中國房屋建筑鋼鐵存量的歷史演變分析：以長三角地區(qū)為例

程春艷，文博杰

(1.中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；2.中國地質(zhì)科學院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037)

鋼鐵是經(jīng)濟社會發(fā)展中用量最大的金屬材料，保障了人類各種生產(chǎn)活動的進行[1]。中國粗鋼消費接近全球半數(shù)，長期保持世界第一[2]。其中，房屋建筑和基礎(chǔ)設(shè)施是鋼鐵消費最重要的領(lǐng)域，占比超過50%。從當前經(jīng)濟社會發(fā)展指標看，我國已經(jīng)步入工業(yè)化中后期階段，快速的工業(yè)化過程使中國大量的鋼鐵資源積累在房屋建筑行業(yè)[3]，尤其是京津冀、長三角等發(fā)達地區(qū)的鋼鐵存量強度最大。隨著生命周期臨近，房屋建筑已開始逐漸步入規(guī)模回收期，對房屋建筑中廢鋼回收量及潛力評估工作非常重要[4]，系統(tǒng)測算不同地區(qū)、不同時間段的鋼鐵存量，是開展未來廢鋼回收潛力評估的基礎(chǔ)，也是難題。

物質(zhì)流分析是對一定時間周期內(nèi)，資源在開采、選冶、加工、制造、消費、貿(mào)易、回收、耗散等循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)進行物質(zhì)流動，及在系統(tǒng)內(nèi)的存量分析的有效方法[5]。學者使用物質(zhì)流分析工具開展中國金屬資源存量的研究越來越多，大致分為兩類：一是采用“自上而下”的方法，在國家層面對金屬資源的生產(chǎn)、加工、消費、貿(mào)易等數(shù)據(jù)進行平衡。李強峰等[6]開展的中國鋼鐵實際消費量測算;鐘維瓊等[7]對全球鐵資源貿(mào)易研究;高天明等[8]對中國銅、鋁、鈷等金屬資源在中國的流量、存量進行的系列研究，都是利用該方法取得的新進展；二是利用“自下而上”的方法;WANG等[9]選取中國的城市和農(nóng)村對比鋼鐵存量，研究地域間鋼鐵使用強度差異性;HU等[10]對中國房屋建筑中的鋼鐵需求及廢鋼回收潛力進行評價，并模擬房屋建筑竣工量對鋼鐵需求變化的影響。在地區(qū)層面利用“自下而上”方法分析金屬存量，樓俞等測算了邯鄲市鋼鐵總存量及其分布[11];康柳明等[12]得出了哈爾濱市2009～2013年動態(tài)鋼鐵存量及結(jié)構(gòu)變化。當前，對中國鋼鐵等金屬資源的存量研究，以靜態(tài)的國家尺度和城市為主，較長尺度的動態(tài)研究成果不多，針對國家層面重要經(jīng)濟區(qū)的研究也比較少。長三角地區(qū)作為我國最重要的經(jīng)濟區(qū)之一，也是我國工業(yè)化進程發(fā)展最快的地區(qū)。通過系統(tǒng)研究，較為準確的把握該地區(qū)的鋼鐵存量的歷史演變，并科學的研判未來趨勢，對該地區(qū)未來的廢鋼產(chǎn)業(yè)布局具有指導(dǎo)意義，也能為其他經(jīng)濟區(qū)的鋼鐵存量研究提供示范作用。

1 分析方法

1.1 分析方法和邊界界定

本文采用動態(tài)物質(zhì)流的研究方法，以每年新增各類房屋建筑面積為投入社會量，以房屋建筑生命周期函數(shù)測算退出社會量，動態(tài)計算不同時期各類房屋建筑的社會存量，引入各階段、各類房屋建筑的鋼鐵強度，測算各年、各省、各類房屋建筑的鋼鐵存量，從而得出不同時期長三角地區(qū)房屋建筑中的鋼鐵存量。

本文根據(jù)長三角地區(qū)的實際情況及建筑特點，為了區(qū)分城鄉(xiāng)區(qū)別和房屋使用類型，將房屋建筑分為四個大類：農(nóng)村住宅房、農(nóng)村其他房、城鎮(zhèn)住宅房、城鎮(zhèn)其他房。根據(jù)研究需要，本文長三角地區(qū)包含的地理范圍是上海市、江蘇省、浙江省和安徽省4個省(市)。

1.2 房屋建筑生命周期函數(shù)

不同產(chǎn)品根據(jù)自身用途，有著不同的壽命，每種產(chǎn)品的生命周期規(guī)模也不盡相同[13]，但多數(shù)遵循正態(tài)分布規(guī)律。產(chǎn)品在投入經(jīng)濟社會后，都是有規(guī)律性地退出經(jīng)濟社會系統(tǒng)，直到達到回收高峰，廢料再加工后或再使用、或成為二次資源。通過系統(tǒng)研究，房屋建筑的生命周期也符合正態(tài)分布。本文利用韋伯分布函數(shù)作為房屋建筑壽命概率密度函數(shù)，針對不同時期、不同類型的房屋建筑，賦予不同的參數(shù)并構(gòu)建各自的韋伯分布函數(shù)，對退出面積進行估算[14-15]。房屋建筑壽命概率密度分布函數(shù)見式(1)。

(1)

式中：φ(t)為房屋建筑生命周期分布函數(shù)(φ>0)；t為測算房房建筑生命周期內(nèi)的任意一年；α為尺度參數(shù)；β為形狀參數(shù)。

1.3 房屋建筑鋼鐵存量模型

房屋建筑投入經(jīng)濟社會系統(tǒng)后，按照韋伯分布的規(guī)律退出經(jīng)濟社會系統(tǒng)，每年的累計量的和即一定時間段內(nèi)的房屋建筑存量。

設(shè)第n-1年第i種使用類型竣工房屋建筑面積為Pi(n-1),單位面積房屋建筑的鋼鐵強度為Mi(t);第n年房屋建筑中鋼鐵報廢量為C(n),見式(2)；第n年的使用類型房屋建筑中鋼鐵存量為Si(n),見式(3)。

(2)

(3)

綜上，第n年長三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量S(n),見式(4)。

(4)

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

1981～2016年，新增房屋建筑面積數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局中國建筑業(yè)統(tǒng)計年鑒[16]，人口和GDP數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局中國統(tǒng)計年鑒[17]；1949～1980年，國家統(tǒng)計局沒有新增房屋建筑面積的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過Matlab軟件擬合得到；1949～2016年，長三角地區(qū)不同省市、不同時期的房屋建筑鋼鐵使用強度是綜合實地調(diào)研、前人工作基礎(chǔ)[18-19]和咨詢行業(yè)專家所得；房屋建筑生命周期函數(shù)相關(guān)參數(shù)是在前人工作基礎(chǔ)[20-21]結(jié)合行業(yè)專家咨詢綜合得出。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 房屋建筑存量的變化

1949～2016年，上海市房屋建筑竣工面積從26萬m2增加到2 838萬m2；2016年房屋竣工面積中，城市房屋建筑比例很大，住宅房和其他房分別占54%和45%，合計99%；農(nóng)村房屋建筑很小。江蘇省房屋建筑竣工面積從16萬m2增加到26 655萬m2；江蘇省和上海市類似，2016年房屋竣工面積中，城市房屋建筑比例很大，合計占93%。浙江省房屋建筑竣工面積從76萬m2增加到20 764萬m2；2016年房屋竣工面積中，城市和農(nóng)村房屋建筑分別占85%和15%。安徽省房屋建筑竣工面積從35萬m2增加到8 664萬m2；2016年房屋竣工面積中，城市和農(nóng)村房屋建筑分別占69%和31%；安徽省農(nóng)村房屋建筑竣工面積的占比是長三角地區(qū)最高的省份(圖1)。

圖1 1949～2016年長三角地區(qū)房屋建筑竣工面積變化Fig.1 Changes of building completed area in the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

2.2.2 鋼鐵使用強度及演變

房屋建筑單位面積鋼鐵使用強度的確定是科學評價鋼鐵存量的關(guān)鍵，也是難點。在充分吸收前人工作基礎(chǔ)上，深入開展城鎮(zhèn)、農(nóng)村的實地調(diào)研，并與建筑企業(yè)經(jīng)驗豐富的技術(shù)工人充分交流后確定。研究過程中發(fā)現(xiàn)以下三個特點：一是長三角地區(qū)現(xiàn)存房屋建筑以1990年以后的為主；二是城鎮(zhèn)房屋建筑多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)，農(nóng)村建筑則以磚混結(jié)構(gòu)為主；三是非住宅房鋼鐵強度略高于住宅房鋼鐵強度，上海市房屋建筑鋼鐵強度略高于江蘇省、浙江省和安徽省的房屋建筑強度，城鎮(zhèn)房屋建筑鋼鐵強度顯著高于農(nóng)村房屋建筑強度，農(nóng)村房屋建筑鋼鐵強度變化率顯著大于城鎮(zhèn)房屋建筑強度變化率。長三角地區(qū)不同時期各類型房屋建筑單位面積鋼鐵強度見圖2。

3 結(jié)果與討論

3.1 房屋建筑中鋼鐵存量的歷史演變

從新中國成立到改革開放(1949～1978年)，長三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量緩慢增長，從0.02 Mt增加到10.1 Mt，年均增加0.34 Mt。新中國成立之初，長三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵使用量少，到1958年鋼鐵存量超過1 Mt，其中，江蘇省占50%、浙江省占30%；改革開放時，1978年鋼鐵存量超過10 Mt，其中，浙江省超過一半，上海市占1/4。

圖2 1949～2016年長三角地區(qū)房屋建筑單位面積鋼鐵強度Fig.2 Steel strength per unit area of buildings in the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

從改革開放到20世紀末(1979～2000年)，長三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量快速增長，從12 Mt增加到177 Mt，年均增加7.86 Mt。1992年鋼鐵存量為102 Mt，長三角房屋建筑中的鋼鐵存量首次超過億噸，其中，江蘇省43%、浙江省26%、上海市17%、安徽省14%；2000年鋼鐵存量為177 Mt，其中，江蘇省42%、浙江省26%、上海市16%、安徽省16%，江蘇省存量保持最大比重。

從21世紀初到現(xiàn)階段(2001～2016年)，長三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量飛速增長，從191 Mt增加到677 Mt，年均增加32 Mt。2010年，鋼鐵存量是418 Mt，突破了4億t，其中，江蘇省43%、浙江省29%、上海市12%、安徽省16%；到2016年，鋼鐵存量達677 Mt，接近7億t，其中，江蘇省46%、浙江省29%、上海市9%、安徽省16%(圖3)。

總體上看，長三角地區(qū)房屋建筑鋼鐵存量中，上海市占比呈逐漸減少趨勢，江蘇省占比不斷升高，浙江省和安徽省的比重相對穩(wěn)定。

圖3 1949～2016年長三角地區(qū)房屋建筑中鋼鐵存量變化Fig.3 Changes of iron and steel stock in housing buildingsin the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

3.2 單位面積房屋建筑中鋼鐵存量的歷史變化

建國以來，長三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量不斷升高。1949～2016年，長三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量從0.06 t/km2增加到1 932 t/km2，其中，上海市從1.00 t/km2增加到9 370 t/km2;江蘇省從0.03 t/km2增加到3 024 t/km2;浙江省從0.12 t/km2增加到1 929 t/km2;安徽省從0.01 t/km2增加到796 t/km2(圖4)。

圖4 1949～2016年長三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量變化Fig.4 Changes of iron and steel stock of houses andbuildings per unit area in the Yangtze river deltaregion from 1949 to 2016

1978年長三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量為28.80 t/km2，其中，上海市為426 t/km2，明顯高出其他三省，其次是浙江省51 t/km2，安徽省最低為4.982 t/km2；到2000年，長三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量為504 t/km2，其中，上海市為4 553 t/km2，其次是江蘇省723 t/km2、浙江省447 t/km2，安徽省最低為201 t/km2；到2016年，在長三角地區(qū)，單位面積房屋建筑鋼鐵存量1 932 t/km2，最高的仍是上海市，為9 370 t/km2，最低的是安徽省，相當于上海市的1/12?？傮w上看，在長三角地區(qū)，上海市的單位面積房屋建筑鋼鐵存量一直最高，安徽省最低。

4 結(jié) 論

1) 2016年長三角地區(qū)房屋建筑鋼鐵總存量為677 Mt。其中，江蘇省310 Mt，占46%；浙江省197 Mt，占29%；上海市59 Mt，占9%；安徽省111 Mt，占16%。從單位面積房屋建筑鋼鐵看，在長三角地區(qū)，最高的省市是上海市，為9 370 t/km2，最低的省市是安徽省，相當于上海市的1/12。

2) 從1949到2016年，長三角地區(qū)房屋建筑鋼鐵存量的增長可分為三個階段。從1949～1978年是緩慢增長期，年均增加0.34Mt；1979～2000年的快速增長期，年均增加7.86 Mt；2001～2016年為飛速增長期，年均增加32 Mt。

3) 新中國成立以來，長三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量不斷升高。1949～2016年，長三角地區(qū)單位面積房屋建筑鋼鐵存量從0.06 t/km2增加到1 932 t/km2。其中，上海市的增量在2008年后減小，江蘇省的增量也開始放緩，浙江省和安徽省保持持續(xù)增長態(tài)勢。