填埋的量、運(yùn)至填埋場(chǎng)的總量、填埋場(chǎng)總?cè)萘?、剩余填埋?chǎng)容量、直接用于填埋的建筑廢料作為模型的主要變量，這些變量分為存量、流量和輔助變量三種類型。本文所構(gòu)建的建筑廢料管理模型對(duì)今后10年的變化過程進(jìn)行了模擬，各變量的初始賦值和變量關(guān)系見表1。

表1 變量賦值和變量關(guān)系

(續(xù))

3 結(jié)果與分析

3.1 主要變量模擬結(jié)果

相關(guān)費(fèi)用和收益模擬結(jié)果如圖1所示。

圖1 相關(guān)費(fèi)用和收益模擬結(jié)果(截圖)

3.1.1 減廢積極性

減廢積極性作為模型的一個(gè)反饋?zhàn)兞吭谀Ｐ椭衅鹬陵P(guān)重要的作用，由減廢積極性這個(gè)變量對(duì)總成本的變化做出反應(yīng)，進(jìn)而反饋給建筑廢料產(chǎn)生量。本文認(rèn)為減廢積極性對(duì)總成本的變化是曲率減小的一條曲線，所以在選取減廢積極性計(jì)算方式的時(shí)候選擇了開平方根函數(shù)(SQRT函數(shù))，理由如下：一是開平方根函數(shù)的走向可以很好模擬減廢積極性對(duì)總成本變化的走向；二是開平方根函數(shù)在減廢積極性為0時(shí)有意義，這一點(diǎn)是對(duì)數(shù)函數(shù)沒有的優(yōu)點(diǎn)。

3.1.2 建筑廢料產(chǎn)生量

建筑廢料產(chǎn)生量在本模型中是一個(gè)很重要的變量，本文認(rèn)為隨著建筑廢料處理總成本的增加使得施工單位的減廢積極性提高，減廢積極性的提高會(huì)促使施工方采取減少建筑廢料產(chǎn)生的措施，進(jìn)而使得每年產(chǎn)生的建筑廢料減少。由模擬曲線可知建筑廢料產(chǎn)生量是一條斜率逐漸減小的下降曲線，建筑廢料產(chǎn)生量從模擬時(shí)間為0年的200t/年減少到10年后的140t/年。這是因?yàn)榻ㄖU料產(chǎn)生量隨著減廢積極性的增加而減少，而減廢積極性是一條隨著總成本的增加而增加的斜率逐漸減小的曲線。

3.1.3 相關(guān)費(fèi)用與收益

廢料處理支出在本模型的含義是在處理建筑廢料的各個(gè)過程中發(fā)生的支出，包含分類分揀成本、運(yùn)至填埋場(chǎng)成本、再回收成本三大部分，這三大部分之和即廢料支出。廢料處理收益在本模型的含義是建筑廢料處理過程中有一部分可以回收再利用，這一部分可以創(chuàng)造收益，此外政府對(duì)建筑廢料的回收處理還有一部分補(bǔ)貼。廢料處理收益這一變量包含再回收單位收益和政府補(bǔ)貼兩部分。由模擬結(jié)果可知廢料支出和廢料處理收益都是一條斜率逐漸減小的下降曲線，產(chǎn)生這一曲線的原因在于建筑廢料產(chǎn)生量也是斜率逐漸減小的下降曲線，而廢料處理支出和廢料處理收益與所處理的建筑廢料量都成正比，所以廢料支出和廢料處理收益會(huì)產(chǎn)生如圖1所示的結(jié)果。總成本是一個(gè)累積量，當(dāng)前年份的總成本是當(dāng)前年份的成本與之前所有年份的成本加和，所以它的整體走向是增加的，又因?yàn)閺U料處理支出和廢料處理收益的變化是同步的，所以總成本的斜率大概為1。

3.2 建筑廢料各種流向模擬結(jié)果及分析

建筑廢料各種流向的模擬結(jié)果如圖2所示。

圖2 建筑廢料各種流向走勢(shì)圖(截圖)

在本模型中，剩余填埋場(chǎng)容量的含義是：填埋場(chǎng)的總?cè)萘繙p去運(yùn)至填埋場(chǎng)的總量。填埋場(chǎng)的總?cè)萘吭诒灸Ｐ椭械某踔凳?000t，即剩余填埋場(chǎng)在第0年的取值也是1000t。由于每年都有運(yùn)至填埋場(chǎng)填埋的建筑廢料，剩余填埋場(chǎng)的容量會(huì)越來越少，在第7年左右容量為1000t的填埋場(chǎng)被全部耗盡。

4 結(jié)語

本文以建筑廢料回收的現(xiàn)狀、存在的問題為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)建筑廢料回收相關(guān)理論和方法進(jìn)行總結(jié)，通過建模進(jìn)行仿真分析后得出以下結(jié)論：建筑廢料的回收管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，是許多因數(shù)共同作用的結(jié)果。要處理好建筑廢料回收管理問題，應(yīng)做好施工單位、建筑廢料處理單位、填埋場(chǎng)和環(huán)保等部門的協(xié)調(diào)工作。針對(duì)建筑廢料源頭，基于BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段提前發(fā)現(xiàn)問題，避免后期的拆除整改，減少建筑廢料的產(chǎn)量。提高再生建材的使用率以及施工管理水平，保證施工質(zhì)量，以免因質(zhì)量不達(dá)標(biāo)帶來更多返工重建的建筑廢料。在國家層面，應(yīng)加大政府補(bǔ)貼力度和政府對(duì)廢料行業(yè)的投資能力，完善相關(guān)法律法規(guī)，加強(qiáng)新環(huán)保法的監(jiān)管執(zhí)法力度，為建筑廢料處理行業(yè)創(chuàng)造良好的發(fā)展環(huán)境。在行業(yè)發(fā)展層面，應(yīng)加強(qiáng)不同部門間的協(xié)作，并逐步實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域合作，形成由單一產(chǎn)業(yè)鏈向全產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，借鑒國外先進(jìn)的資源化技術(shù)和工藝，探索符合我國建筑廢料特點(diǎn)的技術(shù)和工藝，推動(dòng)建筑廢料資源化利用的發(fā)展。充分利用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，推動(dòng)建筑廢料回收的市場(chǎng)化，調(diào)動(dòng)相關(guān)企業(yè)廢料回收的積極性。在社會(huì)公眾層面，環(huán)境保護(hù)、資源回收需要公眾廣泛參與。鑒于公眾對(duì)建筑廢料再生產(chǎn)的產(chǎn)品認(rèn)可度不高，政府和各大媒體應(yīng)宣傳建筑廢料再生產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)，打消公眾使用產(chǎn)品的顧慮，提高公眾的環(huán)保意識(shí)，并創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。