摘要:為研究不同影響因素下產(chǎn)生的環(huán)境效益問(wèn)題,根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論構(gòu)建建筑廢棄物碳排放管理模型,以碳排放量為主要環(huán)境效益指標(biāo),基于Vensim軟件進(jìn)行模擬評(píng)價(jià),動(dòng)態(tài)分析建筑廢棄物碳排放管理模型對(duì)環(huán)境效益產(chǎn)生的影響。通過(guò)對(duì)案例進(jìn)行情景分析,識(shí)別影響建筑廢棄物碳排放管理模型環(huán)境效益的主要因素,并依靠多因素分析方法,梳理總結(jié)各因素在管理中的作用效果。結(jié)果表明:在多重影響因素作用下,建筑廢棄物碳排放單一管理效果有限,當(dāng)多種因素共同作用于建筑廢棄物的碳排放管理時(shí),可有效減少碳排放量,顯著提升建筑廢棄物碳排放管理效果,可為相關(guān)部門(mén)的實(shí)際操作提供參考。
關(guān)鍵詞:系統(tǒng)動(dòng)力學(xué);建筑廢棄物;碳排放管理模型;環(huán)境效益;Vensim軟件
0 引言
建筑活動(dòng)的日益頻繁造成大量建筑廢棄物的產(chǎn)生及能源設(shè)備的消耗,引發(fā)了一系列社會(huì)問(wèn)題與環(huán)境問(wèn)題,阻礙了低碳和綠色化建設(shè)進(jìn)程?!禝PCC全球升溫1.5℃特別報(bào)告》指出,為避免全球變暖趨勢(shì)加快,到2030年碳排放要比2010年減少45%,并在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。城市化進(jìn)程的加快是造成溫室氣體大量排放的關(guān)鍵因素,在此進(jìn)程中,建筑工程活動(dòng)所產(chǎn)生的碳排放促使全球變暖等環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)峻,突顯了建筑廢棄物碳排放管理的重要性[1]。為順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì),針對(duì)建筑廢棄物碳排放管理領(lǐng)域,我國(guó)提出在項(xiàng)目建設(shè)更新和維護(hù)過(guò)程中實(shí)施低碳管理,降低能耗強(qiáng)度,提升能源利用效率,研發(fā)低碳技術(shù),實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)活動(dòng)的可持續(xù)化和低碳化發(fā)展。
建筑廢棄物的物化階段是最主要的碳排放階段。為確定建筑廢棄物對(duì)環(huán)境的影響,Wu等[2]基于全生命周期的方法對(duì)碳排放進(jìn)行仿真模擬,通過(guò)對(duì)建筑廢棄物處理方式的對(duì)比分析,結(jié)果表明處置方式的循環(huán)利用率越低,碳排放量越高。在具體物化階段確定對(duì)環(huán)境的影響,Marzouk等[3]依靠系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論評(píng)價(jià)建筑廢棄物填埋和循環(huán)利用處置方式對(duì)環(huán)境的影響,結(jié)果表明循環(huán)利用對(duì)環(huán)境的影響低于填埋處理方式。聚焦建筑廢棄物管理各因素之間的環(huán)境效益,許多學(xué)者通過(guò)運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論表征各因素之間的作用反饋關(guān)系并進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究,如王家遠(yuǎn)等[4]將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論與建筑廢棄物管理活動(dòng)相結(jié)合,模擬仿真分析建筑廢料管理模型,結(jié)果表明系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論研究方法能夠適用于建筑廢棄物管理研究;袁紅平等[5]則針對(duì)建筑廢棄物現(xiàn)場(chǎng)管理進(jìn)行研究,同樣依據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論得出減少設(shè)計(jì)變更、提高減量化意識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)分類(lèi)分揀效率可有效降低建筑廢棄物的產(chǎn)生和處置成本。上述研究為采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型識(shí)別影響因素奠定了基礎(chǔ),但缺乏對(duì)因素之間以及因素與研究主體之間聯(lián)系的系統(tǒng)深入研究。毛鵬等[6]通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的仿真結(jié)果對(duì)單因素和多因素情景進(jìn)行分析,以動(dòng)態(tài)視角研究建筑廢棄物管理所產(chǎn)生的環(huán)境影響,并歸納實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物管理的最優(yōu)方法。丁志坤等[7]則將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與計(jì)劃行為理論相結(jié)合,構(gòu)建施工建造階段建筑廢棄物減量化管理動(dòng)態(tài)模型,通過(guò)對(duì)不同要素間的動(dòng)態(tài)關(guān)系進(jìn)行研究,結(jié)果表明這些影響因素與其內(nèi)在聯(lián)系對(duì)環(huán)境效益產(chǎn)生動(dòng)態(tài)影響,可有效降低建筑廢棄物管理成本,減少建筑廢棄物的產(chǎn)生量,減緩對(duì)環(huán)境的不利影響。在全球氣候變暖趨勢(shì)日益嚴(yán)峻的情況下,低碳社會(huì)發(fā)展中的建設(shè)活動(dòng)呈現(xiàn)新特性。緣于資源能源及氣候的限制,歐陽(yáng)磊[1]根據(jù)全生命周理論確定了建筑廢棄物管理的系統(tǒng)邊界,通過(guò)投入清單分析對(duì)各階段能源資源的碳排放進(jìn)行匯總,不僅碳排放本身的數(shù)據(jù)便于量化,作為涉及眾多領(lǐng)域的計(jì)算指標(biāo)也利于定量化研究。
綜上,以系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)構(gòu)建建筑廢棄物碳排放管理模型,識(shí)別推動(dòng)碳排放管理模型發(fā)展的影響因素,將天津市某建造項(xiàng)目數(shù)據(jù)引入該模型,利用Vensim軟件對(duì)其進(jìn)行仿真模擬分析,依據(jù)碳排放視角對(duì)建筑廢棄物碳排放管理全過(guò)程進(jìn)行多因素情景分析,為建筑廢棄物碳排放管理環(huán)境效益的可持續(xù)發(fā)展提供建議。
1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建
構(gòu)建建筑廢棄物碳排放管理系統(tǒng)的目的在于對(duì)建筑廢棄物碳排放量和能源消耗量進(jìn)行模擬仿真,并對(duì)環(huán)境效益產(chǎn)生的影響進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。依靠系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論識(shí)別影響建筑廢棄物碳排放的關(guān)鍵因素,并將這些因素作用于建筑廢棄物的管理及環(huán)境效益的優(yōu)化中,達(dá)到減量化、資源化、無(wú)害化和“雙碳”目標(biāo)。
1.1 模型總體結(jié)構(gòu)
建筑廢棄物的碳排放管理是一個(gè)綜合系統(tǒng),為便于觀察建筑廢棄物碳排放管理在不同因素下產(chǎn)生的效果,應(yīng)科學(xué)定義研究目標(biāo)、研究范圍及確定功能單位。對(duì)大量文獻(xiàn)進(jìn)行分析后[8-13],建模和觀察不同管理階段,按照建筑廢棄物全生命周期碳排放管理進(jìn)行劃分,包括建筑廢棄物產(chǎn)生及處置過(guò)程中直接或間接產(chǎn)生的碳排放和能源消耗,以及所產(chǎn)生的環(huán)境效益。綜上,構(gòu)建建筑廢棄物碳排放管理系統(tǒng)模型,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
建筑廢棄物產(chǎn)生及處置子系統(tǒng)由分類(lèi)分揀、循環(huán)回收和填埋的作業(yè)活動(dòng)及管理措施構(gòu)成。根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論,在此過(guò)程中所產(chǎn)生的建筑廢棄物可通過(guò)分類(lèi)分揀有效推動(dòng)建筑廢棄物減量化的實(shí)施[14]。
此外,建筑廢棄物的分類(lèi)分揀最優(yōu)階段應(yīng)在其產(chǎn)生的初期階段[15]。通過(guò)對(duì)產(chǎn)生的建筑廢棄物進(jìn)行切割、破碎和清理,采取減量化措施后,經(jīng)分類(lèi)分揀,運(yùn)輸至資源化企業(yè)或填埋焚燒廠進(jìn)行處置處理,實(shí)施資源化與無(wú)害化的管理,通過(guò)循環(huán)回收對(duì)建筑廢棄物進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換,生產(chǎn)新的建筑產(chǎn)品。整個(gè)建筑廢棄物產(chǎn)生及處置的流程都伴隨能源消耗與碳排放的產(chǎn)生,將其當(dāng)作建筑廢棄物碳排放子系統(tǒng),對(duì)建筑廢棄物碳排放和能源碳排放進(jìn)行定量核算,衡量環(huán)境效益定量化指標(biāo),并圍繞整個(gè)活動(dòng)所產(chǎn)生的碳排放量進(jìn)行抑制。通常把建筑廢棄物產(chǎn)生及處置所帶來(lái)環(huán)境負(fù)荷的減少定義為建筑廢棄物碳排放管理的環(huán)境效益[16],當(dāng)環(huán)境負(fù)荷減少而產(chǎn)生效益時(shí),能夠進(jìn)一步促進(jìn)建筑廢棄物碳排放管理系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
1.2 模型構(gòu)建
系統(tǒng)流圖能夠直觀呈現(xiàn)模型整體與局部之間變量的邏輯關(guān)系,可有效描繪系統(tǒng)中各事物間聯(lián)系的本質(zhì),反映復(fù)雜系統(tǒng)中存在的關(guān)系,由此反映系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的邏輯架構(gòu)。構(gòu)建建筑廢棄物碳排放環(huán)境效益系統(tǒng)模型,如圖2所示。
基于建筑廢棄物產(chǎn)生量與處置處理措施量化模型,建筑廢棄物產(chǎn)生及處置子系統(tǒng)與建筑廢棄物碳排放子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián),碳減排相關(guān)變量與碳排放環(huán)境效益子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián),碳排放環(huán)境效益子系統(tǒng)伴隨建筑廢棄物碳排放規(guī)章制度、建筑廢棄物碳減排投資、建筑廢棄物碳減排激勵(lì)機(jī)制及建筑廢棄物政府監(jiān)管力度輔助變量反饋于上述兩個(gè)子系統(tǒng),形成建筑廢棄物碳排放管理模型的綜合環(huán)境效益。建筑廢棄物碳排放管理產(chǎn)生的效果將直接影響減量化帶來(lái)的環(huán)境效益,良好的環(huán)境效益激勵(lì)企業(yè)實(shí)施節(jié)能減排措施,促進(jìn)行業(yè)環(huán)境改善,形成閉環(huán)。
2 案例分析
以天津市某項(xiàng)目建造活動(dòng)產(chǎn)生建筑廢棄物為背景,該項(xiàng)目計(jì)劃工期為36個(gè)月,包括主體結(jié)構(gòu)和室內(nèi)外裝修,總建筑面積為157 454.7m2,統(tǒng)計(jì)建筑廢棄物由產(chǎn)生至循環(huán)利用處理全過(guò)程的量化數(shù)據(jù),包含所使用的機(jī)械設(shè)備及能源消耗類(lèi)型,應(yīng)用于上述建筑廢棄物碳排放管理模型。2.1 模型參數(shù)的確定
在對(duì)模型參數(shù)定義的過(guò)程中,根據(jù)案例實(shí)際特點(diǎn),運(yùn)用資料收集、問(wèn)卷調(diào)查與專(zhuān)家訪談、Vensim軟件特有函數(shù)表達(dá)式的方法進(jìn)行表征,具體形式是賦予常量初始值、水平和速率變量、表
函數(shù)及方程關(guān)系式。其中,通過(guò)已有文獻(xiàn)、統(tǒng)計(jì)年鑒及政府工作報(bào)告等獲取可量化的數(shù)據(jù),按照一定的量化規(guī)則,采取問(wèn)卷調(diào)查和專(zhuān)家訪談的形式對(duì)參數(shù)進(jìn)行量化估計(jì),應(yīng)用加權(quán)平均法對(duì)專(zhuān)家訪談的數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值,得到定性因素的量化取值,見(jiàn)表1。
2.2 模型的有效性檢驗(yàn)
判斷模型是否符合當(dāng)前研究主題,實(shí)施敏感性檢驗(yàn)和極端條件檢驗(yàn)。敏感性檢驗(yàn)以填埋建筑廢棄物為例,將建筑廢棄物填埋率變量取值0、0.25、0.5、0.75和1共5個(gè)數(shù)值,結(jié)果顯示:伴隨建筑廢棄物填埋率數(shù)值的增加,建筑廢棄物填埋量也相應(yīng)升高,符合事實(shí)。極端條件檢驗(yàn)以建筑廢棄物減少速率為例,建筑廢棄物減少速率的取值范圍在[0,1],取值0、0.5、1共三個(gè)自變量,從而獲得在極端條件檢驗(yàn)下的建筑廢棄物產(chǎn)生量,如圖3所示。在極端條件1下,取值變量皆為0,其結(jié)果表示建設(shè)活動(dòng)中未執(zhí)行減量化操作,建筑廢棄物產(chǎn)生量觸及最高值,為19 692.7t;在極端條件2下,上述變量均取值為0,在實(shí)施減量化操作后,建筑廢棄物產(chǎn)生量為14 658.3t,意味著在施工建造過(guò)程中建筑廢棄物減量化效果最明顯,證明其模擬過(guò)程具有實(shí)際意義,模擬結(jié)果相對(duì)符合現(xiàn)實(shí)情況,可用來(lái)對(duì)建筑廢棄物碳排放環(huán)境效益進(jìn)行綜合分析。
2.3 模擬結(jié)果及多因素情景分析
實(shí)證模擬期內(nèi)共減少建筑廢棄物3 854.28t,碳排放量1.21×105kg,節(jié)省能源消耗12 439kgce。以碳排放減少量作為評(píng)價(jià)環(huán)境效益的指標(biāo),關(guān)鍵變量值不斷增大,則產(chǎn)生的環(huán)境效益逐步增強(qiáng),且增長(zhǎng)趨勢(shì)促進(jìn)建筑廢棄物產(chǎn)生量及處置階段碳排放量的抑制,進(jìn)而獲取正向效果,以推動(dòng)建筑廢棄物碳排放管理環(huán)境效益的提升。將上述影響初始情景至情景2的模型參數(shù)與輔助變量相結(jié)合,以0.4為隨機(jī)一因素定值,同時(shí)改變另外3種因素定值,模擬出情景3,分析多因素情境共同作用結(jié)果,見(jiàn)表2。
依表2得出,各類(lèi)建筑廢棄物及能源碳排放在情景3中改善指數(shù)占比最高,在情景2中改善指數(shù)次之,在情景1中改善指數(shù)最小,由此表明建筑廢棄物碳排放管理規(guī)章制度在4種因素中重要性最為突出。建筑廢棄物碳排放管理規(guī)章制度初步制定并逐漸完善時(shí),在施工建造階段,建筑廢棄物碳排放管理將會(huì)被重視,因此需要按照規(guī)章制度實(shí)施,推動(dòng)建筑廢棄物碳排放在管理過(guò)程中的應(yīng)用。建筑廢棄物政府監(jiān)管力度和建筑廢棄物碳減排激勵(lì)機(jī)制在上述影響因素中的重要性次之,因受主觀能動(dòng)性影響較強(qiáng),在進(jìn)行源頭減量化行為時(shí),政府監(jiān)管力度與激勵(lì)機(jī)制可有效對(duì)建筑廢棄物產(chǎn)生量和碳排放量進(jìn)行抑制,更利于資源化和無(wú)害化的協(xié)同治理。建筑廢棄物碳排放與能源碳排放受碳減排投資影響較小,建筑廢棄物碳減排投資措施屬于整個(gè)建筑廢棄物碳排放管理系統(tǒng)的附屬因子,通過(guò)增加投入資金這一要素,可有效提高技術(shù)設(shè)備迭代更新,大量減少建筑廢棄物和碳排放量的產(chǎn)生,但其影響作用周期較長(zhǎng),在所有因素中影響力較小。針對(duì)環(huán)境效益評(píng)價(jià),各建筑廢棄物及能源碳排放在情景3中的改善指數(shù)最高。
3 建議
針對(duì)不同影響因素綜合管理建筑廢棄物產(chǎn)生量
及碳排放量是實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物碳排放環(huán)境效益的有效路徑,模擬分析建筑廢棄物產(chǎn)生量、碳排放量和整個(gè)碳排放管理交互過(guò)程,結(jié)論如下:
(1)在不采取任何措施的情況下,隨著自然發(fā)展進(jìn)程,該項(xiàng)目的建筑廢棄物產(chǎn)生量將會(huì)不斷增加,竣工后會(huì)產(chǎn)生19 692.7t建筑廢棄物,相應(yīng)造成的碳排放影響也會(huì)逐步擴(kuò)大,對(duì)該項(xiàng)目周邊的生態(tài)環(huán)境造成壓力和威脅,環(huán)境效益產(chǎn)生負(fù)向作用。應(yīng)借鑒成熟國(guó)家經(jīng)驗(yàn),依據(jù)我國(guó)國(guó)情制定完善的建筑廢棄物碳排放環(huán)境效益法律法規(guī),明確各方主體職責(zé),確保具體可操作的建筑廢棄物碳排放環(huán)境效益的量化指標(biāo)與跟蹤監(jiān)測(cè)體系,形成生態(tài)環(huán)境效益發(fā)展合力。
(2)在多重影響因素作用下,建筑廢棄物碳排放管理中單一管理達(dá)到的效果有限,當(dāng)多種因素共同作用于建筑廢棄物碳排放管理時(shí),建筑廢棄物碳排放管理效果顯著提升。通過(guò)構(gòu)建建筑廢棄物碳排放管理動(dòng)態(tài)模型,能夠形象描繪出建筑廢棄物碳排放管理各要素作用及反饋關(guān)系,任一環(huán)節(jié)的忽略都可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)模型進(jìn)入惡性循環(huán)。建立一套切實(shí)可行的激勵(lì)機(jī)制,以提高能源使用效率,并加強(qiáng)參與人員專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn),提升員工環(huán)保理念,促進(jìn)各相關(guān)利益主體協(xié)調(diào)溝通。
(3)受影響因素制約,邊際效益存在于建筑廢棄物碳排放的環(huán)境效益目標(biāo)之中,針對(duì)各類(lèi)管理措施進(jìn)行單因素調(diào)控,雖能夠得到單一因素值的增加,但不完全會(huì)引起指標(biāo)值向有利方向發(fā)生變化。從政府管理和社會(huì)資本介入兩個(gè)維度把握建筑廢棄物碳排放管理發(fā)展趨勢(shì):政府對(duì)制定的法規(guī)和政策監(jiān)督落實(shí),引導(dǎo)施工建造企業(yè)良性發(fā)展;通過(guò)社會(huì)資本流入,加大技術(shù)層面科研創(chuàng)新,逐步迭代升級(jí),促進(jìn)建筑廢棄物碳排放管理朝著可持續(xù)綠色狀態(tài)發(fā)展。
4 結(jié)語(yǔ)
在城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快的背景下,需要更深層次地探討建筑廢棄物引起的社會(huì)環(huán)境問(wèn)題。針對(duì)建筑廢棄物碳排放的環(huán)境效益研究,以復(fù)雜系統(tǒng)視角梳理各影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系,遵循減量化、資源化、無(wú)害化原則,同時(shí)依據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論及相關(guān)軟件構(gòu)建建筑廢棄物碳排放環(huán)境效益模型,并應(yīng)用于實(shí)際案例進(jìn)行仿真模擬,依托具體的量化數(shù)據(jù)探究建筑廢棄物碳排放對(duì)環(huán)境效益造成的影響。結(jié)合上述模擬結(jié)果,通過(guò)多因素情景分析,驗(yàn)證了多種影響因素對(duì)建筑廢棄物碳排放環(huán)境效益共同作用的結(jié)果,為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)及建筑產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展起到了推動(dòng)作用,也為政府和建筑企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用提供了相關(guān)參考。
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PMT
收稿日期:2022-07-13
作者簡(jiǎn)介:
趙麗(1980—),女,副教授,研究方向:建設(shè)工程項(xiàng)目管理、管理決策。
潘紹中(通信作者)(1997—),男,研究方向:建筑廢棄物、工程項(xiàng)目建造管理。
李海波(1982—),男,副教授,研究方向:工程項(xiàng)目管理。
杜昕(1997—),女,研究方向:風(fēng)險(xiǎn)成本管理。
張建強(qiáng)(1996—),男,研究方向:老舊小區(qū)改造。