建设施工现场建筑垃圾减量化

1、建设施工现场建筑垃圾减量化介绍了我国施工现场建筑垃圾产生量情况以及建筑垃圾减量化研究现状及方向。重点阐述了目前施工现场建筑垃圾量化技术、减量化技术以及资源化利用技术，分析了尚存在的问题及今后的研究方向。通过对源头减量、资源化再生及产业化利用、建筑垃圾处置碳排放机理等关键技术开展系统研究，力争在绿色建造关键技术领域取得创新突破。国内外现状建筑行业整体产值、建筑垃圾产生量情况 随着我国经济的快速发展以及城镇固定资产投资额的快速上升，建筑行业在发展过程中获得了更多的资金和良好的市场机遇，据统计分析， 2011 2019 年的近 10 年间，建筑面积持续增加， 2020 年全国建筑业总产值26. 4

2、万亿元，占国内生产总值的25. 88%建筑业房屋施工面积149. 5亿nf,比上年增加5. 35亿nf。但是，面对持续高增长的新建建筑面积，其产生的建筑垃圾等固体废弃物也必然增多。据测算，每 10 000 nf建筑施工面积平均产生550t建筑垃圾。近几年，我国每年建筑垃圾的排放总量约为15. 5亿24亿t o而目前国内建筑垃圾的整体减量化水平与发达国家相比仍处于较低水平，绝大多数建筑固体废物未经任何处置，便被运往城市郊区或乡村空旷地区填埋处置或非法倾倒。1.2国家政策层面的变化 自中华人民共和国成立以来，生态环境保护取得了前所未有的进步，特别是国家环境战略政策发生了巨大变化，经历了 一个从无到

3、有、从环境保护基本国策到全面推进生态文明建设的发展轨迹，基本建立了适应生态文明和 “美丽中国 ”建设的环境战略政策体系。党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会中始终指出，要坚定不移贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，着力解决突出环境问题。此后，随着建筑垃圾围城现象的日趋凸显，建筑垃圾的存量压缩、排放减量也逐步上升成为环境治理的主要施政领域。此前，尽管建筑垃圾的问题已经引起相关政府管理部门、科研人员的注意，但总体而言社会各界对建筑垃圾治理的认识程度还不够，短期内我国的建筑垃圾资源化利用率处于较低水平。为此， 2018 年底，国务院办公厅印发 “无废城市 ”建设试点工作方案 （ 以

4、下简称工作方案 ） ，正式启动 “无废城市 ”建设试点工作，希望通过打造区域源头减排、充分利用、无害处置的垃圾闭环综合治理案例，发挥示范引领作用，用新型发展理念推动城市管理绿色转型，辐射落后中小城镇。2020 年 4 月 29 日，十三届全国人大常委会第十七次会议审议通过了修订后的中华人民共和国固体废物污染环境防治法 ，针对建筑垃圾独立增设了部分条款，是我国首部规范建筑垃圾治理行为的法律法规，为后续建筑垃圾污染防治提供了强制约束环境及后盾保障。住房和城乡建设部 2020 年 5 月 8 日印发关于推进建筑垃圾减量化的指导意见 ，明确了建筑垃圾减量化的总体要求、主要目标和具体措施，是推动当前和今

5、后一个时期建筑垃圾源头减量化、推进城乡建设绿色发展的重要指导文件。此后，住房和城乡建设部依次颁布了施工现场建筑垃圾减量化指导手册 施工现场建筑垃圾减量化指导图册 ，形成从政策到实操的梯次指导性文件，为实现该体系在行业内快速推广应用提供了保障，对我国可持续发展具有重要的意义。1.3建筑垃圾减量化研究现状 关于建筑垃圾减量化的相关研究，我国通过国家 “十一五 ”“十二五 ”重点研发计划项目研究，已在某些单项建筑垃圾资源化利用技术上得到较大发展。 “十三五 ”期间，围绕新建工程施工现场建筑垃圾源头治理，由中建一局牵头，依托国家重点研发计划 “施工现场固体废弃物减排、回收与循环利用技术研究与示范” (

6、 2016YFC*-*)与住房和城乡建设部课题 “建筑垃圾源头减量化措施研究”、行业标准和示范工程为依托，以实现建筑垃圾量化、分类、预测、控制、减量化、无害化及资源化的产业化应用为目标，在施工现场建筑垃圾量化计量、源头减量化控制、资源化利用成套技术与标准、综合处理设备以及工程应用示范等方面开展系统研究。在既有研究成果的基础上，进一步明确了施工现场建筑垃圾的定义、内容边界及分类，初步形成了适用施工现场建筑垃圾的量化及预测体系，首次提出基于质量守恒定律的以节材设计、减废工艺、精细管理为主要内容的施工现场建筑垃圾减量化方法框架，为后续研究建立建筑垃圾减量化技术集成体系奠定了基础，进而在数字建造时代，

7、探索了基于 BIM 技术的数字化建筑垃圾减量化工具及手段。针对不同种类建筑垃圾，集成分析了目前建筑垃圾在施工现场的资源化利用方法，自主研发了场地适用性强的小型模块化无机非金属类建筑垃圾资源化处置工艺及设备，有效提高了再生骨料的品质。各项技术通过示范验证及优化完善，根据建筑业及固废处理业权威专家审定，量化、减量化及资源化各项关键技术研究成果均已达到国际先进水平，为我国后续相关理论及应用研究提供了可靠的经验支撑。在成绩被行业认可的同时，课题研究团队重新梳理相关研究瓶颈，发现目前我国建筑垃圾减量化研究的未来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础，尚未实现客观有效数据的高效收集

8、及足量积累，已成为限制课题进一步深入研究的关键影响因素。同时，基于国家 “碳中和 ”宏伟蓝图，系统分析现有减量化措施对建筑垃圾产生及排放的作用机制，尽快提出源头减量化技术集成体系及资源化再生产品的产业化利用策略，全面提升施工现场建筑垃圾处置能效，也是未来建筑垃圾治理亟待解决的问题。施工现场量化技术量化及预测方法2.1.1量化方法 从上文可知，建筑垃圾量化工作是提高建筑垃圾治理水平的关键一步，也是施工现场建筑垃圾治理研究的基础。并且，统计施工现场建筑垃圾的组成成分和排放量是采取有效建筑垃圾源头减量化、资源化手段的重要支撑，使工程管理者能够有效针对施工现场的实际情况进行分析并制定相应的建筑垃圾减排

9、措施。目前，针对施工现场建筑垃圾的量化统计主要分为两大类: 第 1 类是以间接测量法为代表，通过计算指标及数学模型间接获得计算总量的统计方法，主要包括面积指标法、定额损耗法、分类组合法以及间接测量法等 ; 第 2 类则是以直接测量法为代表，通过实际称重或测得体积换算直接得出排放量的统计方法，主要包括直接称重法、体积测量法、卡车计量法等。总体来看，大多数量化方法都需要直接测量类统计方法的参与，比如产生率计算法需要以获取单位建筑垃圾产量(kg/m 2 ) 为前提，而单位建筑垃圾产量则需要直接测量法来计算。除此之外，间接测量类统计方法因其考虑的数据量较多，且在施工现场难以获取，会在建筑垃圾量化的过程

10、中产生较大误差。采用直接测量类统计方法可以有效减少建筑垃圾的量化误差，同时可为其他量化方法提供基础数据支撑。因此，从短期来看，直接测量类统计方法更具短期研究价值及意义。但从中长期来看，在单位统计量或计量指标逐步核准的研究环境下，基于间接测量类统计方法的建筑垃圾量化研究更易揭示建筑垃圾产生机理，也将进一步提升后续减量化技术研究的针对性及指导性，有着巨大的研究潜力及前景。2.1.2预测方法 施工现场建筑垃圾量化研究是对某个项目或某个区域内已产生的建筑垃圾排放量进行统计或估算，而施工现场建筑垃圾预测研究是在已收集建筑垃圾排放量数据的基础上，通过合理的预测方法对项目或区域内将要排放的施工现场建筑垃圾数

11、量进行推测。但是，预测方法多种多样，且适用范围各不相同，如何根据施工现场建筑垃圾量化数据库特点及预测方法的优势，选择合适的预测方法是构建建筑垃圾排放量预测模型的前提。为两类，第 1 类是以项目为预测维度，主要包括人员经验值估算法、多 元线性回归分析法、“非曲线法等；第2类是以区域为统计维度，主要包括定额损耗预测法、灰色系统预测法等。但总体而言，两类方法均受制于传统预测算力的限制，无法对足量多元影响因素进行综合分析，也无法充分考虑不同项目的建筑垃圾排放量和影响因素之间的关系。现有研究成果片面简化了两者之间原本复杂的非线性映射关系，忽视了项目的独特性，以至于无法保证施工现场建筑垃圾的预测精度。近些

12、年，随着人工智能的发展，机器学习技术也越来越多的作为预测手段应用到工程造价领域，并逐步应用于施工现场建筑垃圾排放量预测方面。主要包括基因表达式编程技术、支持向量机技术、人工神经网络技术等。施工现场建筑垃圾排放量的预测是机器学习中的回归问题，由于建筑垃圾产量预测的特点是影响建筑垃圾产量的因素众多，建筑垃圾排放量预测不仅与已分析的影响因素有关，而且受很多不确定性因素的影响，因此，如何反映建筑垃圾影响因素及不确定性因素与建筑垃圾排放量之间的非线性映射关系，是施工现场建筑垃圾量化预测模型构件中需要解决的重要问题。其中，逆向误差神经网络(back propagation neural network ,

13、 BPNN)作为机器学习应用最广泛的算法之一，不仅具有很强的非线性映射能力，而且具有良好的泛化能力、自学习能力和高容错性，这些性能都较好地满足了进行建筑垃圾排放量预测影响因素多、不确定因素干扰、样本量较少的特点。由于工程建设耗费时间长，国内所能采集的项目数据有限，所以在对预测模型进行训练时，会出现样本量少的情况，而 BP 神经网络能够较好地满足现有施工现场建筑垃圾排放量数据收集项目样本容量不够大、排放量与特征因素映射关系复杂的情况。存在问题及研究方向 结合上文所述，短期内，持续开展基于直接测量法的量化数据积累，并借助人工智能发展契机，通过机器学习逐步优化预测模型，将对施工现场建筑垃圾排放总量控

14、制起到重大支撑作用。但如何以国家大力推行智能建造为契机，基于 AI 及物联网技术，通过开发建筑垃圾场内处置、再生材料利用、场外排放数据联动的建筑垃圾监测成套设备，更为客观真实地获取大体量建筑垃圾产生及排放数据，是下一步值得探索的方向。不仅如此，从中长期来看，还要考虑进一步研究特征因素对建筑垃圾产生量的敏感性。即基于间接测量法，结合施工现场各项特征影响因素及建筑垃圾减量化措施，深入探索两者对施工现场建筑材料垃圾产生及排放的作用关系，继而研究提出施工现场投、余、废料闭环智能管理体系，开发施工全过程建筑垃圾监测、管控、决策平台。施工现场建筑垃圾减量化技术目前的减量化方法施工现场建筑垃圾减量化是建筑垃

15、圾源头治理的有效手段，能够从根本上解决建筑垃圾产量大的问题。源头减量模式不同于传统的末端处理模式，是一种以预防为主的减量模式，开展施工现场建筑垃圾源头减量化工作，也可以认为是避免或者减少施工现场建筑垃圾产生过程的方法。目前，建筑行业由于信息化发展缓慢，施工现场管理粗放，施工过程数据尤其是材料量统计的不确定性，直接影响并阻碍了施工过程中参与的不同种类建筑材料，而施工现场建筑材料的变化贯穿施工全寿命周期，并在量变过程始终遵循质量守恒定律。因此，通过提高建筑施工材料的测算能力、施工过程的管理水平，逐步实现施工现场建筑垃圾产生量的间接测量，也是从源头有效减少或避免建筑垃圾产生的重要理论基础。综上，建筑

16、垃圾源头减量化关键技术可以归纳为 : 从设计图纸绘制、施工方案编制、材料量计算、施工管理等材料转化相关阶段入手，通过对材料转化全过程的精准测算及管控，避免或减少由于过量冗余、余料浪费等行为对施工现场建筑垃圾减量化造成的间接影响。为了全面分析固废减量化的影响因素，根据理论分析和现场实地勘察，得出基于 “人员材料设备工法环境管理”6要素的减量化影响因素体系，并就此开展了问卷调查，得出普遍认知中工法要素对施工现场建筑垃圾减量化效果影响最大，其次是管理要素，两者在所有影响因素中比重远高于其他要素。因此，引进更加先进的技术理念或提升管理水平是有效提升施工现场建筑垃圾减量化效果的关键支撑。因此，结合施工现场建筑垃圾减量化内涵，以目前施工现场建筑垃圾源头减量化关键技术和管理方法为主要类别，总结梳理了包含节材式设计、减废化工艺、政策面支持、精细化管理几个方面的建筑垃圾源头减量化方法内容，主要框架如图 1 所示。图1建筑垃圾源头减量化方法主要框架针对施工现场建筑垃圾源头减量，相较于方法框架中的其他方法，政策层面的引导仍只能起到间接影响种方法，即节材式设计、减废化工艺、精细化管理，以下为方法主要内容 及作用机制。3.1.1节材式设计设计优