建筑废弃物资源化环境效益分析:以重庆为例

刘婷婷,张 劼,胡鸣明



建筑废弃物资源化环境效益分析:以重庆为例

刘婷婷1*,张 劼1,胡鸣明2,3

(1.安徽新华学院土木与环境工程学院,安徽 合肥 230088；2.重庆大学建设管理与房地产学院,重庆 400045；3.莱顿大学环境科学研究所,荷兰 莱顿 2333CC)

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.

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.

图1 建筑废弃物处理系统

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.

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 环境效益因果关系

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

图3 环境效益流

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.

表2 环境效益模型变量参数表

注:Dmnl为无量纲.

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.

表3 建筑废弃物处置相关参数

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S(0£S£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.

最后,得到模型中常变量的初始值,如表4所示,录入Vensim软件的参数设置中.

表4 定性变量的量化取值

③第三类量化数据

一些变量间的关系可以用系统动力学软件中的特有函数进行表示,本研究用表函数来定量描述变量间的复杂关系.表函数是用图表来确定两个变量之间函数关系的方法,特别是可以用来表述两个变量之间的非线性关系,所以应用广泛.

以研究中建筑废弃物产生量与时间之间的关系为例,构建表函数.由于目前没有权威的资料对重庆市建筑废弃物年产生量进行统计,所以研究中采用的数据通过有效估计和灰色模型预测得到.根据贾顺的研究[19],依据重庆市主城9区1995~2015年建筑废弃物的年产量,运用灰色系统理论预测,将得出的结果与真实数据进行比较,预测值与真实值相差极小,所以该模型可以用来模拟建筑废弃物产生量的趋势.所以,运用该模型对2010年到2030年重庆市主城区的建筑废弃物年产量进行预测.根据灰色系统理论预测,得出的计算式为:

式中:=2010,2016,……,2030.

根据式2预测2010年到2030年重庆市主城9区的建筑废弃物年产量如表5所示.

表5 2010~2030年建筑废弃物预测年产量

将年份和年建筑废弃物产量的预测值输入到Vensim PLE软件的表函数操作界面中,如图4所示.

图4 Vensim PLE的表函数操作界面

研究中根据上述表函数的方法量化的变量如表6所示,同理,将它们之间的变量关系输入到Vensim PLE软件的表函数操作界面中.

表6 表函数量化的变量及对其产生影响的变量

综上,已经在系统动力学模型中完成了对上述3类数据的量化和线性关系的确定.

5.1.2 模型主要方程 ①能源消耗主要方程 能源消耗=CDW运输到资源化企业的能源消耗+分类分拣能源消耗+填埋运输能源消耗+生产能源消耗+非法运输能源消耗+填埋能源消耗CDW运输到资源化企业的能源消耗=CDW运输到资源化企业的距离´单位运输能源消耗´资源化的CDW量

分类分拣能源消耗=单位分类分拣能源消耗´工地现场分类分拣的CDW量

填埋运输能源消耗=填埋场距离´单位运输能源消耗´填埋的CDW量

生产能源消耗=单位生产能源消耗´资源化产品生产量

非法运输能源消耗=单位运输能源消耗´非法排放的CDW量´非法排放运距

填埋能源消耗=单位填埋能源消耗´填埋的CDW量

②温室气体排放主要方程

温室气体排放=分类分拣温室气体排放+填埋运输温室气体排放+资源化产品生产温室气体排放+资源化运输温室气体排放+非法运输温室气体排放+填埋温室气体排放

分类分拣温室气体排放=单位分类分拣温室气体排放´工地现场分类分拣的CDW量

填埋温室气体排放=单位填埋温室气体排放´填埋的CDW量

填埋运输温室气体排放=到填埋场距离´单位运输温室气体排放´填埋的CDW量

资源化运输温室气体排放=CDW运输到资源化企业的距离´单位运输能源消耗´资源化的CDW量

资源化产品生产温室气体排放=单位生产温室气体排放´资源化产品生产量

非法运输温室气体排放=单位运输温室气体排放´非法排放的CDW量´非法排放运距

③土地损失主要方程

土地损失=填埋CDW的土地损失+非法排放的土地损失

填埋CDW的土地损失=填埋的CDW量´单位土地损失

回收利用和资源化带来的资源节约=回收利用节约的建材量+资源化节约的建材量

非法排放的土地损失=非法排放的CDW量´单位土地损失

④资源节约主要方程

资源节约=回收利用和资源化带来的资源节约+资源化产品使用带来的资源节约

5.1.3 模型检验 模型检验是构建系统动力学模型的一个必不可少的环节,模型检验是为了验证模型与真实系统的一致性与否,保证模型的适用性,最终得到与真实系统高度一致的模型.模型检验主要包括模型边界测试、量纲一致性检验、模型结构测试、参数估计测试以及极端情况测试[32].经检验,本例构建模型均通过了以上测试.

5.2 模拟仿真结果及分析

根据研究建立的建筑废弃物处置的经济系统、环境系统模型,以及确定的各变量的初始值、参数值和数量关系,运用Vensim软件进行系统仿真,模拟当前政策形势不变的情况下重庆市2016年到2030年建筑废弃物处置的经济效益和环境效益.模型中,产生的建筑废弃物量、工地现场收集的建筑废弃物量、非法排放的建筑废弃物量、工地现场分类分拣的建筑废弃物量、现场回收利用的建筑废弃物量、填埋的建筑废弃物量、回收利用节约的建材量、资源化节约的建材量、资源化产品生产量、资源化产品销售量的初始值均为0.

图5 建筑废弃物处理系统的能源消耗

图6 建筑废弃物处理系统的温室气体排放

对建筑废弃物处理的环境系统进行仿真,选取重庆市建筑废弃物处理产生的能源消耗、温室气体排放、土地损失以及资源节约四个指标作为资源化对建筑废弃物处理环境系统影响的评价标准.得到预测的2016~2030年重庆市建筑废弃物处理能源消耗、温室气体排放、土地损失以及资源节约值,如图5~图8所示.

图7 建筑废弃物处理系统的土地损失

图8 建筑废弃物处理系统的资源节约

依据仿真结果可知,若不对建筑废弃物的处置加以控制,即以当前的情况蔓延下去.随着建筑废弃物的增加,2016~2030年重庆市建筑废弃物处理造成的能源消耗、温室气体排放以及土地损失将均以飞快的速度不断增长,对环境产生非常不利的影响,所以当前的建筑废弃物处理方式亟需改进,应尽量采取措施选择对环境影响较小的建筑废弃物处理方式,减少建筑废弃物处置对环境产生的不利影响.如图8所示,建筑废弃物经过处理而使得节约的资源不断增加,这是由于当前建筑废弃物资源化的处理方式虽有待优化,但资源化的过程中仍进行了一些简单的现场回收利用节约了资源,使得资源节约量不断增加.所以可以得到,现场回收利用资源的方式是可取的,应大力促进建筑废弃物的回收利用和资源化以提高环境效益.

5.3 情景分析

5.3.1 可调控因素 将表1识别出的影响系统发展的要素作为可调控因素,分为两类:行为类影响因素(建筑废弃物处理相关法规的完善程度、监管力度、施工现场的回收利用意识、科研研发、资源化产品质量标准和认证制度、资源化产品公众形象推广)和可具体取值类影响因素(非法排放建筑废弃物的单位罚款、单位填埋收费、建筑废弃物运输到资源化企业的距离、资源化单位补贴额).

5.3.2 单因素调控 单因素调控的目的在于确定各行为类影响因素(建筑废弃物处理相关法规的完善程度、监管力度、施工现场的回收利用意识、科研研发、资源化产品质量标准和认证制度、资源化产品公众形象推广)对资源化环境效益的影响程度,在调控的过程中需要将这些影响因素改变相同的比例,即在影响因素变化程度相同的情况下,比较其对结果产生的影响程度的差别.本研究将表4中这些因素的数值分别增加40%和80%(代表相应的政府管理行为的完善程度水平在现有基础上提高40%和80%)后,观察其指标值的变化.而对于非法排放建筑废弃物的单位罚款、单位填埋收费、建筑废弃物运输到资源化企业的距离、资源化单位补贴额这些在实际中可以直接取值的影响因素,通过调控得出其对资源化环境效益影响的规律,确定合理的取值.从建筑废弃物管理的环境效益出发,单因素调控过程中选取能源消耗、温室气体排放、土地损失以及节约的资源作为指标.

①行为类影响因素的调控

改变代表建筑废弃物处理相关法规的完善程度的数值,提高其完善程度.由表4中得到现行的建筑废弃物处理的相关法规的完善程度的取值为34,根据上述调控规则,将其数值分别增加40%和80%得到法律法规完善程度的取值分别为48和61.将其数值代入模型中,保证其他变量数值均不改变,然后进行系统仿真模拟,与初始情况(建筑废弃物处理的相关法规的完善程度的取值为34时)进行对比,得到的结果如图9~图12所示.

图9 对法规的完善程度调控得到的资源节约

图10 对法规的完善程度调控得到的能源消耗

图11 对法规的完善程度调控得到的温室气体排放

1)由以上仿真结果可知, 能源消耗和温室气体排放在法规完善程度增强的情况下会略有增加,这是因为资源化的建筑废弃物增加,破碎筛分建筑废弃物和生产资源化产品都需要消耗能源,而消耗的这些能源比非法排放建筑废弃物消耗的能源多,所以能源消耗和温室气体排放增加.但是资源化的建筑废弃物量增加减少了土地损失、节约了资源,土地损失随着法规完善程度的增强而减少,通过资源化节约的资源随着法规完善程度的增强而增加.以上的这些指标随着建筑废弃物增强的变化在前几年均不明显,但是随着时间的增加差别逐渐增大.

2)监管力度对建筑废弃物资源化处理系统的影响规律与法规完善程度的影响相似(表7).

图12 对法规的完善程度调控得到的土地损失

3)改变回收利用意识程度的数值,其他变量均不变,然后进行系统仿真模拟,与初始情况进行对比,得到的结果与法规的完善程度变化时指标值的变化规律一致(表7).

4)改变科研研发实施情况的数值,其他变量均不变,然后进行系统仿真模拟,与初始情况进行对比,能源消耗和温室气体排放的数值随着科研研发数值的增加而略微减少,减少的程度不是很明显.节约的资源随着科研研发的增强而增加.土地损失量没有发生改变(表7).

5)改变资源化产品质量标准和认证制度实施情况的数值,其他变量均不变,然后进行系统仿真模拟,与初始情况进行对比,能源消耗和温室气体排放的数值随着资源化产品质量标准和认证制度数值的增加而略微减少,减少的程度不是很明显.节约的资源随之略微增加,土地损失量没有发生改变(表7).

6)改变资源化产品公众形象推广程度的数值,其他变量均不变,然后进行系统仿真模拟,与初始情况进行对比,能源消耗和温室气体排放的数值随着资源化产品公众形象推广程度数值的增加而略微减少.节约的资源随之略微增加,土地损失量没有发生改变(表7).

根据表7中各因素在变化了相同的比例后对指标值变化的影响,可以得出:对资源化的建筑废弃物量产生的有利影响最大的因素是法规的完善程度,其次是政府部门的监管力度;使节约的资源增长幅度最大的因素是现场建筑废弃物的回收利用意识,其次是相关法规的完善程度;使能源消耗减少幅度最大的因素是建筑废弃物的回收利用意识,其次是科研研发;对温室气体排放的减少产生最大影响的因素是现场的回收利用意识,且影响显著,其次是资源化产品公众形象推广和科研研发;对土地损失的减少影响显著的因素是法规的完善程度,其次是回收利用意识和监管力度.根据各因素对指标值影响程度的大小可以分析得出,重要的影响因素主要为法规的完善程度、建筑废弃物现场回收利用意识以及科研研发这3个因素.

表7 单因素调控下的各指标值(2030年)

②具体取值类影响因素的调控

1)对非法排放建筑废弃物的单位罚款的数值进行相同间距差值的改变,其他变量均不变,然后进行系统仿真模拟,与初始情况进行对比,得到的指标值结果如图13~图17所示.

图13 非法排放的单位罚款调控得到的资源化建筑废弃物量

根据图13可知,单位罚款在小于30元/t时,对资源化的建筑废弃物量基本没有影响,随着单位罚款的增加,资源化的建筑废弃物量也随之增加,当单位罚款增加到50元/t时资源化的建筑废弃物量增加的变化量最多,单位罚款增加到60元/t以后,增加的资源化废弃物量逐渐减少.

图14 非法排放的单位罚款调控得到的节约的资源

图15 非法排放的单位罚款调控得到的温室气体排放

图16 非法排放的单位罚款调控得到的能源消耗

图17 非法排放的单位罚款调控得到的土地损失

根据图14可知,当单位罚款小于30元/t时,节约的资源量与初始值相比没有发生变化,当单位罚款大于30元/t时,节约的资源随着单位罚款的增加而增加,增加的幅度在单位罚款为50元/t时达到最大,当单位罚款大于60元/t时,节约资源的增加量不是很明显,但依然在小幅度增加.

根据图15和图16可知,温室气体排放量和能源消耗量在单位罚款小于30元/t时,与初始值相比没有发生变化,当单位罚款大于30元/t时,能源消耗量和温室气体排放量随着单位罚款的增加而增加,这是由于单纯的单位罚款的增加会致使填埋的建筑废弃物大量增加,从而增加运输和填埋的能源消耗以及温室气体排放.

根据图17可知,由于建筑废弃物的处置而损失的土地量在单位罚款小于30元/t时,与初始值相比没有发生变化,当单位罚款大于30元/t时,损失的土地量随着单位罚款的增加而减少,当单位罚款增加到50元/t时土地损失的减少量变化得最明显,单位罚款增加到60元/t以后,土地损失量虽然也在减少,但不是很明显.

综合以上分析,当非法排放的单位罚款小于30元/t时,对建筑废弃物的资源化基本不会产生影响,而非法排放的单位罚款由30元/t开始增加时,对建筑废弃物的资源化量、资源节约量、土地损失量产生有利的影响,但是对资源化企业的利润、能源消耗和温室气体排放产生的影响并不利,所以非法排放单位罚款并不是越大越好.结合以上原因,综合考虑有利效益取得边际效应最大时的单位罚款额,即当非法排放单位罚款在50元/t~60元/t时,既可以使产生有利变化指标的变化率达到最大值,又不会对其他指标产生较大的不利影响.

2)同理,对单位填埋收费的数值进行相同间距差值的改变,其他变量均不变,然后进行系统仿真模拟,与初始情况进行对比,得到结论:根据仿真模拟的结果,权衡单位填埋收费对各指标的影响程度,当单位填埋收费取30元/t左右时,产生的经济效益以及环境效益相对处于最佳的状态.

3)同理,对建筑废弃物运输到资源化企业的距离进行相同间距差值的改变,其他变量均不变,然后进行系统仿真模拟,得到:建筑废弃物运输到资源化企业的距离越小,产生的经济效益和环境效益越好,当运距在5,15,25km时产生的环境效益明显优于较大运距时的效益,由于运距在5,15,25km时的指标值差别不是很大,考虑到实际情况,建筑废弃物处置中心距离市中心不宜过近,所以当建筑废弃物到资源化处置中心的距离在15~25km左右时,比较合理,且可以对环境效益产生较大的有利影响,所以建筑废弃物到资源化处置中心的距离以20km左右为宜.

4)依据以上的分析方法对资源化单位补贴额进行相同间距差值的改变,其他变量均不变,然后进行系统仿真模拟,与初始情况进行对比,随着资源化单位补贴额的增加,建筑废弃物资源化系统产生的环境效益也不断增加,当资源化单位补贴额大于25元/t时,各个指标的变化幅度不大,甚至有的指标基本不变,所以可以认为当资源化单位补贴额大于25元/t时的经济效益和环境效益基本相同.考虑到财政支出,将资源化的单位补贴额选取为25元/t时比较合理.

6 结论

6.1 对建筑废弃物资源化的系统动力学模型进行仿真模拟,可知:如果按照建筑废弃物当前处置的现状继续发展下去进行预测,能源消耗、温室气体排放、土地损失随着时间的增加不断增加,对环境产生较大的不利影响.所以,当前形势下建筑废弃物的处置情况并不是最佳的状态,需要对其进行调整以促进建筑废弃物的资源化处置和资源化产品的销售,提高环境效益.

6.2 对建筑废弃物资源化的各行为类政策影响因素进行单因素调控,可以得到单一因素值的增加并不都会引起指标值向有利方向发生变化,因为建筑废弃物资源化处置是一个复杂的系统.但通过系统仿真模拟,可以得知:单因素政策调控中,法规的完善程度、建筑废弃物现场回收利用意识以及科研研发这三个因素是行为类影响因素中主要的影响因素.

6.3 通过单因素调控的仿真模拟,综合考虑现实情况与政府的财政支出,可以得出当非法排放单位罚款在50~60元/t时,单位填埋收费取30元/t左右时,建筑废弃物到资源化处置中心的距离在15~25km左右时,资源化的单位补贴额选取为25元/t左右时,对环境效益产生较大的有利影响,可以使环境效益相对处于较优的状态.

6.4 政府应首先确定对非法排放单位罚款、单位填埋收费、资源化单位补贴额的选取,合理规划资源化处置中心布点,然后优先考虑提高关于建筑废弃物处置相关法规的完善程度、培养相关人员的现场回收利用意识、鼓励科研人员进行相关研发的政策措施以提高建筑废弃物资源化的环境效益,促进可持续发展.

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致谢：感谢重庆市环卫控股(集团)有限公司和重庆市墙体材料工业行业协会的人员、同时也感谢所有配合调研的建筑废弃物资源化企业、施工企业以及高校科研的人员.

Analysis on environmental benefits of construction and demolition waste recycling: A case study in Chongqing.

LIU Ting-ting*, ZHANG Jie1, HU Ming-ming2,3

(1.School of Civil and Environmental Engineering, Anhui Xinhua Univercity, Hefei 230088, China；2.School of Construction Management and Real Estate, Chongqing University, Chongqing 400045, China；3.Institute of Environmental Sciences, Leiden University, Leiden 2333CC, the Netherlands)., 2018,38(10)：3853~3867

Based on system dynamics through literature analysis, spot investigation and questionnaire results, the study of modeling and simulation of environmental benefit of Building Waste Resource recovery is carried to provide the favorable policy of lifting of environmental benefit to promote the sustainable development of building waste resource recovery. Through the scenario analysis of the environmental benefit modeling, it comes to the conclusion that the environmental benefit is in optimal state with 50yuan/t~60yuan/t of fine for illegal emission unit, about 30yuan/t of landfill charge, 15km~25km of distance of building waste to the center of resource recovery treatment and 25yuan/t of subsidy of resource recovery. At the same time, the government should improve the level of building waste related laws, cultivate the awareness of relevant personnel on-site recycling, and promote relevant research and development, in order to promote the environmental benefits of building waste resource recovery.

construction and demolition waste；resource recovery；environmental benefits；system dynamics；scenario analysis

X32

A

1000-6923(2018)10-3853-15

刘婷婷(1992-),女,河北秦皇岛人,硕士,主要研究方向为建筑废弃物与可持续建设.发表论文1篇.

2018-06-30

2017年度安徽高校自然科学研究项目(KJ2017A615)

* 责任作者, 助教, 945950519@qq.com