基于全壽命周期的建筑垃圾量化方法研究

劉霞 胡犀

（1、重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶402260 2、葛洲壩重慶停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，重慶401120）

1 概述

隨著城市化進(jìn)程的加快，建筑業(yè)快速發(fā)展，消耗大量建筑材料，繼而產(chǎn)生數(shù)量驚人的建筑垃圾。根據(jù)《中國建筑垃圾資源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展報(bào)告》，2011-2017 年中國建筑業(yè)房屋施工產(chǎn)生建筑垃圾量高達(dá)9.77～15.93 億噸，約占城市固體垃圾總量的30%～40%。然而，現(xiàn)階段我國建筑垃圾的回收利用率還不足5%，導(dǎo)致環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)，成為阻礙我國經(jīng)濟(jì)及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重隱患。

目前關(guān)于建筑垃圾量化方法研究的理論方法主要有，3R 原則、產(chǎn)業(yè)生態(tài)理論、零排放相關(guān)理論、清潔生產(chǎn)理論等，3R 原則是指減量化原則、再利用原則、再循環(huán)原則[1]，曾被Jing Hu 等人運(yùn)用在皮革業(yè)；基于3R 原則對(duì)建筑垃圾進(jìn)行有效管理，必須對(duì)建筑垃圾進(jìn)行量化研究，不但可以從終端將產(chǎn)生的建筑垃圾進(jìn)行回收利用，還可以從源頭實(shí)現(xiàn)建筑垃圾減量化，因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑垃圾的產(chǎn)生量是管理建筑垃圾的關(guān)鍵。通過對(duì)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和資料研究總結(jié)，本文研究總結(jié)了建設(shè)項(xiàng)目壽命期內(nèi)的決策階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段、拆除階段的建筑垃圾量化方法。

2 建設(shè)項(xiàng)目壽命期內(nèi)建筑垃圾量化方法

2.1 決策階段建筑垃圾量化方法

2.1.1 人均乘數(shù)法

根據(jù)某個(gè)區(qū)域某時(shí)間段的建筑垃圾填埋總量，除以總?cè)丝跀?shù)，即得到建筑垃圾人均產(chǎn)量，然后根據(jù)人口預(yù)測(cè)值，算出未來建筑垃圾產(chǎn)量預(yù)測(cè)值比如，按重慶主城區(qū)人口中平均每人每年產(chǎn)生100kg 建筑工地垃圾的較低估計(jì)值計(jì)算，則重慶主城區(qū)865 萬人口，年建筑工地垃圾約86.5t。這種方法主要用于區(qū)域建筑垃圾的量化預(yù)測(cè)，但實(shí)際上建筑垃圾產(chǎn)量主要受建筑活動(dòng)影響，與總?cè)丝跀?shù)無直接關(guān)系，導(dǎo)致這種方法與實(shí)際相比可能會(huì)有較大的波動(dòng)，測(cè)算數(shù)據(jù)不夠精確，僅適用于政府在制定中遠(yuǎn)期規(guī)劃時(shí)運(yùn)用。

2.1.2 基于投資額的單位產(chǎn)量法

基于投資額的單位產(chǎn)量法。首先對(duì)若干具體的項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，得到項(xiàng)目建筑面積和各類廢棄材料的產(chǎn)量，再運(yùn)用線性回歸法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，計(jì)算各類廢棄材料的單位面積產(chǎn)生率；然后根據(jù)所有項(xiàng)目總投資額和總建筑面積，應(yīng)用線性回歸方程獲得單位面積對(duì)應(yīng)的價(jià)格，進(jìn)而通過預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)總建設(shè)金額，預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)廢棄材料的總產(chǎn)生量。該方法將建筑垃圾產(chǎn)量與受建筑活動(dòng)結(jié)合起來研究，誤差較小，但是需要建立精確完備的區(qū)域項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，才能實(shí)現(xiàn)精確預(yù)測(cè)。

2.1.3 灰色預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)模型法是通過搜集某區(qū)域長期如20 年的建筑垃圾產(chǎn)生量、建筑總面積、國內(nèi)生產(chǎn)總值、建筑項(xiàng)目總投資額等數(shù)據(jù)，建立灰色模型，采用基因表達(dá)式編程對(duì)未來兩年的建筑垃圾產(chǎn)生量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。這種方法要求建立在充足的歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上的[2]。

2.2 設(shè)計(jì)階段建筑垃圾量化方法

2.2.1 基于建筑面積的單位產(chǎn)量法

據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每10000m2建筑的施工過程中，建筑廢渣的產(chǎn)量為500～600t。該方法同樣需要建立完備的數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目建設(shè)面積和建筑垃圾各類材料單位產(chǎn)量，建筑面積一般在直接獲取，而單位產(chǎn)量則要通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、或通過對(duì)政府工作報(bào)告、行業(yè)統(tǒng)計(jì)報(bào)告、相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)調(diào)研取得，因此，需要通過長期積累，建立完備的建筑垃圾數(shù)據(jù)庫，才能對(duì)建筑垃圾量化進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，從而提高建筑垃圾管理效率。

2.2.2 BIM預(yù)測(cè)法

利用目前日趨成熟的BIM 信息化技術(shù)，運(yùn)用虛擬仿真模擬，對(duì)建筑建設(shè)過程產(chǎn)生的建筑垃圾進(jìn)行分類匯總，預(yù)測(cè)建筑垃圾產(chǎn)量，通過模型預(yù)測(cè)出的數(shù)據(jù)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)管，控制和減少建筑垃圾產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)基于信息技術(shù)的建筑垃圾精細(xì)化決策管理，同時(shí)，還可對(duì)建筑垃圾的生產(chǎn)單位、生產(chǎn)項(xiàng)目、處理單位等進(jìn)行模型構(gòu)建與預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾全壽命周期的信息化管理。

2.3 施工階段建筑垃圾量化方法

2.3.1 系統(tǒng)建模法

“基于工序的量化”思想，從系統(tǒng)角度對(duì)建筑垃圾的產(chǎn)生進(jìn)行預(yù)測(cè)，首先識(shí)別每個(gè)工序的建筑垃圾產(chǎn)量，然后確定影響該工序建筑垃圾產(chǎn)生量的因素占建筑垃圾總量的比例，根據(jù)這些因素，預(yù)測(cè)建筑垃圾的產(chǎn)量。通過建立系統(tǒng)模型對(duì)影響建筑垃圾產(chǎn)量的各因素進(jìn)行分析，可以提高建筑垃圾預(yù)測(cè)精度，精確細(xì)致的量化結(jié)果有利于制定更加詳盡合理的策略。

2.3.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研法

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)有直接測(cè)量和間接測(cè)量兩種。直接測(cè)量（轉(zhuǎn)下頁）是指對(duì)現(xiàn)場(chǎng)堆積的建筑垃圾進(jìn)行直接測(cè)量獲取數(shù)據(jù)，該方法可以應(yīng)用于測(cè)量某類建筑材料的廢棄量，可以獲得更加精確的測(cè)量結(jié)果，但實(shí)施起來比較復(fù)雜。間接測(cè)量是統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)出車輛數(shù)量，結(jié)合單位車輛的建筑垃圾運(yùn)輸量，統(tǒng)計(jì)得到建筑垃圾總量，該實(shí)施起來較為方便快捷，但只能獲得總量上的數(shù)據(jù)，適用于較低級(jí)的建筑垃圾管理。

2.4 拆除階段建筑垃圾量化方法

隨著我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，城市面積規(guī)模不斷擴(kuò)張，舊有城區(qū)的拆遷改造與新城區(qū)的土地一級(jí)開發(fā)等使得我國過去10 年的建筑拆遷面積也保持較快的增長速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017 年，我國建筑拆除面積已經(jīng)達(dá)到14.36 億平方米左右的規(guī)模，同比增長8.34%。

2.4.1 單位面積產(chǎn)量法

房屋拆除工程建筑垃圾量=建筑面積×單位面積垃圾量，一般通過查閱定額規(guī)范可得到單位面積垃圾產(chǎn)量，單位拆除工程建筑垃圾量與建筑結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，通常每拆除1 平米建筑，產(chǎn)生0.5～1m3的建筑垃圾。在通過查閱1999 年日本的住宅區(qū)完工報(bào)告書，計(jì)算表明每平方米拆出1.86t 的建筑垃圾。

2.4.2 材料分流法

材料分流法是用項(xiàng)目購買的建筑材料總量（M）減去廢棄部分（CW），剩余部分構(gòu)成建筑實(shí)體，在拆除時(shí)轉(zhuǎn)化成拆遷垃圾（DW），即DW=M-CW。假定某類建筑結(jié)構(gòu)平均壽命為50 年，則該類建筑2019 年的建筑垃圾的產(chǎn)量用如下公式表示：

CW（2019）=M（2019）×wc

DW（2019）=M（1969）-CW（1969）

其中：wc 代表建筑材料平均廢棄率。而2019 年的拆除垃圾量則等于50 年前構(gòu)成建筑物的建材總量。將上述兩個(gè)公式相加，得到2019 年建筑垃圾總產(chǎn)量。

3 結(jié)論

關(guān)于建筑垃圾量化的研究能夠讓企業(yè)深刻認(rèn)識(shí)建筑材料的使用和浪費(fèi)情況，進(jìn)而進(jìn)行有效的材料管理和成本控制，建筑垃圾量化研究還能夠讓政府摸清楚未來建筑垃圾的產(chǎn)生趨勢(shì)，從而建立相關(guān)配套設(shè)施，制定相關(guān)的監(jiān)管政策，因此，對(duì)建筑垃圾進(jìn)行量化研究非常必要。

本文針對(duì)建筑垃圾的量化問題，從全生命周期的視角出發(fā)，分析建設(shè)項(xiàng)目生命周期各階段建筑垃圾產(chǎn)生量化方法，從而為建設(shè)項(xiàng)目生命周期各階段的參與主體提供全面、有效且具有操作性的建筑垃圾量化管理策略建議，以實(shí)現(xiàn)建筑垃圾產(chǎn)生源頭的減量化及提高其產(chǎn)生后的回收利用率。