新型智慧城市綠色低碳循環發展模式探索

□ 文 朱 剛 張美翔 吳 輝

中國聯通智能城市研究院

深圳市城市公共安全技術研究院

中國信息通信研究院

0 引言

2020年，中國首次提出打造“雙循環”經濟發展新格局，這既是當前積極參與全球治理和推動全球經濟復蘇的共同需要，更是未來經濟高質量發展的需要?！半p循環”經濟的新格局，與新型智慧城市的綠色、低碳、循環經濟、可持續發展等理念深度契合，同時智慧城市作為城市發展的新階段，既代表了未來發展的大趨勢，也是“雙循環”經濟體系的重要載體和經濟騰飛的新引擎，更是關乎民生福利的系統工程?？梢姡瑯嫿ā半p循環”經濟發展格局和建設新型智慧城市有較強的互補性，值得深入思考探討。

1 城市發展目前存在的固廢環保問題分析

1.1 垃圾圍城

早在2010年，獨立攝影人王久良通過創作攝影作品《垃圾圍城》，揭示持續進行的城市擴張、人口膨脹、膨脹的消費主義等共同造成了垃圾圍城的困境，引起了各級政府、公益組織和有識之士的關注，并促使其共同探討城市、鄉村中垃圾周邊的自然環境和人文環境良性發展的課題。

1.2 分類和特點

城市垃圾中的主要構成是建筑垃圾和生活垃圾，而生活垃圾中又以廚余垃圾占比最高。生活垃圾的主要特點包括地域性明顯、含水率高、易腐易臭、高油高鹽、種類復雜等。

1.3 固廢垃圾數量

早在2005年，全國城市生活垃圾累積堆存量已達70億噸，占地約80多萬畝；全國600多座城市除縣城外，2/3的大中城市陷入垃圾圍城的困境，且有1/4的城市已沒有合適場所堆放垃圾；垃圾的存量已經非常龐大，而新增垃圾仍以每年8%~10%的速度增加，遠超垃圾填埋場、焚燒廠等投建時設計的容量。

2019年，196個大中城市生活垃圾產生量23560.2萬噸，處理量23487.2萬噸，處理率達99.7%。每人每天產生約1kg生活垃圾，一個城市每天產生萬噸級垃圾。

1.4 固廢垃圾的危害

垃圾圍城帶來嚴重的后續慢發性災害，使得生態環境日益脆弱，而依靠多年來自然生態修復為主的模式很難遏制日益加劇的環境污染局面。

（1）侵占污染土壤：難降解的塑料袋、廢金屬、廢電子產品和醫療廢棄物等有毒物質遺留或填埋土壤中，將長期持續嚴重腐蝕土地、污染土壤、危害農業生態。

（2）污染水體和地下水：垃圾堆放腐敗過程中形成的滲濾液含有重金屬、病原微生物和酸堿性等有機物質，易造成地表水和地下水的嚴重污染，進而污染河湖等水體。

（3）污染大氣：垃圾中有機物質生化反應后產生惡臭的含硫化合物、含氧化合物、粉塵和細小顆粒物，生活垃圾未分類時焚燒易產生二噁英、酚類等有害物質，易污染大氣。

（4）傳播疾?。喝菀鬃躺孟x鼠患，傳播細菌和病毒。

1.5 行業現狀和痛點

關于垃圾分類，2000年，住房和城鄉建設部選定北京、上海、廣州等8個城市作為生活垃圾分類處理的試點城市；2003年，相關標準得以制定；2016年，垃圾分類政策開始推行。目前，我國的垃圾分類政策依然在摸索中，雖然取得了一些階段性成果，仍存在一些問題：法律體系和標準不健全；規劃理念滯后，沒有前瞻性；產業鏈的系統設計和系統思維不足，碎片化嚴重；居民分類意識差，收集成本高，無法提供精細化分類的垃圾，制約后端環節的處理；社會資本參與度不深，以初創企業急于流量變現模式和垃圾前端的重資產模式為主，難以推廣復制和持續運營；封閉的產業生態格局和部分地區的保護主義限制了新的企業進入；運動式治理等導致缺乏長期持續效果等。上述問題導致環境污染趨勢難以根本性扭轉，從產業鏈視角來看，有如下痛點。

（1）規劃理念：傳統規劃理念認為環保行業屬于公共產品，不具備經濟效益，在操作層面也以生態自然修復為主。

（2）分類端：垃圾種類紛繁復雜，國民垃圾分類意識淡薄、混扔混運，難以進行后續精細處理。

（3）運輸端：不同區位地段的人口密度不同，垃圾桶溢滿速度和清運周期不同步。固定時間清運效率較低，忙季清運不及時，淡季放空車，人工巡檢費時費力。

（4）處理端：長期忽視系統設計、前端分類和清運。一是垃圾填埋處理的基礎設施和技術水平落后，平均空間利用系數低，處理能力缺口大，且滲瀝液對環境易造成持續性污染，侵占大量土地資源；二是焚燒發電處理為重資產模式，屬地化明顯，異地新建項目較為困難。未精細分類的垃圾焚燒熱值不夠，需要增加助燃劑，且對焚燒機組設備損耗較大，易產生二噁英等有害氣體；三是當前廚余垃圾主要是填埋處理和作為潲水飼養豬，沒有有效利用。堆肥技術囿于垃圾未經有效分類收集和缺乏統一堆肥標準規范，導致堆肥的肥效不高，易對土壤造成重金屬污染等不利影響。

（5）監管端：政府管理體制不暢，九龍治水、政出多門，缺乏協同和長效機制，影響監管效果。

1.6 先進經驗借鑒

日本的“源頭精細分類、全流程高質量處置”生活垃圾處理模式和德國、瑞典等國家的“源頭適度分類，處置廠精細分選”生活垃圾處理模式值得借鑒。其中，瑞典生活垃圾處理遵循《歐盟垃圾框架指令》（EU’s Waste Framework Directive），并按照優先級分成減少垃圾的產生、回收再利用、生物技術處理、焚燒處理、填埋處理5個層級。瑞典生活垃圾中被填埋的非可再生垃圾只占1%，36%得到循環利用，14%被制成化肥，49%被用來焚燒發電。瑞典的垃圾循環利用已發展為一種產業，除處理本國垃圾外，每年瑞典進口80萬噸垃圾用于冬季供暖。

2 智慧固廢環保產業對智慧城市的意義和價值

2.1 當前智慧城市發展核心痛點和價值洼地

2.1.1 核心痛點

智慧城市的核心痛點主要包括幾個方面：從系統布局角度看，存在重景觀、輕民生，重經濟、輕環保的現象，亟需補短板、補欠賬；從業務角度看，部分業務對行業理解不深刻，沒有成熟的技術邏輯和產業邏輯，產業鏈布局偏碎片化，產學研脫節；從商業模式看，對創新模式研究不夠，對商業模式和運營模式缺乏系統落地研究，大量智慧城市項目不能自身造血，無法長效運營。

2.1.2 價值洼地

智慧城市的發展如火如荼，極大地改變了城市的面貌，賦予了城市未來無限的可能，但同時城市的固廢環保問題既是發展中存在的痛點，也是價值洼地，更是進行智慧城市落地和長效發展的有力抓手。構建智慧城市的綠色低碳循環發展經濟體系可獲得多種收益，如低碳經濟收益、循環經濟收益、環境改善收益、城市發展收益、城市消費增長收益等。

2.2 智慧固廢環保產業對智慧城市的意義

各類垃圾如同城市和農村的血栓和腫瘤，已經嚴重影響到城市和農村的健康運行，倒逼更有力度的創新模式來清淤疏導，恢復正常生態環境平衡。同時，亟需轉換規劃思路，在保持環保公共產品不變的前提下，改變自然生態修復為主的模式，人工干預和自然修復并重，挖掘環保行業的內生價值，根本性的扭轉環保困境。

2.3 智慧固廢環保產業對智慧城市的價值

2.3.1 環境價值

要把生態環境優勢轉化為生態農業、生態工業、生態旅游等生態經濟的優勢。以綠色發展為引領，培育新產業結構、形成新發展格局。

2.3.2 經濟價值

智慧固廢環保產業作為智慧城市落地的抓手，能整合上下游全產業鏈，挖掘潛力，推動實現行業數字化轉型、智慧農業、智慧環保、智慧社區和智慧城市的融合發展格局，促進經濟協同循環發展，創造新的價值點。

2.3.3 社會價值

智慧固廢環保產業能創造新的經濟價值和就業崗位，創建更加美好、宜居的可持續發展城市和農村環境，提升人民群眾的幸福感。

2.3.4 現實意義

實現和諧生態關乎公平與民生，良好的生態環境是最公平的公共產品，是最普惠的民生福祉。生態環保行業屬于國家重點支持領域，符合政策扶持方向。推動智慧環保、智慧農業和智慧城市融合，確保環境安全、耕地安全和糧食安全，促進美麗中國建設，具有現實的意義。

3 智慧城市綠色低碳循環發展經濟體系的思考

3.1 學術界思考

垃圾分類看似小事，實則是一項復雜的系統工程，而現有文獻主要關注居民和政府兩大主體的垃圾分類行為分析，缺乏對上述對象的整體性把握、系統性理解，同時把垃圾分類看作是社會問題，而忽視其產業鏈耦合、技術復雜和經濟制約等特征。

有學者基于計劃行為理論構建了影響垃圾再循環因素的整體性模型，分析包括態度、主觀規范、知覺行為控制和主觀道德義務等影響因子，并探討了居民對于垃圾分類的態度、既往行為、社會/外部環境的影響、對利益的感知、對政策效應的感知和居民的環境價值觀。更進一步地從垃圾全生命周期視角看，構建綠色低碳循環發展經濟體系，需要實現制度邏輯、經濟邏輯與技術邏輯的緊耦合。

3.2 總體思路

建設智慧城市綠色低碳循環發展模式的總體思路包含以下幾方面。

表1 全景式建設運營

（1）總體原則：減量化、無害化、資源化、經濟化。

（2）立法先行：推動循環型社會經濟基本法體系建設，為循環經濟奠定法理基礎。

（3）技術驅動：創新技術拓展新的垃圾處置用途，數字化轉型配合智能基礎設施等助力全產業鏈生態進化升級，提升垃圾分類和處理效率，挖掘價值洼地。

（4）運營模式：產業聯盟或者合營公司共同參與，兼顧建設和運營模式，促進長效發展。

（5）社會格局：政府補貼、稅收優惠、社會資本參與、商家贊助、積極宣傳、全民參與。

（6）循環經濟：減少使用、多次循環利用、再生材料利用、能量回收和處置，構建“雙循環”經濟體的產業鏈和供應鏈，筑造智慧城市綠色低碳循環發展經濟體系。

3.3 建設循環型社會法律體系

構建循環型社會，需要一系列的法律來支撐，完善環境基本法，明確執法主體，厘清執法流程和邊界，為循環型社會確立法理基礎，并規范管理市場運作和社會參與行為。

3.4 新模式促進協同發展

3.4.1 全景式建設運營

如表1所示，全景式的智慧城市綠色低碳循環發展模式規劃設計和建設運營理念，將政策宣貫、前端分類收集、中端智能運輸、后端分類處理、廣告營銷、O2O商業運營等有機整合起來，產業鏈分工協作，可實現精細化和智能化管理、實現綠色生態可循環、創造新價值。

3.4.2 重點區域先行試點

高校、寄宿制學校、單位食堂等區域人群密集且容易產生大量同質化生活垃圾，尤其是廚余垃圾，非常利于精細分類的實現，有助于后端運輸、分類處理。同時，智慧城市的類似明廚亮灶等智慧應用也可以較好地落地，實現協同發展，創造集群效應，挖掘更大價值。因此，上述生活區域可作為綠色低碳循環經濟的重點先行試點。

3.4.3 餐前和廚余垃圾分類調整

鑒于國內“廚余垃圾”的高油脂、高鹽分、高水分等特點，可將廚房垃圾再細分為餐前垃圾和廚余垃圾。餐前垃圾主要是未經烹調的菜根、菜葉、瓜果皮等垃圾，不含油脂和鹽分，利于堆肥處理；廚余垃圾主要是剩飯剩菜類垃圾，可作用于燃料化處理。

此外，市政園林落葉和苗圃等垃圾也可作為較好的堆肥材料。

3.4.4 社會資本參與

在智慧城市的全景生態圖框架下，規劃智慧城市、智慧園區、智慧社區等聯動協同發展，將產業規劃、人口流入、產城融合、新城建設、舊城改造等結合起來，吸引產業基金和地產基金等社會資本共建共享，通過協同發展建設模式與可持續運營商業模式，構造智慧城市綠色可循環經濟體，如圖1所示。

3.4.5 智能分選中心

智能分揀中心作為智慧城市綠色低碳循環經濟的分選中轉基地，可實現垃圾精細分類目標。智能分選中心一般由貯料坑、給料機、破袋機、滾筒篩分裝置、渦電流分選裝置、磁選裝置、風選裝置、X射線分選裝置等構成?；旌侠涍^智能分選中心將被分離出金屬、玻璃、塑料、有機質和清潔的高熱值燃料，并被分別送入對應的后端處理系統。

3.5 新應用創造價值藍海

3.5.1 垃圾能量化應用

廚余垃圾含有大量的廢油，主要成分是動植物油脂，可用于制備生物柴油。經清運收集的廚余垃圾通過油水分離后獲得動植物油脂，再與短鏈醇反應制得長鏈脂肪酸單烷基酯，然后與化石、柴油按比例混合后可制成生物柴油。近年來，生物柴油在歐洲地區被廣泛利用。

圖1 城市、園區、社區協同發展的新模式

此外，城市污水處理系統的污泥聚集了大量有機物，以污泥為原料進行能源化利用具有巨大的經濟價值和發展空間。污泥能源化的利用包括但不限于污泥發酵產沼氣、污泥燃燒發電和污泥熱解氣化等。

3.5.2 廚余垃圾堆肥新藍海

2020年，有機肥料的國標NY525啟動新修訂，新增包括但不限于堆肥原材料的作證材料、腐熟度、新增種子發芽指數指標等重要內容，明確了商品有機肥的標準，對符合要求的補貼對象購置商品有機肥進行補貼。垃圾分類的政策紅利結合各地方配套政策，可推動廚余垃圾就地堆肥及還土還田，將極大地推動廚余垃圾堆肥的價值和行業發展。

在適宜區域推廣蚯蚓和黑水牤等生物堆肥技術、合法合規地使用可堆肥原料進行配方堆肥、科學設置區域堆肥廠和集中處理廠互補的模式，可極大地降低堆肥成本、優化智慧城市固廢環保處理系統，更重要的是既可以減少國家對進口化肥的依賴，還可以用來種植有機綠色食品、高經濟價值花卉等作物，契合“雙循環”經濟體的要求，利于創造更大的價值。

3.5.3 建筑工業垃圾新應用

城市建筑垃圾體量巨大，隨意處置對生態環境影響較大，如能從循環經濟體系的角度考慮城市建筑垃圾的資源化，將會產生巨大的價值。具體措施是對城市建筑垃圾進行分類利用和集中處置，經過分類分級破碎、篩分，通過新型的再生骨料循環技術等工藝，可生產出再生骨料、墻體材料、道路材料、復合材料等產品。高爐渣、硫酸渣、鹽泥、粉煤灰、生活垃圾焚化廠的焚化渣等可作為研制地板磚的材料，通過合適的配方和工藝手段可生產出內外墻磚、地磚等產品；無法回收利用的無害建筑垃圾，則可考慮改造為人造假山景觀：先在地面鋪設高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）材料，再根據建筑垃圾的規則形狀，由園林建筑師設計堆山造景，確保在不污染環境的前提下，勾勒出靚麗的風景線，從而實現建筑垃圾的循環使用。

3.5.4 垃圾填埋場新用途

多年來，粗放型的垃圾填埋場侵占了大量土地，對環境造成持續性嚴重危害。如果能對垃圾填埋場進行精準、協同、修復、再生等規劃，則可點石成金，將低價值或無價值的土地變成沃土，打通循環經濟體的堵點，實現環境、經濟和社會效益的共贏。

具體可以將環境修復、生態恢復、土地再開發等結合在一起，支持鼓勵政府、生態研究機構、環保企業、房地產企業等主體引入財政補貼資金和產業資本進行合作開發，通過創新微生物和土壤修復技術，將修復后的土地資源交由企業與政府共同開發，最后進行收益分成。采用因地制宜的規劃控制與修復策略，將不同現狀條件和自然特征的地塊分為濕地、綠地、林地等類別，實施不同的土壤修復方案，待修復完成后分別建造公共綠地、郊野公園、活動廣場、微型沼氣能源站、運動場館和住宅等項目。值得注意的是，垃圾場修復需經過場地清污、土壤修復、環境修復、設施重建、生態系統恢復、新項目建設與周邊配套可持續整合發展的過程，為避免后續性環境災害，環境跟蹤監測一般持續幾十年。

3.6 新技術推進綠色低碳循環發展經濟體系發展

以城市信息系統（City Information Modeling，CIM）平臺為底座，以數字化、可視化的智能運行中心（Intelligent Operations Center，IOC）為核心，通過5G物聯網和智能感知設備，依托三維地理信息模型和仿真技術，對生態環境和各類環保智能基礎設施的數據進行收集、處理、仿真和分析，構建統一規劃、統一監管和統一協調的智慧城市生態大腦。

基于物聯網技術搭建的“智慧環?！逼脚_，通過衛星遙感、北斗定位系統、視頻監控和紅外探測等技術，實時采集污染源和環境質量等信息，能實現生態環境管理相關信息的高效精準傳遞，高效助力污染源監控、環境質量檢測及管理決策等環保業務。通過5G+北斗定位技術可對生態環境涉及的垃圾桶、清運人員、清運車輛、運輸中轉站、分類中心、垃圾焚燒站、廚余垃圾處理廠等進行一體化定位，具備人員和車輛定位、清運路線安排、垃圾重量測量等功能，可提升城市環保作業質量和效率，降低運營成本。

基于技術專家經驗、科研機構、大數據平臺、智慧城市仿真技術和全產業鏈應用的協同配合，將環保大數據應用于區域人口與垃圾桶配比設置、清運車輛調度、清運人員數量需求確定、供應鏈、焚燒垃圾助燃劑配料、廚余垃圾微生物配比、后端垃圾處置能耗和水耗等各環節，可使科學治理環境問題成為現實。

Imec薄膜是一種單向性的特殊納米凝水膜，具有液流的方向性、通透性和過濾性特點，可使無機物、氧氣、二氧化碳、離子狀態的化合物、水等通過，而害蟲和病菌無法通過；可提高水分和營養元素的利用率，產出高品質的作物。在惡劣環境下的地面和薄膜間鋪設防水片，可在受污染的土壤等環境下進行農作物培育。結合互聯網數據中心（Internet Data Center，IDC）和鍋爐等設備進行余熱回收，可實現綠色溫室，進一步降低能源消耗和資源消耗。

未來，通過5G與邊緣計算、云計算、智能機器人或遠程機械的結合，可實現在垃圾中轉站或智能分選中心的智能化作業，減輕環衛工人的工作負擔，避免作業環境對人體的危害。而區塊鏈還可實現包括但不限于排污企業檔案、醫療廢棄物、危險廢物運輸和處理的全流程信息上鏈，使全流程可溯源，加強污染源的監控管理。

4 建議

4.1 創新研究，培育應用

持續推動創新技術的研發，包括但不限于污染模型仿真、土壤修復、污染治理、機械生物法處理、垃圾熱解氣化和微生物堆肥等技術，培育其在廚余垃圾、能源化利用、生物堆肥和垃圾填埋場修復等領域的應用，深入挖掘智慧城市綠色低碳循環發展經濟體系的新價值點。

4.2 立法先行，標準賦能

構建循環經濟體的基礎法律體系，并積極倡導多方參與研究制定智慧生態環境領域框架標準，形成兼容技術標準、應用標準、安全標準、管理標準和評價標準的統一生態環境標準體系，為循環經濟體賦能。

4.3 生態合作，共建共享

建立以政府為引導、市場化為主導、多元主體合作的垃圾治理機制，產業鏈生態合作，多種資本要素參與共建共享，實現智慧城市可持續發展，創造城市與環境共生的格局。

5 結語

在“雙循環”時代的大背景下，如果轉換思路，以綠色低碳循環發展模式作為智慧城市長效發展的發展范式，可以加快實現融合發展新格局，促進經濟循環發展，從而創造更大的社會、經濟價值，讓人民的生活變得更加美好?！?/p>