建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化

1、建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化介紹了我國(guó)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾產(chǎn)生量情況以及建筑垃圾減量化研究現(xiàn)狀及方向。重點(diǎn)闡述了目前施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾量化技術(shù)、減量化技術(shù)以及資源化利用技術(shù)，分析了尚存在的問題及今后的研究方向。通過對(duì)源頭減量、資源化再生及產(chǎn)業(yè)化利用、建筑垃圾處置碳排放機(jī)理等關(guān)鍵技術(shù)開展系統(tǒng)研究，力爭(zhēng)在綠色建造關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得創(chuàng)新突破。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀建筑行業(yè)整體產(chǎn)值、建筑垃圾產(chǎn)生量情況 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)固定資產(chǎn)投資額的快速上升，建筑行業(yè)在發(fā)展過程中獲得了更多的資金和良好的市場(chǎng)機(jī)遇，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析， 2011 2019 年的近 10 年間，建筑面積持續(xù)增加， 2020 年全國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值26. 4

2、萬(wàn)億元，占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的25. 88%建筑業(yè)房屋施工面積149. 5億nf,比上年增加5. 35億nf。但是，面對(duì)持續(xù)高增長(zhǎng)的新建建筑面積，其產(chǎn)生的建筑垃圾等固體廢棄物也必然增多。據(jù)測(cè)算，每 10 000 nf建筑施工面積平均產(chǎn)生550t建筑垃圾。近幾年，我國(guó)每年建筑垃圾的排放總量約為15. 5億24億t o而目前國(guó)內(nèi)建筑垃圾的整體減量化水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍處于較低水平，絕大多數(shù)建筑固體廢物未經(jīng)任何處置，便被運(yùn)往城市郊區(qū)或鄉(xiāng)村空曠地區(qū)填埋處置或非法傾倒。1.2國(guó)家政策層面的變化 自中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)取得了前所未有的進(jìn)步，特別是國(guó)家環(huán)境戰(zhàn)略政策發(fā)生了巨大變化，經(jīng)歷了 一個(gè)從無(wú)到

3、有、從環(huán)境保護(hù)基本國(guó)策到全面推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展軌跡，基本建立了適應(yīng)生態(tài)文明和 “美麗中國(guó) ”建設(shè)的環(huán)境戰(zhàn)略政策體系。黨的十九大和十九屆二中、三中、四中、五中全會(huì)中始終指出，要堅(jiān)定不移貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，著力解決突出環(huán)境問題。此后，隨著建筑垃圾圍城現(xiàn)象的日趨凸顯，建筑垃圾的存量壓縮、排放減量也逐步上升成為環(huán)境治理的主要施政領(lǐng)域。此前，盡管建筑垃圾的問題已經(jīng)引起相關(guān)政府管理部門、科研人員的注意，但總體而言社會(huì)各界對(duì)建筑垃圾治理的認(rèn)識(shí)程度還不夠，短期內(nèi)我國(guó)的建筑垃圾資源化利用率處于較低水平。為此， 2018 年底，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā) “無(wú)廢城市 ”建設(shè)試點(diǎn)工作方案 （ 以

4、下簡(jiǎn)稱工作方案 ） ，正式啟動(dòng) “無(wú)廢城市 ”建設(shè)試點(diǎn)工作，希望通過打造區(qū)域源頭減排、充分利用、無(wú)害處置的垃圾閉環(huán)綜合治理案例，發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，用新型發(fā)展理念推動(dòng)城市管理綠色轉(zhuǎn)型，輻射落后中小城鎮(zhèn)。2020 年 4 月 29 日，十三屆全國(guó)人大常委會(huì)第十七次會(huì)議審議通過了修訂后的中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法 ，針對(duì)建筑垃圾獨(dú)立增設(shè)了部分條款，是我國(guó)首部規(guī)范建筑垃圾治理行為的法律法規(guī)，為后續(xù)建筑垃圾污染防治提供了強(qiáng)制約束環(huán)境及后盾保障。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 2020 年 5 月 8 日印發(fā)關(guān)于推進(jìn)建筑垃圾減量化的指導(dǎo)意見 ，明確了建筑垃圾減量化的總體要求、主要目標(biāo)和具體措施，是推動(dòng)當(dāng)前和今

5、后一個(gè)時(shí)期建筑垃圾源頭減量化、推進(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的重要指導(dǎo)文件。此后，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部依次頒布了施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化指導(dǎo)手冊(cè) 施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化指導(dǎo)圖冊(cè) ，形成從政策到實(shí)操的梯次指導(dǎo)性文件，為實(shí)現(xiàn)該體系在行業(yè)內(nèi)快速推廣應(yīng)用提供了保障，對(duì)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。1.3建筑垃圾減量化研究現(xiàn)狀 關(guān)于建筑垃圾減量化的相關(guān)研究，我國(guó)通過國(guó)家 “十一五 ”“十二五 ”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目研究，已在某些單項(xiàng)建筑垃圾資源化利用技術(shù)上得到較大發(fā)展。 “十三五 ”期間，圍繞新建工程施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾源頭治理，由中建一局牽頭，依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 “施工現(xiàn)場(chǎng)固體廢棄物減排、回收與循環(huán)利用技術(shù)研究與示范” (

6、 2016YFC*-*)與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部課題 “建筑垃圾源頭減量化措施研究”、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和示范工程為依托，以實(shí)現(xiàn)建筑垃圾量化、分類、預(yù)測(cè)、控制、減量化、無(wú)害化及資源化的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用為目標(biāo)，在施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾量化計(jì)量、源頭減量化控制、資源化利用成套技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)、綜合處理設(shè)備以及工程應(yīng)用示范等方面開展系統(tǒng)研究。在既有研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確了施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾的定義、內(nèi)容邊界及分類，初步形成了適用施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾的量化及預(yù)測(cè)體系，首次提出基于質(zhì)量守恒定律的以節(jié)材設(shè)計(jì)、減廢工藝、精細(xì)管理為主要內(nèi)容的施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化方法框架，為后續(xù)研究建立建筑垃圾減量化技術(shù)集成體系奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)而在數(shù)字建造時(shí)代，

7、探索了基于 BIM 技術(shù)的數(shù)字化建筑垃圾減量化工具及手段。針對(duì)不同種類建筑垃圾，集成分析了目前建筑垃圾在施工現(xiàn)場(chǎng)的資源化利用方法，自主研發(fā)了場(chǎng)地適用性強(qiáng)的小型模塊化無(wú)機(jī)非金屬類建筑垃圾資源化處置工藝及設(shè)備，有效提高了再生骨料的品質(zhì)。各項(xiàng)技術(shù)通過示范驗(yàn)證及優(yōu)化完善，根據(jù)建筑業(yè)及固廢處理業(yè)權(quán)威專家審定，量化、減量化及資源化各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究成果均已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為我國(guó)后續(xù)相關(guān)理論及應(yīng)用研究提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)支撐。在成績(jī)被行業(yè)認(rèn)可的同時(shí)，課題研究團(tuán)隊(duì)重新梳理相關(guān)研究瓶頸，發(fā)現(xiàn)目前我國(guó)建筑垃圾減量化研究的未來(lái)方向及目前研究中存在的不足。其中，量化研究是一切研究工作的基礎(chǔ)，尚未實(shí)現(xiàn)客觀有效數(shù)據(jù)的高效收集

8、及足量積累，已成為限制課題進(jìn)一步深入研究的關(guān)鍵影響因素。同時(shí)，基于國(guó)家 “碳中和 ”宏偉藍(lán)圖，系統(tǒng)分析現(xiàn)有減量化措施對(duì)建筑垃圾產(chǎn)生及排放的作用機(jī)制，盡快提出源頭減量化技術(shù)集成體系及資源化再生產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化利用策略，全面提升施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾處置能效，也是未來(lái)建筑垃圾治理亟待解決的問題。施工現(xiàn)場(chǎng)量化技術(shù)量化及預(yù)測(cè)方法2.1.1量化方法 從上文可知，建筑垃圾量化工作是提高建筑垃圾治理水平的關(guān)鍵一步，也是施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾治理研究的基礎(chǔ)。并且，統(tǒng)計(jì)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾的組成成分和排放量是采取有效建筑垃圾源頭減量化、資源化手段的重要支撐，使工程管理者能夠有效針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析并制定相應(yīng)的建筑垃圾減排

9、措施。目前，針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾的量化統(tǒng)計(jì)主要分為兩大類: 第 1 類是以間接測(cè)量法為代表，通過計(jì)算指標(biāo)及數(shù)學(xué)模型間接獲得計(jì)算總量的統(tǒng)計(jì)方法，主要包括面積指標(biāo)法、定額損耗法、分類組合法以及間接測(cè)量法等 ; 第 2 類則是以直接測(cè)量法為代表，通過實(shí)際稱重或測(cè)得體積換算直接得出排放量的統(tǒng)計(jì)方法，主要包括直接稱重法、體積測(cè)量法、卡車計(jì)量法等。總體來(lái)看，大多數(shù)量化方法都需要直接測(cè)量類統(tǒng)計(jì)方法的參與，比如產(chǎn)生率計(jì)算法需要以獲取單位建筑垃圾產(chǎn)量(kg/m 2 ) 為前提，而單位建筑垃圾產(chǎn)量則需要直接測(cè)量法來(lái)計(jì)算。除此之外，間接測(cè)量類統(tǒng)計(jì)方法因其考慮的數(shù)據(jù)量較多，且在施工現(xiàn)場(chǎng)難以獲取，會(huì)在建筑垃圾量化的過程

10、中產(chǎn)生較大誤差。采用直接測(cè)量類統(tǒng)計(jì)方法可以有效減少建筑垃圾的量化誤差，同時(shí)可為其他量化方法提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。因此，從短期來(lái)看，直接測(cè)量類統(tǒng)計(jì)方法更具短期研究?jī)r(jià)值及意義。但從中長(zhǎng)期來(lái)看，在單位統(tǒng)計(jì)量或計(jì)量指標(biāo)逐步核準(zhǔn)的研究環(huán)境下，基于間接測(cè)量類統(tǒng)計(jì)方法的建筑垃圾量化研究更易揭示建筑垃圾產(chǎn)生機(jī)理，也將進(jìn)一步提升后續(xù)減量化技術(shù)研究的針對(duì)性及指導(dǎo)性，有著巨大的研究潛力及前景。2.1.2預(yù)測(cè)方法 施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾量化研究是對(duì)某個(gè)項(xiàng)目或某個(gè)區(qū)域內(nèi)已產(chǎn)生的建筑垃圾排放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)或估算，而施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾預(yù)測(cè)研究是在已收集建筑垃圾排放量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過合理的預(yù)測(cè)方法對(duì)項(xiàng)目或區(qū)域內(nèi)將要排放的施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾數(shù)

11、量進(jìn)行推測(cè)。但是，預(yù)測(cè)方法多種多樣，且適用范圍各不相同，如何根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾量化數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)及預(yù)測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)，選擇合適的預(yù)測(cè)方法是構(gòu)建建筑垃圾排放量預(yù)測(cè)模型的前提。為兩類，第 1 類是以項(xiàng)目為預(yù)測(cè)維度，主要包括人員經(jīng)驗(yàn)值估算法、多 元線性回歸分析法、“非曲線法等；第2類是以區(qū)域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)維度，主要包括定額損耗預(yù)測(cè)法、灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)法等。但總體而言，兩類方法均受制于傳統(tǒng)預(yù)測(cè)算力的限制，無(wú)法對(duì)足量多元影響因素進(jìn)行綜合分析，也無(wú)法充分考慮不同項(xiàng)目的建筑垃圾排放量和影響因素之間的關(guān)系?，F(xiàn)有研究成果片面簡(jiǎn)化了兩者之間原本復(fù)雜的非線性映射關(guān)系，忽視了項(xiàng)目的獨(dú)特性，以至于無(wú)法保證施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾的預(yù)測(cè)精度。近些

12、年，隨著人工智能的發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)也越來(lái)越多的作為預(yù)測(cè)手段應(yīng)用到工程造價(jià)領(lǐng)域，并逐步應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾排放量預(yù)測(cè)方面。主要包括基因表達(dá)式編程技術(shù)、支持向量機(jī)技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾排放量的預(yù)測(cè)是機(jī)器學(xué)習(xí)中的回歸問題，由于建筑垃圾產(chǎn)量預(yù)測(cè)的特點(diǎn)是影響建筑垃圾產(chǎn)量的因素眾多，建筑垃圾排放量預(yù)測(cè)不僅與已分析的影響因素有關(guān)，而且受很多不確定性因素的影響，因此，如何反映建筑垃圾影響因素及不確定性因素與建筑垃圾排放量之間的非線性映射關(guān)系，是施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾量化預(yù)測(cè)模型構(gòu)件中需要解決的重要問題。其中，逆向誤差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(back propagation neural network ,

13、 BPNN)作為機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用最廣泛的算法之一，不僅具有很強(qiáng)的非線性映射能力，而且具有良好的泛化能力、自學(xué)習(xí)能力和高容錯(cuò)性，這些性能都較好地滿足了進(jìn)行建筑垃圾排放量預(yù)測(cè)影響因素多、不確定因素干擾、樣本量較少的特點(diǎn)。由于工程建設(shè)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)所能采集的項(xiàng)目數(shù)據(jù)有限，所以在對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，會(huì)出現(xiàn)樣本量少的情況，而 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠較好地滿足現(xiàn)有施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾排放量數(shù)據(jù)收集項(xiàng)目樣本容量不夠大、排放量與特征因素映射關(guān)系復(fù)雜的情況。存在問題及研究方向 結(jié)合上文所述，短期內(nèi)，持續(xù)開展基于直接測(cè)量法的量化數(shù)據(jù)積累，并借助人工智能發(fā)展契機(jī)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)逐步優(yōu)化預(yù)測(cè)模型，將對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾排放總量控

14、制起到重大支撐作用。但如何以國(guó)家大力推行智能建造為契機(jī)，基于 AI 及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過開發(fā)建筑垃圾場(chǎng)內(nèi)處置、再生材料利用、場(chǎng)外排放數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)的建筑垃圾監(jiān)測(cè)成套設(shè)備，更為客觀真實(shí)地獲取大體量建筑垃圾產(chǎn)生及排放數(shù)據(jù)，是下一步值得探索的方向。不僅如此，從中長(zhǎng)期來(lái)看，還要考慮進(jìn)一步研究特征因素對(duì)建筑垃圾產(chǎn)生量的敏感性。即基于間接測(cè)量法，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)特征影響因素及建筑垃圾減量化措施，深入探索兩者對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑材料垃圾產(chǎn)生及排放的作用關(guān)系，繼而研究提出施工現(xiàn)場(chǎng)投、余、廢料閉環(huán)智能管理體系，開發(fā)施工全過程建筑垃圾監(jiān)測(cè)、管控、決策平臺(tái)。施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化技術(shù)目前的減量化方法施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化是建筑垃

15、圾源頭治理的有效手段，能夠從根本上解決建筑垃圾產(chǎn)量大的問題。源頭減量模式不同于傳統(tǒng)的末端處理模式，是一種以預(yù)防為主的減量模式，開展施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾源頭減量化工作，也可以認(rèn)為是避免或者減少施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾產(chǎn)生過程的方法。目前，建筑行業(yè)由于信息化發(fā)展緩慢，施工現(xiàn)場(chǎng)管理粗放，施工過程數(shù)據(jù)尤其是材料量統(tǒng)計(jì)的不確定性，直接影響并阻礙了施工過程中參與的不同種類建筑材料，而施工現(xiàn)場(chǎng)建筑材料的變化貫穿施工全壽命周期，并在量變過程始終遵循質(zhì)量守恒定律。因此，通過提高建筑施工材料的測(cè)算能力、施工過程的管理水平，逐步實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾產(chǎn)生量的間接測(cè)量，也是從源頭有效減少或避免建筑垃圾產(chǎn)生的重要理論基礎(chǔ)。綜上，建筑

16、垃圾源頭減量化關(guān)鍵技術(shù)可以歸納為 : 從設(shè)計(jì)圖紙繪制、施工方案編制、材料量計(jì)算、施工管理等材料轉(zhuǎn)化相關(guān)階段入手，通過對(duì)材料轉(zhuǎn)化全過程的精準(zhǔn)測(cè)算及管控，避免或減少由于過量冗余、余料浪費(fèi)等行為對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化造成的間接影響。為了全面分析固廢減量化的影響因素，根據(jù)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，得出基于 “人員材料設(shè)備工法環(huán)境管理”6要素的減量化影響因素體系，并就此開展了問卷調(diào)查，得出普遍認(rèn)知中工法要素對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化效果影響最大，其次是管理要素，兩者在所有影響因素中比重遠(yuǎn)高于其他要素。因此，引進(jìn)更加先進(jìn)的技術(shù)理念或提升管理水平是有效提升施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化效果的關(guān)鍵支撐。因此，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化內(nèi)涵，以目前施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾源頭減量化關(guān)鍵技術(shù)和管理方法為主要類別，總結(jié)梳理了包含節(jié)材式設(shè)計(jì)、減廢化工藝、政策面支持、精細(xì)化管理幾個(gè)方面的建筑垃圾源頭減量化方法內(nèi)容，主要框架如圖 1 所示。圖1建筑垃圾源頭減量化方法主要框架針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾源頭減量，相較于方法框架中的其他方法，政策層面的引導(dǎo)仍只能起到間接影響種方法，即節(jié)材式設(shè)計(jì)、減廢化工藝、精細(xì)化管理，以下為方法主要內(nèi)容 及作用機(jī)制。3.1.1節(jié)材式設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)優(yōu)