建筑垃圾量化研究进展

刘贵文，吴泽洲

(重庆大学 建设管理与房地产学院，重庆，400045)

摘要：通过对文献的对比分析，按照实施过程及应用范围，将国际上现有建筑垃圾量化方法分为6类：人均乘数法、现场调研法、单位产量法、材料流分析法、系统建模法和其他特定种类建筑垃圾的量化方法。人均乘数法是应用最早的量化方法，但是与建设活动关联性差，导致量化结果与实际产生量差异较大。现场调研法和单位产量法的应用最为普遍，但需要有充足的人力和时间。材料流分析法主要应用于区域范围内的建筑垃圾算量。系统建模法从系统角度动态地对建筑垃圾进行量化，有利于提高预测的精度。针对建筑垃圾中某种特定的组分，也可以使用其他更具有针对性的方法进行测量。

关键词：建筑垃圾；区域层面；项目层面；量化方法

中图分类号：N32            文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2012)S1-0290-07

Review of methodologies for estimating construction and demolition waste

LIU Gui-wen, WU Ze-zhou

(Faculty of Construction Management and Real Estate, Chongqing University, Chongqing 400045, China)

Abstract: Through the analysis of recent references, the estimating methodologies on construction can be divided into six categories according to implementation process and application scope, namely per capita production multiplier method, site visit method, generation-rate-per-unit calculation, material flow analysis, system dynamics approach and other specific methodologies for particular materials. Per capita production multiplier is considered to be the earliest methodology, but the quantification result may have a great fluctuation from the actual amount. Site visit method and generation-rate-per-unit calculation are the most common used methodologies, but plenty of human resource and time are needed when implementing these methods. Material flow analysis is competent to quantify the amount of construction and demolition waste from regional level. System dynamics approach conducts the dynamic quantification from the respect of system, it is considered to be a preferable methodology to improve quantification accuracy. Concerning a certain component in construction and demolition waste, other methodologies may also be used for estimation.

Key words: construction and demolition waste; regional level; project level; quantification methodology

在过去的30年中，我国的建筑业有了突飞猛进的发展，而建筑垃圾的产生量也非常惊人。据统计，全国每年产生的建筑垃圾量占城市固体垃圾的40%以上。建筑垃圾主要在建筑物、道路、桥梁及其他构筑物的新建、更新、拆除过程中产生。大部分建筑垃圾是由惰性材料(如混凝土、开挖土、钢筋等)组成，这类材料的物理化学性质相对稳定，对周边环境的污染较小。然而，在建筑垃圾中仍然会存在一定比例的非惰性材料，这类材料容易受周边环境的影响，若不进行有效处理会成为有害废物(如石棉、塑料等)，危害自然环境及人类健康。此外，未按要求进行堆放的建筑垃圾极易破坏市容市貌、堵塞河道或占用农田土地。因此，如何对建筑垃圾实施有效管理已成为世界范围内面临的挑战，也是现在国内外研究的热点之一。

对区域层面或项目层面产生的建筑垃圾进行量化不仅可以帮助决策者从宏观角度进行管理，更能为以后实施更有效的管理提供数据支持。我国对于建筑垃圾的研究刚刚起步，缺乏成熟的建筑垃圾量化经验，仍需向其他先进国家进行借鉴。鉴于此，本文作者对国际权威杂志上发表的相关研究进行了总结和评述，探讨现有方法的应用范围、局限及发展趋势，以便为进一步开展建筑垃圾量化研究和实际应用提供参考。

1  文献获取途径

为确保文献综述的权威性，本文作者通过SCI和EI数据库进行文献检索。初步检索后，发现国际上研究建筑垃圾量化方法的文献很少。为扩大检索范围，采用了在已获取文献中出现频率高的关键词做进一步检索。进一步检索的关键词由3部分构成，检索时按顺序从每一部分中选出一个与其他两组进行组合。如“Construction Waste Quantif^*”，备选关键词如图1所示(在PART 3中，*的作用是检索与其前面字母相同的单词。如利用Quantif*作为检索词时，它能够同时代表Quantify、Quantifying和Quantification作为检索词，提高检索效率)。

图1  备选关键词

Fig.1  Alternative key words for retrieving paper

进一步检索之后，共搜集到120余篇文献。略读发现，搜集到的文献中有大量文章介绍的是城市固体垃圾、工业垃圾及其他类型垃圾的量化方法。因建筑垃圾主要由惰性废物构成，在物理性质上与其他类型的垃圾存在较大区别，为增加综述的针对性，将这部分文献排除在综述范围之外。共有27篇文献符合要求。

为保证综述的全面性，避免检索的遗漏，对27篇文章所列的参考文献进行反检，最终又找到了2篇收录于SCI或EI的文章。

2  文献分析

将获取到的文献按来源进行汇总，结果如表1所列。由表1可知：关注建筑垃圾量化研究最多的期刊是Waste Management(WM)，其文章数量占到了文献总数的1/3以上。Waste Management and Research (WMR)；Resources, Conservation & Recycling (RCR)和Journal of Construction Engineering and Management (JCEM)也对此方面的文章比较关注。在这4个期刊 中，WM，WMR和RCR是国际公认的垃圾管理领域的权威期刊，而JCEM也是建设领域的权威期刊。

表1  文献来源期刊分布

Table 1  Distribution of sourced journals

图2所示为从1994年到2011年建筑垃圾量化文章的数量。由图2 可知：从2006年开始，业内对于建筑垃圾量化的重视程度持续提高。

图3所示为现有文献研究的区域划分，图中1~6分别表示各个国家或地区所发表的文献篇数。从图3可以看到：建筑垃圾的量化研究在发达国家或地区及发展中国家都已展开。其中，介绍美国和香港量化方法的文章最多，这表明这2个区域建筑垃圾管理经验丰富；另外，一些发展中国家对建筑垃圾量化也开始重视，如中国和希腊。

图2  建筑垃圾量化文章发表趋势

Fig.2  Trend of publication concerning CDW quantification

图3  现有研究分布

Fig.3  Distribution of researched regions

通过对文献的分析发现，建筑垃圾量化方法的选择与建筑垃圾产生阶段和量化范围有关。根据产生阶段，可以分为建设垃圾、装修垃圾和拆除垃圾的量  化；根据量化范围，可以分为区域层面和项目层面的量化。最终，总结了6类建筑垃圾量化方法：人均乘数法、现场调研法、单位产量法、材料流分析法、系统建模法及其他方法。各方法在文献中的应用如表2所示。

由表2可以看出：目前应用最广泛的方法是“单位产量法”。这种方法可以对各类建筑垃圾进行量化，即对于区域层面或项目层面的建设垃圾、装修垃圾和拆除垃圾都可以应用。此外，“现场调研法”也是应用较广的一种方法，尤其是对于项目层面的建筑垃圾量化，这种方法应用较多，并且为区域层面的单位产量法提供数据支持。随着对建筑垃圾量化精度要求的提高，近几年发展了一些新的方法，如材料流分析法、系统建模法。

3  量化方法述评

3.1  人均乘数法

很多文献提到了人均乘数法，将其视为最早的建筑垃圾量化方法，源自于城市固体垃圾的量化，适用于区域层面建筑垃圾的量化。尽管在搜集到的文献中没有对这种方法进行单独的应用，但却为以后建筑垃圾量化方法的发展提供了思路，并在早期的实践中应用广泛。

这种方法的量化过程主要分以下几步：首先，对某个区域在某个特定时间段内公共填埋场的处理记录进行统计，计算出该区域在该时间段的建筑垃圾填埋总量；然后，根据当地相关统计资料，获得区域内人口总数，从而计算得到在此特定时间段内的人均建筑垃圾产量；最后，结合该区域内的未来人口变化趋势，预测该区域未来建筑垃圾的产量。

人均乘数法应用较为方便，但由于建筑垃圾的产生量与建筑活动直接相关，而非人口数量(例如在某一时间内人口数量保持不变，但是建筑活动波动较大)，导致这种方法与实际相比可能会有较大的波动。

3.2  现场调研法

现场调研法一般用于计算单个或有限个数的项目层面的建筑垃圾产量，不适于区域层面的测量。因为区域内建筑活动众多，如果用这种方法进行建筑垃圾的量化，将会消耗巨大的人力和时间。在实施现场调研法时，通常会同时进行两方面工作：现场观测及专业人士访谈。

3.2.1  现场观测

现场观测有两种途径，一种是直接测量，即直接对现场堆放的建筑垃圾进行测量；另一种是间接测量，即通过对进出场的建筑垃圾运输车辆进行统计，得到建筑垃圾总量。

选用直接测量时，可以根据现场建筑垃圾的堆放情况将其简化为简单的几何模型。若堆放呈四棱锥体，如图4(a)所示，则可以按照体积=1/3 (底面积×高)计算；如果堆放呈长方体，如图4(b)所示，则按照体积=长×宽×高计算。对于零散的建筑垃圾，则先按照大小的相似程度分类，再从各类中随机抽取3个样本进行测量，取其平均值，作为这一类的标准值，用其乘以总数获得最终值。

表2  建筑垃圾量化方法分类

Table 2  Categories of construction and demolition waste quantification methodologies

选用间接测量时，调查者只需计算进出场的建筑垃圾运输车辆的容积及次数，便可获知建筑垃圾的总量。例如，建筑垃圾运输车可以容纳的平均建筑垃圾体积为120 m³，若某一天中总共有10辆进出场的运输车，则当日产生的建筑垃圾为1 200 m³。

两种方法相比较不难看出，间接法实施起来较为方便快捷。但直接法的优势在于可以获得更加精确的测量结果，例如可以应用于测量某类建筑材料的废弃量；而间接法只能获得总量的数据，适用于较低级的建筑垃圾管理。

3.2.2  专业人士访谈

在现场观测的同时，对有经验的专业人士进行访谈也是一种间接获得建筑垃圾产量数据的方法。有经验的现场管理人员通常会对建筑垃圾产生率有直观的认识和估算。因此，在实施现场观测时，也需要对有经验的现场管理人员进行访谈，以提高数据的有效性。

图4  建筑垃圾现场堆积

Fig.4  Stockpiled and gathered waste on site

3.3  单位产量法

在现有文献中，单位产量法是应用最广的一类方法，可以应用于区域层面和项目层面各时期建筑垃圾产量的估算，且应用方式众多。

3.3.1  基于建设许可资金额的单位产量法

人均乘数法是最早的单位产量法，但在计算过程中没有考虑到建筑垃圾的产生量与建筑活动变化的紧密关系。为了在建筑垃圾量化方法中体现这种关系，Yost等^[2]基于美国国家统计局公布的建设项目许可证书中的建设资金额，发展了一种建筑垃圾估算方法。这种方法可以对区域层面的建筑垃圾产量进行估算，目的是为建筑垃圾回收企业的选址提供决策支持。

Yost等^[2]以区域范围内石膏墙板的量化为例介绍了这种方法：首先对若干具体的项目进行实地调研，获得各个项目的废弃石膏产量和建筑面积，应用线性回归分析获得单位面积废弃石膏板的产生率；接下来根据统计局颁布的建设许可证书中的建设资金额和建设面积，应用线性回归方程获得单位面积对应的价格；第三步是根据建设许可证书计算目标区域范围内总的建设金额；第四步是根据前面建立的关系，预测区域内废弃石膏的总产生量。

这种方法将建设许可中的建设资金额作为转换因子，同样适用于其他材料废物产生量的计算。应用这种方法的好处是能够使建筑垃圾的量化与建设活动的规模建立关联，从而降低误差，其前提是政府对当地的建设项目具有良好的备案及公开机制。

3.3.2  基于统计数据的单位产量法

该方法是前述方法的延伸，进行估算前若能寻找到可靠的相关行业数据或是前人研究成果，将会使建筑垃圾的量化变得非常简单。单位产量测量标准的选择应当根据材料的几何性质决定，如废弃混凝土可以选择以单位面积的质量(kg/m²)为标准，废弃工程渣土选择以单位面积的体积(m³/m²)为标准等。政府一般都有对项目建设面积的统计。因此，此方法的关键步骤是如何获取单位产量。

单位产量的获取除实地调研外，也可以通过对政府报告、行业报告、学术文献的调研获取。例如Kofoworola等^[20]利用科研机构报告测算的单位建筑面积建筑垃圾产量，对泰国全国的建筑垃圾进行了量化分析。显然，建立完善的建筑垃圾数据库对于提高建筑垃圾管理的效率有很大帮助。

3.3.3  基于分类系统的单位产量法

由于建筑废弃材料的多样性和复杂性，只是对建筑垃圾的总量进行测算，已不能很好地满足管理要求。为制定更加精细的策略，可以建立建筑垃圾分类系统，将各类建筑垃圾按分类系统细化，计算每类建材垃圾的量。

Solis-Guzman等^[21]针对建筑施工现场产生的建筑垃圾首先提出了建立分类系统的思想。他们基于西班牙的建设项目预算系统，建立了建筑垃圾的分类系统。分类系统要求层次清晰，按章节逐级进行细分，每一章代表一大类活动，用数字表示；每一节代表这一大类活动中的某一类，用字母表示。例如，在该项研究中，02TX中的02代表第二章(例如土石方工程)，而TX代表其中的某一特定小节(例如土石方运输)。分 类系统确定后，各种材料的废弃量就可按前述方法进行计算。

3.4  材料流分析法

材料流分析法由Cochran等^[24]提出，用于分析区域层面产生的建设垃圾和拆除垃圾总量。这种方法以工程材料的总购买量为研究对象，按其在建筑项目中的用途进行分析，并基于以下假设：项目购买的建筑材料(M)并非都构成建筑物实体，一些建材在建设阶段不可避免地废弃掉，成为建设垃圾(CW)，剩余的材料构成建筑物实体，这部分材料在建筑物到达其建筑寿命终点，进行拆除时全部转化为拆迁垃圾(DW)，即n(DW)=n(M)-n(CW)。

假定某一类建筑结构的平均建筑寿命为50年，如果计算这类建筑2011年建筑垃圾的产量，则可以用如下公式表示：

n(CW)₂₀₁₁=n(M)₂₀₁₁×W_c          (1)

n(DW)₂₀₁₁=n(M)₁₉₆₁-n(CW)₁₉₆₁       (2)

式中：W_c代表施工场地建材平均废弃率，一般施工指南中都有规定。而2011年的拆除垃圾量则等于50年前构成建筑物的建材总量。将式(1)和(2)相加即得到2011年建筑垃圾的总产量。

使用这种方法计算的建筑垃圾总量，一般比实际产生的建筑垃圾总量要多，因为在实际建设和拆除项目中产生的建筑垃圾会有一定比例的回收利用。

3.5  系统建模法

精确细致的量化结果有利于制定更加详尽合理的策略，因此一些学者提出了用系统建模的方法，对建筑垃圾的产生量进行预测。这种方法将建筑垃圾量化视为一个由许多影响因素构成的系统，通过建立模型对各影响因素进行分析，有利于提高预测精度。

Wimalasena等^[27]提出了“基于工序的量化”思想，认为建设工程建筑垃圾的产生，是由一系列单独的建筑工序构成，将这些工序累加起来，即得到项目建筑垃圾的产生量。也只有对每个工序的建筑垃圾产生量进行识别，才能保证对总量预测的精度。

Wimalasena等^[27]认为，工序运作过程中建筑垃圾产生量的影响因素有4类：工序特定因素(如施工方法、工序工期、预算等)、人力与机械因素(如劳动力数量、机械运作情况、事故情况等)、现场条件和天气因素(如工作时的温度、湿度、亮度等)及公司政策(如安全政策、工资情况等)。这些因素又可以分为人为因素和非人为因素。通过一系列定性和定量的方法，确定每个因素对建筑垃圾产生量的影响程度，从而可以根据这些因素在不同的环境下对建筑垃圾的产生量进行预测。

3.6  其他

对于某些特定的建筑材料，可以根据其物理化学性质制定比较有针对性的测量方法。Shi等^[13]基于每年水泥的生产量对我国的废弃混凝土产量进行了估测。由于水泥是混凝土的必要组成成分，因此可以通过水泥作为媒介，结合一系列假设大致估算混凝土的消耗。

国家每年都会对水泥的产出量进行统计，假设建设过程中废弃混凝土的产生率占总量的2%，且混凝土按w(水泥):w(水):w(骨料)=1.2:0.8:8的比例进行配置，则水泥在混凝土中占12%；而根据现有资料显示，在2000年前，全国水泥的总产值中有50%用于配置混凝土，2000年以后这一比例提高到了60%。以量化2000年以后的废弃混凝土为例，可以按照式(3)进行。

废弃混凝土=(水泥年产值×60%/12%)×2%  (3)

4  结论

(1) 单位产量法和现场调研法是当前应用最为广泛的2种方法。单位产量法可以满足各类建筑垃圾的量化需求，其关键步骤是确定单位建筑垃圾产生率，通过计算总体单位数量得到建筑垃圾总产量。现场调研法对于项目层面的建筑垃圾量化非常有效，但是若要应用于区域层面的建筑垃圾量化，则需要消耗大量的人力和时间。

(2) 材料流分析法在计算区域范围内的建筑垃圾产量时具有简单精确的优点。但是由于多数情况下缺乏历史数据的支持，导致此方法未能广泛应用。另外，由于当前建筑垃圾量化研究的对象多集中于房屋建设项目，缺乏桥梁、道路、构筑物等其他建筑类型的量化实例，往往导致这类建筑在量化研究中被忽略。

(3) 系统建模法有利于从系统考虑，得到更为精确的量化结果。在实际的项目实施过程中，决策者不仅希望得到建筑垃圾的总产量，更希望得到各类建材垃圾的产生量，为制定决策提供支持。传统的计量方法很难满足这一要求，因此引入建筑垃圾分类系统或采用系统建模测量的方法将成为发展趋势。

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(编辑 李向群)

收稿日期：2012-01-15；修回日期：2012-02-15

通信作者：刘贵文(1974-)，男，四川阆中人，教授，博士生导师，从事城市发展与管理、建筑可持续、建筑业发展研究；电话：023-65120976;       E-mail: gwliu@cqu.edu.cn