建筑垃圾就地资源化模式评价研究.pdf

建筑垃圾就地资源化模式评价研究 赵平陈梅丽 西安建筑科技大学土木工程学院， 西安 710048 摘要 我国建筑垃圾资源化利用模式存在一定的局限， 导致整体资源化利用率不高， 其最大的局限就是相关设备成本 投资问题， 即就地破碎生产的实现问题; 进而运用先进制造系统理论， 以建筑垃圾就地资源化模式作为整个系统模式， 构建了建筑垃圾就地资源化模式的综合评价体系， 结合层析分析法和效益 － 费用法进行评价， 得出该模式的开发和运 用市场前景广阔， 具有可观的经济效益和深远的社会意义。 关键词 建筑垃圾; 就地资源化; 先进制造系统; Matlab; 层次分析法 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201404026 UATION OF IN- SITU ＲESOUＲCE UTILIZATION PATTEＲN OF CONSTＲUCTION AND DEMOLITION WASTES Zhao PingChen Meili School of Civil Engineering， Xian University of Architecture and Technology，Xian 710048， China AbstractThere are certain limitations in the resource utilization pattern of construction and demolition wastes C＆D wastesin China， which leads to a low rate of overall resource utilization． Ｒelated equipment investment is the biggest one． Therefore， based on the theory of the advanced manufacturing system， taking the in- situ resource utilization pattern of C＆D wastes as a whole system to conduct a comprehensive research and analysis， then a system of comprehensive uation was built by combining chromatography analysis with the of benefit- cost uation． It is concluded that the development and use of this pattern will have wide prospects of market， which will have considerable economic benefits and profound social significance． KeywordsC＆D wastes;in- situ resource utilization;advanced manufacturing system;Matlab; AHP 收稿日期 2013- 06- 15 0引言 建筑垃圾包括惰性部分和非惰性部分， 其中非 惰性建筑垃圾可以回收利用和回炉加工， 包括钢 材、 塑料、 木材等; 惰性建筑垃圾是建筑垃圾的主要 成分， 包括废砖、 废弃混凝土等。如何实现惰性建 筑垃圾的再生利用， 是建筑垃圾资源化处理的一大 课题。例如西安市， 目前有建筑垃圾消纳场 24 处， 其中 6 处已经饱和关闭; 建筑垃圾资源化企业有 14 家， 年处理能力 500 多万 t。而西安建筑垃圾年产 量达 1 500 余万 t， 从长远的角度来看， 只有走建筑 垃圾资源化道路才能够从根本上解决城市建筑垃 圾的难题， 而就地资源化为建筑垃圾资源化处理提 供了一种新思路。 本文针对惰性建筑垃圾的处理， 提出就地资源化 处理模式， 对建筑垃圾制砖生产线设备做了经济性分 析， 以建筑资源化企业的角度， 利用以计算机集成系 统 CIMA 为代表的先进制造投资系统进行分析， 实 现建筑垃圾资源化企业生产经营活动的全局动态最 优化， 最后采用层析分析法对其进行评价， 以利于就 地资源化模式的进一步探讨。 1建筑垃圾就地资源化模式 1. 1概述 建筑垃圾就地资源化模式， 即在建筑垃圾产 生的现场， 先采用人工粗分的方式， 将大块混凝土 等较易分离的物料分开并集中归类， 再采用先进 的设备和成熟的技术， 现场将可再生利用的建筑 垃圾转化成新的建材产品， 充分运用于本工程的 建设， 其余材料和再生建材产品运往其他项目循 环利用。这种模式是在现有的建筑垃圾资源化处 111 固废处理与处置 Solid Waste Treatment and Disposal 理模式的基础上进行改进， 具体的资源化处理流 程见图 1。 图 1资源化处理流程 Fig．1Flow chart of the resource treatment 1. 2存在的问题 建筑垃圾资源化处理最早开始于美国、 日本等发 达国家， 且资源化率已经达到了 95 以上， 在我国的 研究和运用相对比较晚， 资源化率仅达 5 左右。目 前我国建筑垃圾的资源化处理的发展趋于集中化与 大型化， 缺少就地资源化模式的开发和应用， 没有形 成一定的市场， 该模式的运用在西安仍然是空白， 主 要存在以下问题 一是场地限制问题， 该模式的运用 应该综合考虑项目的规模， 一般适用于具有一定规模 的拆迁现场; 二是工期和成本限制问题， 尤其是对相 关设备的投资问题， 该模式减少了运输费用以及运输 过程中的污染， 但是破碎及生产设备也给企业增加了 成本， 一般的民企以及中小企业难以支撑; 三是政策 以及财政补贴不到位， 再生产品的市场得不到保障， 对产业政策支持的需求比较强烈。本文在此基础上， 选取实例进行了分析评价， 为上述问题的更好解决提 供参考。 2就地资源化实例分析 选取 50 t/h 移动式建筑垃圾资源化项目作为背 景， 项目概况见表 1。 表 1 50 t/h 移动式建筑垃圾资源化项目概况 Table 1The general condition of a mobile project of 50 t/h C＆D waste recycling 项目概况 项目规模年处理建筑垃圾 15 万 t 场地需求拆迁现场进行就地处理和生产 项目投资400 万 ～600 万元人民币 再生骨料结构再生粗骨料 4 ～10 mm、 10 ～30 mm 级 ， 10 万 t/a; 再生细骨料 0 ～4 mm 级 ， 5 万 t/a 生产工艺流程建筑垃圾预处理→建筑垃圾再生集料制备 →再生建材制品生产 废水和废渣排出的气体含尘浓度≤100 mg/m3 主要设备移动式破碎站、 移动式筛分破碎站、 移 动式建材制品生产系统 再生骨料利用8 万 t 用于现场再生产; 7 万 t 出售 用于路基回填等 为解决建筑垃圾就地资源化模式的设备进场问 题， 本文引进先进制造系统理论， 将上述项目作为先 进制造系统进行分析， 选取合适的评价指标， 构建适 合本研究的评价指标体系， 具体见图 2。以建筑垃圾 资源化企业的角度出发， 结合效益 － 费用理论， 分别 从总费用、 直接财务收益、 战略效益、 外部影响 4 个方 面进行分析。 图 2建筑垃圾资源化模式系统评价指标体系 Fig．2uation index system of C＆D waste resource recovery mode 2. 1项目实施费用 2. 1. 1固定资产投入 该系统采用的主要设备参见表 2。 表 2主要设备概况 Table 2General situation of the main equipments 设备名称数量额定功率负荷程度额定处理量折旧年限设备单价维护与大修设备残值 移动式建筑 垃圾破碎站 1 套 300 kW755 t/h10 年106. 5 万元1. 8 万元/a4. 5 万元 移动式建材制 品生产系统 制砖生产线1 套200 kW7510 年88. 48 万元3 万元 栈板3 000 块753 年0. 012 万元150 元/d2 万元 模具2 付75102 万次2. 2 万元1 万元 注 数据来源为本人市场调研资料整理， 单价以 2012 年底为基准。 211 环境工程 Environmental Engineering 根据表 2， 为了方便各期费用均摊的计算， 设备 采用直线折旧法， 虽然存在一定的局限性， 但整体上 仍具有代表性。假设该套系统每年工作 300 d， 则可 以得出如下结果 破碎系统固定资产每日需摊销 400 元/d; 生产系统固定资产每日需摊销 895 元/d。 2. 1. 2人工费 根据表 3 的数据分析， 得出本系统每天人工费为 990 元。 表 3人工费 Table 3Artificial cost 系统定员人数人工单价人工费总计 破碎系统855 元440 元/d 生产系统1055 元550 元/d 注 数据来源为 2009 陕西省消耗量定额。 2. 1. 3原材料成本 该项目拟将年产 15 万 t 建筑垃圾， 按照该套系 统的合格出骨料率 80， 则将产生 12t 的建筑垃圾再 生骨料， 假设其中 6 万 t 用于现场制 240 mm 115 mm 53 mm实心砖， 6 万 t 出售用于再生混凝土 的制备或者路基回填等。实心砖的制备使用的物料 配比为 m 水泥 ∶ m 建筑垃圾再生骨料1∶ 9。则 该项目每日需水泥的成本为 50 t/h 8 h 80 1/9420 元/t 14 933. 33 元。 2. 1. 4系统运行费用 根据表 4 分析， 得出本系统每天破碎及生产总费 用为 21036. 99 元。 表 4系统运行费用 Table 4System operation cost 系统 额定功率/ kW h －1 电费/ 元 管理费率/ 管理费/ 元 总计/ 元 破碎系统300225201 721. 833 818. 66 生产系统200150 注 数据来源为本人市场调研资料整理， 破碎系统、 生产系统负荷 程度均为 75， 电费单价为 1 元/ kW h 。 2. 2综合收益 2. 2. 1直接财务收益 1 再生产品销售收入， 如表 5 所示。 2建筑垃圾处理费 该项目日处理建筑垃圾 50 8 400 t， 根据西安市目前建筑垃圾处理费收取 情况的调查得知西安市建筑垃圾处理费为 15 元/t， 即项目处理费日收入6 000元。 3政府财政补贴 由于目前政府对建筑垃圾资 源化处置的补贴尚未完全到位， 各个地区的补贴标准 各有不同， 因此， 本文暂不考虑政府财政补贴， 即为 0 元。根据以上分析， 得出该系统每天的直接财务收 益为 31 866. 7 元。 表 5再生产品销售收入 Table 5The sales income of recycled products 名称说明 生产效率50t/h 台班8h/台班 骨料合格率80 再生实心砖规格240 mm 115 mm 53 mm， 684 块/m3 折算率每立方米再生实心砖需 1. 35t 建筑垃圾集料 再生实心砖单价0. 25 元/块 再生集料单价35 元/t 日收入160 1/1. 35684 0. 25 20266. 7 元 160 35 5600 元 2. 2. 2战略效益 战略效益是指项目对企业全局和长远利益所 做的贡献， 主要体现在企业市场竞争能力的提高。 该项目的战略效益主要体现在 企业信誉提高、 市 场应变增强、 管理水平提高以及技术水平提高四 个方面。 2. 2. 3外部影响 建筑垃圾就地资源化模式的开发和运用， 不 仅应该考虑其为建筑垃圾资源化企业带来的利 润， 还应该考虑其对社会以及国家做出的贡献， 即 项目的外部影响。该模式的外部影响主要表现在 三方面 资源与能源的节约; 减少污染， 改善环境; 就业影响。 3基于 AHP 的效用评价 3. 1系统评价指标权重的确定 项目实施费用和直接财务收益可以定量描述， 而 战略效益和外部影响难以进行定量描述， 本文采取层 次分析法中权重确定的方法对战略效益以及外部影 响的各个子指标进行权重因子的确定， 得到战略效益 判断矩阵、 外部影响判断矩阵以及综合效益判断矩阵 分别见表 6、 表 7、 表 8。 表 6战略效益判断矩阵 Table 6Judgment matrix of strategic benefits 战略效益 企业信誉 提高 市场应变 增强 管理水平 提高 技术水平 提高 Usi 企业信誉提高13570. 564 市场应变增强1/31350. 2633 管理水平提高1/51/3130. 1178 技术水平提高1/71/51/310. 0550 311 固废处理与处置 Solid Waste Treatment and Disposal 表 7外部影响判断矩阵 Table 7Judgment matrix of external influence 外部影响 资源与能 源节约 减少污染改 善环境 就业影响 Usi 资源与能源节约1350. 627 减少污染改善环境1/3130. 280 就业影响1/51/310. 093 3. 2效用评价 根据先进制造系统投资项目评价方法结合效益 － 表 8综合效益判断矩阵 Table 8Judgment matrix of comprehensive benefits 综合效益直接财务效益战略效益外部影响 Usi 直接财务效益1530. 637 战略效益1/511/30. 105 外部影响1/3310. 258 费用比法， 并运用 Matlab 软件进行计算， 得到数据见 表 9。 表 9系统各评价指标权重 Table 9The weight of uation indexs of the system 权重因子评价指标权重因子无量纲效用 项目实施费用总费用现值 PC 21036. 99 元/d 综 合 效 益 0. 637直接财务收益 Ut0. 66总财务收益现值 PB 31 866. 7 元/d 0. 105战略效益 Us0. 7202 企业信誉提高Us10. 5630. 7 市场应变增强 Us2 0. 26330. 8 管理水平提高Us30. 11780. 7 技术水平提高Us40. 05500. 6 0. 258外部影响 Uc0. 8534 资源与能源节约 Uc1 0. 6270. 9 减少污染改善环境Uc20. 2800. 8 就业影响Uc30. 0930. 7 由表 9 得出该系统的综合效益的无量纲效用值 U 0. 716; 项目实施总费用的无量纲效用值 C 0. 637; 则该系统实施的效益 － 费用比为 U/C 1. 124 ＞1， 可以被接受， 即说明建筑垃圾就地资源化 处理模式具有现实可行性， 可以在各建筑资源化企业 中得到广泛地推广和运用。 4结论 本研究提出了建筑垃圾就地资源化模式， 并对其 现存问题进行研究， 运用先进制造系统项目评价方 法， 结合层次分析法和效益 － 费用法， 采用 Matlab 软 件进行计算， 得出以下结论 1 以 5 t/h 的移动式建筑垃圾资源化项目作为 实例进行分析， 得出设备进场具有现实可操作性， 即 建筑垃圾就地资源化模式具有可行性。 2 通过分析得出设备进场的相关参数， 包括移 动式建筑垃圾破碎系统以及移动式建筑垃圾制砖生 产系统等机械台班的确定， 可以为建筑垃圾就地资源 化模式研究提供理论基础， 也为建筑垃圾资源化企业 的业务开展提供一定的参考。 3 与此同时， 该模式仍然存在着一定的局限有 待解决， 政府部门应该加大对建筑垃圾处理的监管力 度和财政补贴的落实， 为建筑垃圾资源化利用创造良 好的发展环境。 参考文献 ［1］张秋义． 建筑垃圾资源化再生利用技术［M］． 北京 中国建筑工 业出版社， 2011. ［2］刘桦， 雒新杰． 我国城市建筑垃圾回收利用管理体系研究［J］． 建筑技术， 2012， 43 4 ． ［3］张世廉． 建筑垃圾资源化产业发展研究［D］． 重庆 重庆大学， 2011. ［4］曲然． 基于 BOT 融资模式的 HN 建筑垃圾再生利用项目经济 性评价研究［D］． 南京 南京林业大学， 2011. ［5］朱东风． 城市建筑垃圾处理研究［D］． 广州 华南理工大学， 2010. ［6］Vivian W Tam． On the effectiveness in implementing a waste- management- plan inconstruction［J］． Science Direct， 2007， 13 5 12- 13. ［7］肖建庄， 黄江德， 李宏， 等． 灾后重建再生砌块砌体结构性能和 设计研究［J］． 四川大学学报． 工程科学版， 2009， 41 3 202- 207. ［8］Ming Lu， Chi Sun，Poon L W． Application framework for mapping and simulation of waste handling processes in construction［J］． Journal ofConstructionEngineeringandManagement，2006， 12 4 23- 24． ［9］Vaneta Bowani． Singapore ’ s Waste Management Policy［M］． SingaporeNational Environment Agency， 2007． 第一作者 赵平 1969 － ， 女， 教授， 主要研究方向为工程经济。 通讯作者 陈梅丽 1989 － ， 硕士， 主要研究方向为土木工程建造与管 理。cml224163． com 411 环境工程 Environmental Engineering