居住建筑使用階段的廢棄物量化模型研究*

李靜 丁珂

(大連理工大學(xué)建設(shè)管理系，遼寧 大連 116024)

0 引言

建筑使用階段所產(chǎn)生的廢棄物是建筑總產(chǎn)廢量的重要來源。由于居住建筑的裝飾裝修工程比較分散，呈現(xiàn)單家獨(dú)戶的特點(diǎn)，市民居住區(qū)域內(nèi)往往會發(fā)生非法傾倒、堆積廢棄物的現(xiàn)象，給城市市容和居住環(huán)境帶來很大的壓力。而廢棄物管理的前提是準(zhǔn)確量化，故有必要針對建筑使用階段的產(chǎn)廢量進(jìn)行系統(tǒng)研究。

目前已有許多學(xué)者致力于建筑廢棄物的研究，但大多只是針對建筑的新建階段，例如：李景茹等[1-2]對新建工程廢棄物的產(chǎn)出水平進(jìn)行了調(diào)查分析。針對建筑的使用階段，龔文艷[3]建立了裝飾裝修廢棄物管理仿真模型，但缺少深入的量化研究。SUN等[4]應(yīng)用單位面積產(chǎn)量法建立了裝飾裝修廢棄物量化模型，系統(tǒng)地分析了裝飾裝修廢棄物的產(chǎn)生、組成和流動，但并未重視數(shù)據(jù)獲取方面的缺陷。通過總結(jié)可知：基于系統(tǒng)動力學(xué)的廢棄物研究更側(cè)重于降耗或成本效益方面，量化研究更多針對建筑新建階段，而使用階段的量化研究較為匱乏。鑒于單位面積產(chǎn)量法有依賴現(xiàn)有數(shù)據(jù)靜態(tài)計(jì)算的弊端，本研究擬采用動靜態(tài)結(jié)合計(jì)算——應(yīng)用單位面積產(chǎn)量法，并輔以系統(tǒng)動力學(xué)和計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法建立居住建筑使用階段的廢棄物量化模型，為廢棄物的減量化和資源化研究奠定基礎(chǔ)。

1 建筑廢棄物量化基礎(chǔ)

1.1 建筑廢棄物的定義

根據(jù)《城市建筑垃圾管理規(guī)定》[5]，建筑廢棄物是指建設(shè)單位、施工單位新建、改建、擴(kuò)建和拆除各類建筑物、構(gòu)筑物、管網(wǎng)等及居民裝飾裝修房屋過程中所產(chǎn)生的棄土、棄料以及其他廢棄物。《建筑垃圾處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[6]定義建筑廢棄物為工程渣土、工程泥漿、工程廢棄物、拆除廢棄物和裝修廢棄物等的總稱。

目前，我國對裝飾裝修建筑廢棄物并沒有統(tǒng)一的定義。王慶超提出，裝飾裝修廢棄物是指建設(shè)、施工單位或個人依據(jù)一定設(shè)計(jì)理念和美觀規(guī)則在對各類新建、老舊房屋的室內(nèi)墻體、地板、天花板等進(jìn)行改造和裝飾的過程中，產(chǎn)生的棄料、廢磚瓦、廢木材及其他廢棄物[7]。本研究的廢棄物是指根據(jù)建筑生命周期所劃分的用戶使用階段中產(chǎn)生的建筑廢棄物總和。

1.2 評價范圍

居住建筑按交易次數(shù)可劃分為一手房與二手房，廢棄物的組成見圖1。據(jù)調(diào)研結(jié)果：

(1)由于一手房初次裝修涉及房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造等，廢棄物的產(chǎn)出范圍和水平相差較大，故將其劃分至新建階段中。

(2)初次購買二手房后，大部分家庭會選擇進(jìn)行大范圍的裝修，而在自使用的過程中并不會頻繁修繕，故二手房裝飾裝修廢棄物是總產(chǎn)廢量的大部分來源。

圖1 居住建筑使用階段的廢棄物組成圖

1.3 計(jì)算方法

系統(tǒng)動力學(xué)(System Dynamics，SD)是以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、自動控制和信息傳遞等為基礎(chǔ)，吸取系統(tǒng)論、控制論等知識，能有效溝通自然科學(xué)和社會科學(xué)[8]。裝飾裝修廢棄物的量化需要獲取二手房需求率、一手房與二手房現(xiàn)存面積的動態(tài)數(shù)據(jù)，而房地產(chǎn)系統(tǒng)非常復(fù)雜，一般的量化模型不能動態(tài)地體現(xiàn)變量間的相互關(guān)聯(lián)和制約。應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)可準(zhǔn)確地梳理系統(tǒng)內(nèi)外部因素的相互關(guān)系，展現(xiàn)內(nèi)部的各種反饋回路[9]。為確定SD模型中變量的相關(guān)關(guān)系，需進(jìn)一步利用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的相關(guān)知識。計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)是以反映事實(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，用計(jì)量經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)模型的實(shí)用化或探索實(shí)證經(jīng)濟(jì)規(guī)律[10]，以及預(yù)測未來趨勢。故在建立結(jié)構(gòu)模型過程中，以樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)，應(yīng)用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)回歸分析，再通過檢驗(yàn)和修正確定自定義函數(shù)關(guān)系，以確保結(jié)構(gòu)模型的可靠性。

2 使用階段的廢棄物量化模型

在以往研究中，許多學(xué)者直接將成交面積與單位面積廢棄物產(chǎn)生率的乘積作為產(chǎn)廢量[4]。但弊端是成交面積的數(shù)據(jù)獲取比較困難，且該方法只能依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)計(jì)算，不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量預(yù)測。故本研究采用動靜態(tài)結(jié)合計(jì)算，應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)獲取二手房需求率、建筑面積的動態(tài)數(shù)據(jù)，再用單位面積產(chǎn)量法計(jì)算廢棄物產(chǎn)量。由此，可解決數(shù)據(jù)獲取困難的問題，同時實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的動態(tài)預(yù)測。

2.1 二手房初次裝修

2.1.1 房地產(chǎn)系統(tǒng)動力學(xué)模型

(1)系統(tǒng)分析。使用Vensim PLE軟件建立房地產(chǎn)市場SD模型，并將城市作為地域邊界，定義時間邊界為2010—2030年，仿真時間步長為一年，以2010年為基準(zhǔn)年。該系統(tǒng)包括人口子系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、土地子系統(tǒng)、一手房需求、供給、價格子系統(tǒng)、二手房需求、供給、價格子系統(tǒng)共9個子系統(tǒng)。通過借鑒對市場動力機(jī)制的研究[8-11]、專家訪談、問卷調(diào)查，確定各子系統(tǒng)間的相關(guān)反饋機(jī)制。

(2)變量確定。基于系統(tǒng)分析，共選取GDP、人口、二手房需求、供給等56個變量，包括常量、輔助變量和狀態(tài)變量等。

1)通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)[8-12]和網(wǎng)站確定部分政策變量和常量的取值(表1)，以及部分變量的因果關(guān)系。

2)對難以量化的函數(shù)關(guān)系，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析軟件Stata對變量進(jìn)行回歸分析和檢驗(yàn)，以獲得可靠的因果關(guān)系。

(3)函數(shù)關(guān)系的確定。下面以“一手房價格”的計(jì)量模型為例說明變量間函數(shù)關(guān)系的確定、檢驗(yàn)。通過文獻(xiàn)[17-18]，確定影響商品房價格的因素主要有GDP、人口數(shù)量、人均可支配收入等變量，經(jīng)多次測試與修正，將模型設(shè)定為

表1 部分變量取值表

lnY=β0+β1X1+β2X2+εt

式中，被解釋變量Y為一手房價格；β0為常數(shù)項(xiàng)；解釋變量X1代表GDP；X2代表一手房供求比；β1，β2為各解釋變量所對應(yīng)的系數(shù)；εt是隨機(jī)擾動項(xiàng)。

例如：選取大連市2010—2019年的數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做回歸分析，應(yīng)用Stata軟件進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到結(jié)果如下

lnY=0.000 23X1-0.594 14X2+8.332 30

計(jì)量模型檢驗(yàn)：方程的可決系數(shù)R2=0.969 4，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量對應(yīng)的P值為0，說明方程整體回歸顯著；系數(shù)及常數(shù)項(xiàng)β0均在95%的置信區(qū)間內(nèi)顯著。異方差性White檢驗(yàn)結(jié)果顯示P值=0.278 9>0.05，故認(rèn)為模型不存在異方差。此外，由于應(yīng)用的均為時間序列數(shù)據(jù)，而大多數(shù)經(jīng)濟(jì)時間序列是非平穩(wěn)的，為保證模型的預(yù)測功能和避免“偽回歸”問題，還進(jìn)行了DF檢驗(yàn)(Dicky-Fuller Test)，確保模型可靠。

(4)SD模型的建立。基于前三步的分析，依次完善變量間關(guān)系，見圖2。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用Vensim PLE軟件建立城市房地產(chǎn)市場的系統(tǒng)動力學(xué)流圖，見圖3。

圖2 變量間關(guān)系方程的完善步驟(截圖)

圖3 房地產(chǎn)市場系統(tǒng)動力學(xué)流圖(截圖)

2.1.2 量化模型

基于理論基礎(chǔ)、二手房需求率的動態(tài)變化趨勢，應(yīng)用單位面積產(chǎn)量法建立二手房初次裝修的廢棄物量化模型，公式如下

Qi=RiSi(1-Gi)IiV(1-K)

式中，i表示第i年；Qi為二手房初次裝修廢棄物產(chǎn)量；Ri為城市人口數(shù)量；Si為城市居民人均住房面積；Gi為住房空置率；Ii為二手房年需求率，由SD模型求得；V為廢棄物產(chǎn)生率；K為廢棄物回收率。

設(shè)建筑使用壽命為n年，對每年的建筑廢棄物產(chǎn)量匯總求和即可獲得二手房初次裝修共產(chǎn)生的廢棄物總量Q′。

2.2 居住建筑二次裝修

基于建立的房地產(chǎn)市場SD模型，選取一手房供給、二手房供給等數(shù)據(jù)指標(biāo)，應(yīng)用Vensim PLE軟件建立居住建筑面積的存量流量圖，見圖4，獲取一手房、二手房面積存量的動態(tài)變化。

圖4 居住建筑面積存量流量圖(截圖)

一手房面積由一手房新增供給、拆除、轉(zhuǎn)置面積決定；一手房轉(zhuǎn)置與二手房拆除面積影響二手房面積。基于圖3、圖4的模型，在存量流量模型中輸入2.1.1中的指標(biāo)數(shù)據(jù)，即可獲取一手房、二手房面積存量的變化。再應(yīng)用單位面積產(chǎn)量法計(jì)算二次裝修的廢棄物產(chǎn)量，公式如下

Qij=Mij(1-Gij)PjFjVj(1-Kj)

式中，i表示年份；j表示居住建筑類型；取值為1代表一手房，取值為2代表二手房；Qij為第i年j型建筑二次裝修的廢棄物產(chǎn)量；Mij為建筑的現(xiàn)存面積；Gij為建筑的住房空置率；Pj為建筑的年裝修頻率；Fj為建筑每次裝修范圍；Vj為建筑廢棄物的產(chǎn)生率；Kj為建筑廢棄物的回收率。

設(shè)建筑使用壽命為n年，通過對Qij匯總求和，即可獲得居住建筑二次裝修的廢棄物總和Q″。

2.3 模型建立

對二手房初次裝修、居住建筑二次裝修廢棄物總量求和，得到居住建筑使用階段的產(chǎn)廢量Q如下

Q=Q′+Q″

2.4 模型檢驗(yàn)

對建筑廢棄物的量化是基于建立的房地產(chǎn)市場SD模型，為保證后續(xù)產(chǎn)量預(yù)測的可靠性，需對系統(tǒng)動力學(xué)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。本文以2010—2018年大連市變量的實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用SD模型對2019年各指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，并與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果顯示指標(biāo)差距均在5%以內(nèi)。以二手房銷售價格變量為例，2019年模型的預(yù)測結(jié)果為13 863元/m2，實(shí)際為13 269元/m2，結(jié)果相差約為4%，能夠通過模型驗(yàn)證。

3 案例應(yīng)用——以大連市為例

3.1 變量計(jì)算及賦值

3.1.1 二手房年需求率計(jì)算

以大連市為例，搜集了2010—2019年變量的真實(shí)數(shù)據(jù)[14-16]，見表2。應(yīng)用上文建立的SD模型對2010—2030年二手房需求率的變動趨勢進(jìn)行模擬，具體的數(shù)值變化見圖5。

表2 部分指標(biāo)數(shù)據(jù)

從圖5可以看出，隨著社會發(fā)展，收入水平、通勤位置、學(xué)區(qū)限制等都可能導(dǎo)致人們青睞二手房市場，由此新增二手房需求逐步增多；但隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市規(guī)劃的調(diào)整與升級，一手房項(xiàng)目在規(guī)劃定位、配套設(shè)施建設(shè)方面日趨完善，已逐步能夠滿足人們對于生活、教育、通勤等的需求，二手房市場將逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)。

圖5 大連市二手房需求率趨勢圖(截圖)

3.1.2 其他變量取值

(1)廢棄物產(chǎn)生率。王慶超[7]統(tǒng)計(jì)每100m2住宅約產(chǎn)生2.23t的裝修廢棄物。吳驥子等[19]統(tǒng)計(jì)上海每平方米住宅裝修約產(chǎn)生0.1～0.4m2的垃圾，按1.43t折合為1m3計(jì)算，每100m2約產(chǎn)生14.3t的裝修廢棄物。據(jù)武漢行業(yè)經(jīng)驗(yàn)[20]，每100m2約產(chǎn)生10t的裝修廢棄物。鄭麗娜提出每裝修100m2約產(chǎn)生2.685t的廢棄物[21]。上海與武漢每100m2住宅裝修產(chǎn)生10t以上的廢棄物，雖然目前一線城市對住宅的大修大改可能達(dá)到這一水平，但應(yīng)用到大連市顯然不合適。對文獻(xiàn)[7，21]的數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值，獲得產(chǎn)廢量每100m2為2.458t。但此數(shù)據(jù)還將毛坯房初次裝修的改造廢棄物計(jì)算在內(nèi)了，與評價范圍不符。據(jù)統(tǒng)計(jì)[7]，二次裝修廢棄物占裝修廢棄物總量的23.48%，故取每100m2產(chǎn)廢量0.577t作為一手房二次裝修的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。舊房屋是新房屋裝修廢棄物的1.4～3倍，平均為2.1倍[3]。故取其2.1倍，即每100m2產(chǎn)廢量1.212t作為二手房二次裝修的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)；取其3倍，即每100m2產(chǎn)廢量1.731t作為二手房初次裝修的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

(2)材料回收率。目前對裝飾裝修材料回收率的研究較少。王艷等[22]經(jīng)過跟蹤監(jiān)測，裝飾裝修廢棄物中的可回收部分約占29.8%，不可回收占49.2%。劉會友[23]提出建筑垃圾中有15%可經(jīng)處置后生成再生建筑原材料。考慮到材料的成分構(gòu)成和處置利用現(xiàn)狀，綜合走訪和調(diào)查的結(jié)果，將一手房二次裝修材料回收率的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為20%，二手房裝修材料回收率的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為15%。

3.2 大連市居住建筑使用階段廢棄物產(chǎn)量預(yù)測

基于遼寧省、大連市2010—2019年的指標(biāo)數(shù)據(jù)[14-16]，應(yīng)用廢棄物量化模型對大連市2010—2030年產(chǎn)生的裝修廢棄物產(chǎn)量進(jìn)行仿真和預(yù)測，結(jié)果見圖6、圖7。

圖6 二手房初次裝修廢棄物產(chǎn)量預(yù)測(截圖)

圖7 居住建筑二次裝修廢棄物產(chǎn)量預(yù)測(截圖)

由圖6和圖7可知，大連市居住建筑使用階段產(chǎn)生的廢棄物總量未來將不斷增長，到2030年時將達(dá)到82.15萬t，其中二手房初次裝修產(chǎn)生的廢棄物總量約占總量的90%。基于此研究結(jié)果，希望能通過采取有關(guān)法律和財(cái)政政策、改善工藝、提高回收利用等措施加強(qiáng)建筑廢棄物的減量化管理，強(qiáng)化人們從源頭上減少廢棄物排放的意識，提高建筑廢棄物量化、管理工作的效率。

4 結(jié)語

居住建筑在用戶使用階段產(chǎn)生的廢棄物來源于二手房的初次裝修，以及一手房、二手房使用過程中的二次裝修。從求解二手房年需求率的角度切入，梳理了二手房年需求率、居住建筑面積與系統(tǒng)內(nèi)外部因素的相互關(guān)系，建立了房地產(chǎn)市場SD模型。在各變量動態(tài)求解結(jié)果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用單位面積產(chǎn)量法建立了居住建筑使用階段的廢棄物量化模型，仿真和預(yù)測了近二十年大連市居住建筑使用過程中產(chǎn)廢量的變化趨勢，預(yù)測2030年時二次裝修年產(chǎn)廢量將會達(dá)到82.15萬t(不包括新建工程的裝修)。

借鑒其他國家經(jīng)驗(yàn)，有效的管理政策可以為從源頭上減少廢棄物的產(chǎn)生、降低其危害做出巨大貢獻(xiàn)。規(guī)范建筑廢棄物的分類、提出新的財(cái)政政策、提高材料回收利用和增加管理規(guī)劃等是建筑廢棄物減量化的重要舉措。以往的研究更多關(guān)注建筑廢棄物的管理和資源化等方面，但本研究認(rèn)為如何快速準(zhǔn)確地量化是廢棄物管理的關(guān)鍵，希望能引發(fā)更多行業(yè)工作者和研究者的關(guān)注，進(jìn)一步提高建筑廢棄物管理工作的效率，緩解城市建筑廢棄物排放的壓力。此外，本研究所提出的量化模型的適用范圍更加廣泛，未來可用于不同地區(qū)的建筑廢棄物產(chǎn)量預(yù)測，能夠?yàn)槌鞘袕U棄物的量化和管理提供一定的參考。