基于模糊集对分析的建筑垃圾处理方式环境影响评价

蒋英礼，李龙，宁培淋，吴应创

（广东交通职业技术学院土木工程学院，广东广州510650）

基于模糊集对分析的建筑垃圾处理方式环境影响评价

蒋英礼，李龙，宁培淋，吴应创

（广东交通职业技术学院土木工程学院，广东广州510650）

采用生命周期评价方法建立了建筑垃圾环境影响评价指标体系，并采用模糊集对分析方法对建筑垃圾再生骨料利用、再生原料利用、基础填料利用和填埋4种方式进行了环境影响评价，同时对4种处理方式环境影响优劣进行了排序。结果表明：建筑垃圾再生骨料利用的环境影响最低，最能体现建筑垃圾的资源价值，为建筑垃圾处理方式环境影响的定量评价提供了适用的方法。

生命周期评价方法；建筑垃圾；集对分析方法；环境影响；处理方式

建筑垃圾主要是指旧城改造过程中拆除旧建筑和建筑物在施工过程中产生的废弃物。其中80%以上的建筑垃圾是废混凝土、废砖瓦、废旧装修材料、扬尘物等建筑材料［1］。随着我国城镇化建设的快速发展，“垃圾围城”、“垃圾围村”的现象频频出现，大量建筑垃圾郊外露天堆放或采取传统的填埋方式。前瞻产业研究院发布的《2015—2020年中国建筑垃圾处理行业发展前景与投资战略规划分析报告》数据显示，在房地产市场高速发展时期，我国每年建筑垃圾的产量占城市垃圾总量的30%～40%。而我国建筑垃圾资源化利用能力很低，仅为5%，欧盟国家建筑垃圾每年资源化率超过90%，韩国、日本建筑废弃物资源化率已经达到97%以上。势必导致垃圾中蕴含的许多有价值组分被浪费掉，而且侵占土地、污染水体和空气，造成严重的生态环境问题。究其原因，其主要是我国对建筑垃圾资源化利用认识不足，也缺乏完善的建筑垃圾处理方式环境影响的评价方法和体系。

1 建筑垃圾的典型处理方式

建筑垃圾处理是指对建筑垃圾中的有效物质进行回收并再次应用于建设工程的过程，它包含两类方式，其一是新建建筑垃圾堆放场所，将建筑垃圾倾倒与掩埋至固定场所；其二是建筑垃圾再生化，将建筑垃圾进行回收处理，使之成为能再次使用的建筑材料。建筑垃圾处理方式可以简化为构件或制品的重复利用；现场破碎后用作基础填料或地基加固；场外集中破碎后生产再生骨料；场外生产再生建材制品和填埋弃置几种方式，如图1所示。

图1 建筑垃圾的典型处理方式

2 基于模糊集对分析的建筑垃圾处理方式环境影响评价方法

2.1 集对分析基本原理

集对分析（Set Pair Analysis，SPA）的基本思想是将被研究客观事物的确定不确定性视为一个确定-不确定系统［2，3］，从同、异、反3个方面分析客观事物之间的联系与转化，通过用联系度来描述系统的各种不确定性，从而把对不确定性的辩证认识转化成定量分析的数学工具。选取的两个事物是由具有一定联系的两个集合组成的对子，称之为集对。集对分析的核心概念是集对和联系度。

给定集合A和B，设这两个集合组成的集对表示为：H=（A，B）。按照集对的某一特性进行同一性、差异性、对立性分析，使集对在这一特性上得到定量的刻画，将其描述为具体的数学表达形式。就某个具体问题背景，设集对具有N个特性，对集对H的特性展开分析，建立起两个集合的联系度表达式：

式中：μ（A，B）为联系度，表示集对之间的确定不确定性关系程度联系度，μ（A，B）在区间［-1，1］内取值，若A与B间的差异性越大，则μ（A，B）越接近于-1，表示这两集合越倾向于不相似性；若这两集合间的差异性越小，则越接近于1；N为集对所具有的特性总数；S为集对中的2个集合共同具有的特性数；P为集对中2个集合相互对立的特性数；F=N-S-P是集对中2个集合既不共同具有，也不相互对立的特性数；a为同一度；b为差异度；c为对立度，且a+b+c=1；i为差异系数，取值于［-1，1］；j为对立系数，规定取值为-1。由i的取值范围可以看出，集对分析方法中不确定与确定关系的相互转化，当i在（0，1］取值时，表示差异度向同一度转化；当i=0时，表示不存在差异度这一不确定因素；当i在［-1，0）取值时，表示差异度向对立度转化。

2.2 建筑垃圾处理方式环境影响的集对分析评价方法

将建筑垃圾处理方式环境影响的指标样本划分为优劣等级I～V共5个等级，设集合A为环境影响指标样本实测值，集合Bk（k=1，2，…5）为5个等级下各指标的标准，组成集对H=（A，Bk）。要评判某建筑垃圾处理方式的优劣等级，就要分别计算样本指标实测值集合A与5个等级下各指标标准集合Bk之间的联系度大小，联系度最大的等级为被评价样本的优劣等级，即若max｛μ（A，B1），μ（A，B2），μ（A，B3），μ（A，B4），μ（A，B5）｝=μ（A，B1），则被评价样本的优劣等级属于I级。

在文中确定的同异反判别标准是：当评价指标处于所讨论的级别范围内时认为是同一；当评价指标处于相邻的标准级别中，认为是异；当评价指标处于相隔一级及以上的标准级别中，认为是对立。进行建筑垃圾处理方式优劣评价时，主要考虑起关键作用的“同”和“反”部分，不考虑相异部分，即计算联系度μ（Aj，Bk）时，取i=0。μ（Aj，Bk）越大，表示样本与某等级的同一性越高。

3 应用实例

建筑垃圾对环境的影响拥有广泛性、模糊性与滞后性等特点［4］。对生态环境处理的影响是一个很复杂的概念，包含了各种环境影响。按照ISO14040-2006中的生命周期环境评价（LCIA）方法（简称ISO-LCIA方法），结合建筑垃圾处理过程可能产生的主要环境问题的识别和清单分析（LCI）［5］，建立了图2所示的建筑垃圾环境影响评价（LCIA）框架。并结合文献［6］研究成果，选取消耗非生物资源、污染空气、污染水、污染空气、制造噪音、影响市容和生态管理成本7个影响类型，作为建筑垃圾处理方式对环境的影响评价指标。

图2 建筑垃圾的LCIA框架［5］

评价指标体系中，影响市容V6、生态管理成本V7作为定性评价因子，具有一定的模糊性，采用集值统计法确定其最终评价值。消耗非生物资源V1、污染空气V2、污染水V3、制造噪音V4和侵占土地V5作为定量评价因子，其值采用文献［4］的清单分析（LCI）结果可直接确定，各指标整理的结果如表1所示。

表1 建筑垃圾处理方式环境影响指标［5］元/t

为便于SPA分析，将建筑垃圾处理方式环境影响评价分为5个优劣等级，记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V，并分别赋值（见表2）。联系度的计算和优劣等级评价结果见表3。

从表3可知，考虑再生骨料替代天然骨料所折减的天然骨料的物化环境影响时，再生骨料处理方式和

基础填料处理方式最优，优劣等级为I级，而再生原料和填埋处理方式最劣，优劣等级为V级。如果考虑到资源的保护与利用，4种处理方式的优劣排序为：［A1（μ（A3，B1）=0）＞A3（μ（A3，B1）=-1/7）＞A2＞A4］（符号“＞”表示“优于”）。其结果与文献［5］的基于社会对环境影响的支付意愿的评价结果一致。

表2 各因子优劣标准分级

表3 建筑垃圾处理方式环境影响评价结果

4 结语与讨论

基于集对分析理论，建立了多指标的建筑垃圾处理方式环境影响评价模型，实例应用结果表明该法是可行的，且可定量评定结果，同时，与其他方法的评价结果对比分析表明，该法真实反映建筑垃圾处理方式环境影响评价结果。

与文献［5］的基于社会对环境影响的支付意愿的评价相比，也存在以下缺点：（1）集对分析未对差异度系数i做进一步分析，在某些具体问题分析容易出现误判；（2）评价体系中的各指标的权重未考虑。但提出的集对分析方法为该类问题提供了一种新的简便方法。这能为政府相关部门制定政策提供参考意见，同时为环境影响的定量评价提供一种适用的方法。

［1］中华人民共和国建设部.城市建筑垃圾管理规定［S］.北京：中国建筑工业出版社，2005.

［2］赵克勤.集对分析及其初步应用［M］.杭州：浙江科学技术出版社，2000.

［3］杨子江.建筑垃圾对城市环境的影响及解决途径［J］.城市问题，2003（04）：60-63.

［4］吴大国，汪明武，张薇薇.基于集对分析的围岩稳定性评价［J］.西部探矿工程，2008，20（02）：6-7.

［5］龚志起，丁锐，陈柏昆.废弃混凝土处理方式的环境影响比较［J］.工程管理学报，2011，25（03）：30-34.

［6］曾晖.建筑垃圾处理方式对生态影响的定量评价［J］.建筑经济，2014（07）：90-93.

Environmental impact assessment for concrete waste treatment options based on fuzzy set pair analysis

JIANG Yingli，LI Long，NING Peilin，WU Yingchuang
（Guangdong Vocational and Technical College of Communication，Guangzhou 510650，China）

In this paper，the life cycle assessment method was used to establish the evaluation index system of the environmental impact for concrete waste treatment options.The set pair analysis method was used to assess the environmental impact of four concrete waste treatment options，which were aggregate recycling，materials recycling，the base filling and the land filling.Meanwhile，the environmental impact of the four treatment options are sorted.The results indicated that the environmental impact of concrete waste for the recycling aggregate is lower than the other treatment options，which can fully reflect the resource value of concrete waste.The paper also provided a suitable method for the quantitative evaluation of environmental impact of construction waste treatment.

life cycle assessment；construction waste；set pair analysis；environmental impact；treatment options

X799.1；TU528.572

A

1674-0912（2015）09-0036-03

2015-07-29）

2015年度广东大学生科技创新培育专项资金“城市建筑垃圾对环境的影响分析及后期处理技术研究”；2015年度广东交通职业技术学院校级科研项目（2015KY09）

蒋英礼（1984-），男，江西吉安人，硕士研究生，讲师，从事土木工程教学与科研。