李海波 LI Hai-bo

（上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200232）

0 引言

近年來，隨著各地工業(yè)化和城市化進(jìn)程的不斷加速，與大規(guī)模的城市建設(shè)相伴而生的建筑垃圾日益增多，建筑垃圾的資源化利用成為繼生活垃圾之后各地城市固廢領(lǐng)域新的焦點(diǎn)。按照住建部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑垃圾包括工程渣土、工程泥漿、工程垃圾、拆除垃圾和裝修垃圾五大類別，其中，工程垃圾指建筑物、構(gòu)筑物等建設(shè)過程中產(chǎn)生的棄料，目前主要由施工單位自行進(jìn)行處理，資源化利用普遍較低，而建立規(guī)范高效的工程垃圾資源化利用體系，首先需要對(duì)未來工程垃圾產(chǎn)量進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)?；诖诵枨?，本文提出采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)未來工程垃圾量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并以南京市為例進(jìn)行演算。

根據(jù)《建筑垃圾處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（CJJ/T 134-2019）》，工程垃圾通過新開工面積及單位面積的工程垃圾產(chǎn)生基數(shù)進(jìn)行計(jì)算。工程垃圾產(chǎn)生基數(shù)可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或指標(biāo)確定，難點(diǎn)在于確定未來的開工面積。

本文對(duì)新開工面積變化趨勢(shì)展開研究，首先通過構(gòu)建新開工面積相關(guān)因子指標(biāo)體系，研究分析各相關(guān)因子對(duì)新開工面積變化所反映出的不同相關(guān)程度，其次對(duì)南京市2020-2025 年新開工面積開展數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建與預(yù)測(cè)。

1 新開工面積相關(guān)因子指標(biāo)體系

根據(jù)相關(guān)研究，城市房屋的新開工面積與多項(xiàng)城市發(fā)展統(tǒng)計(jì)指標(biāo)有著密切的聯(lián)系，綜合考慮指標(biāo)的相關(guān)性及數(shù)據(jù)的可得性因素，篩選出12 個(gè)相關(guān)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)（具體指標(biāo)見表1），構(gòu)建城市房屋的新開工面積的相關(guān)因子體系。通過相關(guān)因子體系指標(biāo)的分析，更為精準(zhǔn)、全面地分析城市房屋建筑的實(shí)際建設(shè)情況與施工情況，為工程廢料管理提供更為精準(zhǔn)、全面的分析指標(biāo)。當(dāng)前我國城市新開工面積相關(guān)因子指標(biāo)體系的構(gòu)建情況見表1。

從表1 可見，當(dāng)前工程房屋建筑的影響因素有用電量、固定資產(chǎn)投資完成額、工業(yè)總產(chǎn)值、地產(chǎn)開發(fā)房屋竣工面積、建成區(qū)面積、道路面積、地方財(cái)政收入、房地產(chǎn)投資等相關(guān)情況，多種因素共同決定了當(dāng)前建筑房屋的實(shí)際施工情況，要求保證各項(xiàng)指標(biāo)收集的全面性、精準(zhǔn)性。

2 相關(guān)因子影響程度分析

BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一種常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，由輸入層、隱藏層和輸出層構(gòu)成，每個(gè)神經(jīng)元與相鄰層的神經(jīng)元相互連接，具有權(quán)重和偏差。其核心思想是通過前向傳播計(jì)算輸出值，然后通過反向傳播誤差梯度來不斷調(diào)整連接權(quán)重，以最小化預(yù)測(cè)誤差，實(shí)現(xiàn)模型訓(xùn)練。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于分類、回歸和模式識(shí)別等任務(wù)，具有良好的擬合能力和通用性，但也容易陷入局部極小值。BP 神經(jīng)網(wǎng)路模型構(gòu)建與分析過程中，要求全面收集各項(xiàng)歷史數(shù)據(jù)，提升各項(xiàng)數(shù)值測(cè)算的精準(zhǔn)性，并研究工程施工相關(guān)因子，測(cè)算工程開工面積的相關(guān)影響因子，由此對(duì)不同因子之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，開展BP 神經(jīng)網(wǎng)路數(shù)據(jù)分析。本節(jié)中12 個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)均來自于南京市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒，并選取其中2010-2018 年共9 年數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)因子相關(guān)程度分析數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 新開工面積相關(guān)因子指標(biāo)數(shù)據(jù)表

從表2 中可見，當(dāng)前工程新開工面積的常見影響因子有用電量、固定資產(chǎn)投資完成額、工業(yè)總產(chǎn)值、天然氣供氣總量、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、生產(chǎn)總值、房地產(chǎn)開發(fā)房屋竣工面積、道路面積、地方財(cái)政收入、地方財(cái)政支出、房地產(chǎn)投資等，本研究采用主成分分析法，研究各相關(guān)因子對(duì)新開工面積的影響程度。

通過計(jì)算得出各主成分特征值及貢獻(xiàn)率，其中特征值表征數(shù)據(jù)進(jìn)行降維后的坐標(biāo)主成分的方差，該方差越大則所包含原有數(shù)據(jù)的信息越多，就越能代表原有因子所包含的信息，貢獻(xiàn)率表征降維后的坐標(biāo)主成分所能代表原有因子所包含信息量的大小。由表3 得出，主成分Prin1 已能反應(yīng)原有因子大部分的信息，因此，在一定程度上可以認(rèn)為主成分Prin1 可以表征原有相關(guān)因子體系。

表3 主成分的特征值和貢獻(xiàn)率

從Prin1、Prin2、Prin3、Prin4 四個(gè)角度分析主成分，Prin1 貢獻(xiàn)率83.97%，特征值10.08，累積貢獻(xiàn)率83.97%，貢獻(xiàn)數(shù)值最大；Prin2 貢獻(xiàn)率9.06%，特征值1.09，累積貢獻(xiàn)率93.03%；Prin3 貢獻(xiàn)率6.56%，特征值0.78，累積貢獻(xiàn)率99.59%；Prin4 貢獻(xiàn)率0.2%，特征值0.02，累積貢獻(xiàn)率99.80%，累積貢獻(xiàn)率在四項(xiàng)成分中數(shù)值最大。由相關(guān)計(jì)算公式，計(jì)算得出主成分Prin1 載荷系數(shù)，該載荷系數(shù)絕對(duì)值的大小表征各相關(guān)因子對(duì)新開工面積變化的影響程度的重要性。根據(jù)主成分分析的結(jié)果，可以看到主成分Prin1（第一主成分）與各個(gè)相關(guān)因子之間的權(quán)重系數(shù)。主成分Prin1 主要與固定資產(chǎn)投資完成額（P2，0.464）和道路面積（P9，0.428）呈現(xiàn)較高的正相關(guān)性，這表明這兩個(gè)因素對(duì)主成分Prin1 的影響最為顯著。此外，用電量（P1，0.315）、工業(yè)總產(chǎn)值（P3，0.311）、天然氣供氣總量（P4，0.312）、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（P5，0.313）、生產(chǎn)總值（P6，0.312）、房地產(chǎn)開發(fā)房屋竣工面積（P7，0.302）、建成區(qū)面積（P8，0.313）、地方財(cái)政收入（P10，0.313）、地方財(cái)政支出（P11，0.314）以及房地產(chǎn)投資（P12，0.314）也都對(duì)主成分Prin1 有一定程度的正相關(guān)影響，盡管權(quán)重系數(shù)相對(duì)較低。這表明主成分Prin1主要受到經(jīng)濟(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施方面的因素影響，特別是固定資產(chǎn)投資和道路面積。除固定資產(chǎn)投資完成額及道路面積，其他指標(biāo)對(duì)新開工面積變化的影響較大也較為均衡，主要原因是隨著城市的快速發(fā)展，固定資產(chǎn)投資完成額及道路面積增加越來越體現(xiàn)為重視城市道路及交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的投入，對(duì)于商品房的開發(fā)建設(shè)逐步在弱化，這也符合近年來南京市的城市發(fā)展規(guī)律。對(duì)主成分Prin1 設(shè)置不同的載荷系數(shù)，用電量因子載荷系數(shù)為0.315，固定資產(chǎn)投資完成額載荷系數(shù)為0.464，見表4。

表4 主成分Prin1 載荷系數(shù)

3 新開工面積預(yù)測(cè)

本節(jié)考慮到各相關(guān)因子的特點(diǎn)，主要利用2010-2018年新開工面積及12 個(gè)與之相關(guān)的因子統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)2020-2025 年南京市新開工面積進(jìn)行預(yù)測(cè)。

本節(jié)以表中2010-2018 年數(shù)據(jù)作為指標(biāo)矩陣，形成12*9 的數(shù)據(jù)組。數(shù)據(jù)組在輸入模型前進(jìn)行線性插值，擴(kuò)充為12*801 的初始矩陣；隨機(jī)選取其中700 組作為模型訓(xùn)練矩陣，剩余101 組為模型測(cè)試矩陣。具體計(jì)算結(jié)果如表5。

表5 新開工面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)表

新開工面積變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)見圖1。

圖1 新開工面積變化趨勢(shì)圖

4 工程垃圾量預(yù)測(cè)

工程建設(shè)活動(dòng)中不可避免地出現(xiàn)各項(xiàng)垃圾量，為了踐行綠色施工理念，減少工程建筑活動(dòng)中的垃圾，要求加強(qiáng)對(duì)工程垃圾量的預(yù)測(cè)與管理。根據(jù)住建部《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，為實(shí)現(xiàn)建筑垃圾減量化，2025 年，各地區(qū)建筑垃圾減量化工作機(jī)制進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)新建建筑施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾（不包括工程渣土、工程泥漿）排放量每萬平方米不高于300 噸。本研究按照300 噸/萬平方米測(cè)算工程垃圾產(chǎn)量，則南京市2021-2025 年工程垃圾產(chǎn)生量如表6。從表6 中的數(shù)據(jù)分析可見，從2021 年至2023 年間，工程垃圾數(shù)量不斷增加，2021 年工程垃圾產(chǎn)生量為57.05 萬噸，2022 年工程垃圾產(chǎn)生量為60.74 萬噸，對(duì)2023 年、2024 年工程垃圾產(chǎn)生量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析可見，2023 年工程垃圾產(chǎn)生量約為61.37 萬噸，2024 年工程垃圾產(chǎn)生量約為60.38 萬噸，2025 年工程垃圾產(chǎn)生量約為58.71 萬噸，雖然產(chǎn)生的垃圾量有所下降，但是從整體上分析，各項(xiàng)數(shù)據(jù)依然較大，要求加強(qiáng)對(duì)垃圾的分析與分類處理。

表6 工程垃圾產(chǎn)生情況預(yù)測(cè)表

5 管理對(duì)策建議

工程垃圾治理涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，建議實(shí)施全過程治理：

一是推進(jìn)源頭減量，工程垃圾的種類與施工工藝和建筑原料的種類密切相關(guān)，因此，建議在施工工地上采取措施來減少工程垃圾的生成。分類收集是一項(xiàng)關(guān)鍵措施，工地應(yīng)根據(jù)不同種類的工程垃圾，如廢混凝土、廢木材、廢鋼筋等，進(jìn)行分類收集。這不僅有助于將可回收的材料進(jìn)行直接回收和資源化利用，而不將其納入工程垃圾的處理范圍，還有助于提高工程垃圾的管理效率。

二是規(guī)范中轉(zhuǎn)運(yùn)輸。市場(chǎng)規(guī)范是其中的一部分，通過招標(biāo)和許可證等方式來規(guī)范建筑垃圾運(yùn)輸市場(chǎng)，以確保只有合法的運(yùn)輸車輛才能參與建筑垃圾的運(yùn)輸。這有助于確保運(yùn)輸服務(wù)的質(zhì)量和效率。運(yùn)輸車輛應(yīng)安裝電子信息裝置，以實(shí)時(shí)監(jiān)控建筑垃圾車輛的位置和動(dòng)向。這種監(jiān)控系統(tǒng)有助于防止非法傾倒和確保建筑垃圾被正確運(yùn)送到指定的處理點(diǎn)。另外，安裝具備實(shí)時(shí)報(bào)警功能的車輛右轉(zhuǎn)盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和駕駛員安全行為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也是非常重要的，有助于減少交通事故的發(fā)生，確保建筑垃圾的安全運(yùn)輸。

三是提升末端消納。在這一環(huán)節(jié)中，需要克服一些挑戰(zhàn)，如用地緊張和鄰避效應(yīng)等。為了提升末端消納的效率，建議采取措施，積極尋找建筑垃圾的消納和資源化利用渠道。這可以包括建設(shè)建筑垃圾資源化處理設(shè)施，以確保垃圾得到適當(dāng)?shù)奶幚?，減少對(duì)環(huán)境的不良影響。用地管理也是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，需要確保在建筑垃圾消納過程中遵守用地規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)法規(guī)。合理規(guī)劃建筑垃圾處理設(shè)施的用地，以充分考慮鄰避效應(yīng)，減少對(duì)周圍環(huán)境和社區(qū)的干擾。

四是推廣產(chǎn)品利用。制定再生骨料、混凝土砌塊（磚）等再生產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)是必要的，以確保這些再生產(chǎn)品的質(zhì)量和可持續(xù)性，以便它們可以廣泛推廣和使用。同時(shí)，積極宣傳再生產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，鼓勵(lì)建筑行業(yè)和消費(fèi)者采用這些產(chǎn)品，有助于提高對(duì)再生產(chǎn)品的認(rèn)知，從而減少資源浪費(fèi)。從而促進(jìn)工程垃圾的可持續(xù)管理，建議推廣產(chǎn)品利用。

6 結(jié)論

①通過主成分分析的方法，得出固定資產(chǎn)投資完成額及道路面積的變化對(duì)工程垃圾產(chǎn)量影響最為顯著，工業(yè)總產(chǎn)值、地方財(cái)政收入、房地產(chǎn)投資等其他指標(biāo)對(duì)新開工面積變化的影響較大也較為均衡。②十四五期間工程垃圾產(chǎn)量將較為穩(wěn)定。③按照300 噸/萬平方米指標(biāo)控制工程垃圾產(chǎn)量，南京市十四五期間工程垃圾產(chǎn)量約為60 萬噸/年。