青岛市建筑废弃物资源化利用研究

汤青慧，徐雅琪,2，张 喆

青岛市建筑废弃物资源化利用研究

汤青慧1，徐雅琪1,2，张 喆2,3

（1.青岛理工大学 管理工程学院山东 青岛 266520；2.青岛西海岸新区财政局山东 青岛 266520；3.日照职业技术学院 建筑工程学院山东 日照 276800）

基于系统动力学理论，将建筑废弃物资源化利用分为产生、管理与经济效益评估3个子系统，以此建立仿真模型，结合青岛市“十四五”期间的废弃物产量预测数据，通过调控关键因素，模拟不同因素影响下的青岛市建筑废弃物资源化利用经济效益变化，提出建筑废弃物处理与资源化利用的相关建议。

建筑废弃物；系统动力学；因素调控；资源化利用

作为一种全新的城市发展理念，“无废城市”受到社会各界的日益关注。在“无废城市”的推动下，建筑废弃物资源化利用迎来前所未有的机遇与挑战。国外建筑废弃物管理以及资源化利用工作发展较为成熟，欧盟[1]更是进入了高附加值的建筑废弃物资源化转型升级新阶段，而当前我国的建筑废弃物资源化利用率却依然很低，建筑废弃物资源化利用工作任重而道远。青岛市建筑废弃物资源化水平在国内虽相对较高，但是相比欧美国家差距还是很明显。另外，随着经济发展，为企业减负，优化营商环境，深化工程建设领域“放管服”改革要求迫切，在现有政策条件下，一方面招商引资要求给企业减负降压，另一方面，建筑废弃物管理应该按照“谁产生、谁负责”的原则，让企业承担起更多责任，这样使得对建筑物废弃物处理与资源化利用具有重要意义。在接下来的工作中，如何加强建筑废弃物资源化管理，全面提升建筑废弃物减量化效果，提高资源化利用率，是影响可持续发展亟需关注的重要问题。本文从系统角度对建筑废弃物资源化经济效益进行动态模拟分析，以青岛地区废弃物产量实际和相关政策为基础，建立系统动力学模型，仿真模拟关键因素调控以及组合因素调控下“十四五”期间可实现的经济效益，为相关部门提供可以促进建筑废弃物资源化的可行性建议。

1 基本原理

1.1 系统动力学概述

系统动力学是由美国麻省理工学院的Jay Wright Forrester教授于1956年创立的一门研究系统动态复杂性的科学，以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段，主要用于研究复杂系统结构、功能与动态行为之间的关系。国内在王其藩教授[2]以及后续学者的不断研究与拓展下，该理论广泛用于生态环境、城市建设、供应链管理、企业管理、城市交通定价等各个领域，系统动力学模型建立步骤如表1所示。

表1 系统动力学模型建立步骤

步骤名称工具过程描述 一描述因果循环图描述系统中各要素间逻辑关系 二建模系统流图反映系统要素的性质和整体结构 三检验方程对系统中要素间关系局部量化 四模拟仿真平台模拟、分析，并提出政策建议

1.2 模型总体结构

通过文献阅读对我国建筑废弃物资源化现状的了解，并走访专家和实地调研，结合青岛市建筑废弃物资源化利用现状[3]，本文将青岛市建筑废弃物资源化系统划分为废弃物产生、管理以及经济效益评估3个子系统，如图1所示。

图1 青岛市建筑废弃物资源化系统

产生子系统包括建筑废弃物产生的3个阶段，可模拟废弃物产量。

管理子系统包括内外因2个方面，内因主要是指管理人员的主观环保意识和管理水平，外因包括法规完善程度、政府监管力度、市场激励体制、填埋场约束限制以及回收市场成熟度等。

效益评估子系统包括建筑废弃物管理活动中的各项成本及其收益。

3个子系统相互作用，共同组成一个整体。模型结构如图2所示。

图2 模型结构

1.3 子系统分析

1.3.1 产生子系统

建筑废弃物产量随着新开工建筑面积的增加呈现增长趋势。我国建筑废弃物主要产生于设计、施工和运输3个阶段。设计阶段主要受到国家标准政策以及设计人员专业素养、知识经验、环保意识的影响；施工阶段包括新建、拆除和装饰装修3类，而施工过程中的废弃物产量主要受施工管理水平、操作人员环保理念、分类分拣成本等因素驱动；运输阶段则是建材在运输过程中的损坏与保存不当造成材料报废。基于上述原因，本文提取建筑废弃物总量、新建工程废弃物产量、拆除工程废弃物产量、装饰装修工程废弃物产量、废弃物减量化效果、资源化利用水平、建筑废弃物管理水平、减排意识、新开工建筑面积、建筑竣工面积、GDP 11个因素构成建筑废弃物产生主要变量，构建产生子系统因果关系。

1.3.2 管理子系统

建筑废弃物管理子系统包括现场分类分拣与废弃物处理2个环节。实现的废弃物利用方式包括低、中、高3个等级，低级利用包括施工现场分类分拣，中级利用包括回收建筑废料用以铺路等公众建设，高级利用指对建筑废弃物加工再利用。在废弃物产生之初进行有效的分类分拣对废弃物减量化的效果尤为显著，该子系统是整个建筑废弃物管理系统中不可或缺的一个子系统。本文从建筑废弃物不同的处理方式以及内外因等方面考虑，识别了法规完善程度、政府监管力度、补贴扶持政策、减量化效果、回收市场完整性、减排意识、C&D W资源化再利用量、C&D W分类分拣量、C&D W回收量、C&D W管理水平、C&D W总量、C&D W非法倾倒量、罚款13个影响因素作为该系统的主要变量构建建筑废弃物管理子系统。

1.3.3 经济效益评估子系统

建筑废弃物经济效益评估子系统从经济效益的角度分析建筑废弃物管理问题，通过描述建筑废弃物管理以及资源化利用过程中涉及到的各项成本以及可能获得的经济收益，分析整个过程中所产生的总成本及总收益，结合不同的政策措施，分析改变各因素所产生的建筑废弃物治理经济效益的变化，进而为有关部门提供可行性建议。本文识别了C&D W总量、C&D W分类分拣量、C&D W非法倾倒量、填埋量、分类分拣成本、非法倾倒成本、非法倾倒罚款、填埋场入场费、填埋运输成本、处置成本、管理成本、建材采购追加成本、废弃材料成本、材料废弃量、建材采购追加量、C&D W总成本、C&D W管理效果、废弃物材料节约量、废弃材料节约成本、材料运输节约收益、管理节约收益、处置节约量、处置节约收益、处置运输节约收益、C&D W总收益、C&D W效益26个影响因素作为该系统的主要变量构建建筑废弃物经济效益评估子系统。

综合3个子系统之间的相互联系和相互影响关系，建立建筑废弃物资源化利用经济效益模型，如图3所示。

图3 建筑废弃物资源化经济效益模型

2 仿真模型建立

2.1 参数确定

模型中参数的确定方法主要分为3类。

第一类，对于模型中的常量，可查阅文献[4]，本文对青岛市建筑废弃物管理相关数据进行实际调研，收集整理，得到量化数据作为模型参数初始值，如表2前10项所示，这类参数自身在模型模拟期间不变，可直接将其录入Vensim软件。

表2 青岛市建筑废弃物管理相关参数表

参数名称取值来源 新开工建筑面积/万m2—青岛市统计年鉴 收集成本单价/(元·t-1)50文献[5-9]，专家访谈 材料采购单价/(元·t-1)60文献[5-9]，专家访谈 回收成本单价/(元·t-1)75文献[5-9]，专家访谈 分类分拣成本单价/(元·t-1)20文献[5-9]，专家访谈 再利用成本单价/(元·t-1)28文献[5-9]，专家访谈 运输成本单价/(元·t-1)26文献[5-8]，专家访谈，《山东省建筑工程消耗量定额》，青岛市城乡建设委员会官方网站公布的建筑废弃物资源化利用企业和消纳场位置 填埋单次入场费/(元·t-1)50文献[5-9]，专家访谈 资源化利用经济价值49文献[5-9]，专家访谈 罚款/(元·m-3)62.27《青岛市建筑废弃物管理办法》《倾倒建筑废弃物行政处罚裁量标准》 新建C&DW产生率/(t·m-2)0.0396调查计算 拆除C&DW产生率/(t·m-2)1.061调查计算 装饰装修C&DW产生率—住宅/(t·m-2)0.023恒大地产研究数据 装饰装修C&DW产生率—非住宅/(t·m-2)0.015恒大地产研究数据 废弃物收集比例0.87专家访谈 分类分拣比例0.68专家访谈 回收比例0.32专家访谈 再利用比例0.44专家访谈 非法倾倒比例0.2专家访谈 待填埋比例0.28专家访谈 减排意识0.5文献[5-6]，专家访谈 法规完善程度0.5文献[5-6]，专家访谈 政府监管力度0.5文献[5-6]，专家访谈 回收市场成熟度0.5文献[5-6]，专家访谈 减量化效果0.5文献[5-6]，专家访谈

第二类，对于模型中的定性参量，可以约定量化规则，通过专家访谈问卷等方式对定性参数进行量化估计，本文参与调查的专家组成员共计21人，包括3名学术研究人员、5名项目经理、2名监理工程师、9名施工现场管理人员、2名技术负责人。如表2第15～25项所示。

第三类，即依赖参量，其方程关系定义并不明确，这类参量可根据vensim软件中图形函数对因素间的定性关系进行量化。选择AS Graph选项，在对话框中输入相应的自变量与因变量，设定各变量取值范围，即可呈现变量间的因果关系。例如，通过GM(1,1)模型[10-11]预测结果，“十四五”期间产生的C&D W与时间2个函数之间的关系可以通过表函数进行定义，建立过程如图4所示。该预测模型是以青岛材价案例[12]和青岛统计年鉴[13]有关面积数据为基础，通过估算2005—2019年青岛市建筑废弃物产量[14]建立的灰色系统理论预测计算式为：

图4 产生的C&D W辅助变量定义图及表函数图

2.2 有效性检验

有效性检验是构建系统动力学模型[14-15]中必不可少的环节，模型检验主要包括模型边界检验、量纲一致性检验、模型结构检验、模型灵敏度检验、极端情况检验。本文构建仿真模型检验情况如表3所示。

表3 系统动力学有效性检验情况表

检验类别目的方法结果 模型边界确定模型设定变量与反馈回路是否满足研究文献研究、访谈合格 量纲一致动态方程左右单位一致观察合格 模型结构逻辑性检验、反映实际反馈系统因果循环图、流图合格 灵敏度检验参数微小变动时模型受影响程度观察合格 极端情况可信度检验观察合格

2.3 模拟仿真结果及分析

运用Vensim软件进行系统仿真，模拟当前政策环境下青岛市建筑废弃物资源化经济效益。系统仿真时间周期为“十四五”期间，即2021—2015年，共计5年，时间间隔为1年，积分方式默认为欧拉积分，如图5所示。

图5 时间设置

根据系统仿真模拟结果可知，从建筑废弃物产生的角度，一方面，在现有的废弃物产生率不变的情况下，随着新开工建筑面积的不断增加，新建工程的建筑废弃物产量势必会不断增加，新建建筑面积增长会助推住宅类建筑竣工面积和商业类建筑竣工面积的增长，这2类建筑的装修工程量越多，装修施工过程中产生的废弃物产量也将越大，同时，随着年限的增长和改建的需求，拆除建筑面积也随之增长，建筑废弃物的产生量将呈现增加趋势；另一方面，随着建筑废弃物产量的不断增加，建筑废弃物产生的一系列问题越来被人们所重视，建筑废弃物作为放错地方的资源，也日益引起人们的关注，所以，随着时间的推移，国家势必会越来越加强此方面的探索，法律不断完善，建筑废弃物管理水平不断提升，减量化效果越来越明显，这使得建筑废弃物产量不断减少，使得“变废为宝”成为现实。

从建筑废弃物管理的角度，政府的监督力度是建筑废弃物有效管理的有力支持，随着政府对建筑废弃物的重视，监管力度不断加大，一方面通过完善法律法规，提高建筑废弃物管理水平，达到减量效果，另一方面通过不断完善，推出补贴扶持政策促进回收市场不断趋于成熟，从而实现回收比例提高，实现建筑废弃物的有效回收和资源化再利用。可见，在建筑废弃物管理环节，政府的主导作用不容忽视，在“十四五”期间，要想实现建筑废弃物的有效管理，到达提出的建筑废弃物产量指标，必须从管理入手，提高分类分拣比例、资源化再利用比例、回收比例，实现建筑废弃物的有效节约。

从建筑废弃物经济效益角度，如图6是本次仿真模拟的经济效益曲线，可以看出：①在建筑废弃物管理的初始阶段，总成本大于总收益，会出现亏损状态，这也正是当下企业参与建筑废弃物管理积极性不足的原因所在，故而需要政府给予积极引导，一方面完善规范标准，严格监督检查，另一方面给予适当补贴，调动企业参与的积极性；②在模拟的第三年初，即2023年，总成本与总收益达到盈亏平衡点，接下来累计利润开始变大，到2025年，累计利润将达到最大值，约计27.24亿元。

图6 经济效益曲线

3 情景分析

3.1 取值类影响因素的调控

取值类影响因素包括建筑废弃物单位填埋成本、单位运输成本、分类分拣成本、处置成本、分类分拣比例、资源化再利用比例、回收比例、填埋比例、罚款与补贴等。调控的目的在于确定该类影响因素对建筑废弃物资源化经济效益的影响程度，在调控的过程中，通过改变所选因素的比例，比较其对结果的影响程度差异。从调查问卷结果可以看出，分类分拣是建筑废弃物管理的关键，所以，本文选取分类分拣比例进行调控。经过调查问卷，当前模拟采用的青岛市建筑废弃物分类分拣比例为68%，将该分类分拣比例分别上调10%和30%，得到模拟取值分别对应75%、88%，保证其他变量数值均不改变的情况下进行模拟，与初始值对比，得到结果如图7所示。

图7 分类分拣比例调控下的建筑废弃物经济效益曲线

模拟数据显示，“十四五”期间，分类分拣比例从68%上调至88%，到2025年，相应的建筑废弃物资源化经济效益将提高2.395 6亿元。可见，从分类分拣比例上控制建筑废弃物产量，提高建筑废弃物资源化利用经济效益，将会是接下来相关责任方控制的重点环节。

3.2 行为类影响因素的调控

行为类影响因素包括政府监管力度、法规完善程度、减排意识等，而政府监管力度是法律法规不断完善，减排意识不断提高得以实现的保证，本文认为“十四五”期间，青岛市政府相关责任主体对建筑废弃物资源化利用方面的监管力度会随着时间不断加强，故本文以现有的模拟假设为初始值，以2021—2025年每年的监管力度均上调20%和60%得到2条监管力度函数曲线，以此模拟3种状态下的建筑废弃物经济效益，如图8。政府监管力度原始值与调控值数据见表4。

图8 政府监管力度调控下的建筑废弃物经济效益曲线

表4 政府监督力度函数调控参数表

调控方式2021年2022年2023年224年2025年 原始值0.120.270.340.410.5 上调20%0.1440.3240.4080.4920.6 上调60%0.1920.4320.5440.6560.8

模拟数据显示，“十四五”期间，政府监管力度分别上调20%、60%，到2025年，相应的建筑废弃物资源化经济效益增长值分别为1.000 8、2.306 9亿元。因此，接下来的时间里，加强对建筑废弃物资源化利用的监管，提高效益有很大空间。

3.3 各类影响因素综合调控

不管是取值类影响因素还是行为类影响因素，通过调控，均能实现“十四五”期间青岛市资源化利用效益的有效增长，通过单因素的调控，能够明确不同类别影响因素上调对青岛市建筑废弃物经济效益的影响程度，据此明确调控的着力点。而在实际调控过程中，不可能仅对单一因素进行调控，通常是多种因素综合调控，共同发力。结合政府近几年出台的有关政策，本文选取分类分拣比例、政府监管力度、非法倾倒比例、单位填埋成本、资源化再利用比例5个因素，通过仿真模拟上述因素共同影响下的青岛市建筑废弃物资源化经济效益增长曲线，见图9。各类因素的调控比例如表5所示。

图9 多因素调控下的建筑废弃物经济效益曲线

表5 多因素综合调控取值参数表

调控类别分类分拣比例政府监管力度非法倾倒比例单位填埋成本资源化比例 综合情景10.68—0.250元0.44 综合情景20.75↑20%0.160元0.53 综合情景30.88↑60%0.0570元0.88

4 结论

基于系统动力学，构建建筑废弃物产生、管理和资源化利用经济效益3个子系统，选取关键影响因素，并识别各因素之间的关联度，借助Vensim软件建立建筑废弃物资源化利用经济效益模型，进行系统仿真模拟。在数据的选取上，采集青岛市已完工的实际工程项目数据，以该废弃率为基础建立灰色GM(1,1)预测，该预测值作为模拟仿真基础数据，取代采用全国经验值的通常算法；在系统动力学仿真模型要素的选取上，从青岛市近几年出台的相关政策出发，针对性更强，也填补了以该方式研究该地区建筑废弃物资源化利用的空白。仿真模拟可知，通过对建筑废弃物有效管理，“十四五”期间建筑废弃物产量曲线将在有效管理的影响下趋于平缓；在现有预设条件下，模拟的第三年初(即2023年)，青岛市建筑废弃物总成本与总收益将达到盈亏平衡点，到2025年，累计利润将达到最大值，实现总效益约计27.24亿元。通过不同情境下的各类因素调控，预测“十四五”期间，不同因素影响下可能实现的建筑废弃物资源化利用经济效益，并基于此提出如下对策。

(1)建立健全建筑废弃物减量化工作机制。倡导施工管理人员提高废弃物减量化意识，加强建筑废弃物源头管控，推动工程建设生产组织模式转变，有效地减少工程建设过程建筑废弃物产生和排放，不断推进工程建设可持续发展和城乡人居环境改善。

(2)多措并举加强建筑废弃物处置管理。加强监管力度，通过引进先进施工技术、设备或者开展废弃物减量化的知识技能培训，提高建筑废弃物资源化利用管理水平，加强建筑废弃物减量化综合管理。建筑废弃物资源化利用是一个复杂系统，通过单因素调控与多因素综合调控对比可知，加强系统性综合要素调控效果尤为明显。

(3)科技引领建筑废弃物资源化产业高质量发展。提高资源化利用比例，运用科学手段确定罚款、单位填埋收费、资源化单位补贴等因素的额度，并在尝试中不断调整优化，合理规划资源化处置中心布点，畅通反馈机制，让科技助力实现科学布局。

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Study on Resource Utilization of Construction Waste in Qingdo

TANG Qing-hui1, XU Ya-qi1,2, ZHANG Zhe2,3

（1.College of Management Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266520, China;2.Qingdao West Coast New Area Finance Bureau, Qingdao 266520, China;3.College of Construction Engineering, Rizhao Vocational and Technical College, Rizhao 276800, China）

Based on the system dynamics theory, the resource utilization of construction waste is divided into three subsystems: generation, management and economic benefit evaluation. A simulation model is established by combining the output forecast data of construction waste in Qingdao during the 14th five-year plan period, by adjusting the key factors and simulating the changes of economic benefits of the resource utilization of construction waste in Qingdao under the influence of different factors, this paper puts forward some suggestions on the waste treatment and resource utilization of construction waste.

construction waste; system dynamics; factor control; resource utilization

10.15916/j.issn1674-3261.2022.03.009

X705

A

1674-3261(2022)03-0183-06

2021-04-21

“十三五”山东省高等学校人文社会科学研究平台项目--智慧城市建设管理研究中心(新型智库)

汤青慧(1978-)，女，河南驻马店人，副教授，博士。

徐雅琪(1987-)，女，山东青岛人，高级工程师，硕士。

责任编辑：孙 林