（吉林建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 吉林長(zhǎng)春 130118）

0 引言

建筑垃圾指的是人們?cè)趶氖虏疬w、建設(shè)、裝修等建筑業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生垃圾的統(tǒng)稱，主要包括渣土、廢舊混凝土、廢舊磚石及其他廢棄物等［1］。建筑垃圾源于眾多方面，比如建筑施工方面，建筑物管理人員的專業(yè)素質(zhì)不同、工人的操作技能等都會(huì)對(duì)建筑垃圾產(chǎn)量有影響；建筑裝潢過程中，垃圾源于裝修過程的剩余料；建筑物拆遷過程中，垃圾的產(chǎn)生主要是與建筑物自身的功能作用以及建筑物自身結(jié)構(gòu)相關(guān)，例如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的建筑垃圾就不相同。建筑業(yè)與工業(yè)化和城市化進(jìn)程的發(fā)展密切關(guān)聯(lián)。近年來，工業(yè)化和城市化發(fā)展迅速，因此，相伴而生的建筑垃圾逐漸增多。我國(guó)目前建筑垃圾的數(shù)量在城市垃圾總量中已超過1/3［2］。確定建筑垃圾產(chǎn)量的主要影響因素，妥善處理建筑垃圾已成為一個(gè)具有重要意義的研究課題。

建筑垃圾產(chǎn)量受諸多因素的影響，近些年，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)建筑垃圾產(chǎn)量的影響因素進(jìn)行了廣泛研究。符曉［3］通過文獻(xiàn)綜述、問卷調(diào)查、數(shù)據(jù)分析的方法，分析建筑垃圾產(chǎn)量的影響因素，主要包括管理系統(tǒng)、建筑材料、施工設(shè)計(jì)、成本等；周鮮華［4］等分析了我國(guó)建筑垃圾的增長(zhǎng)趨勢(shì)，指出建筑垃圾產(chǎn)量主要受城市化發(fā)展、建筑項(xiàng)目過多等因素的影響；賀艷萍［5］使用文獻(xiàn)調(diào)查法、博弈論等方法，建立博弈論模型，認(rèn)為建筑垃圾產(chǎn)量主要受建筑設(shè)計(jì)階段、施工階段、拆除階段等方面的影響。本文的研究就是以這些現(xiàn)有的研究成果為基礎(chǔ)。

無論是基于灰色關(guān)聯(lián)度的模型分析還是文獻(xiàn)調(diào)查法所得出的結(jié)論，這些現(xiàn)有構(gòu)建模型的方法側(cè)重在靜態(tài)學(xué)的角度對(duì)建筑垃圾產(chǎn)量的影響因素進(jìn)行研究。然而這些類似的方法還不足以系統(tǒng)地顯示建筑垃圾產(chǎn)量與影響因素間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)性。這些方法得到的結(jié)果階段性較強(qiáng)，易忽略建筑垃圾產(chǎn)量影響因素的復(fù)雜多變性和長(zhǎng)期性。相比之下，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)具有模擬復(fù)雜系統(tǒng)及其內(nèi)部關(guān)聯(lián)的優(yōu)勢(shì)，能有效反映出建筑垃圾產(chǎn)量與影響因素之間復(fù)雜的參數(shù)關(guān)系［6］。國(guó)內(nèi)學(xué)者 H.P.Yuan［7］運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，在收集深圳某建設(shè)項(xiàng)目的混凝土和骨料相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建成本-效益分析模型，突出表現(xiàn)了建筑垃圾管理成本和效益的動(dòng)態(tài)和復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，分析了建筑垃圾管理實(shí)踐及其成本效益。本文以系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法為切入點(diǎn)，旨在研究建筑垃圾產(chǎn)量及其影響因素之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系［8］。構(gòu)建建筑垃圾產(chǎn)量及其影響因素的模型，使用Vensim軟件建立仿真系統(tǒng)模擬城市建筑垃圾現(xiàn)狀，最后得出建筑垃圾產(chǎn)量與影響因素之間的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線分析控制建筑垃圾產(chǎn)量的關(guān)鍵。

1 關(guān)鍵變量及行為關(guān)系模型構(gòu)建

Vensim是一個(gè)可觀念化、可文件化、可模擬、分析及最佳化動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的圖形接口軟件，可用來建立因果循環(huán)流程圖（casual loop）、存貨（stock）與流出量流程圖等相關(guān)模型［10］?；赩ensim軟件，建立模型，能夠充分展現(xiàn)系統(tǒng)變量（影響因素）之間的因果關(guān)系，明確各變量的輸入與輸出間的關(guān)系，便于使用者獲取模型架構(gòu)、明確關(guān)鍵影響因素等。

（1）變量選取。影響建筑垃圾產(chǎn)量的因素眾多，本文選取了10個(gè)關(guān)鍵影響因素來進(jìn)行仿真模擬，包括建筑施工產(chǎn)生的建筑垃圾量、建筑拆除產(chǎn)生的建筑垃圾量、建筑施工面積增長(zhǎng)率、建筑拆除面積增長(zhǎng)率、環(huán)保意識(shí)、政策因素、環(huán)境污染、建筑垃圾循環(huán)利用量、建筑垃圾填埋量、建筑垃圾循環(huán)利用率。其中：

建筑施工過程中會(huì)產(chǎn)生渣土、棄土以及棄料、余泥等廢棄物；建筑拆除過程中因拆除方法不當(dāng)，垃圾利用效率低，或者尚未達(dá)到使用壽命即被拆除，勢(shì)必會(huì)造成建筑垃圾產(chǎn)量的增加。建筑施工面積增長(zhǎng)率和建筑拆除面積增長(zhǎng)率反映了我國(guó)建筑面積的發(fā)展變化，因此對(duì)建筑垃圾產(chǎn)量也有影響。一些建筑物尚未達(dá)到使用壽命即被拆除，不僅造成建筑垃圾產(chǎn)量的增加，而且會(huì)造成大氣污染，增加環(huán)境治理成本。

環(huán)保意識(shí)影響著建筑參與方的垃圾管控行為，提高環(huán)保意識(shí)對(duì)減少建筑垃圾產(chǎn)量有重要的作用。

政策因素有助于正確引導(dǎo)參建各方的行為，政府扶持力度影響參建各方是否愿意去進(jìn)行綠色施工。因此，政府因素也是影響建筑垃圾產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。

目前采用的建筑垃圾處理方式主要是填埋處理。建筑垃圾隨意填埋不僅占用土地資源，還會(huì)降低土壤質(zhì)量。合理有效的建筑垃圾處理方法直接影響建筑垃圾產(chǎn)量。因此選取建筑垃圾填埋量、建筑垃圾循環(huán)利用量等因素作為建筑垃圾產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。

（2）模型的系統(tǒng)行為關(guān)系圖（圖1）。以明確的影響因素為基礎(chǔ)，構(gòu)建建筑垃圾產(chǎn)量的系統(tǒng)行為關(guān)系圖，見圖1。

（3）模型的基本假設(shè)。模型建立，主要做了以下幾方面的假設(shè)［11］：①政策因素和環(huán)保意識(shí)影響著參與主體對(duì)建筑垃圾的行為方式。②政策因素和環(huán)保意識(shí)被認(rèn)為對(duì)建筑垃圾產(chǎn)量的影響是正關(guān)系。以上假設(shè)的原理是：近幾年國(guó)家發(fā)布一系列的政策法規(guī)。如，2014年2月，工程和信息化部、科技部發(fā)布了《2014-2015年節(jié)能減排科技專項(xiàng)行動(dòng)方案》，將“建筑垃圾處理和再生利用技術(shù)設(shè)備”列為“節(jié)能減排先進(jìn)適用技術(shù)推廣應(yīng)用”重點(diǎn)任務(wù)；2016年8月，國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布的《循環(huán)發(fā)展引領(lǐng)計(jì)劃》（征求意見稿），發(fā)布加強(qiáng)建筑垃圾管理及資源化利用工作的指導(dǎo)意見，制定建筑垃圾資源化利用行業(yè)規(guī)范條件等。因此，在本模型中，政策因素和環(huán)保意識(shí)對(duì)于對(duì)建筑垃圾產(chǎn)量的影響被認(rèn)為是正關(guān)系。本文通過表函數(shù)來估計(jì)政策因素、環(huán)保意識(shí)與建筑垃圾產(chǎn)量之間的量化關(guān)系。

2010年，我國(guó)建筑垃圾資源化利用率不足5%［12］。相對(duì)應(yīng)建筑垃圾問題的政策和細(xì)化辦法近幾年才不斷出現(xiàn)，因此，本文選擇2012～2017年這6年的建筑垃圾相關(guān)數(shù)據(jù)作為模型建立的基礎(chǔ)，并以此對(duì)未來幾年建筑垃圾產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 系統(tǒng)行為模型量化及驗(yàn)證

2.1 參數(shù)估計(jì)

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型有常數(shù)值、初始值、表函數(shù)等函數(shù)類型，本文中參數(shù)估計(jì)主要采用調(diào)查數(shù)據(jù)法和常見的數(shù)學(xué)方法等。

量化圖各因素值如下：

（1）建筑施工面積的確定由國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)得到，如圖2所示。從圖2可知，房屋施工面積在2014～2017年變化幅度基本趨于緩和，故采用這4年的平均值作為建筑施工的初始值，即 1268139.12萬 m2。

（2）2012～2017 年建筑拆除面積的變化如表1所示。將2012～2016年的建筑拆除面積數(shù)據(jù)及其對(duì)數(shù)值作為基礎(chǔ)，得到數(shù)學(xué)方程為：

Y=0.12X-239.3（其中X指年份，Y指建筑拆除面積的對(duì)數(shù)）。

以此方程為依據(jù)建立表函數(shù)，得到建筑拆除面積的增長(zhǎng)率，并將2012年的建筑拆除面積作為初始值。

表1 2012年～2016年我國(guó)建筑拆除面積統(tǒng)計(jì)

（3）由統(tǒng)計(jì)得，建筑拆除單位面積產(chǎn)生的建筑垃圾產(chǎn)出系數(shù)906.7～1335.5kg/m2，前瞻保守取值為1.0t/m2。建筑施工單位面積的產(chǎn)出系數(shù)相對(duì)較低。因此，本模型綜合考慮建筑施工和建筑拆除，將建筑垃圾單位面積產(chǎn)出系數(shù)定位0.64t/m2［13］。本模型取2012年的建筑垃圾產(chǎn)量作為初始值，即84600萬t。

（4）建筑垃圾具有極大的可回收利用價(jià)值，目前我國(guó)建筑垃圾資源化回收再利用程度較低，利用率僅為5%左右。

（5）就目前來看，填埋處理在我國(guó)是建筑垃圾的主要處理方式，填埋所占比重約為0.47.

2.2 表函數(shù)的確定

本模型采用Vensim軟件構(gòu)建的表函數(shù)的函數(shù)形式如下：

Y=withloopup （X，（［（Xmin，Ymin）-（Xmax，Ymax）］（X1，Y1），（X2，Y2）......（Xn，Yn）））

2.3 模型有效性檢驗(yàn)

直觀檢驗(yàn)、運(yùn)行檢驗(yàn)、歷史檢驗(yàn)以及靈敏度分析是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的4種有效性檢驗(yàn)方法［14］。有效檢驗(yàn)方法的目的是為驗(yàn)證模型與實(shí)際情況的符合度，驗(yàn)證模型是否反映了實(shí)際系統(tǒng)的特征和變化規(guī)律。本文首先采用直觀檢驗(yàn)和運(yùn)行檢驗(yàn)2種檢驗(yàn)方法來驗(yàn)證模型的合理性。

（1）直觀檢驗(yàn)。主要是用來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊蚬P(guān)系是否合理，每個(gè)變量之間的關(guān)系是否恰當(dāng)，變量公式表述是否合理，量綱是否一致。本文是以大量文獻(xiàn)資料為基礎(chǔ)的，力求使模型結(jié)構(gòu)與實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)盡量一致。

（2）運(yùn)行檢驗(yàn)。為驗(yàn)證建筑垃圾增加量模型的穩(wěn)定性，選擇DT=1、DT=0.5、DT=0.25進(jìn)行仿真，即選取3個(gè)不同的仿真步長(zhǎng) （也就是不同的仿真時(shí)間間隔）進(jìn)行模擬仿真并加以分析，得出如圖3所示仿真比較結(jié)果。通過比較，顯示系統(tǒng)的行為基本穩(wěn)定。（系列1、系列2、系列3分別代表DT=1、DT=0.5、DT=0.25，是建筑垃圾增加量的變化趨勢(shì)）

3 模型仿真模擬及結(jié)果分析

系統(tǒng)模型利用2012～2017年的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)模型中的水平變量（即建筑垃圾增加量）進(jìn)行模擬仿真，得到結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知建筑施工產(chǎn)生的建筑垃圾量在2015年逐漸趨于穩(wěn)定，表明我國(guó)推行的綠色建筑已經(jīng)取得了一定成效。由圖5可以得出，建筑拆除導(dǎo)致的垃圾產(chǎn)量隨年份大致呈正比例增長(zhǎng)關(guān)系。但建筑拆除和建筑施工2者的結(jié)合導(dǎo)致建筑垃圾產(chǎn)量的上升速率逐漸變緩。而且，由圖4可以看出，建筑垃圾產(chǎn)量的變化趨勢(shì)與建筑施工產(chǎn)生建筑垃圾量的曲線變化形式基本一致。這是因?yàn)槲覈?guó)城市化發(fā)展速度較快，每年新增建筑施工面積大，導(dǎo)致大量建筑垃圾的產(chǎn)生。

圖6顯示的是建筑垃圾增加量和建筑垃圾產(chǎn)量的變化趨勢(shì)圖?？梢钥闯?，2012～2017年建筑垃圾產(chǎn)量仍呈上升趨勢(shì)，2017年之后逐漸趨于穩(wěn)定。

圖7顯示建筑垃圾處理量的變化趨勢(shì)圖，可以得出結(jié)論：建筑垃圾處理量逐年上升，建筑垃圾資源化利用率在逐步提高。

對(duì)于圖6、圖7變化趨勢(shì)，歸結(jié)原因如下：

（1）與我國(guó)近年來對(duì)建筑垃圾采取的相關(guān)政策有關(guān)。例如，2013年6月成立的中國(guó)環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會(huì)建筑垃圾管理與資源化工作委員會(huì)，建立專門的建筑垃圾處理的法律監(jiān)管部門。監(jiān)管體系的完善對(duì)于減少建筑垃圾產(chǎn)量有很大的作用；2014年2月，科技部、工業(yè)和信息化部組織制定的 《2014～2015年節(jié)能減排科技專項(xiàng)行動(dòng)方案》，將“建筑垃圾處理和再生利用技術(shù)設(shè)備”列為“節(jié)能減排先進(jìn)適用技術(shù)推廣應(yīng)用”重點(diǎn)任務(wù)等。由建筑垃圾產(chǎn)量曲線的趨勢(shì)來看，相關(guān)政策的實(shí)施起到了很大作用。

（2）與我國(guó)近年來大力發(fā)展裝配式建筑有一定的關(guān)系?！笆濉逼陂g，我國(guó)裝配式建筑工程量將達(dá)到總工程量的30%以上。裝配式建筑就是由工廠做好的預(yù)制構(gòu)件在工地上直接裝配而成的建筑。其優(yōu)點(diǎn)之一就在于能夠減少工地現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量。因此，裝配式建筑的發(fā)展有利于從建筑施工和建筑拆除上減少建筑垃圾的產(chǎn)量。

（3）由建筑垃圾處理量的曲線走勢(shì)，可以看出，我國(guó)在建筑垃圾處理方面取得了一定成果。目前，我國(guó)建筑垃圾處理主要從填埋處理和循環(huán)利用2方面入手。因此，我國(guó)應(yīng)該繼續(xù)加大對(duì)建筑垃圾處理技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，提高建筑垃圾循環(huán)利用率，同時(shí)嚴(yán)格管控建筑垃圾隨意傾倒現(xiàn)象，做好集中處理。

（4）建筑垃圾產(chǎn)量的增長(zhǎng)速率小于建筑垃圾處理量的增長(zhǎng)速率，但研究結(jié)果顯示建筑垃圾增加量仍在上升。這說明，相比于建筑垃圾產(chǎn)生量，目前建筑垃圾處理能力稍顯不足。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)建筑垃圾處理的進(jìn)一步研究，加強(qiáng)建筑垃圾循環(huán)利用等。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在預(yù)測(cè)復(fù)雜事物的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)上有很大優(yōu)勢(shì)，本文利用模型，以近幾年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)未來建筑垃圾量變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到結(jié)果如圖4、5、6、7所示。結(jié)果表明，建筑垃圾產(chǎn)量和建筑垃圾增加量的增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變慢，甚至有下降的趨勢(shì)。建筑垃圾處理量的增長(zhǎng)速率會(huì)越來越大。

4 結(jié)語

本文選取10個(gè)關(guān)鍵影響因素展開建筑垃圾產(chǎn)量系統(tǒng)行為關(guān)系的研究，提出基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建筑垃圾產(chǎn)量系統(tǒng)行為關(guān)系圖，初步實(shí)現(xiàn)建筑垃圾產(chǎn)量現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)仿真分析，為更好地研究建筑垃圾產(chǎn)量系統(tǒng)及其內(nèi)部各因素之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。我國(guó)處在城市化迅速發(fā)展階段，不可避免的會(huì)有建筑施工和建筑拆除項(xiàng)目。本文研究成果顯示，建筑施工是建筑垃圾產(chǎn)生的主要來源。我國(guó)近年來發(fā)布的相關(guān)政策和綠色建筑的推廣已經(jīng)取得了一定的成效；我國(guó)建筑垃圾循環(huán)利用率發(fā)展空間很大。

在今后的研究中，將在本文研究的基礎(chǔ)上，通過增加建模方面的知識(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)模型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，如將國(guó)家宏觀GDP等因素考慮在內(nèi)，進(jìn)一步完善模型結(jié)構(gòu)。