分类：建筑论文 时间：2021-12-14 热度：535
摘要：为了向政府提供可以提升建筑废弃物资源化环境效益的有利政策,以促进建筑废弃物资源化的可持续发展,本文从系统角度,应用系统动力学通过文献分析、实地调研、调查问卷等方法对建筑废弃物资源化的环境效益进行建模和模拟仿真.通过对环境效益模型进行情景分析,得出当非法排放单位罚款在 50~60 元/t,单位填埋收费取 30 元/t 左右,建筑废弃物到资源化处置中心距离在 15~25km 左右,资源化的单位补贴额为 25 元/t 左右时,可以使环境效益处于较优状态.同时政府应提高建筑废弃物相关法律的完善程度、培养相关人员的现场回收意识、促进相关科研研发,以期促进建筑废弃物资源化的环境效益.
关键词：建筑废弃物;资源化;环境效益;系统动力学;情景分析
我国建筑业在带动国民经济发展的同时产生大量建筑废弃物,当前对建筑废弃物进行资源化处置, 在妥善处置建筑废弃物同时再利用以节约自然资源已经成为共识.从国内的相关研究来看,对于建筑废弃物的研究很少涉及到建筑废弃物综合处置的环境效益,即使有也只是对设计阶段的建筑废弃物的减量化环境效益进行评估,没有考虑到将建筑废弃物进行资源化生成再生产品后的环境效益[1-3].王地春等[4]以废旧黏土砖为例,通过生命周期评价 (LCA)理论对其资源化再生利用的环境影响进行分析,但只针对废旧黏土砖,研究范围较小.王波[5]基于生命周期评价方法对深圳市建筑垃圾处理模式进行研究,以深圳市塘朗山建筑垃圾产业园为例,得出对建筑废弃物进行资源化产生的环境效益远远大于直接填埋,同时与填埋相比每年可节约大量的资金;朱海滨[6]基于生命周期评价(LCA)的分析方法对建筑废弃物资源化项目的环境效益进行了测算,但没有对整个系统进行动态地分析,同时,由于研究以深圳市塘朗山建筑垃圾产业园为例,不具有普适性. 丁志坤等[7]基于系统动力学对建筑废弃物减量化管理的环境效益进行了评估,但只是针对源头减量化行为态度等因素对减量化影响的分析,没有涉及到建筑废弃物再利用的过程.国外学者对建筑废弃物的研究也从未停止,Peng 等[8]和 Ling 等[9]认为对废弃物减量化后对建筑废弃物最佳的处理方式就是资源化再生利用.很多学者提出要对建筑废弃物实行填埋收费计划,Hao 等[10]认为填埋收费计划不仅可以促进建筑废弃物的减量化,同时也可以促进建筑废弃物的再利用和资源化.这些研究虽然表明 了对建筑废弃物实行填埋收费的可行性,但只是定性研究,没有涉及有关具体的收费金额制定的研究. 对于资源化利用的优越性,很多学者也做了相关研究, Begum 等 [11]用统计学的方法对马来西亚的建筑废弃物的回收进行成本收益分析并证实了其可行性,同时也表明了对环境保护的积极作用,但没有对环境的影响进行量化的分析.Duran 等[12]开发了一个模型来评估采用资源税和政府补贴方式下对建筑废弃物回收市场活力的影响,但是仅仅是静态的评估.Calvo 等[13]根据经济激励描述了一个建筑废弃物管理体系,运用系统动力学[14]设计了仿真模型,通过评估奖励和税收惩罚的潜在影响来分析政府在何种程度上影响了企业的建筑废弃物管理行为,但也只是从经济效益的角度,没有考虑到环境效益.
从实践经验来看,建筑废弃物的管理是一个系统,需要从系统角度分析各影响要素间复杂的关系, 不能脱离整个系统单独考虑某一部分.当前学者已经针对建筑废弃物资源化整个阶段的动态经济效益进行了分析[15-17],但是由于建筑废弃物资源化产业目前正处在起步阶段,目前仅有基于生命周期评价(LCA)的分析方法对建筑废弃物的环境效益进行的测算,而且只是静态分析,没有将建筑废弃物资源化作为一个动态的系统来考虑,没有具体针对建筑废弃物资源化整个阶段动态的环境效益进行分析的研究,也没有对当前一些有利于促进建筑废弃物资源化的对策进行量化,故本文从系统角度对建筑废弃物资源化的环境效益进行模拟分析,并通过分析调控相关要素后引起的环境效益的变化,得到影响系统发展的显著要素及该影响要素的最佳状态, 为政府提供可以促进建筑废弃物资源化的合理性、可行性建议.
1 建筑废弃物资源化系统
通过对我国建筑废弃物资源化现状的了解,在总结资源化发展共性的同时结合相关文献以及在重庆市的实地调研与访谈中了解到的重庆市建筑废弃物资源化现状,根据重庆市的实际情况确定研究的系统.
建筑废弃物处理的全过程包括建筑废弃物的产生阶段、处置阶段、资源化产品生产阶段以及销售阶段,以建筑废弃物的资源化为核心,具体的系统如图 1 所示.
2 环境系统构成要素分析
2.1 能源消耗
在运输、使用机械设备时都会消耗能源.具体包括非法运输、填埋运输、资源化运输时运输车辆消耗的燃油能源,分类分拣时机械设备消耗的燃油和电能,填埋建筑废弃物时机械消耗的燃油和电能,以及生产资源化产品时生产设备消耗的燃油和电能. 同时,对建筑废弃物进行现场回收利用节约了运输建筑废弃物的能源消耗,资源化企业无需采购原材料也节约了运输的能源消耗.
2.2 温室气体排放
消耗能源的过程中必然会排放温室气体.具体包括非法运输、填埋运输、资源化运输中由于消耗能源而排放的温室气体,分类分拣以及填埋过程中由于使用机械设备消耗燃油和电能而排放的温室气体,资源化企业用于生产资源化产品的生产设备消耗燃油和电能而排放的温室气体.同时,由于无需将现场回收利用的建筑废弃物运出而避免了由于运输排放的温室气体,资源化企业通过使用建筑废弃物作为原材料而避免了采购原材料过程中由于运输而排放的温室气体.
2.3 土地损失
土地损失主要是指非法倾倒建筑废弃物和填埋建筑废弃物时因占用土地而造成的土地损失,土地由于被建筑废弃物堆放而丧失了其他的功能.通过回收利用以及资源化建筑废弃物可以避免土地被建筑废弃物占用,从而节约土地.
2.4 资源节约
回收利用建筑废弃物可以将金属、木材等建筑废弃物二次利用,从而节约了资源.对建筑废弃物进行资源化利用,将其作为生产建材的原材料,也可以节约资源.
相关期刊推荐：《中国环境科学》(月刊)创刊于1981年，是中国环境科学学会主办的综合性学术刊物。本刊的任务是紧密围绕我国重大的环境问题开展学术研究与讨论,包括环境自然科学基础理论、环境战略思想、环境管理的理论与方法、区域性环境污染综合整治等.本刊欢迎全国各地、各部门环境科学工作者、大专院校从事环境科学领域研究的教师
文中对建筑废弃物处理系统的环境影响分析主要从能源消耗、温室气体排放、土地损失以及资源节约四个方面进行考虑,建筑废弃物处理系统的其他环境影响在文中暂不作研究.
3 建筑废弃物资源化系统发展要素分析
通过图 1 中对建筑废弃物现状及问题的了解, 结合相关文献以及实地调研、专家访谈对重庆市建筑废弃物资源化的政策影响因素进行选取,然后邀请重庆市环卫控股(集团)有限公司、重庆建工第三建设有限责任公司和重庆市墙体协会业内专家对这些要素中容易混淆和不易理解的要素进行反馈, 根据反馈信息进行修改;最后邀请重庆大学长期从事建筑废弃物管理研究的专家对修改后的要素进行审核,得到 10 个要素,如表 1 所示.
4 环境效益模型
4.1 基本方法
4.1.1 因果关系图 因果关系图是用来描述系统中各要素之间相互逻辑关系的图形.因果关系链的正、负分别代表两个变量之间的正向促进作用和负向抑制作用.
4.1.2 流图 流图是反映系统要素的性质和整体结构的图形.为了表示出系统中变量间的区别,用不同的图形符号代表不同类别的变量,之后用带箭头的线将它们连接起来,形成系统的流图.
4.1.3 方程 方程用来对系统中要素之间的关系进行局部量化.系统动力学的模型中,主要包括三种方程:描述状态变量变化规律的水平方程,描述速率变量变化规律的速率方程,以及描述辅助变量变化规律的辅助方程.
4.1.4 仿真平台 仿真平台是系统动力学模型输入到计算机中进行仿真模拟和变量调控的计算机软件环境.利用仿真平台可以通过调控不同的变量、以及不同的调控程度达到研究不同政策方案的目的.Vensim 仿真平台是目前的研究中应用最广泛的仿真平台之一,本研究的模拟仿真分析就是基于 Vensim 软件进行的.
4.2 环境效益因果关系图
以建筑废弃物资源化的过程中涉及到的建筑废弃物产生、回收、循环利用,生产销售再生产品的过程为框架,根据环境效益评价指标(能源消耗、温室气体排放[31]、土地损失、资源节约)反推出组成各个指标的中间变量,以及影响中间变量的因素, 以环境效益指标、中间变量和影响中间变量的因素组成环境效益模型中的变量.针对建筑废弃物处置系统对环境产生影响的各个因素的因果关系,绘制环境系统的因果关系图,如图 2 所示.图中“CDW” 代表建筑废弃物,带“+”号的箭头表示正因果链, 起促进作用;带“-”号的箭头表示负因果链,起抑制作用.
图 2 中展现的几条主要的因果回路如下:
①非法排放管理→+(非法排放的单位罚款,监管力度,建筑废弃物处理相关法规的完善程度)→- 非法排放的建筑废弃物→+非法排放运输→+能源消耗→+(能源消耗的环境影响,温室气体排放→+温室气体排放的环境影响)→+建筑废弃物管理的环境影响→+非法排放管理
②非法排放管理→+(非法排放的单位罚款,监管力度,建筑废弃物处理相关法规的完善程度)→- 非法排放的建筑废弃物→+土地损失→+土地损失的环境影响→+建筑废弃物管理的环境影响→+非法排放管理
③分类分拣的建筑废弃物→+现场回收利用的建筑废弃物→+通过回收利用节约的运输→-能源消耗→+(能源消耗的环境影响,温室气体排放→+温室气体排放的环境影响)→+建筑废弃物管理的环境影响→+分类分拣的建筑废弃物
④分类分拣的建筑废弃物→+(现场回收利用的建筑废弃物,资源化的建筑废弃物)→+资源节约→+ 资源节约的环境影响→+建筑废弃物管理的环境影响→+分类分拣的建筑废弃物
⑤分类分拣的建筑废弃物→+资源化的建筑废弃物→-填埋的建筑废弃物→+土地损失→+土地损失的环境影响→+建筑废弃物管理的环境影响→+ 分类分拣的建筑废弃物
⑥填埋的建筑废弃物→+填埋运输→+能源消耗→+(能源消耗的环境影响,温室气体排放→+温室气体排放的环境影响)→+建筑废弃物管理的环境影响→+非法排放管理→+(非法排放的单位罚款,监管力度,建筑废弃物处理相关法规的完善程度)→-非法排放的建筑废弃物→-资源化的建筑废弃物→- 填埋的建筑废弃物
⑦资源化的建筑废弃物→+生产的资源化产品 →+资源节约→+资源节约的环境影响→+建筑废弃物管理的环境影响→+分类分拣的建筑废弃物→+ 资源化的建筑废弃物
⑧资源化的建筑废弃物→+资源化企业采购运输节约→-能源消耗→+(能源消耗的环境影响,温室气体排放→+温室气体排放的环境影响)→+建筑废弃物管理的环境影响→+非法排放管理→+(非法排放的单位罚款,监管力度,建筑废弃物处理相关法规的完善程度)→-非法排放的建筑废弃物→-资源化的建筑废弃物
⑨资源化的建筑废弃物→+(生产的资源化产品, 建筑废弃物运输到资源化企业资源化的建筑废弃物)→+能源消耗→+(能源消耗的环境影响,温室气体排放→+温室气体排放的环境影响)→+建筑废弃物管理的环境影响→+非法排放管理→+(非法排放的单位罚款,监管力度,建筑废弃物处理相关法规的完善程度)→-非法排放的建筑废弃物→-资源化的建筑废弃物
4.3 环境效益流图
根据环境系统因果关系图中各变量的关系,绘制环境系统流图,如图 3 所示,图 3 中 CDW 代表建筑废弃物,阴影部分的变量表示在该图中出现过.
构建的环境系统模型中包含状态变量 11 个,速率变量 11 个,辅助变量(包括系统内部自带的时间变量)49 个,常量 15 个,具体如表 2 所示.
5 重庆市建筑废弃物资源化环境效益模拟仿真与情景分析
5.1 模型参数估计与检验
5.1.1 主要模型参数的估计 基于现有数据的可得性,为方便实地调研,收集相关数据,以重庆市主城 9 区年建筑废弃物的产生量为依据,对构建的系统动力学模型从 2016 年到 2030 年进行模拟,进而分析得出各个影响因素对经济效益和环境效益的不同影响.
模型中参数的确定方法主要分为三类,第一类是根据现状调研和相关资料收集得到可以量化的数据,第二类是根据一定的量化规则,通过问卷调查、专家访谈等对定性的参数进行量化估计,第三类是根据系统动力学软件中的函数对因素间的定性关系进行量化估计,具体如下:
①第一类量化数据根据现状调研得到的问卷和文献分析对重庆市建筑废弃物处置的相关数据进行收集,得到模型中参数的初始值,如表 3 所示,录入 Vensim 软件的参数设置中.
②第二类量化数据模型中有一些定性变量的具体数值无法直接得到,所以依据王家远提供的方法[2,16],对其进行量化.本研究采取问卷调查的方法获取相关的数据,问卷包含两部分:第一部分是被调研者的单位、职位、工作年限等基本情况,第二部分是被调查者结合重庆市的现状对给出的变量进行评分,对于某一变量的赋值为 Sj(0≤Sj≤5 且为整数).2017 年 3 月到 6 月, 对重庆市环境卫生管理局、重庆市环卫控股(集团) 有限公司、重庆建工第三建设有限责任公司、重庆市墙体协会业内专家以及重庆大学长期从事建筑废弃物管理研究的专家发放问卷进行调研,使其对表 4 中这七个因素进行量化.最后共收回 17 份访谈问卷,均为有效问卷.根据访谈与问卷调研结果,进行数据处理.运用公式 1 计算每个变量的指标值. ——论文作者：刘婷婷 1*,张 劼 1 ,胡鸣明 2,
文章名称：建筑废弃物资源化环境效益分析:以重庆为例
