山地城市工程建設土石方資源化利用研究

摘要：為合理利用和科學消納工程建設棄方，實現自然資本的保值增值，基于三維地理信息環境，將GIS技術、勘察信息大數據引入到山地城市工程建設土石方管理中來，提出了科學的工程建設棄方處置方法；采用實地觀察法、文獻調查法、訪談調查法等方法，提出了土石方資源化利用途徑及方法，實現了將傳統工程產生的土石方棄方資源化利用，變“廢”為寶。并以重慶市北碚區為例，在國土空間規劃編制中，開展了土石方資源化利用專項規劃探索實踐，對土石方資源化分類和價值效益進行分析，結合礦坑生態修復進行存儲場地選址規劃，發揮國土空間規劃對項目落地的指導約束和保障作用，實現土石方資源集約高效利用。

關鍵詞：土石方；資源化利用；山地城市；生態修復

中圖分類號：U412 文獻標志碼：A 文章編號：1000-582X（2024）12-035-10

Resource utilization of earth and stone volumes for engineering construction in mountainous cities

ZHU Lili1，3， ZHANG Hailong2， HUANG Kai1，3， ZHANG Li2， WANG Oyu1，3

（1. Chongqing Survey Institute， Chongqing 400021， P. R. China； 2. Chongqing Planning and Natural Resources Bureau of Beibei District， Chongqing 400711， P. R. China； 3. Technology Innovation Center for Spatio-temporal Information and Equipment of Intelligent City， Ministry of Natural Resources， Chongqing 401120， P. R. China）

Abstract： To facilitate the sustainable use and effective absorption of earth and stone byproducts from engineering construction projects， and to enhance the preservation and appreciation of natural resources， this study integrates GIS technology and survey big data into the management of earth and stone volumes for engineering construction in mountainous cities within a three-dimensional geographic information framework. A scientific method is proposed for managing these materials in abandoned construction areas. Through field observations， literature review and interviews， this paper explores methods to turn these “waste” materials into valuable resources. Using Chongqing’s Beibei District as a case study within territorial spatial planning， we investigate specialized resource utilization strategies for earth and stone byproducts， analyzing classification， value， and potential benefits. The study also addresses site selection for storage， incorporating ecological restoration of mined areas to maximize spatial planning’s role in guiding， restricting and guaranteeing the implementation of the project. This approach promotes the intensive and efficient use of earth and stone resources.

Keywords： earth and stone byproducts； resource utilization； mountainous cities； ecological restoration

重慶作為典型山地城市，地貌以丘陵、山地為主，在對原始地形改造開挖時，多余土石方被視為渣土，其處置方式以外運和回填為主，既產生揚塵導致污染，又導致資源嚴重浪費、破壞及占用土地等問題[1-2]。根據測算，2022年重慶市中心城區場地、道路、軌道、隧道等項目建設棄方量約1.13億方，其中，可分離出表土量約700萬方、砂石約3 200萬方。因此，亟需轉變觀念、創新方式、改進管理，促進形成“從源頭分類剝離、過程分類運輸、末端分類處置和利用”的全產業鏈，推動高水平管理的市場平衡格局，充分依托大數據、智能化等信息手段，把握土石方的挖填規模、區域、種類、價值等，推進節約集約、綠色低碳發展。

以土石方資源，即工程建設棄方，為研究對象，總結了目前山地城市棄土消納與土石方處置方面存在的問題，以重慶市北碚區土石方資源化利用專項規劃為例，依托礦坑生態修復[3-5]、資源分類利用[6]等方式，研究了土石方資源分類和資源化利用及經濟效益測算的方法，并結合廢棄礦坑修復[7]，探索了礦坑復墾后生態地票[8]的價值實現。

1 山地城市棄土消納現狀問題

1.1 棄土消納現狀問題分析

現有工程項目土石方多被視為渣土進行混合填埋，消納方式粗放單一。目前，建設項目土石方消納難已經成為制約項目建設進度的重大問題[9-10]。究其原因，主要是棄土規模大，對消納用地規模和交通運輸條件要求高，難以找到合適的消納場；同時，調配距離遠，導致棄土成本增加；此外，由各區政府、管委會、投資平臺公司各自統籌其管理區域內土石方，導致跨區域處置棄土難度增大，使土石方資源難以有效流通和分類利用。

據初步統 計，重慶市中心城區土石方年平均消納填埋量約4 300萬方，僅工程運輸處置費就高達30億元。各項目為節約工程運輸成本，未對產生的棄土采取就地分離、分類運輸等有效措施，采取不定點處置，甚至“倒野渣”等方式。在運輸棄土過程中，還存在冒裝灑漏、揚塵污染、環境噪聲等問題，而且大型載重運輸車輛容易出現超限、超載等現象，運輸安全問題不容忽視。

1.2 土石方資源化利用現狀

工程填土是土石方再利用的重要方式。目前，重慶市多數建設項目以挖方為主，總體上以供應（挖余）為主，缺乏土石方資源需求（填缺），土石方供需市場體系不完善?，F有土石方處置基于以行政區劃為界線的城市管理運行模式，形成了管委會、園區、平臺公司各自統籌管理權屬區域內土石方的機制，但各區、各部門間缺乏統一協同管理，挖填供需無法及時有效統籌，市場分割、信息不對稱問題突出，尤其跨區域土石方統籌協調難度大。同時，缺乏土石方資源分類標準，制約了土石方資源的有效利用。目前，重慶市土石方資源綜合利用率僅約45%，資源利用方式粗放，多以自然堆放和填埋的方式處置，余方多成棄渣、垃圾，缺乏分類綜合利用，造成極大的資源浪費，甚至產生破壞生態、誘發滑坡等次生災害。

綜上，若能對土石方規模進行預測摸底，結合項目建設時序將棄土科學規劃；對土石方資源明確分類，在棄土源頭減量，并分類處置；建立智能化交易平臺，突破行政區劃統籌調配運輸，能夠高效地解決工程棄土處置問題，合理利用土石方資源，形成科學有效的土石方資源化利用系統。

2 山地城市土石方資源化利用規劃方法

2.1 基于GIS技術的土石方規模測算

GIS技術可對空間環境資源進行快速重復分析測試[1]。針對山地城市工程建設土石方規模大的實際問題，在土石方專項規劃中，利用GIS技術開展土石方填挖分析[11]，將規劃場地采取與道路交叉口標高齊平原則，形成較為規則的城市規劃面域，將該面域與原始地形面域進行疊加比較，通過城市規劃正負零標高與原始地面高差對比，體現填方區域和挖方區域，測算土方填挖空間，摸底規劃區域土石方規模。工作流程如圖1所示。

2.2 基于勘察數據庫的土石方分類

土石方資源分類需以地質勘察資料為基礎，通過建立城市級的勘察數據庫，對區域現狀進行測繪及地質調查，依據相關標準及文件，確定區域內巖、土層分布范圍及厚度，具體工作流程如圖2所示。

2.3 土石方資源化利用途徑

2.3.1 工程建設土石方資源化利用途徑

根據重慶市《中心城區建筑垃圾專項治理規劃（2021—2035）》，工程渣土的資源化利用產品主要有：再生燒結磚、再生陶土粒、回填土、種植土、再生水穩材料。在“無廢城市”建設背景下，基于勘察信息大數據，采用實地觀察法、文獻調查法、訪談調查法等方法，進一步開展土石方資源化利用途徑研究[12-13]。

工程建設產生的棄方物質成分按地層巖性，可分為表土及土石混合料，如圖3所示。

整理對北碚區農業農村委員會相關專家、西南大學土壤學專家、建材加工企業、施工單位等的訪談調研結果可知，工程建設土石方可通過土壤改良、基質培肥、機械加工等方式直接利用或制成再生產品，實現資源化利用，并得到各類土石方資源單價。具體資源化利用方式如表1所示。

2.3.2 臨時用地復墾及生態修復土方資源調配

工程項目施工占壓原有地表、植被等用于臨時用地，導致原有土地功能及生產能力喪失。為使土地資源持續開發利用，需依托生態學基礎理論原理、生態經濟學理念、生態修復及土地復墾技術，對臨時用地實施恢復治理[7]。將原有多樣性、多層次化綜合類型的生態系統，有效恢復至可利用狀態，盡可能以最小投入，實現生態效益最大化。

用于復墾臨時用地的土壤多是通過整合土方資源后的外運土。如圖4所示，開展土地復墾各項技術工作需實施表土剝離和回覆作業，并將外運土納入至土方資源平衡分析中，結合復墾區域范圍表土實際情況及復墾方向，對所剝離表土實施統一調配及調運處理，充分考慮暫存損耗及運輸損耗情況，有效維持供求平衡，實現土石方資源充分化利用。

2.4 生態視角下的土場選址布局規劃

山地城市利用工程建設土石方資源進行礦山生態修復已有部分探索和實踐經驗。在此基礎上，將不可資源化利用的土石方收納場地布局規劃與礦山生態修復創新結合。

2.4.1 規劃引領，礦山土地綜合修復利用

針對廢棄礦坑，考慮土地利用總體規劃、土地整治規劃、周邊現狀地類和地塊自身條件等因素，將收納場選址與礦山生態修復深度融合。對適宜作為棄土收納場的礦山進行科學生態回填，按照“生態優先、實事求是、農戶自愿、宜耕則耕、宜林則林、宜草則草”的原則實施復墾，可產生生態地票進行市場交易。

2.4.2 礦山消納工程棄土，保障項目資金

自2018年廢棄礦山修復工作開展以來，重慶市規劃和自然資源局指導中心城區探索“工程棄土→礦坑客土”轉化模式，結合區內廢棄礦山修復客土與建設項目工程棄土消納需求，化解“建設工程棄土堆放難”和“礦山修復優質土缺”兩方面問題。同時，通過有償棄渣，解決礦山修復工程費用、農民土地租金、修復后管護資金等問題，保障項目資金。

3 北碚區土石方資源化利用規劃案例

3.1 項目概況

為進一步加強自然資源管理利用，重慶市北碚區規劃和自然資源局以《關于加強主城區自然山水保護嚴格控制建設項目土石方大填大挖的通知》（渝規資〔2020〕383）、《重慶市“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用實施方案》（渝發改規范〔2022〕3號）等相關文件為指導，開展北碚區土石方資源化利用國土空間專項規劃。

該專項規劃項目基于三維地理信息環境，對北碚區未實施用地范圍內土石方產生量進行預測，結合其他省市經驗，摒棄傳統“一填了之”思維，通過對土石方資源分類、市場化交易后再利用，可大幅降低填埋量，促進渣土的分類、智能和精準利用，解決北碚區全域棄土場消納及布局問題，實現北碚區土石方資源化利用分類和土石方資源綜合效益測算。

3.2 數據分析方法

三維地理信息環境，即區別于傳統二維地理數據，是進一步包含了高度和深度的三維空間，可真實、立體模擬現實環境，實現對建筑、道路、水系等要素的三維可視化。利用三維地理信息平臺開展工作，圖5為北碚區某區域的平臺截圖示意，在該環境中可提供更豐富、更準確的地理信息。

基于此，進一步利用GIS技術細化工作。首先，結合所收集資料，通過人工智能解譯及現狀初勘校核，去除北碚各片區已建成道路和地塊，獲得待計算的未建設區域，共計約30.5 km2，梳理得到土石方本底情況。

3.3 土石方本底

測算范圍為重慶市北碚區未實施用地（指已法定化詳細規劃用地中，結合遙感影像解譯，扣除已建區域和已出讓區域），面積30.5 km2，共計8個街道鎮，包括童家溪鎮、蔡家崗街道、歇馬街道、施家梁鎮、龍鳳橋街道、北溫泉街道、東陽街道和澄江鎮。棄土場選址規劃布局范圍為重慶北碚區全域范圍，轄區面積755 km2。

基于現狀地形資料、控規路網、控規用地等多類數據，采用GIS技術開展數據處理。對北碚區8個片區道路交通規劃圖、土地利用規劃圖進行人工處理，將道路中心線、道路紅線、道路交叉口標高、用地邊界線處理為標準的GIS入庫矢量數據，對區城鎮開發邊界范圍內未實施道路及場地土石方規模進行初步測算分析。

開展GIS腳本編寫，輸入規劃路網、規劃用地、現狀地形數據和參數，以道路交叉口齊平建設的方式，初步測算出未建設道路和地塊土石方量（該測算不包含道路及場地邊坡），并基于GIS開展挖填分析制圖。

未實施道路共計10.2 km2（道路長度約322 km）、未實施地塊共計20.3 km2。經測算，截至2035年，北碚8個片區未實施區域填方為10 786萬方，挖方為19 618萬方，需要棄方8 832萬方。其中，未實施地塊挖方15 526萬方，填方6 547萬方，凈挖方8 979萬方；實施道路挖方4 092萬方，填方4 239萬方，凈填方147萬方，詳細情況如表2所示。

3.4 選址規劃布局

基于三維地理信息環境，利用其豐富的DEM、DTM、DOM等地形數據，形成高度可視化的地形三維圖，進一步開展坡度、坡向、高程、流域等基礎信息分析；利用GIS技術采集、儲存北碚區現有存儲場地以及擬建場地（低洼區域）數據，分析其與周邊環境關系，初步判斷場地建設適宜性、景觀協調性，輔助決策。

同時，根據建設時序對地形數據進行更新維護。例如，北碚區段遂渝二線鐵路和襄渝鐵路等工程施工時序不同，對周邊既有棄土場使用需求不同，依據建設時序，按就近原則科學合理分配棄土場，并動態掌握北碚區建設過程中地形、地貌變化情況，及時收集棄土場使用情況。

3.4.1 現有存儲場規劃布局

北碚區內可利用的現有場地分為兩類：一是現狀礦坑，有現狀礦坑45處，經過核查篩選，僅有18處在地形、權屬、合規性、落地性上均符合要求，可用于棄土消納，預計消納棄土量1 310萬方，主要分布于中梁山。二是34處既有棄土場，主要來源于區內鐵路項目已選定棄土場，其中，僅7處通過北碚區規劃和自然資源局協調核查權屬明確、合規可用，可容納棄土量165萬方，主要分布于遂渝二線鐵路和襄渝鐵路附近。

3.4.2 新選場址規劃布局

利用三維地理信息環境，在平臺中開展全域消納場場址初篩，選擇地勢較低洼區域，考慮地塊用地性質，疊加本底要素、規劃成果、管控要素等信息，通過模擬、踏勘、測算，明確消納場容土量、地塊權屬，完善土石方消納場布局，最終新選場址19處，可容納量2 054萬方，主要分布于靜觀鎮、歇馬街道、施家梁鎮和澄江鎮。綜上，北碚區內選擇場址總容量為3 529萬方，可吸納區內外土石方資源。

3.5 土石方資源化利用

3.5.1 地質概況

北碚區規劃未實施區域宏觀上屬構造剝蝕淺丘地貌，總體較平緩，整體呈溝谷相間形態，溝谷一般寬緩。地表出露的地層由新至老依次為：第四系覆土，侏羅系中統下沙溪廟組、新田溝組、中下統自流井組及下統珍珠沖組及低山區三疊系須家河組地層；礦坑一般位于巖溶槽谷區域，地層主要為嘉陵江組，巖性為灰巖，地形較平緩。主要存在地層巖性為：填土（建筑垃圾）、耕植土、粉質黏土、砂巖、砂質泥巖、泥巖、頁巖、灰巖等8類，如圖6所示。

3.5.2 資源現狀及利用方式

根據地層巖性，結合對北碚區土石方利用及政策咨詢及調研，可參照表1土石方資源利用方式，對圖6中8類土石方資源進行資源化利用。

3.5.3 資源化利用效益測算

土石方資源分類后，對可利用的土石方資源按圖7所列費用項目進行直接經濟價值測算。

根據市場調研土石方相關成本，將北碚區未建設區域工程棄土8 832萬方按照表1進行資源化利用分類，各類土石方數量如表3所示。

按照訪談調研結果取得的各類土石方資源單價，可計算得到“資源價值直接收益”，計算過程如式（1）所示。

北碚區未建設區域工程棄土資源化利用的其他成本及收益測算詳見表4～7。

經測算，未建設區域工程棄土采用資源化利用方式，需支出棄土場建設成本約1.15億元、土石方分類成本約2.65億元，收入資源化利用直接收益約6.38億元、存儲場收渣費約7.06億元、存儲場生態功能收益6.04億元，合計凈收益約為15.68億元（見圖8）。

3.6 效益分析

3.6.1 綜合利用生態效益

土石方資源化利用通過存儲場和礦坑生態修復或復墾，可新增耕地進出平衡指標約1.41 km2，產生地票面積0.972 km2，產生生態地票面積約0.735 km2。落實深化自然資源部“兩統一”職責，助力實現“雙碳”目標。

3.6.2 綜合利用經濟效益

通過開展土石方資源綜合利用，充分挖掘土石方潛在價值，減少棄方規模，北碚區土石方資源化利用凈收益約15.68億元，可促進全面節約和高效利用資源，樹立節約集約循環利用的資源觀，形成高效循環經濟運行模式，進一步節約工程建設資金。

3.6.3 綜合利用社會效益

創新了土石方運營管理模式，從整體生態系統管控和治理的角度，對過去工程渣土“一填了之、無序分散”的土方處置模式進行改革創新，通過建立區級平臺公司，對全域土石方資源進行統一管理，將實現資源有效利用、信息共享、公開交易、集中管理的目標。

帶動了產業發展，土石方資源通過分類、市場化交易后再利用，或制成再生產品投入市場，具有迫切市場需求以及廣闊市場前景。北碚區目前已有2家大型資源化利用處理廠，但原料均以建筑垃圾為主。北碚區協同發力，出臺政策支持土石方資源化利用再生產品的生產和應用。有效激勵上述企業以土石方資源為原料開展資源化利用工作；并出臺相關政策吸引更多資源化企業落戶，孵化并帶動大批新型企業，促進循環經濟，進一步創造新的就業崗位，拉動企業創業創新發展。

4 結 論

1）工程建設土石方規模大，筆者通過整合三維地理信息環境，利用GIS技術、勘察信息大數據，將工程建設棄方科學分類、資源化利用，正向促進自然生態發展，同時聯合經濟效益、社會效益多方提升，為北碚區未建設區域土石方資源化利用創造經濟效益約15.68億元。為工程建設土石方資源化利用提供科學依據。

2）為土石方資源化利用是極為復雜的系統工程，基于三維地理信息環境，成功將勘察信息大數據成果以及GIS技術應用于實際工程建設土石方變廢為寶，實現工程建設棄土保值增值，為日后衍生土石方資源化利用相關新技術、新工藝提供全新思路及理論支撐手段。

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（編輯 鄭潔）