绿色施工节材节能技术增量成本与效益的关系研究

田 源，黄喜兵

(西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

随着城市的现代化模式愈加成熟，环境破坏越发严重，作为大量消耗自然资源并对环境有负面影响的建筑业，推进其可持续发展势在必行，而绿色施工是实现可持续发展的途径之一。相较而言，我国绿色施工起步较晚，在理论层面、评价体系、经济性等方面的研究有待提升，其中绿色施工相较于传统施工的增量成本也是阻碍其推进的一大因素，因此对绿色施工增量成本与效益的研究将有效加快绿色施工的推进。

2000年Marchesan[1]已经结合了作业成本法和精益建造的思想构建了成本管理体系；Kansal[2]介绍了绿色施工的效益并对生命周期成本进行分析，证明了绿色施工的经济性。在国内学者对绿色施工成本的研究中，贾红英[3]运用价值工程的理论建立了绿色施工成本控制的评价模型；贺晓飞[4]提出了高层建筑绿色施工成本控制体系，并使用Lingo程序建立了数学模型；乔强[5]用价值工程法建立了绿色施工成本优化的模型；吴奕林[6]等给出了绿色施工增量成本的定义及构成。

总而言之，国内学者对绿色施工成本的研究大多在成本控制，对其增量成本效益的研究还是较少，所以并不能让施工企业更加了解绿色施工的增量成本与增量效益。本文将采用系统动力学的方法，从绿色施工的概念出发，建立增量成本效益因果关系图。由于施工过程中材料和能源消耗量占很大一部分，本文将模拟绿色施工“四节”中的节材、节能技术在施工阶段的投入与产出关系，由此可让施工企业更加了解增量成本、效益的构成，以及影响因素的反馈关系，减少施工企业的忧虑，推进绿色施工的发展。

1 研究方法

系统动力学(System Dynamics,SD)是一门分析研究信息反馈系统的科学，利用计算机仿真技术，来研究复杂系统的结构、功能与动态行为之间的关系[7]。系统动力学有多个应用软件，本文采用Vensim软件分析研究内容，其使用基本方法包括绘制因果关系图、流图、建立方程和仿真平台。绿色施工过程是一个复杂的动态系统，其增量成本受施工中节材节能技术的影响，本文利用Vensim软件研究这两种技术的增量成本效益的因果关系并绘制图形，分析其反馈回路，得到影响其增量成本与效益的因素构成。

2 绿色施工增量成本与增量效益理论

增量成本的概念来源于边际成本，从经济学角度其定义是企业增加一定产出量而带来的成本增加额[8]。增量成本和增量效益都是相对的概念，绿色施工增量成本是指在施工阶段因采用了相关的绿色施工技术措施与传统施工方案比较时增加的成本[9]。

绿色施工增量效益是指在施工阶段因采用了相关的绿色施工技术措施与传统施工方案比较时增加的效益。绿色施工增量效益有增量直接效益与增量间接效益两种，前者是指可以用货币量化的效益，即直接经济利益，后者是指不能以货币量化的效益，即社会效益与环境效益。而文中提到的累积增量成本效益是增量效益与增量成本差值的积累值。

3 构建模型

3.1 节材-废弃物回收再利用模型

产生增量成本的节材技术主要有预拌混凝土和砂浆技术、高性能混凝土和钢筋的使用、建筑废弃物回收再利用技术、工厂化预制构件等[10]，在这些节材技术中本文选用建筑废弃物循环再利用这一点着重分析，大体思路如下：废弃材料主要来源于拆除旧建筑和建造新建筑过程，假设在施工过程中产生的废弃材料全部被收集，被收集后的废弃物进行分类处理，收集及分类成本都计入增量成本中；而被分类处理的建筑废弃材料可以进行出售获得利益，或者再循环利用，再利用的废弃物可以节约材料以及减少非法倾倒量，以此获得的利益计入增量效益中，废弃物再利用成本计入增量成本中；而对于不再具有利用价值的废弃物可做填埋处理，其填埋费用计入增量成本中。废弃物回收利用系统因果反馈图如图1所示。

图1 废弃物回收利用系统因果关系

图1的因果关系图是一个负反馈循环，图中共建立了8条因果关系反馈回路，本文简要列出几条主要回路：

(1)投资额→+建设速率→+新建建筑物量→+建造废弃物→+产生废弃物量→+废弃物收集量→+分拣运输量→+出售量→+出售利益→+废弃物回收利用增量效益→﹣投资额。

(2)投资额→+建设速率→+新建建筑物量→+建造废弃物→+产生废弃物量→+废弃物收集量→+分拣运输量→+再利用量→+非法倾倒减少量→+非法倾倒罚款减少→+废弃物回收利用增量效益→﹣投资额。

(3)投资额→+建设速率→+新建建筑物量→+建造废弃物→+产生废弃物量→+废弃物收集量→+分拣运输量→+再利用量→﹣环境污染程度→﹣政府补贴→+废弃物回收利用增量效益→﹣投资额。

(4)投资额→+建设速率→+新建建筑物量→+建造废弃物→+产生废弃物量→+废弃物收集量→+分拣运输量→+再利用量→+材料节约量→+材料购买成本节约→+废弃物回收利用增量效益→﹣投资额。

其中，“+”表示后者因素随前者因素的增加而增加，即强化作用，“﹣”表示后者因素随前者因素的增加而减少，即弱化作用。

以上回路中均含有奇数个负因果链，故均为负反馈回路。以回路(3)为例进行分析，随着建设单位增加投资额，建设速率加快，建造废弃物随着新建建筑物的增加而增加，废弃物中可再利用的废弃材料数量也随之增加，对废弃物的再利用减少了对环境的污染程度，从而得到政府的补贴或奖励，以此增加了效益。同理在回路(4)中可再利用的废弃材料数量增加，从而节约了新购材料，使得购买成本节约，增加了效益，以增加的直接经济利益可抵消小部分投资额，以此类推，所有回路最终都会导致投资额的减少。

从图1的因果关系图中可以分析出影响废弃物回用增量成本、效益的因素，更简单直接的方法是在Vensim软件中，分别选中“废弃物回收利用增量成本”和“废弃物回收利用增量效益”两个变量，单击“causes tree”按钮即可得到下图所示的原因树[11]，如图2所示。

图2 废弃物回用增量成本、效益原因树

从图2的原因树中可以清晰明确的看到废弃物回收利用的增量成本与效益的构成。再利用成本、分拣运输成本、填埋成本及收集成本都计入废弃物回用的增量成本中，在废弃物的总收集量不变的情况下，适当的降低这些量的单位成本可减少增量成本，比如降低废弃材料的再利用单位成本。同时出售废弃物获得利益、政府补贴、材料购买成本的节约以及减少的罚款都计入废弃物回用的增量效益中。在新购买材料的单位成本不变的情况下，再利用的废弃物量越多，材料节约量就越多，节约的材料成本就越高，并且非法倾倒量也随着再利用的废弃物量的增加而减少，导致罚款减少，政府补贴增加，将大大增加废弃物回用的增量效益。增量成本减少，而增量效益增加，会使累积的增量成本效益增加，使建设单位意识到废弃物回用的技术措施将带来利益，从而促进绿色施工的发展。

3.2 节能—节电系统模型

对于四节技术中的节能技术，施工中最常见的节能技术即是节电技术，所以本文将绿色施工中的节电技术措施作为研究重点，主要包括使用节能灯具、高能效机械设备、临时设施采用的保温隔热材料以及太阳能的利用技术等。节电系统因果关系图如图3所示。

图3 节电系统因果关系

图3是一个正反馈循环，图中有多条反馈回路，以下列出几条主要的回路，分别为：

(1)节能增量效益→+节能积累增量成本效益→+承包商收益→+节能投资→+节能技术水平→+节电量→+节电经济效益→+节能增量效益。

(2)节能增量成本→+节能技术水平→+节电量→+节电经济效益→+节能增量效益→+节能积累增量成本效益→+承包商收益→+节能投资→+节能增量成本。

(3)节能增量效益→+节能积累增量成本效益→+承包商收益→+节能投资→+节能技术水平→+节电量→﹣污染气体排放量→﹣人员健康值→+医疗支出节约→+节能增量效益。

(4)节能增量成本→+节能技术水平→+节电量→﹣污染气体排放量→﹣人员健康值→+医疗支出节约→+节能增量效益→+节能积累增量成本效益→+承包商收益→+节能投资→+节能增量成本。

(5)节电量→﹣污染气体排放量→﹣人员健康值→+工作效率→+工作收入→+节能意愿及意识→+节电量。

以上回路含有偶数个或不含负因果链，故均为正反馈回路。分析第(2)条回路可得节能增量成本与增量效益之间也存在着正反馈关系。第(3)条回路中从节电量后面出现负因果链，分析得知随着节电量的增加，污染性气体的排放量会减少，施工人员的健康值随之提高，节约了医疗支出，进而增加了增量效益。同理第(4)条回路虽也含有负因果链但最终也会增加增量成本，所以也是正反馈回路。第(5)条回路是节电量的一个反馈回路，与第(3)条回路不同的是随着人员健康值增加其工作效率得以提高，进而收入增加，与此同时工作人员的节电意愿意识加强，最终又增加了节电量。

从图3的因果反馈图中可分析出绿色施工过程中节电系统的增量成本与效益的构成，并绘制出原因树，如图4所示。在节能增量成本中，以节能灯具的增量成本为例，它是节能灯具的成本与普通照明灯成本之差，且承包商对节能技术方面的投资也计入节能增量成本中。在节能增量效益中，大部分源于节电的经济效益，还有一部分出自政府补贴及医疗支出节约。若要增加节能积累的增量成本效益，可使增量成本保持不变，增加增量效益值。若要节能增量成本不变，可使普通材料和节能材料成本保持不变。若要增加节能效益，可在单位电价不变的情况下，使施工中节电量尽可能增高，则节电的直接经济效益就越大；若在技术成本不变的情况下，对太阳能光伏发电技术利用率提高既会增加节电量又能得到政府的补贴，将大大增加节能增量效益，最终使积累的节能增量成本效益增加，给承包商带来收益，有利于节电技术的推进与实施，进而推行绿色施工。

图4 节能增量成本、增量效益原因树

4 结论

基于本文构建的废弃物回用系统和节电系统的因果关系图，分析系统内各因素的反馈关系，找出主要的反馈回路，从回路中可以看到各因素是如何影响增量成本和效益的。并总结出了废弃物回用的增量成本受到收集量、填埋量、分拣运输量及再利用量的影响，而再利用量和出售量也会影响其增量效益。同理，节电机具的增量成本、技术成本及节能投资会影响节能增量成本，而节电量、政府补贴和医疗节约将会影响节能增量效益。基于这些影响因素，分别绘制出其增量成本和增量效益的原因树，使得各因素一目了然，并根据原因树对如何增加积累的增量成本效益给出了建议。

本文仅绘制了两个子系统的因果关系图，后期研究将在此基础上扩大系统并将因果反馈图转换为系统流图，进而建立方程及仿真模拟，得到成本-效益曲线，构建出完整的基于四节技术的系统动力学模型。这将有助于明确绿色施工的增量成本与效益之间的关系，以推进绿色施工。