建筑废弃物管理的经济有效性动态评估模型

第３３卷第９期

２０１３年９月

文章编号：１００ｍ６７８８（２０１３）０９—２４１５—０７Ｓｙｓｔｅｍｓ系统工程理论与实践Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ—Ｔｈｅｏｒｙ＆Ｐｒａｃｔｉｃｅ中图分类号：Ｘ７０５文献标志码：ＡＶ０１．３３．ＮＯ．９Ｓｅｐｔ．，２０１３

建筑废弃物管理的经济有效性动态评估模型

袁红平，，王家远。

（１．西南交通大学经济管理学院，成都６１００３１；２．深圳大学土木工程学院，深圳５１８０６０）

摘要基于系统动力学理论与方法，对建筑废弃物管理活动的经济有效性进行了研究．首先根据

影响建筑废弃物管理活动经济有效性的主要因素的相互作用关系，描绘了所研究系统的反馈回路．

然后借助系统动力学软件Ｖｅｎｓｉｍ，构建了用于建筑废弃物管理经济有效性评估的动态模型．实证

研究结果表明：所构建的评估模型是可靠、有效的，该模型可用于建设项目废弃物管理经济有效性

定量评估，为相关决策提供指导．

关键词建筑废弃物；废弃物管理；系统动力学；经济有效性

Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

ｗａｓｔｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

ＹＵＡＮ

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＨｏｎｇ—ｐｉｎ９１．ＷＡＮＧＪｉａ－ｙｕａｎ２ＥｃｏｎｏｍｉｃｓａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｚｈｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０６０，Ｃｈｉｎａ）

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｉｍｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｉｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｔｅｍａｎ—

ａａｇｅｍｅｎｔｂｙｕｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｙｎａｍｉｃｓａｐｐｒｏａｃｈ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｏｆｆａｃｔｏｒｓ

ａａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｔｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｗｅｒｅｄｅｐｉｃｔｅｄ．Ｔｈｅｎ

ａｓｓｅｓｓｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｔｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆＶｅｎｓｉｍｓｏｆｔｗａｒｅ

ｐａｃｋａｇｅ．Ｔｈｅｆｉｎｄｉｎｇｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｓｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｏｒａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，

ｔｈｅｍｏｄｅｌｃｏｕｌｄｂｅａｄｏｐｔｅｄｆｏｒａｓｓｅｓｓｉｎｇｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｔｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｕｓｅｆｕｌｇｕｉｄｅｓａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｒｅｌｅｖａｎｔｄｅｃｉｓｉｏｎｍａｋｉｎｇ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｔｅ；ｗａｓｔｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｓｙｓｔｅｍｄｙｎａｍｉｃｓ；ｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ

１引言

随着城市化进程的日益加快和旧城改造的逐步推进，各类新建、改扩建工程在建设过程中都产生了大量建筑废弃物．据统计，目前我国建筑废弃物排放量已达城市固体废弃物排放总量的３０％，其中的大部分并未进行严格处理就直接弃置于废弃物填埋场和一些非法排放点，这样不仅耗用了大量的城市土地资源，也增加了废弃物后续清理及处置的难度㈦

近二十年来，建筑废弃物的减量化、资源化及回收利用一直是国外学者关注的焦点问题之一．相关研究主要借助问卷调查、访谈、案例研究、系统仿真等手段对建筑废弃物的收集、分类分拣、现场管理、回收再利用及最终处置等多个环节进行研究．例如，基于调查问卷的结果，Ｏｓｍａｎｉ等人【２Ｊ对因设计而导致的建筑废弃物问题进行了深入分析；根据Ａｊｚｅｎ的计划行为理论．Ｔｅｏ和Ｌｏｏｓｅｒｍｏｒｅ［３】对建筑废弃物管理过程中利益相关者的减废态度和行为进行了研究，并提出了改善建筑工人减废行为的具体措施；另外，利用系统动力学方法，Ｈａｏ等【４］提出了可用于模拟香港建筑废弃物现场管理的模型，该模型可辅助宏观决策．这些研究成果对推动特定背景下的建筑废弃物管理实践起到了积极作用．国内学者对建筑废弃物的关注起步也较早，但从各类研究成果的广度和深度来看，主要以定性分析为主，定量化研究成果比较少（如文献［５］），现有相关研究尚未形成一个相对完整的系统，有进一步深化的空间．

收稿日期：２０１１—０７—０８

资助项目：澳大利亚国家研究基金国际合作项目（ＬＰｌｌ０１００１５６）；国家自然科学基金（７１２０３１８４）

作者简介：袁红平（１９８３一），男，湖北人，副教授，博士，研究方向：建设项目可持续性，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｐｙｕａｎ２００５＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ；王家远（１９６１一），男，云南人，教授，研究方向：工程项目可持续性，建设项目风险管理和建设工程法律制度．

万方数据

２４１６系统工程理论与实践第３３卷

建筑废弃物管理的有效性会直接影响到建筑废弃物的减量化、资源化利用效果以及建筑废弃物的后端处置，因此，建筑废弃物管理有效性的提升是成功减废的关键．然而，综观国内外的相关研究，可以得到的一个普遍共识是“影响建筑废弃物管理有效性的一个重要因素是建筑废弃物管理的经济有效性”．正如Ｙｕａｎ和Ｓｈｅｎ［６Ｊ指出，建设项目的主要利益相关者（包括业主、承包商、工程师等）当前最关心的是建筑废弃物管理的经济效益；换言之，若这些建筑废弃物管理的利益相关者能够从管理活动中获取经济利润，其积极性及管理效率将大幅提升．这也在很大程度上解释了为什么建筑废弃物的成本一效益分析一直是备受国外学者关注的一个问题．例如，早在１９９９年，美国学者Ｍｉｌｌｓ等［７］就提出了一种可用于选择最优经济效益的废弃物管理计划；最近，Ｂｅｇｕｍ等人［８】借助一些数学方法．对建筑废弃物管理的经济可行性进行了探讨．但是这些研究基本都以静态的视角展开，并不能反映随着建设项目的进展，建筑废弃物管理经济有效性的动态变化情况．同时，这些研究并未考虑到建筑废弃物管理中各主要因素间的相互作用对管理活动经济有效性的影响，有悖于工程实际情况．另外，国内至今尚未见到有学者对建筑废弃物的经济有效陛进行过探讨．

鉴于此，本文旨在以我国建筑废弃物管理的实践为背景，建立一个可用于建筑废弃物管理经济有效性评估的动态模型．评估模型将根据系统动力学方法而构建，并借助Ｖｅｎｓｉｍ软件完成模型的可视化和运行，最终利用国内一个实际建设项目的数据进行模型的验证、仿真模拟及分析．

２建筑废弃物管理经济有效性评估模型的构建

建筑废弃物管理的经济有效性主要是通过对管理活动所涉及各环节的成本和经济收益进行分析，以此来考察整个管理活动的经济可行性．现有研究表明，建筑废弃物管理的经济有效性分析主要应考虑以下成本：建筑废弃物收集成本、分类分拣成本、再利用成本、废弃物回收的成本、运输成本、填埋成本、因非法排放废弃物的环境成本等；主要应考虑的经济收益包括：通过废弃物再利用、回收而带来的经济收益、通过废弃物管理节约的运输成本、通过减废节约的填埋成本等．

２．１因果反馈图

基于以上的成本和经济收益因素，结合建筑废弃物管理活动的特点，可以描绘出系统内各主要因素相互之间的作用关系，并最终形成所研究系统的因果反馈图（见图１）．

图１建筑废弃物管理经济有效性评估的因果反馈图

由图可知，该系统共包含１６个因果反馈回路，其中３个为正反馈（即Ｒ１一ａ３），其余均为负反馈（即Ｂ１一Ｂ１３），正反馈是指回路中任何一个初始参数的增加（或减少）都会通过回路中一系列参数的作用后将这种增加（或减少）的效果增强；相反，在一个负反馈中，回路中任何一个初始参数的增加（或减少）都会通过回路里一系列参数的作用后引起这一初始参数的降低（或增加）．以图１中的正反馈Ｒ１和负反馈Ｂ１为例，在Ｒ１中，假设非法排放的建筑废弃物量有一定增加，这个增加意味着现场收集的废弃物量会减少，接着，收集废弃万方数据

第９期袁红平，等：建筑废弃物管理的经济有效性动态评估模型２４１７物量的减少又会导致分类分拣废弃物量的减少．分类分拣废弃物量的减少意味着废弃物减量化管理的松懈，并进一步导致建筑废弃物宏观立法管理的松懈．较松的立法会最终导致非法排放建筑废弃物量的进一步增加．因此，最初假定的非法排放建筑废弃物量的增加，通过回路Ｒ１，会最终导致非法排放建筑废弃物量的更大增加．在Ｂ１中，假定建筑废弃物减量化管理有一定增强，必定会产生较少的废弃物，接着，收集的废弃物量以及分类分拣的废弃物量都会减少，最终，减少的分类分拣建筑废弃物量会降低对废弃物减量化管理的要求．按照同样的思路，可以详细的对回路中其余反馈环进行逐一分析．

２．２系统动力学模型的建立

依照图１所构建的建筑废弃物管理经济有效性评估系统的因果反馈图，可以进一步建立基于系统动力学的动态评估模型，如图２所示．模型中建立的主要流率方程和辅助变量方程共３０个，为便于理解，分别列示如下．

图２建筑废弃物管理经济有效性的评估模型

（１）收集废弃物（吨）＝每月产生的废弃物（吨）Ｘ废弃物收集的比例（％）

（２）分拣废弃物（吨）＝工地现场收集的废弃物（吨）Ｘ分拣废弃物比例（％）

（３）违规排放废弃物（吨）＝工地现场收集的废弃物（吨）Ｘ违规排放废弃物比例（％）

（４）回收废弃物（吨）＝工地现场分拣的废弃物（吨）×废弃物回收的比例（％）

（５）再利用废弃物（吨）＝工地现场分拣的废弃物（吨）Ｘ再利用废弃物比例（％）

（６）运输建筑废弃物（吨）＝工地现场分拣的废弃物（吨）Ｘ填埋废弃物比例（％）

（７）每月收集废弃物的成本（元）＝收集废弃物（元）×废弃物收集的单位成本（元）

（８）每月的废弃物填埋成本（元）＝单位填埋取费（元／吨）Ｘ每月填埋的废弃物（吨）

（９）每月的废弃物分拣成本（元）＝分拣废弃物（吨）×废弃物分拣的单位成本（元／吨）

（１０）违规排放废弃物的处置成本（元）＝违规排放的单位处罚成本（元／吨）×违规排放废弃物总量（吨）（１１）废弃物回收成本（元）＝回收的建筑废弃物（吨）×废弃物回收单位成本（元／吨）

（１２）废弃物再利用的成本（元）＝工地现场再利用的废弃物（吨）×废弃物再利用的单位成本（元／吨）（１３）废弃物的运输成本（元）＝填埋废弃物（吨）×废弃物运输总距离（ｋｍ）×单位运输成本（元／吨／ｋｍ）

（１４）废弃物管理的经济有效性＝，（废弃物管理的最大利润（元），废弃物管理利润的标准值（元），废弃物管理的最低期望利润（元），废弃物管理的利润（元））（１５）废弃物管理的利润（元）＝废弃物管理的总收入（元）一废弃物管理的成本（元）

万方数据

２４１８系统工程理论与实践第３３卷（１６）填埋废弃物比例（％）＝１一再利用废弃物比例（％）一废弃物回收的比例（％）

（１７）废物回收的比例（％）＝（ｏ．６×填埋取费对废弃物回收的影响＋ｏ．４×废弃物回收设施的可得性）／１００（１８）废弃物再利用的比例＝２８％

（１９）分拣废弃物比例（％）＝１一违规排放废弃物比例（％）

（２０）出售回收建材的收入（元）＝新建材的平均单位成本（元／吨）×节约的建筑材料总量（吨）

（２１）通过回收和再利用节省的废弃物处置成本（元）＝节约的建筑材料总量（吨）×单位填埋取费（元／吨）（２２）通过回收和再利用节省的建材购置成本（元）＝节约的建筑材料总量（吨）×单位建材购置成本（元／吨）（２３）通过回收和再利用节省的废弃物运输成本（元）＝节约的建筑材料总量（吨）×单位运输成本（元／吨）（２４）节约的建筑材料总量（吨）＝废弃物回收节约的建筑材料（吨）＋废弃物再利用节约的建筑材料（吨）

（２５）废弃物管理的总收入（元）＝出售回收建材的收入（元）＋通过回收和再利用节省的废弃物处置成本（元）＋通过回收和再利用节省的建材购置成本（元）＋通过回收和再利用节省的废弃物运输成本（元）

（２６）废弃物管理的成本（元）＝违规排放的处置成本（元）十废弃物收集成本（元）＋废弃物回收成本（元）＋废弃物再利用成本（元）＋废弃物分拣成本（元）＋废弃物运输成本（元）＋废弃物填埋成本（元）

（２７）废弃物运输的总距离＝１６（ｋｍ）

（２８）单位填埋取费＝６（元／吨）

（２９）违规排放废弃物的单位处罚成本＝６０（元／吨）

（３０）每月填埋的废弃物（吨）＝运输废弃物（吨）十每月产生的废弃物（吨）×（１～废弃物收集比例（％））只＝瞄机Ｘ薹≥Ｘ１］］ａＸ’≥’

万方数据

第９期袁红平，等：建筑废弃物管理的经济有效性动态评估模型２４１９３．２评估模型的检验

当模型中所有参数及其相互间作用关系确定之后，需要对所构建的模型进行检验，以保证其可靠性和适用性ｆｌｏ】，同时也为了确保所建模型是对真实世界系统的准确抽象［１１】．系统动力学模型的检验主要包括机械错误检验（检查模型是否有拼写及逻辑关系连接错误）、量纲的一致性检验（检查各个方程中参数的量纲）、模型的有效性检验以及方程式极端条件检验．经检验，本文的模型通过了机械错误检验、量纲一致性检验（通过Ｖｅｎｓｉｍ软件完成）以及极端条件检验．在此以参数“单位填埋取费”为例说明模型的有效性检验．

当前施行的建筑废弃物单位填埋取费是约６元／吨，为测试“单位填埋取费”变动对模型行为的影响，假定存在另外三种取费情景（分别为３６元／吨、６６元／吨和９６元／吨），分别对以上四种情景进行模拟，考察“废弃物管理总收益”的变化情况．图３的模拟结果显示，与基准情景（即单位填埋取费为６元／吨）相比，当单位填埋取费升至３６元／吨时，各月的废弃物管理总收益变化不大，但在模拟期末呈现一定的下降；当单位填埋取费升至６６元／吨时，废弃物管理总收益从第９个月起出现明显下滑；而当单位填埋取费为９６元／吨时，废弃物管理总收益从第８个月起出现显著下滑．由此可见，当模型中其他参数不变的前提下，随着单位填埋取费的上涨，废弃物管理所能获得的收益会渐少．这主要是因为项目需要为建筑废弃物填埋支付的费用大幅上升，这与实际情况是相符的．

０００００

９００００

８００００

７００００

㈣姗伽姗姜｜㈣

∞∞∞∞∞∞０

ｌｊ厂］１３４５＾７×９ＩＩｌ１二１３１４１５１６７１８月

单位填埋取费一《一６；ｃ／ｌ：ｔｌ－．．，Ｉｂ－３６，ｉ／ｔｔｌＬ６６，Ｌ／吨一９６元／吨

图３模型有效性检验（以参数单位填埋取费为例）

综上所述，本文的建筑废弃物管理经济有效性评估模型通过了模型验证，能够合理地反映实际情况，可用于仿真模拟和分析．

３．３模拟结果及分析

采用项目工期（１８个月）作为模型的模拟周期，仿真模拟结果见表ｌ、表２和图４．表１为各类建筑废弃物量的模拟结果．由图可知，在项目建设期内，每月收集的建筑废弃物基本稳定在５８吨左右，而氲ａ４－ｙ１分类分拣的建筑废弃物、再利用的废弃物和回收的废弃物均有明显增加．另外，在最初的９个月，非法排放的建筑废弃物量一直呈增长态势，从７．３４吨增至２５．８３吨，但随后便开始逐月减少，在第１８个月时降至２０．１９吨．填埋的建筑废弃物量也呈现类似的变化，在最初的４个月逐月增加，之后缓慢减少．这五个参数的模拟结果表明：随着该项目建设的不断推进，建筑废弃物管理的情况逐步得到改善．同时需要指出的是，参数“非法排放的废弃物”和“填埋的废弃物”模拟结果显示，该项目所产生的大部分废弃物仍是以填埋方式为主（包括填埋场填埋和非法弃置）．

表２罗列了建筑废弃物管理所涉及的各项成本的模拟结果．很显然，依照各项成本的数量大小，可将其依次排序如下：因非法排放导致的环境成本＞废弃物收集成本＞运输成本＞分拣成本＞填埋成本＞再利用成本＞回收成本．这说明大部分废弃物管理的成本被用于废弃物产生后的后端处理（包括清理非法排放的废弃物、运输和填埋）和废弃物收集等环节．

图４为建筑废弃物管理的收益和成本情况．由图可见，在项目建设期内，废弃物管理的总成本和总收益均呈直线型增长，在建设期末分别达６８７２３元和８９０５０元．在最初的５个月，废弃物管理的净收益为负数，之后，其开始出现显著增长，在建设期末达到２０３２６元．这说明在开始的５个月，建筑废弃物管理的经济有效性为负，但是之后有效性逐渐好转，并能为项目带来不同程度的经济收益．另外，该项目的建筑废弃物管理经济有效性指数在最初３个月并不稳定，时高时低，但是从第４个月开始，稳步增长，在建设期末指数值为７６．２６，说明在该项目中开展废弃物管理的经济有效性逐渐好转．

万方数据