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“无废城市”背景下建筑废弃物资源化产业系统耗散演化研究——以深圳市为例.pdf
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1、30FOCUS:URBANLOW-CARBONEVALUATIONANDSUSTAINABLEDEVELOPMENT现代城市研究2024.01本期聚焦:城市低碳评价与可持续发展文章编号:10 0 9-6 0 0 0(2 0 2 4)0 1-0 0 3 0-0 6中图分类号:X7文献标识码:Bdoi:10.3969/j.issn.1009-6000.2024.01.005基金项目:国家自然科学基金面上项目“建筑废弃物资源化产业链风险集成测度与韧性提升策略研究”(7 2 3 7 117 1);国家自然科学基金青年项目“建筑废弃物资源化产业链协同治理关键影响因素、动态演化机理及政策效能提升研究”(7
2、 2 0 0 114 8);国家自然科学基金面上项目“废弃泥浆絮凝一固结一固化宏细观耦合机理及加筋路用性能研究”(52 17 9 10 8);深圳市可持续专项“可移动式一体化工程泥浆高效干化技术研发及应用”(KCXFZ20211020164013020);深圳大学高质量咨政报告支持计划项目“深圳市深化土地管理制度改革研究:基于立体开发策略的视角”。作者简介:吴泽洲,副教授,极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室,滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室(深圳大学),深圳大学中澳BIM与智慧建造联合研究中心;官静,硕士研究生,极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室,滨海城市韧性基础设施教
3、育部重点实验室(深圳大学),深圳大学中澳BIM与智慧建造联合研究中心;孙晓辉,通信作者,院长助理,副教授,极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室,滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室(深圳大学);李俊杰,中级,碧桂园集团深莞惠区域;张佳盛,总工程师,中建四局第五建筑工程有限公司总承包分公司。“无废城市”背景下建筑废弃物资源化产业系统耗散演化研究以深圳市为例Research on the Dissipative Evolution of ConstructionWaste Recycling Industry in the Context of“Zero-WasteCity:ACaseSt
4、udy of Shenzhen吴泽洲官静孙晓辉李俊杰张佳盛WU Zezhou GUAN Jing SUN Xiaohui LI Junjie ZHANG Jiasheng摘要:在“无废城市”背景下,建筑废弃物资源化可以减少环境污染,促进城市可持续发展为提升建筑废弃物资源化水平,文章以深圳市建筑废弃物资源化产业为例进行研究,以耗散结构理论为基础,构建建筑废弃物资源化产业系统,并确定了3 1个熵指标,采用Brusselator模型和熵值法对问卷调查收集的数据进行实证分析,判断建筑废弃物资源化产业是否处于耗散结构。研究表明,深圳市建筑废弃物资源化产业尚未达到耗散结构,并基于实证结果提出产业发展建议,
5、以促进系统的有序协调发展,实现耗散结构状态。关键词:无废城市;建筑废弃物资源化;产业系统;耗散演化Abstract:In the context of Zero-Waste City,construction waste recycling can reduce environmentalpollution and promote urban sustainable development.In order to improve the level of construction wasterecycling,this paper takes the construction waste re
6、cycling industry in Shenzhen as a case,constructs theconstruction waste recycling industry system based on the theory of dissipative structure,and determines3l entropy indices,and empirically analyzes the data collected from the questionnaire survey using theBrusselator model and the entropy value m
7、ethod to determine whether the construction waste recyclingindustry is in the dissipative structure.The study shows that the construction waste recycling industry inShenzhen has not yet reached the dissipative structure,and based on the empirical results,the study putsforward suggestions for the dev
8、elopment of the industry in order to promote the orderly and coordinateddevelopment of the system and realize the state of dissipative structure.Key words:Zero-Waste City;construction waste recycling;industrial system;dissipative evolution31以深圳市为例|吴泽洲官静孙晓辉李俊杰张佳盛“无废城市”背景下建筑废弃物资源化产业系统耗散演化研究0引言“无废城市”依赖
9、于新发展理念,旨在通过循环利用、绿色生产等方式,实现城市内资源的有效利用和环境的持续改善,提升我国固体废弃物资源化水平,使其对环境的影响降到最低。随着城镇化建设进程的推进,我国每年产生的建筑废弃物总量在14亿 2 4 亿t,约占城市固体废弃物总量的4 0%。未经处理的建筑废弃物不但侵占了大量土地资源,而且对土壤、水体、空气等造成了污染3。为减少建筑废弃物的负面影响,政府部门出台了一系列建筑废弃物管理政策,但我国整体建筑废弃物资源化处理率仍不足10%4。关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见中要求施工过程中回收废旧公路、拆迁等建筑废弃物,实现建筑废弃物资源化利用。资源化处理实现了“建筑材
10、料一建筑物一建筑废弃物一再生产品”的循环使用模式,既减少了建筑废弃物的填埋量,又降低了对天然原料的依赖。建筑废弃物资源化产业是一个复杂的系统,它涉及众多利益主体,涵盖了经济、环境和社会等多个方面,如何将现实经济、社会等情况与该产业发展的特点相结合,是一个迫切需要研究的问题目前,学者们主要从经济影响 5-7 环境影响 18-9、技术可行性110-11、资源化影响因素112-14、资源化产业发展115-17 等方面对建筑废弃物资源化产业展开研究。内托(Neto)等 5针对建筑废弃物回收利用系统,采用经济评估法对“高性能”技术的投资回报率进行了分析,结果表明,其投资回报率低于简单技术的投资回报率李景
11、茹等 8 通过调查深圳市4 个项目,测算了资源化处理过程中的环境影响,通过差异分析提出了减少环境影响的建议。久尔科(Gyurk6)等0)研究将蒸压加气混凝土(AAC)废料作为预制混凝土砖、混凝土砌块等补充材料进行回收的可能性,结果表明,添加粉状AAC废弃物可以提升混凝土的耐久性。基于个人态度与行为的关联,麦克(Mak)等 3 I基于计划行为理论分析了影响建筑废弃物回收意图和行为的关键因素,结果表明感知的收益和成本、社会价值以及行为控制信念将直接影响主体的利益回收行为。而针对建筑废弃物现场资源化处置的影响因素,鲍(Bao)等 14 l通过案例分析、实地调研和半结构化访谈,认为主要因素包括施工场地
12、空间有限、再生产品销售渠道受阻、现场资源化成本较高、缺乏场外资源化企业支持和政府政策扶持等。卢梅等 15运用演化博奔理论研究政府与建筑废弃物排放单位及建筑废弃物加工再生企业之间的博奔关系,分析两种博奔的稳定策略点,并进行仿真分析,得出建筑废弃物资源化产业链中的关键影响因素。马(Ma)等 17 走访国内10个城市的10 家建筑废弃物资源化处理厂,确定了建筑废弃物来源不稳定、回收缺乏政府补贴、缺乏拆迁废弃物分类法规等八大挑战,以辅助政府制定适宜的建筑废弃物资源化产业发展策略。综上,学者们在经济影响、环境影响、技术可行性等方面已经取得了一定的研究成果,在建筑废弃物资源化影响因素和产业发展方面,大多忽
13、略了对建筑废弃物资源化的系统分析,产业发展的系统边界还不明确。同时,在产业发展的演化上,更多的是采用博奔类的研究方法,将其内部变化抽象为线性的、平衡的变化,缺少在非平衡、非线性的复杂系统视角下,对系统演化条件机制进行深人探讨。本文在从整体性和动态性的角度,以我国“无废城市”试点之一的深圳市为例,对建筑废弃物资源化产业系统进行研究。基于耗散结构理论,并结合波特提出的钻石模型,构建建筑废弃物资源化产业系统,分析耗散结构的形成条件,根据Brusselator转义模型判断建筑废弃物资源化产业是否处于耗散结构,以期为我国制定并完善产业发展政策提供有力的依据,为稳步推进“无废城市”建设提供参考。1建筑废弃
14、物资源化产业系统结构及耗散结构特性分析1.1建筑废弃物资源化产业系统结构分析建筑废弃物资源化产业系统是由从事建筑废弃物资源化相关活动的各利益主体及相关联要素在一定的时间和地域范围内,通过内部彼此之间的相互联系和相互作用,并与其所处的外部环境进行互动,进而形成的一个动态有机整体。将建筑废弃物资源化产业系统视为复杂系统,与外界发生相互作用时,系统能够进行自我调整与适应,以不断实现动态发展。明确产业系统结构前,需要界定系统边界。系统边界本质上是系统与环境的分界面,既能识别系统内、外部环境,也能充当系统内、外部环境的互动介质18。因此,本文将建筑废弃物资源化产业系统所涉及的利益相关主体视为系统边界内,
15、将影响利益相关主体的环境视为系统边界外建筑废弃物资源化产业系统涉及建筑废弃物从源头产生一直到再生产品销售与使用的全过程,其基本构成单位是资源化企业、政府、建设单位、施工单位等其他利益相关主体。为进一步明确利益相关主体之外的系统构成要素,本文借助波特提出的分析产业竞争力的钻石模型。波特总结了影响产业发展的六大因素,包括生产要素、企业战略、结构和竞争、需求条件、相关和支持性产业、政府和机会19。其中,生产要素指的是物质资源、资本资源、技术资源、人力资源和基础设施等。企业战略、结构和竞争决定产业竞争力。需求条件作为产业发展的引擎,表现了市场对产品或服务的需求状况。相关和支持性产业是促进产业发展的上下
16、游产业关系。而政府由于需要为创造产业的发展环境负责,可以影响上述的每一个决定因素。至于机会要素,则是指可遇而不可求的事件。政府、相关和支持性产业、需求条件以及机会属于外部因素,它们从外部的角度影响产业发展。由于机会要素属于不可控的事件,对系统的影响难以把控,因此本文将其摒除。32FOCUS:URBANLOW-CARBONEVALUATIONANDSUSTAINABLEDEVELOPMENT现代城市研究本期聚焦:城市低碳评价与可持续发展2024.01FOCUS:URBANLOW-CARBONEVALUATIONAND而生产要素、企业战略、结构和竞争是与建筑废弃物资源化产业直接相关的内在因素,其中
17、生产要素可以总结分为资源流、资金流、技术流、人才流和信息流,企业战略、结构和竞争则可归属于企业管理方面。鉴于产业特性和产业规范对产业的影响不容小靓,故将它们同时纳入系统内部 2 0。综合上述分析,建筑废弃物资源化产业系统的构成要素包括了建筑废弃物资源化活动中的各个利益相关主体、企业管理、生产要素(资源、资金技术、人才、信息)、产业特性、产业标准以及产业链稳定等内部要素,同时还包括了建筑废弃物资源化产业系统的周围环境,即政府、相关与支持产业、需求这3 个外部要素,它们能够与宏观环境发生交互,从自然、政治、经济、市场、技术等方面获得反馈为产业的发展提供支撑和保障。建筑废弃物资源化产业系统见图1。1
18、.2建筑废弃物资源化产业系统耗散结构特性分析是耗散结论理论中的一个基础概念,可以用来描述一个系统的混乱程度。根据耗散结构理论,熵变是由系统内部的熵变和系统外部的熵变所构成,其外部熵变可正可负,也可为零。耗散结构系统是一个远离平衡的非线性开放系统,系统总熵减小,表明远离平衡态的非线性系统能够通过与环境交换负摘流减少总体熵值,从而使系统由无序状态向有序状态转变最终形成耗散结构 2 0。形成耗散结构是建筑废弃物资源化产业系统从无序向有序演化的最佳途径。系统从无序状态过渡到耗散结构需要具备以下4个基本特征 2-2 3,基于此,本文对建筑废弃物资源化产业系统进行了分析。(1)系统开放性。作为社会经济中的
19、一个子系统,建筑废弃物资源化产业系统是一个开放的系统,其结构、状态、功能、特征等在获得时域和空间域的发展过程中,不可避免地与外部环境进行物质能量与信息的双向交换。(2)远离平衡态。建筑废弃物资源化产业系统会受到来自系统内外部多种力的共同作用,具体表现为政府政策的推力、生态环境的压力、市场需求的拉力以及来自外部环境或自身的其他阻力,且作用总和不为零。同时,整个产业系统也处于不停变化的状态,存在资本流动、技术变革、供求波动等现象。因此,可以认为建筑废弃物资源化系统远离平衡态。(3)非线性作用建筑废弃物资源化产业的演化发展无法确定,系统中各利益相关主体与外界环境互动而形成的组织会进行动态演化,这过程
20、中涉及多种复杂关系,使得系统的演化更具备多样性和不可确定性,从而通过要素间的相互作用诱导系统从无序向有序不断演化,运用简单、线性的分析将无法对其进行全面解读。(4)随机涨落。建筑废弃物资源化产业演化过程中会持续受到“涨落”因素的影响,如资源化技术创新、企业合作关系等内因以及产业政策实施、市场需求改变等外因都会引起系统的涨落。在涨落发生的过程中,产业系统会根据其变动来检验和调整自身的结构和功能根据上述分析,建筑废弃物资源化产业系统已经具备耗散结构的客观条件。因此,它有可能发展成耗散结构,并自发地由无序状态向有序状态演化。2研究方法2.1Bruelator转义模型Brusselator模型的研究对
21、象是非平衡态的开放系统,建筑废弃物资源化产业系统在可持续发展过程与其所描述的演化过程存在一定的相似性,即一个开放系统在内部和外部的随机涨落及内部要素的非线性作用下,其熵值发生改变,继而由一种稳态向另一种稳态跃迁,自发走向有序状态。因此,Brusselator模型适用于建筑废弃物资源化产业系统的研究。本文将系统内部的定义为正熵,外部的熵定义为负。假设内部因素只产生正熵流,外部因素只产生负流。如果内部因素无序发展,称为“系统正增加”,如果内部因素有序发展,则称为“系统正熵减少”。对于外部因素,如果对系统具有积极影响,则称为“系统负熵增加”,否则对系统有消极影响,称为“系统负熵减少”结合对系统熵变的
22、分析,构建建筑废弃物资源化产业系统的Brusselator模型,并对其进行转义分析。政府行为需求要素技术流企业管理产业特性资源流资金流产业规范产业链稳定人才流信息流相关与支持性产业自然政治经济宏观环境社会技术文化图1建筑废弃物资源化产业系统构成33以深圳市为例|吴泽洲州官静孙晓辉李俊杰张佳盛“无废城市”背景下建筑废弃物资源化产业系统耗散演化研究在模型中,针对建筑废弃物资源化产业系统自组织过程中的转化特征,假设A、B、D、E分别表示系统正熵、系统负熵、非耗散结构及耗散结构。X、Y分别表示正摘与负熵的可量化因子。系统摘流关系如下式:A(正焰)-x(正嫡的可量化因子)B(负熵)+x-=Y(负炳的可量
23、化因子)+D(非耗散结构)Y=2x-3X(可量化因子的非线性作用)x-E(耗散结构)(1)根据扩散动力学方程,可得出模型的唯一定态解(X。=A(Yo=B/A(2)唯一定态解中,X。表示系统处于某一状态时,正熵导致的无序程度的量化值。Yo=BIA表示系统在正摘的作用下,外界环境向系统输人负熵,使负对系统造成的“压力”作用。根据Brusselator模模型,当IBI-(A2+1)时,系统将形成耗散结构。因此,可以得到建筑废弃物资源化产业系统向耗散结构转变的判断依据式,见式(3),并基于此分析系统演化活跃性的强弱水平(0(耗散结构,(3)系统演化活跃性增强)2.2值法为了确定建筑废弃物资源化产业系统
24、是否为耗散结构,采用熵值法对各指标进行加权,并对正熵和负熵进行计算,计算步骤如下:步骤1:计算每个熵指标的权重。xijPij=1,2,mX(4)步骤2:每个指标的值Si=-kkZpj lnpij(5)为了保证0 s1,假定常数k1n50步骤3:计算指标差异系数。d;=1-sj(6)步骤4指标的摘权值ajWjm.dj=1,2,.,m步骤5:最终可以得到系统的正值。s=Zwisj(8)步骤6:重复步骤1到步骤5计算出系统的负熵。为了保证正熵和负在同一个值域内,令k=六,此时-2 s,0,则 d=2+sjo2.3指标选取基于建筑废弃物资源化产业系统结构,本文从政府行为、需求要素、相关与支持性产业、生
25、产要素、企业管理、产业特性、产业链稳定性及产业规范8 个要素类别中选取相应的熵指标进行后续的定量分析。如图2 所示,本文结合文献综述与专家访谈,最终确定了3 1个熵指标,包括负流指标11个,正流指标2 0 个。3实证研究3.1数据来源与处理3.1.1数据来源本文通过问卷对选取的系统正负摘指标进行评价,指标以五级李克特量表衡量,1表示非常差,5表示非常好。本文的调研对象为建筑废弃物资源化产业的利益相关主体,包括政府、资源化企业、建设单位、设计单位、施工单位等相关单位人员,以及从事建筑废弃物资源化相关研究的高校和科研院所专家学者。问卷的发放采用纸质问卷和网络问卷两种渠道,共回收14 8 份,除去选
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