对中国混凝土废弃物总量的预测与估值

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1、对中国混凝土废弃物总量的预测与估值Jianguang Shi , Yuezhou XuDepartment of Civil Engineering, Xiamen University, Fujian 361005, ChinaReceived 7 October 2005; received in revised form 13 March 2006; accepted 15 March 2006Available online 16 May 2006摘要：随着中国经济的快速发展，其资源短缺和环境污染已经变得越来越严重。作为主要产业之一，建筑业消耗大量的自然资源，同时也造成许多土木工程浪费

2、（下文简称CEW）。对这些已经浪费的土木工程进行回收利用不仅能有效解决环境污染问题，而且能大大减少对自然资源的消耗。为了对混凝土废弃物有一定的认识，这篇论文根据每年的水泥生产和建筑面积分别地对混凝土废弃物的数量进行了估算，基于水泥生产的这个方法适用于估算混凝土废弃物的总量，基于建筑面积的那个方法可以用于估算在建筑中混凝土废弃物的总量。混凝土废弃物未来的总量也可以预测。用已建立的灰色预测模型来估量未来的建筑面积，而且能用国内生产总值时间预测方法系列来估量未来的水泥生产，此方法也用于估算碎石发展的速率。结果表明，中国混凝土废弃物的总量于2000年达到了8800万公吨，而且未来每年的增长率会达到8%

3、以上。关键词：土木工程废弃物 混凝土废弃物 估值 预测1. 引言建筑业是中国主要产业之一，其投资在2003年达到了33447亿元人民币，这占了房地产总投资的60.2%（中国国家数据局，2004），在建筑业所消耗的材料总量将近所有行业所消耗的材料的一半（Zhan,2004）。最近几年里，由于快速的城市化和城市重建所导致的大规模地搞建筑和建筑物拆迁，土木工程废弃物量已达到了城市总废弃物量的30-40%。材料的巨大消耗和丢弃与可持续发展不相协调，使环境条件恶化，也加重了资源的负担。因此，对土木工程废弃物的最大化利用或回收是必然的选择。为了对土木工程废弃物或是混凝土废弃物进行量化预测和估值，已经提出了

4、些许方法，例如：基于建筑面积的方法（Hsiao et al.,2002; Fatta et al.,2003），基于建筑投资的方法（Yost and Halstea,1996）和基于人口的方法。事实上，混凝土废弃物的总量与混凝土产量或水泥生产有关，楼房建设和拆除也会产生混凝土废弃物。这篇论文分别根据往年每年的水泥生产和建筑面积尝试着对混凝土废弃物总量做出一个好的估量，然后预测混凝土废弃物的增长趋势，这一预测方法依据国内生产总值时间预测方法系列，其是用来估量未来的水泥生产和建筑面积的。2.混凝土废弃物的估值2.1混凝土废弃物的定义以及来源土木工程废弃物一般是指剩下的泥、残渣、泥浆和其他的丢弃物，

5、这些是建筑公司或私人在建造、拆除、重建和装修时产生的。混凝土废弃物是土木工程废弃物的一部分，而且部分也能作为整体使用，因为它有很好的回收利用功能。混凝土废弃物主要来源于各种各样的楼房或道路拆迁和建设过程。2.2混凝土废弃物的估值方法有两种方法可以用来估算混凝土废弃物的总量，均分别基于往年每年的水泥生产和建筑面积。水泥是混凝土的必要成分，所以混凝土的总量可以通过统计水泥生产而估算得出。混凝土结构某天会被拆除，那么之前的混凝土就是混凝土废弃物的基本来源。混凝土废弃物总量也能通过建筑物拆迁面积和建筑物建设面积而计算得出，此方法既简单又方便。混凝土废弃物来源于某些大城市或区域，由于水泥来源的复杂性，要

6、估算一座城市或一个区域的水泥总量是很难的。几乎所有的混凝土废弃物都来源于建筑物建造和拆迁，因此，运用基于建筑物面积的方法来估算城市混凝土废弃物总量将会是非常有效的。（图1）中国水泥和混凝土生产量曲线图2.3混凝土废弃物：基于水泥的估值方法 1950年以来每年的水泥生产量如图1所示（中国国家数据局，2004,2003）。2000年以前用以制作混凝土的水泥量约占水泥总产量的50%，此后约占60%。其他水泥用于生产沙团，那是运用于大批建构和装修的（Wu and Wen,2004）。如果混凝土是根据以下比率来混合的话：水泥：水：总计=1.2:0.8:8，那么1950年以来每年的混凝土产量就如图1所示。

7、 中国住房计划使用期是50年，但是由于过去建筑水平低下，经济快速发展，城市化膨胀和大量移民的迁入，可知中国住房的真正使用期不到50年（Niu,2004）。从调查研究住房的拆迁率（鉴于其建成时间）和考虑到中国住房的实际情况，住房累计拆迁率如图2所示。住房每年的拆迁率根据住房累计拆迁率计算得出并于图3所示。 因此，拆迁的混凝土废弃物总量可以通过以下方程式计算得出：在此方程式里，DCD就是拆迁的混凝土废弃物总量的简称，ACi就是第i年年度混凝土产量，ADRi就是第i年住房年度拆迁率，n 是住房使用期，i指年份，i=1-n。根据调查研究，n假定为60年，那么由方程式（1）得出中国2004年的DCD就是

8、14019万公吨。（图2）建筑ACDR随时间变化图根据调查研究，材料的实际消耗为2-5%，比建造进程中的理论价值还多。也就是说，这些材料的有效使用率只有95-98%，剩下的就浪费了。尽管对水泥的控制和管理比对其他材料的控制和管理还要严格，水泥的浪费率依然高达1-4%（Wang and Zhan,2003）。以2%为水泥浪费率的话，建筑物混凝土废弃物总量就可以通过以下方程式计算得出：（图3）ADR随时间变化图 在此方程式里，CCD是指建筑物混凝土废弃物总量，AOC指年度水泥产量，WR指建设过程中水泥浪费率，2%；PCTC指水泥变成混凝土的百分比，2000年以前是50%，此后是60%；PCC指混凝

9、土里所含的水泥的百分比，12%。 据方程式（2）得出，中国2004年CCD是9700万公吨。那么，混凝土废弃物（等同于DCD和CCD）总量则为23719万公吨，人均混凝土废弃物量为0.182公吨。2.4混凝土废弃物：基于建筑面积的估值方法 当基于建筑面积来估算混凝土废弃物总量时，我们可以采取以下步骤：l 决定拆除和建设的比率（RDC）。RDC定义为拆除面积和建房面积的比率。RDC随着城市的快速膨胀而有所降低，但是在经济平稳时期它会有所提高，此时城市膨胀速度放缓并且建筑业转向重建而非建造新楼房。根据1996年至2003年的统计数据，中国RDC约为0.16。l 用RDC计算拆除面积。2003年建筑

10、面积为202643万平方米，而拆除面积预计为32423万平方米。l 估算DCD,CCD和CD（即混凝土废弃物）。从拆除和建设的惯例得知，当拆除1平方米的建筑面积时会产生0.7立方米的废弃物，当建设100平方米的建筑面积时会产生3立方米的废弃物（Wang and Zhao,2003）。建设和拆除所产生的废弃物的平均密度为1.8公吨/立方米。从而，2003年拆除所产生的废弃物量为40853万公吨。混凝土废弃物量占城市拆除废弃物量的53%（Yang and Wang,2004）。因为县级地区和老楼房很少使用混凝土，在拆除废弃物里混凝土废弃物量只占40%，所以，2003年DCD总量为16341万公吨。

11、2003年有21亿平方米的新建筑面积，于是此时建筑废弃物量为11340万公吨，当建筑废弃物含有17.5%的混凝土废弃物时（Yang and Wang,2004），此时CCD则为1985万公吨。l 把CCD和DCD加之一起以得混凝土废弃物总量。中国在2003年的CD量为18326万公吨，那么人均CD量为0.14公吨。3. 混凝土废弃物量的预测3.1基于水泥的预测 国内生产总值直接反映了一个国家经济发展的整体形势，而水泥是国家经济发展的主要物质。 (图4) 因此，国内生产总值能与水泥的消费达成一致。根据西方发达国家的大量研究发现，在经济发展的初级阶段，随着国内生产总值的提高，水泥消费也剧增。但是在

12、人均国内生产总值提高的某一点上，水泥消费量会停止增长甚至有所降低（Yang and Wang,2004）。 中国每1万人国内生产总值的水泥消费量是可以预测的，即根据1982年至2004年的消费数据记录使用逆行分析法便可。如图4所示。 （图5）中国GDP增长率预测图（图6） 基于图5所示预测出的2000年至2050年国内生产总值比率（Wang et al.,2003），可以预测出中国到2050年的国内生产总值，如图6所示，那么水泥未来产量同样可以预测，因此，如果混凝土的构成比例是：水泥：水：总体=1.2:0.8:8，而且水泥的60%用于制作混凝土的话，也可以估算出混凝土的产量，如图7所示。（图7

13、）中国混凝土产生量预测（图8） 中国CD数量预测 根据图3的拆除率可以得出到2050年为止混凝土废弃物的年度总量，如图8所示。由此得知，混凝土废弃物总量于2030年将达到15亿公吨，于2050年达到53.7亿公吨。3.2基于建筑面积的预测 基于建筑面积的预测方法第一步是估量建筑面积。在“缺乏数据”和“信息不确定”的情况下，灰色理论非常适合于模拟（Deng,2002）。灰色预测理论用于建立GM（1,1）模型预测建筑面积，然后用方程式（3）算出拆除面积，最后得出混凝土废弃物总量。3.2.1建筑面积的灰色预测 运用灰色理论根据以下步骤做相应预测：（1）原始数据 以时间为依据，从1993年至2003年

14、每年完成的建筑面积以十亿为单位排列如下： X(0)(t)=12.2,14.4,14.6,16.3,16.6,17.1,18.7,18.2, 18.3,19.7,20.3（2）一次累加原始排列数据 这一步的目的在于为预测模型提供中间信息和降低原始数据的随机性。 X(0)= X(0)(1), X(0)(2), X(0)(3),X(0)(n)X(1)= X(1)(1), X(1)(2), X(1)(3),X(1)(n)有： （3）计算B和YN的方程式 （4）计算参数排列，并且确认a是否在-2,2的范围里。（5）把灰色参数放入时间微分式里： 微分式的独立解决式是： （6）检查结果精确度 比较剩余错误是

15、: 平均剩余错误是: 精确度是p0： 使用现有的原始数据和运用上述的方法，年度建筑面积预测模型GM（1,1）可以建立如下： （3） 通过方程式（3）预测出的1993年至2025年建筑面积如表格1和表格2所示，平均剩余错误e(0)(avg)是0.84%，精确度p0是99.16%。 GM(1,1)预测结果（表一）年份预测累计值X(2)(t+1)区域原始建筑残余误差199312.212.2地区0199426.622514.714314.422.0236199541.182515.258114.564.7947199657.482515.82216.32.9328199774.082516.40661

16、6.61.1648199891.182517.012917.10.50911999109.882517.641618.75.65962000128.082518.293618.20.51422001146.382518.969618.33.6592002166.082519.670619.70.14922003186.382520.397520.30.4804GM(1,1)预测结果 （表2）年份预测累计值X(2)(t+1)年度建设地区预测（十亿平方米）200420.75404200522.947332.19329200625.221682.27434200727.580072.35839200

17、830.025612.44554200932.561532.53592201035.191162.62963201137.917972.72681201240.745542.82757201343.677612.93206201446.718023.04042201549.87083.15277201653.14008202588.572224.53199202693.27169202798.14482 （图 9）建筑区域CD总量预测 3.2.2混凝土废弃物总量的预测 RDC=0.16的话，那么图9所预测和显示的便是接下来20年的DCD。考虑到在平均建筑周期后的新建筑面积与已完成的建筑面积密切

18、相关，n年后的新建筑面积将于n+2年后被已完成的建筑面积所取代。因此，CCD是可以估算出的，中国未来20年的混凝土废弃物总量可以通过DCD和CCD一起预测出来，此在图9也有所显示。4.讨论 基于年度水泥产量的估算方法主要通过水泥的实际产量和混凝土结构的拆除率来决定，这个方法与混凝土废弃物总量有直接的关联性。但是做出拆除率的决定是艰难的，因为它涉及很多方面的因素。这个方法适用于某个国家估量混凝土废弃物总量。基于建筑面积的方法是间接的，它的精确度取决于拆除和建筑速率，但是这个速率与建筑物的类型和位置、持续时间、发展需求等等相关，必须积累大量的构造，这个方法适用于某个城市或地区的混凝土废弃物总量估算

19、。5.结论 这篇论文为估算中国每年产出的混凝土水泥废弃物总量提供一种方法，即运用逆行方法与水泥产量的相关性、建筑业发展区域和建筑面积的预测方法。 基于水泥产量和建筑面积，可以预测和预估出混凝土废弃物总量；基于水泥产量，2004年的混凝土废弃物总量估算为23719万公吨，人均混凝土废弃物量为0.182公吨；基于建筑面积，2003年的混凝土废弃物总量估算为18326万公吨，人均混凝土废弃物量为0.14公吨。 为了运用水泥产量预测出混凝土废弃物总量，可以运用国内生产总值时间预测方法系列来估量未来水泥产量。结果显示，混凝土废弃物总量于2010年将达到23900万公吨，于2020年达到63800万公吨，

20、其平均增长率每年为8%以上。 当使用建筑面积来预测混凝土废弃物总量时，可以使用灰色预测理论来估算未来建筑面积，同时也可以用来预测DCD和CCD。结果表明，混凝土废弃物总量于2010年将达到20600万公吨，于2020年达到26400万公吨。尽管与运用水泥产量预测出的结果相比更少了，但是这个增长率还是很高的。 要么基于水泥产量要么基于建筑面积，目前中国产出的混凝土碎石速率是很高的，而且混凝土废弃物总量在未来的20多年里大体上将很有可能持续增长。 因此，是时候回收利用那些具有高回收利用能力的混凝土废弃物。减少对自然资源的使用和对环境的污染，以及促进可持续、和谐社会的发展，这将是一大造福人类的事情。

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