基于支付意愿法的建筑物化環(huán)境影響量化研究

朱建君，陳雪艷，王棟華，左劍

(1.南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 南京 210037； 2.阿德萊德大學(xué) 自然與建筑環(huán)境學(xué)院，澳大利亞 阿德萊德 5005)

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基于支付意愿法的建筑物化環(huán)境影響量化研究

朱建君1，陳雪艷1，王棟華1，左劍2

(1.南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 南京 210037； 2.阿德萊德大學(xué) 自然與建筑環(huán)境學(xué)院，澳大利亞 阿德萊德 5005)

以建筑的物化環(huán)境影響分析為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)該過(guò)程所消耗的資源、能源及有毒物質(zhì)所造成的環(huán)境影響進(jìn)行定量研究。論文界定了建筑物化環(huán)境影響內(nèi)涵，根據(jù)國(guó)際環(huán)境毒理和化學(xué)學(xué)會(huì)環(huán)境評(píng)價(jià)體系確定12種環(huán)境影響要素，依據(jù)BEES(Building for Environment and Economic Sustainability)軟件計(jì)算出建筑全生命周期的環(huán)境影響清單，基于支付意愿理論構(gòu)建了建筑物化環(huán)境影響量化模型，并確定江蘇地區(qū)各環(huán)境影響要素的貨幣值。最后,計(jì)算出江蘇省某住宅建筑單位面積上環(huán)境影響貨幣值。

環(huán)境影響；物化環(huán)境影響；建筑材料；支付意愿理論；BEES

隨著中國(guó)現(xiàn)代化和城市化的不斷發(fā)展，環(huán)境污染和能源消耗的問(wèn)題日益嚴(yán)重。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，中國(guó)2014年建筑業(yè)房屋施工面積已達(dá)1 249 826.35萬(wàn)m2，這不僅消耗大量的能源，同時(shí)也產(chǎn)生大量的溫室氣體、氮氧化物和粉塵等，其中建筑材料的影響占有很大的比重[1-2]，所以,對(duì)建筑的物化環(huán)境影響的研究至關(guān)重要。以往對(duì)于建筑物化環(huán)境影響的研究，多以碳排放作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。黃一如等[3]討論了物化階段的碳排放對(duì)總體碳排放的重要性，羅智星等[4]構(gòu)建了辦公建筑物化階段CO2排放的計(jì)算模型。劉毅等[5]綜合運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)和情景分析方法，從能源消耗、用水量和氮氧化物排放量等6個(gè)環(huán)境影響要素研究了中國(guó)城鎮(zhèn)住宅的物化環(huán)境影響。目前常用的環(huán)境影響量化的方法有目標(biāo)距離法、貨幣化法和專家打分法[6]，其中目標(biāo)距離法一般只考慮生態(tài)系統(tǒng)的破壞，專家打分法操作方便但不確定性較大，貨幣化法即支付意愿法可以將環(huán)境影響與經(jīng)濟(jì)影響相結(jié)合。肖君等[7]運(yùn)用支付意愿法著重研究了建筑保溫板的使用和失效階段的環(huán)境影響。筆者在對(duì)建筑的物化環(huán)境影響進(jìn)行分析時(shí)，運(yùn)用了支付意愿理論來(lái)確定江蘇省各環(huán)境影響要素的貨幣值，從BEES軟件中獲得環(huán)境影響要素的影響潛值，得出對(duì)于建筑物化環(huán)境影響的社會(huì)支付意愿。

1 建筑物化環(huán)境影響要素分析

1.1 建筑物化環(huán)境影響的概念界定

建筑的全生命周期包括決策階段、規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段、施工階段、使用階段以及拆除回收階段。設(shè)計(jì)階段決定了建筑物所有材料的組成；施工階段是建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)消耗大量的資源和能源；使用階段也就是建筑的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)階段，這個(gè)階段主要包括建筑運(yùn)營(yíng)時(shí)，采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)、照明等設(shè)備的能耗，以及建筑維護(hù)時(shí)的維護(hù)、翻修和設(shè)備更換過(guò)程中涉及的資源、能源的消耗[8-9]。拆除與回收階段則涉及到建筑物解體拆除，廢舊建筑材料的運(yùn)輸、處理、再利用和無(wú)用廢棄建筑材料的處理[10]。

從生命周期評(píng)估(Life Cycle Assessment, 即LCA)角度，構(gòu)成建筑設(shè)計(jì)的所有材料經(jīng)歷了從材料與構(gòu)建生產(chǎn)(含原材料的開(kāi)采)、規(guī)劃與設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)輸、運(yùn)行與維護(hù)直到拆除與處理(廢棄、再循環(huán)和再利用等)的全循環(huán)過(guò)程。

建筑的物化環(huán)境影響考慮的是建筑設(shè)計(jì)階段，構(gòu)成建筑設(shè)計(jì)的所有材料，基于LCA角度，從原材料的生產(chǎn)開(kāi)始，經(jīng)歷中間產(chǎn)品的生產(chǎn)、材料的運(yùn)輸、材料在建筑的使用階段以及最后材料的拆除回收階段對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的直接或間接的影響。

2.2 環(huán)境影響要素確定

國(guó)際環(huán)境毒理和化學(xué)學(xué)會(huì)(Society Environmental Toxicology and Chemistry，即SETAC)環(huán)境影響評(píng)價(jià)體系和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院共同開(kāi)發(fā)的BEES(Building for Environment and Economic Sustainability)軟件確定出了12種環(huán)境影響要素，即為全球變暖、臭氧層破壞、酸化(雨)、水體富營(yíng)養(yǎng)化、化石能源消耗、水資源消耗、標(biāo)準(zhǔn)空氣污染、光化學(xué)煙霧、生態(tài)毒性、人類健康、室內(nèi)空氣質(zhì)量以及動(dòng)植物生存地改變。這12類環(huán)境影響要素幾乎包括了建筑對(duì)環(huán)境所造成的所有可能影響，并且所涉及的數(shù)據(jù)也較為容易獲取，所以，本文在對(duì)建筑物化環(huán)境影響進(jìn)行研究時(shí)，就從這12個(gè)方面展開(kāi)。BEES軟件是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院開(kāi)發(fā)的，是一種建筑的環(huán)境及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性綜合評(píng)價(jià)的軟件，并且受到了美國(guó)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)和美國(guó)政府的支持。從2002年發(fā)布BEES1.0版本以來(lái)，軟件一直在更新功能和數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)評(píng)價(jià)框架和環(huán)境影響指標(biāo)都加以改進(jìn)，設(shè)計(jì)了建設(shè)項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)材料、室內(nèi)外裝飾材料、墻體填充材料等各方面的230多種材料，可以全面地對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的各種材料進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

2 基于支付意愿法的建筑物化環(huán)境影響量化模型構(gòu)建

2.1 環(huán)境影響要素潛力系數(shù)的確定

每個(gè)環(huán)境影響要素中的污染物質(zhì)的潛力系數(shù)與該污染物的污染能力和排放總量有關(guān)，每一類環(huán)境影響中造成一種環(huán)境影響污染物種類很多，但是由于統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)的局限，本文對(duì)每一類環(huán)境影響只選取幾種典型的污染物，如酸化只選擇SO2、NOX、NH3。每類環(huán)境影響要素中污染物質(zhì)的影響潛力系數(shù)計(jì)算方法如下:

(1)

式中：eij為第i類環(huán)境影響因素的第j種污染物質(zhì)的影響潛力系數(shù)，fij為第i類環(huán)境影響因素的第j種污染物質(zhì)的單位影響潛力，aij為第i類環(huán)境影響因素的第j種污染物質(zhì)的年均排放量。

2.2 基于支付意愿法的環(huán)境影響要素的貨幣化計(jì)算

2.2.1 支付意愿法 支付意愿是指消費(fèi)者接受一定數(shù)量的消費(fèi)物品或勞務(wù)所愿意支付的金額。在環(huán)境質(zhì)量公共物品的需求分析和環(huán)境經(jīng)濟(jì)影響評(píng)價(jià)中支付意愿被廣泛應(yīng)用。根據(jù)邊際效用遞減規(guī)律，消費(fèi)者在一定收入水平下，對(duì)享有環(huán)境質(zhì)量的邊際支付意愿也符合遞減規(guī)律。支付意愿法(Willingness-To-Pay，即WTP)的理論基礎(chǔ)是各個(gè)環(huán)境影響要素間的輕重程度可用貨幣來(lái)衡量，賦予了環(huán)境評(píng)價(jià)以經(jīng)濟(jì)意義。社會(huì)支付意愿對(duì)于環(huán)境影響而言，體現(xiàn)在降低當(dāng)前環(huán)境污染水平而付出的代價(jià)上，因此，針對(duì)污染者和資源開(kāi)采者的環(huán)境稅在一定程度上反映了社會(huì)支付意愿，可以作為衡量各個(gè)環(huán)境影響的貨幣因子。中國(guó)在2003年出臺(tái)的《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》，規(guī)定直接向環(huán)境排放污染物的單位和個(gè)體工商戶應(yīng)當(dāng)依照本條例繳納排污費(fèi)；而排污費(fèi)應(yīng)當(dāng)全部專項(xiàng)用于環(huán)境污染防治，任何單位和個(gè)人不得截留、擠占或者挪作他用[9]，這體現(xiàn)了中國(guó)社會(huì)對(duì)環(huán)境污染的支付意愿。最新的環(huán)境稅方案已于2013年12月2日上報(bào)至國(guó)務(wù)院，正在按程序?qū)徍酥小＞湍壳皝?lái)說(shuō)，在確定中國(guó)社會(huì)對(duì)環(huán)境污染的支付意愿時(shí)，可以將環(huán)境稅通過(guò)社會(huì)折現(xiàn)率折算出來(lái)。比如，根據(jù)《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》，每排放1 kg SO2需要征收0.63元排污費(fèi)(每1.11 kg的SO2為1污染當(dāng)量，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0.7元/1.11 kg)，再將0.63元通過(guò)8%[12]的社會(huì)折現(xiàn)率折算到進(jìn)行環(huán)境影響量化的當(dāng)量，即獲得SO2的貨幣因子。

2.2.2 環(huán)境影響貨幣化計(jì)算 把對(duì)環(huán)境影響轉(zhuǎn)換成貨幣，是一個(gè)相對(duì)的概念，是每一個(gè)環(huán)境影響要素的不同側(cè)面的重要程度的定量分配，對(duì)各環(huán)境影響要素對(duì)環(huán)境的影響的作用進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。每一類的環(huán)境影響都是由多種污染物共同作用產(chǎn)生的，因此，一個(gè)影響要素的貨幣值是指該類別中所有污染物質(zhì)的環(huán)境稅稅率的加權(quán)平均值。每類環(huán)境影響要素的貨幣值計(jì)算方法如下:

mi=∑(eij·cij)

(2)

式中：mi為第i類環(huán)境影響要素的貨幣值，cij即為第i類環(huán)境影響因素的第j種污染物質(zhì)的貨幣因子，eij為第i類環(huán)境影響因素的第j種污染物質(zhì)的影響潛力系數(shù)。

2.3 基于BEES軟件的環(huán)境影響清單計(jì)算

BEES軟件在選定一種建筑材料并確定運(yùn)距之后，便可以得到該種材料在全壽命周期中的環(huán)境影響清單，即在原材料的獲取(Raw Materials)、制品(Manufacturing)、運(yùn)輸(Transportation)、使用(Use)和廢棄回收(End of Life)這5個(gè)階段上對(duì)各個(gè)環(huán)境影響清單，再分別將每一種材料在5個(gè)階段的各類環(huán)境影響清單匯總，得到一個(gè)建筑的總體環(huán)境影響清單，計(jì)算方法為

rik=Rik+Mik+Tik+Uik+Eik

(3)

(4)

式中：ri是BEES軟件中輸出的第i類環(huán)境影響要素的環(huán)境影響清單，ri k是指第k種建筑材料在第i類環(huán)境影響要素的全壽命周期中的環(huán)境影響清單，Rik、Mik、Tik、Uik、Eik分別是第k種建筑材料在第i類環(huán)境影響要素中原材料這5個(gè)階段中的環(huán)境影響清單。

2.4 建筑的物化環(huán)境影響量化模型

不同的建筑所使用的材料和材料的使用量都不相同，可以通過(guò)BEES軟件中獲得建筑物化階段在各個(gè)環(huán)境影響要素上的影響清單，最后就可得到建筑單位面積上的社會(huì)為了彌補(bǔ)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響愿意支付的金額，如式(5)：

(i,j=1,2,3…)

(5)

式中：M為單位面積上社會(huì)為了彌補(bǔ)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響愿意支付的金額，ri是BEES軟件中輸出的第i類環(huán)境影響要素的環(huán)境影響清單，s為建筑的建筑面積。

3 建筑物化環(huán)境影響量化計(jì)算案例分析

3.1 環(huán)境影響要素貨幣化計(jì)算

1)全球性環(huán)境影響要素貨幣化計(jì)算

全球氣候變暖與臭氧層破壞都是全球性的環(huán)境影響要素，中國(guó)在這些環(huán)境影響下所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失或者是為了治理這些環(huán)境破壞所投入的金錢可以看做是中國(guó)的支付意愿。全球氣候變暖對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)造成的影響的準(zhǔn)確數(shù)值很難獲得，因全球變暖對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的損失約占中國(guó)當(dāng)年GDP的4.7%[6]，所以本文按照其設(shè)定的氣候變暖占GDP的比例4.7%，以2014年為基準(zhǔn)年，按不變價(jià)格計(jì)算，2011—2014年氣候變暖對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)造成的損失約為26 348億元人民幣，中國(guó)這4年CO2的年均排放量約為93 763億t[14]，每當(dāng)量kg CO2損失為0.28元。

氟氯烴物質(zhì)(CFC s)是造成臭氧層損耗的主要污染物質(zhì)，發(fā)展中國(guó)家排放的CFC s占全球CFC消耗的83%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2014年，中國(guó)先后一共投入了202 074 170美元，對(duì)123個(gè)項(xiàng)目的臭氧層消耗物質(zhì)進(jìn)行削減，共計(jì)削減115 564.77 t ODS[15]，即中國(guó)社會(huì)愿意支付相應(yīng)的金錢以避免臭氧層損耗的發(fā)生，通過(guò)計(jì)算可得中國(guó)針對(duì)每ODP kg的ODS，投入了16.24元人民幣(以2014年匯率為準(zhǔn))，此為臭氧層損耗影響要素的貨幣值。

2)江蘇省環(huán)境影響要素貨幣化計(jì)算

引起酸化(雨)的主要污染物有SO2、氮氧化物和氮氨等，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、江蘇省統(tǒng)計(jì)局以及EPS數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)算出江蘇省2011年至2014年的年均排放量(見(jiàn)表1)，運(yùn)用支付意愿法計(jì)算得到江蘇省酸化環(huán)境影響要素的貨幣值為1.71元/kg(SO2當(dāng)量)。

表1 酸化環(huán)境影響要素的貨幣值

酸化(雨)、水體富營(yíng)養(yǎng)化、化石能源消耗、水資源消耗、標(biāo)準(zhǔn)空氣污染、光化學(xué)煙霧、生態(tài)毒性、室內(nèi)空氣質(zhì)量和人類健康根據(jù)公式(1)和(2)得出，本文不贅述。

動(dòng)植物生存地改變影響是指由于人類占用土地對(duì)受威脅和瀕危物種的影響。2014年江蘇省財(cái)政安排生態(tài)補(bǔ)償資金15億元，但并不能從中分離出對(duì)動(dòng)植物棲息地改變做出的投入，本文中也暫且將這一類環(huán)境影響要素的貨幣值設(shè)為0元。

3)環(huán)境影響要素貨幣化計(jì)算匯總表

將這12類影響因素的貨幣值匯總得到表2。

表2 江蘇省建筑物化環(huán)境影響貨幣化匯總

3.2 工程概況

所采用的案例是江蘇某項(xiàng)目的一棟住宅樓。該工程地點(diǎn)位于該項(xiàng)目所在地的新城區(qū)之中，為民用住宅項(xiàng)目。工程結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型為筏板基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)。地下一層，地上九層，層高2.9 m，建筑檐稿26.1 m。總建筑面積為4 890.06 m2，其中,地上建筑面積4 379.18 m2，地下建筑面積510.88 m2，該項(xiàng)目所消耗的主要材料如表3所示。其中,主要樓地面做法中，電梯、公共走道、入戶大堂和樓梯間是鋪設(shè)快料樓地面，水泥漿一道，20 mm厚1∶3干硬性水泥砂

漿結(jié)合層，撒素水泥漿面，10 mm厚地磚并用水泥漿擦縫；在客廳、臥室、書房、餐廳等部位刷素水泥漿一道，并用20 mm厚1∶2.5水泥砂漿找平抹光。在主要墻面的做法中，一層樓梯間前室和一層電梯廳采用素水泥漿(或界面劑)一道，12 mm厚1∶1∶6混合砂漿打底掃毛或劃出紋道，5 mm厚1∶0.3∶3混合砂漿結(jié)合層，8 mm釉面瓷磚以及白水泥擦縫；在客廳、臥室、書房和餐廳部位刷素水泥漿一道，12 mm厚1∶1∶6水泥石灰膏砂漿打底，5 mm厚1∶0.3∶3水泥石灰膏砂漿粉面，白水泥批膩?zhàn)佣取?/p>

表3 江蘇某民用住宅樓主要建筑材料用量

3.3 BEES軟件的應(yīng)用

BEES軟件導(dǎo)出的數(shù)據(jù)即為每種材料在原材料獲取、制品和施工、運(yùn)輸、使用和廢棄過(guò)程中的12類環(huán)境影響清單。根據(jù)該工程的工程量清單數(shù)據(jù)以及相關(guān)資料，并設(shè)定材料的運(yùn)輸距離為300 km。以鋼筋混凝土梁為例，首先在BEES軟件中選擇對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)以及種類的混凝土材料進(jìn)行計(jì)算，如C30的普硅水泥鋼筋混凝土梁就是相當(dāng)于軟件中5KSI普硅水泥鋼筋混凝土梁，隨后設(shè)定好運(yùn)距，即上文統(tǒng)一規(guī)定的300 km，最后所輸出的就是0.028 3 m3的環(huán)境影響清單。最后根據(jù)工程量，經(jīng)計(jì)算得出該工程中鋼筋混凝土梁的各生命周期階段的環(huán)境影響潛值總量，結(jié)果如表4所示。

雖然在鋼筋混凝土梁中生產(chǎn)、使用及廢棄階段對(duì)環(huán)境的影響都為0，但這并不意味著所有的材料在這些階段對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，所以,每一種材料都要在BEES軟件中分別完成環(huán)境影響潛值計(jì)算。然后再按各環(huán)境影響要素的貨幣值及公式計(jì)算，就得到了該工程社會(huì)要支付相應(yīng)的貨幣來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)過(guò)程中所造成的環(huán)境損失，詳見(jiàn)表5，合計(jì)為5 009 605.45元，最后得出對(duì)于這棟住宅樓社會(huì)愿意支付1 143.96 元/m2來(lái)彌補(bǔ)其的物化環(huán)境影響。

表4 鋼筋混凝土梁的各生命周期階段環(huán)境影響清單

表5 各類環(huán)境影響要素貨幣值總計(jì)

4 結(jié) 論

基于國(guó)際環(huán)境毒理和化學(xué)學(xué)會(huì)(SETAC)環(huán)境影響評(píng)價(jià)體系中12類環(huán)境影響要素進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)江蘇省的污染物排放量，并且使用支付意愿法計(jì)算得到各種適應(yīng)江蘇實(shí)情的環(huán)境影響要素的權(quán)重。最后，結(jié)合了江蘇某住宅樓這一案例，經(jīng)計(jì)算得出社會(huì)在該工程建設(shè)過(guò)程中所愿意支付的金額來(lái)彌補(bǔ)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，把建筑的物化環(huán)境影響進(jìn)行了貨幣化，這一貨幣值可以看出所使用的材料是否環(huán)保，得出環(huán)境的損失值，可為決策者在對(duì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保進(jìn)行選擇時(shí)提供一個(gè)更為可靠的決策依據(jù)，也為綠色建筑的發(fā)展提供理論支持。但是，本文還是存在一些不足的，在對(duì)于動(dòng)植物生存地改變這類環(huán)境影響的貨幣化上，還有待國(guó)家出臺(tái)相關(guān)政策之后再進(jìn)一步量化。另外，BEES軟件中雖然包括了兩百多種建筑材料，但是還不能對(duì)建筑材料進(jìn)行全面覆蓋，并且中美兩國(guó)在建筑材料上還是存在差異的，所以,在中國(guó)研發(fā)出本國(guó)的建筑材料全壽命周期環(huán)境影響的軟件之后，其結(jié)果可以更加精確。

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(編輯 郭 飛)

Quantitative analysis on the embodied environmental impact of buildings based on WTP

Jianjun Zhu1,Xueyan Chen1,Donghua Wang1,Jian Zuo2

(1.School of Civil Engineering, Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,P.R. China; 2.School of Architecture and Built Environment, the University of Adelaide, Adelaide 5005, Australia)

The embodied environmental impact of buildings, and environmental impacts caused by a large amount of resources, energy and toxic substance during this process was analyzed. The connotation of the embodied environmental impact of buildings was defined. According to the international Society for Environmental Toxicology and Chemistry, twelve factors of environmental impact were determined. The building environmental impact list in the full life cycle was calculated from the BEES (Building for Environment and Economic Sustainability). The value of environmental factors in Jiangsu province was obtained by the Willingness-To-Pay in Environmental Economics. Finally, combined with a residential building in Jiangsu province, society WTP for the environmental impact was figured out.

environmental impact;embodied environmental impact;building materials;willingness-to-pay;BEES

2016-03-17

江蘇省建設(shè)系統(tǒng)科技項(xiàng)目(2012JH03)

朱建君(1969- )，女，教授，博士，主要從事綠色建筑研究，(E-mail)jjzhu@njfu.edu.cn。

Foundation item：Jiangsu Construction Science & Technology Program(No.2012JH03)

TU023

A

1674-4764(2016)04-0072-06

10.11835/j.issn.1674-4764.2016.04.012

Received:2016-03-17

Author brief：Zhu Jianjun(1969- )，professor，PhD，main research interest:green building，(E-mail)jjzhu@njfu.edu.cn.