綠色施工節材節能技術增量成本與效益的關系研究

田 源，黃喜兵

(西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031)

隨著城市的現代化模式愈加成熟，環境破壞越發嚴重，作為大量消耗自然資源并對環境有負面影響的建筑業，推進其可持續發展勢在必行，而綠色施工是實現可持續發展的途徑之一。相較而言，我國綠色施工起步較晚，在理論層面、評價體系、經濟性等方面的研究有待提升，其中綠色施工相較于傳統施工的增量成本也是阻礙其推進的一大因素，因此對綠色施工增量成本與效益的研究將有效加快綠色施工的推進。

2000年Marchesan[1]已經結合了作業成本法和精益建造的思想構建了成本管理體系；Kansal[2]介紹了綠色施工的效益并對生命周期成本進行分析，證明了綠色施工的經濟性。在國內學者對綠色施工成本的研究中，賈紅英[3]運用價值工程的理論建立了綠色施工成本控制的評價模型；賀曉飛[4]提出了高層建筑綠色施工成本控制體系，并使用Lingo程序建立了數學模型；喬強[5]用價值工程法建立了綠色施工成本優化的模型；吳奕林[6]等給出了綠色施工增量成本的定義及構成。

總而言之，國內學者對綠色施工成本的研究大多在成本控制，對其增量成本效益的研究還是較少，所以并不能讓施工企業更加了解綠色施工的增量成本與增量效益。本文將采用系統動力學的方法，從綠色施工的概念出發，建立增量成本效益因果關系圖。由于施工過程中材料和能源消耗量占很大一部分，本文將模擬綠色施工“四節”中的節材、節能技術在施工階段的投入與產出關系，由此可讓施工企業更加了解增量成本、效益的構成，以及影響因素的反饋關系，減少施工企業的憂慮，推進綠色施工的發展。

1 研究方法

系統動力學(System Dynamics,SD)是一門分析研究信息反饋系統的科學，利用計算機仿真技術，來研究復雜系統的結構、功能與動態行為之間的關系[7]。系統動力學有多個應用軟件，本文采用Vensim軟件分析研究內容，其使用基本方法包括繪制因果關系圖、流圖、建立方程和仿真平臺。綠色施工過程是一個復雜的動態系統，其增量成本受施工中節材節能技術的影響，本文利用Vensim軟件研究這兩種技術的增量成本效益的因果關系并繪制圖形，分析其反饋回路，得到影響其增量成本與效益的因素構成。

2 綠色施工增量成本與增量效益理論

增量成本的概念來源于邊際成本，從經濟學角度其定義是企業增加一定產出量而帶來的成本增加額[8]。增量成本和增量效益都是相對的概念，綠色施工增量成本是指在施工階段因采用了相關的綠色施工技術措施與傳統施工方案比較時增加的成本[9]。

綠色施工增量效益是指在施工階段因采用了相關的綠色施工技術措施與傳統施工方案比較時增加的效益。綠色施工增量效益有增量直接效益與增量間接效益兩種，前者是指可以用貨幣量化的效益，即直接經濟利益，后者是指不能以貨幣量化的效益，即社會效益與環境效益。而文中提到的累積增量成本效益是增量效益與增量成本差值的積累值。

3 構建模型

3.1 節材-廢棄物回收再利用模型

產生增量成本的節材技術主要有預拌混凝土和砂漿技術、高性能混凝土和鋼筋的使用、建筑廢棄物回收再利用技術、工廠化預制構件等[10]，在這些節材技術中本文選用建筑廢棄物循環再利用這一點著重分析，大體思路如下：廢棄材料主要來源于拆除舊建筑和建造新建筑過程，假設在施工過程中產生的廢棄材料全部被收集，被收集后的廢棄物進行分類處理，收集及分類成本都計入增量成本中；而被分類處理的建筑廢棄材料可以進行出售獲得利益，或者再循環利用，再利用的廢棄物可以節約材料以及減少非法傾倒量，以此獲得的利益計入增量效益中，廢棄物再利用成本計入增量成本中；而對于不再具有利用價值的廢棄物可做填埋處理，其填埋費用計入增量成本中。廢棄物回收利用系統因果反饋圖如圖1所示。

圖1 廢棄物回收利用系統因果關系

圖1的因果關系圖是一個負反饋循環，圖中共建立了8條因果關系反饋回路，本文簡要列出幾條主要回路：

(1)投資額→+建設速率→+新建建筑物量→+建造廢棄物→+產生廢棄物量→+廢棄物收集量→+分揀運輸量→+出售量→+出售利益→+廢棄物回收利用增量效益→﹣投資額。

(2)投資額→+建設速率→+新建建筑物量→+建造廢棄物→+產生廢棄物量→+廢棄物收集量→+分揀運輸量→+再利用量→+非法傾倒減少量→+非法傾倒罰款減少→+廢棄物回收利用增量效益→﹣投資額。

(3)投資額→+建設速率→+新建建筑物量→+建造廢棄物→+產生廢棄物量→+廢棄物收集量→+分揀運輸量→+再利用量→﹣環境污染程度→﹣政府補貼→+廢棄物回收利用增量效益→﹣投資額。

(4)投資額→+建設速率→+新建建筑物量→+建造廢棄物→+產生廢棄物量→+廢棄物收集量→+分揀運輸量→+再利用量→+材料節約量→+材料購買成本節約→+廢棄物回收利用增量效益→﹣投資額。

其中，“+”表示后者因素隨前者因素的增加而增加，即強化作用，“﹣”表示后者因素隨前者因素的增加而減少，即弱化作用。

以上回路中均含有奇數個負因果鏈，故均為負反饋回路。以回路(3)為例進行分析，隨著建設單位增加投資額，建設速率加快，建造廢棄物隨著新建建筑物的增加而增加，廢棄物中可再利用的廢棄材料數量也隨之增加，對廢棄物的再利用減少了對環境的污染程度，從而得到政府的補貼或獎勵，以此增加了效益。同理在回路(4)中可再利用的廢棄材料數量增加，從而節約了新購材料，使得購買成本節約，增加了效益，以增加的直接經濟利益可抵消小部分投資額，以此類推，所有回路最終都會導致投資額的減少。

從圖1的因果關系圖中可以分析出影響廢棄物回用增量成本、效益的因素，更簡單直接的方法是在Vensim軟件中，分別選中“廢棄物回收利用增量成本”和“廢棄物回收利用增量效益”兩個變量，單擊“causes tree”按鈕即可得到下圖所示的原因樹[11]，如圖2所示。

圖2 廢棄物回用增量成本、效益原因樹

從圖2的原因樹中可以清晰明確的看到廢棄物回收利用的增量成本與效益的構成。再利用成本、分揀運輸成本、填埋成本及收集成本都計入廢棄物回用的增量成本中，在廢棄物的總收集量不變的情況下，適當的降低這些量的單位成本可減少增量成本，比如降低廢棄材料的再利用單位成本。同時出售廢棄物獲得利益、政府補貼、材料購買成本的節約以及減少的罰款都計入廢棄物回用的增量效益中。在新購買材料的單位成本不變的情況下，再利用的廢棄物量越多，材料節約量就越多，節約的材料成本就越高，并且非法傾倒量也隨著再利用的廢棄物量的增加而減少，導致罰款減少，政府補貼增加，將大大增加廢棄物回用的增量效益。增量成本減少，而增量效益增加，會使累積的增量成本效益增加，使建設單位意識到廢棄物回用的技術措施將帶來利益，從而促進綠色施工的發展。

3.2 節能—節電系統模型

對于四節技術中的節能技術，施工中最常見的節能技術即是節電技術，所以本文將綠色施工中的節電技術措施作為研究重點，主要包括使用節能燈具、高能效機械設備、臨時設施采用的保溫隔熱材料以及太陽能的利用技術等。節電系統因果關系圖如圖3所示。

圖3 節電系統因果關系

圖3是一個正反饋循環，圖中有多條反饋回路，以下列出幾條主要的回路，分別為：

(1)節能增量效益→+節能積累增量成本效益→+承包商收益→+節能投資→+節能技術水平→+節電量→+節電經濟效益→+節能增量效益。

(2)節能增量成本→+節能技術水平→+節電量→+節電經濟效益→+節能增量效益→+節能積累增量成本效益→+承包商收益→+節能投資→+節能增量成本。

(3)節能增量效益→+節能積累增量成本效益→+承包商收益→+節能投資→+節能技術水平→+節電量→﹣污染氣體排放量→﹣人員健康值→+醫療支出節約→+節能增量效益。

(4)節能增量成本→+節能技術水平→+節電量→﹣污染氣體排放量→﹣人員健康值→+醫療支出節約→+節能增量效益→+節能積累增量成本效益→+承包商收益→+節能投資→+節能增量成本。

(5)節電量→﹣污染氣體排放量→﹣人員健康值→+工作效率→+工作收入→+節能意愿及意識→+節電量。

以上回路含有偶數個或不含負因果鏈，故均為正反饋回路。分析第(2)條回路可得節能增量成本與增量效益之間也存在著正反饋關系。第(3)條回路中從節電量后面出現負因果鏈，分析得知隨著節電量的增加，污染性氣體的排放量會減少，施工人員的健康值隨之提高，節約了醫療支出，進而增加了增量效益。同理第(4)條回路雖也含有負因果鏈但最終也會增加增量成本，所以也是正反饋回路。第(5)條回路是節電量的一個反饋回路，與第(3)條回路不同的是隨著人員健康值增加其工作效率得以提高，進而收入增加，與此同時工作人員的節電意愿意識加強，最終又增加了節電量。

從圖3的因果反饋圖中可分析出綠色施工過程中節電系統的增量成本與效益的構成，并繪制出原因樹，如圖4所示。在節能增量成本中，以節能燈具的增量成本為例，它是節能燈具的成本與普通照明燈成本之差，且承包商對節能技術方面的投資也計入節能增量成本中。在節能增量效益中，大部分源于節電的經濟效益，還有一部分出自政府補貼及醫療支出節約。若要增加節能積累的增量成本效益，可使增量成本保持不變，增加增量效益值。若要節能增量成本不變，可使普通材料和節能材料成本保持不變。若要增加節能效益，可在單位電價不變的情況下，使施工中節電量盡可能增高，則節電的直接經濟效益就越大；若在技術成本不變的情況下，對太陽能光伏發電技術利用率提高既會增加節電量又能得到政府的補貼，將大大增加節能增量效益，最終使積累的節能增量成本效益增加，給承包商帶來收益，有利于節電技術的推進與實施，進而推行綠色施工。

圖4 節能增量成本、增量效益原因樹

4 結論

基于本文構建的廢棄物回用系統和節電系統的因果關系圖，分析系統內各因素的反饋關系，找出主要的反饋回路，從回路中可以看到各因素是如何影響增量成本和效益的。并總結出了廢棄物回用的增量成本受到收集量、填埋量、分揀運輸量及再利用量的影響，而再利用量和出售量也會影響其增量效益。同理，節電機具的增量成本、技術成本及節能投資會影響節能增量成本，而節電量、政府補貼和醫療節約將會影響節能增量效益。基于這些影響因素，分別繪制出其增量成本和增量效益的原因樹，使得各因素一目了然，并根據原因樹對如何增加積累的增量成本效益給出了建議。

本文僅繪制了兩個子系統的因果關系圖，后期研究將在此基礎上擴大系統并將因果反饋圖轉換為系統流圖，進而建立方程及仿真模擬，得到成本-效益曲線，構建出完整的基于四節技術的系統動力學模型。這將有助于明確綠色施工的增量成本與效益之間的關系，以推進綠色施工。