建筑廢棄物產(chǎn)量估算與預(yù)測
——以重慶市為例

□ 李紅霞 李 言 郎 宏

隨著建筑工程項(xiàng)目逐漸增多，建筑廢棄物的數(shù)量也在快速增長，約占據(jù)城市垃圾總量的70%[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國在2017年產(chǎn)生建筑垃圾總量為15.93億t，在2018年達(dá)到17.04億t[2]，其總產(chǎn)量還在持續(xù)增長，每年以10%的速度遞增[3]。城市建筑廢棄物產(chǎn)量的大幅提升，對廢棄物收運(yùn)和處理的需求增加。政府對其管理工作也十分重視，黨的十九大報(bào)告明確指出，我國將全面推進(jìn)資源節(jié)約和循環(huán)利用，特別是關(guān)于加強(qiáng)固體廢棄物的處置及資源化利用。而加強(qiáng)建筑垃圾綜合治理，離不開建筑廢棄物產(chǎn)量的準(zhǔn)確預(yù)測，這是制定完善管理方法的重要依據(jù)。

相較于建筑垃圾產(chǎn)生量的快速增長，我國建筑廢棄物的利用率不足5%[4]。建筑廢棄物處理行業(yè)發(fā)展報(bào)告中指出，我國建筑廢棄物處理能力遠(yuǎn)低于歐美、日韓國家的處理水平，100萬t以上的生產(chǎn)線只有70多條，建筑廢棄物重復(fù)利用量不到1億t。精確的估算并預(yù)測城市產(chǎn)量是增加建筑垃圾處理廠的重要依據(jù)，對提高建筑廢棄物的利用率有著積極作用，因此估算并預(yù)測現(xiàn)有城市建筑廢棄物產(chǎn)量十分有必要。

1 建筑廢棄物產(chǎn)量估算

本文主要關(guān)注可以重復(fù)利用的建筑廢棄物，不考慮市政工程中的工程槽土，研究房屋建筑工程中的建筑垃圾以及進(jìn)入建筑廢棄物資源化的產(chǎn)業(yè)中，統(tǒng)一規(guī)劃建筑廢棄物、集中處理的部分，這里將其定義為即新建、裝修、拆除過程產(chǎn)生的建筑廢棄物。

1.1 估算方法的選擇

研究估算方法目的是結(jié)合現(xiàn)有城市具體特征，以找出適合的估算方法，為后續(xù)的產(chǎn)量預(yù)測做準(zhǔn)備。估算方法的選擇至關(guān)重要，直接決定預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。目前，估算建筑廢棄物產(chǎn)量的方法主要有現(xiàn)場調(diào)研法、單位產(chǎn)量法、材料流分析法、系統(tǒng)建模法等[5]。為了選擇合適的方法對重慶市歷史產(chǎn)量進(jìn)行估算，本文從重慶市自身的特點(diǎn)以及估算方法對預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確度影響多方面考慮，對這幾種方法的內(nèi)涵、優(yōu)劣勢進(jìn)行簡要介紹。

現(xiàn)場調(diào)研法，是根據(jù)現(xiàn)有資料收集歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)，匯總并估算產(chǎn)量，其操作簡單，原理便于理解，結(jié)果易于統(tǒng)計(jì)，但數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有待考證。單位產(chǎn)量法利用產(chǎn)廢系數(shù)，結(jié)合定量面積得到建筑垃圾產(chǎn)生量，依據(jù)不完整、不精確的信息估算產(chǎn)量，其缺點(diǎn)是不能明確表現(xiàn)建筑廢棄物的來源。材料流分析法，以原材料為研究對象，根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目中的用途進(jìn)行分析，能直觀表達(dá)各內(nèi)部因素的相互作用關(guān)系，但需要較多的原始數(shù)據(jù)，對原始假設(shè)的要求高。系統(tǒng)建模法，能夠準(zhǔn)確、細(xì)致地量化系統(tǒng)中的要素，提高估算精度，但需要大量的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，界定要素間的聯(lián)系難度大。

近年來建設(shè)開發(fā)項(xiàng)目持續(xù)增多，建筑垃圾產(chǎn)量逐年遞增。加上歷年建筑廢棄物年產(chǎn)量數(shù)據(jù)缺失，預(yù)測產(chǎn)量難度加大。重慶作為我國最大的城市之一，產(chǎn)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他城市，很難準(zhǔn)確收集城市的建筑垃圾產(chǎn)量。而單位產(chǎn)量法適用于數(shù)據(jù)不完全、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)大的研究，因此選用單位面積產(chǎn)量估算方法對歷史產(chǎn)量進(jìn)行估算[6]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以重慶市為研究對象，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對建筑廢棄物進(jìn)行產(chǎn)量估算。數(shù)據(jù)的跨度主要選取重慶市2002年至2020年的歷史產(chǎn)量，其原因在于，2000年后重慶經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，建筑垃圾產(chǎn)量變化速度快，更加符合未來產(chǎn)量的增長趨勢。查找數(shù)據(jù)來源于《重慶統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》。

1.3 估算模型的建立

1.3.1 新建施工廢棄物年產(chǎn)量估算

大多新建施工廢棄物的產(chǎn)廢系數(shù)為0.055t/m2，但該系數(shù)的使用年份已久，已不適用于當(dāng)前的情況。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)建筑垃圾減量化的指導(dǎo)意見》中明確指出，到2025年末，實(shí)現(xiàn)新建建筑施工現(xiàn)場建筑垃圾排放量每萬平方米不高于300t。加上重慶市的丘陵山地特征，施工技術(shù)與其他地區(qū)存在明顯差異，產(chǎn)生的新建建筑的建筑廢棄物較少。本文擬用住房城鄉(xiāng)建設(shè)部和國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布的《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)手冊》中0.04t/m2作為計(jì)算新建施工廢棄物產(chǎn)量的基數(shù)，并通過《重慶統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》，查找相關(guān)的施工建筑面積，估算2002年至2020年的施工廢棄物產(chǎn)生量。

1.3.2 裝修廢棄物年產(chǎn)量估算

裝修廢棄物產(chǎn)量估算給學(xué)者們提供了豐富的借鑒方法。如建筑裝修廢棄物可按照居民住宅類和公共建筑類按照單位產(chǎn)量法分別計(jì)算，還可利用居民戶數(shù)與單位戶數(shù)裝修垃圾產(chǎn)生量乘積求總產(chǎn)量。由于重慶市尚無準(zhǔn)確的住宅及公共建筑面積的數(shù)據(jù)，查找單位戶數(shù)裝修垃圾產(chǎn)生量缺乏可靠的理論支撐，本文擬用建筑年裝修面積按房屋竣工面積的10%計(jì)算，單位裝修面積建筑廢棄物年產(chǎn)生量為0.1t/m2[6]。

1.3.3 拆除廢棄物年產(chǎn)量估算

拆除廢棄物建筑結(jié)構(gòu)主要類型分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)。目前，重慶市拆除廢棄物的主要建筑結(jié)構(gòu)以磚混結(jié)構(gòu)居多。參考相關(guān)學(xué)者的研究，將拆除廢棄物分為不同的結(jié)構(gòu)類型：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)。根據(jù)測算不同類型的結(jié)構(gòu)，將拆除的產(chǎn)廢系數(shù)定為1.337t/m2，拆除面積參考清華大學(xué)建筑節(jié)能中心的研究，城鎮(zhèn)拆除建筑面積約占竣工建筑面積比達(dá)23%，擬城鎮(zhèn)拆除建筑面積約占竣工建筑面積比定為20%[7]。

建筑廢棄物總量為新建、裝修、拆除之和。從2002年的1655.14萬t增加到2020年的5422.41萬t，平均年增長率約為13.47%。其中拆除建筑廢棄物類產(chǎn)量占比最高，是重慶市建筑廢棄物的主要組成部分。歷年重慶市建筑廢棄物產(chǎn)量，如表1所示。

表1 2001年至2020年重慶市建筑廢棄物年產(chǎn)量估算表

2 建筑廢棄物產(chǎn)量預(yù)測模型

2.1 預(yù)測模型的選擇

目前，預(yù)測建筑廢棄物的主要方法有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型、多元回歸分析法、灰色預(yù)測、系統(tǒng)動力學(xué)預(yù)測、ARIMA模型預(yù)測法等。為了選擇合適的方法對重慶市建筑廢棄物預(yù)測產(chǎn)量，下面對幾種預(yù)測方法進(jìn)行簡要介紹。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型通過誤差逆?zhèn)鞑ニ惴?，調(diào)整誤差權(quán)值和閾值，實(shí)現(xiàn)對未來趨勢的預(yù)測需要大量穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)，計(jì)算復(fù)雜?；貧w分析預(yù)測模型運(yùn)用大量數(shù)據(jù)，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立自變量與因變量的關(guān)系。建立回歸方程式進(jìn)行預(yù)測，能準(zhǔn)確計(jì)量因素之間的相關(guān)程度與回歸擬合程度?；疑獹M（1，1）模型，通過已知信息運(yùn)用灰微分方程尋找系統(tǒng)演化規(guī)律，其建模過程簡單，所需數(shù)據(jù)量小，樣本要求低，對數(shù)據(jù)要求高，但預(yù)測效果情況不穩(wěn)定。系統(tǒng)動力學(xué)預(yù)測，主要運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)分析因素間的潛在關(guān)系，探索各變量對系統(tǒng)的影響，可直觀體現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，所需數(shù)據(jù)量小，但建立模型內(nèi)部的內(nèi)在聯(lián)系難度大。ARIMA模型將預(yù)測對象視為一個隨機(jī)序列，用數(shù)學(xué)模型近似描述這個序列，該模型簡單，但時(shí)序數(shù)據(jù)要求高。

本文主要研究重慶市未來5年的建筑廢棄物存量，需要選取適合短期預(yù)測的模型，針對重慶市現(xiàn)有與產(chǎn)量相關(guān)的資料較少、存在不確定因素多等特點(diǎn)，決定采用灰色預(yù)測理論預(yù)測模型。該模型的適用范圍廣泛，預(yù)測精度可準(zhǔn)確驗(yàn)證，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)擬合度不高，還可及時(shí)修改模型，其計(jì)算量過程也相對容易。

2.2 灰色GM（1，1）模型預(yù)測結(jié)果

（1）離散原始時(shí)間序列X（0）為由表1新建、拆除、裝修之和。

（2）X（0）原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一次累加得X（1）。

（3）原始數(shù)據(jù)進(jìn)行光滑性檢驗(yàn)，該原始數(shù)列符合光滑性檢驗(yàn)，該數(shù)列可用于灰色GM（1，1）模型。

（4）生成的緊鄰均值生成序列Z（1）。

（5）構(gòu)建灰色GM（1，1）模型，計(jì)算參數(shù)化簡計(jì)算，最終還原式為

由此，公式反推重慶市2002至2020年建筑廢棄物產(chǎn)量，通過灰色GM（1，1）模型的驗(yàn)證公式計(jì)算均方差比C=0.31＜0.35，模型精度符合要求。計(jì)算小誤差概率P=1，查閱相關(guān)資料，該模型精度等級為“優(yōu)”。

（6）根據(jù)灰色GM（1，1）模型，對重慶市2021至2025年的建筑廢棄物年產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果分別為y1=（6882.36，7117.12，7359.90，7870.57，8139.04）萬t。預(yù)測結(jié)果表明，重慶建筑廢棄物年產(chǎn)量依然持續(xù)增長，但增長速度逐步趨于平緩。

2.3 小結(jié)

針對重慶市建筑廢棄物產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)偏差大、數(shù)據(jù)不全面的現(xiàn)象，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論建立了灰色GM（1，1）模型，對重慶市未來5年建筑廢棄物產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測。通過所建立的預(yù)測模型表明，重慶市未來5年的建筑廢棄物年產(chǎn)量會繼續(xù)增加，政府對建筑廢棄物資源化綜合利用的研究工作仍需進(jìn)行合理的安排和規(guī)劃。

3 結(jié)論

本文通過建立建筑廢棄物產(chǎn)量估算模型，得到重慶市2002年至2020年建筑廢棄物年產(chǎn)量數(shù)據(jù)，以灰色系統(tǒng)理論為載體，建立灰色GM（1，1）預(yù)測模型。經(jīng)過分析測算該預(yù)測模型精度等級為優(yōu)秀，能夠合理地反映重慶市建筑廢棄物產(chǎn)量的變化趨勢，由此用來預(yù)測重慶市未來5年內(nèi)建筑廢棄物的產(chǎn)量。

灰色GM（1，1）模型雖然不需要大量樣本，但研究發(fā)現(xiàn)，樣本數(shù)量越多，其預(yù)測模型的精度越高。由于灰色GM（1，1）模型適用于短期數(shù)據(jù)的預(yù)測，若進(jìn)行長時(shí)間的預(yù)測，該模型會造成較大誤差，精度等級低。在實(shí)際預(yù)測過程中，政府或者企業(yè)需要不斷對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行修正，使預(yù)測結(jié)果更加準(zhǔn)確，從而有效反映建筑垃圾的產(chǎn)量及產(chǎn)量變化趨勢。