基于模糊集對分析的建筑垃圾處理方式環(huán)境影響評價(jià)

蔣英禮，李龍，寧培淋，吳應(yīng)創(chuàng)

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院，廣東廣州510650）

基于模糊集對分析的建筑垃圾處理方式環(huán)境影響評價(jià)

蔣英禮，李龍，寧培淋，吳應(yīng)創(chuàng)

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院，廣東廣州510650）

采用生命周期評價(jià)方法建立了建筑垃圾環(huán)境影響評價(jià)指標(biāo)體系，并采用模糊集對分析方法對建筑垃圾再生骨料利用、再生原料利用、基礎(chǔ)填料利用和填埋4種方式進(jìn)行了環(huán)境影響評價(jià)，同時(shí)對4種處理方式環(huán)境影響優(yōu)劣進(jìn)行了排序。結(jié)果表明：建筑垃圾再生骨料利用的環(huán)境影響最低，最能體現(xiàn)建筑垃圾的資源價(jià)值，為建筑垃圾處理方式環(huán)境影響的定量評價(jià)提供了適用的方法。

生命周期評價(jià)方法；建筑垃圾；集對分析方法；環(huán)境影響；處理方式

建筑垃圾主要是指舊城改造過程中拆除舊建筑和建筑物在施工過程中產(chǎn)生的廢棄物。其中80%以上的建筑垃圾是廢混凝土、廢磚瓦、廢舊裝修材料、揚(yáng)塵物等建筑材料［1］。隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，“垃圾圍城”、“垃圾圍村”的現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，大量建筑垃圾郊外露天堆放或采取傳統(tǒng)的填埋方式。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2015—2020年中國建筑垃圾處理行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，在房地產(chǎn)市場高速發(fā)展時(shí)期，我國每年建筑垃圾的產(chǎn)量占城市垃圾總量的30%～40%。而我國建筑垃圾資源化利用能力很低，僅為5%，歐盟國家建筑垃圾每年資源化率超過90%，韓國、日本建筑廢棄物資源化率已經(jīng)達(dá)到97%以上。勢必導(dǎo)致垃圾中蘊(yùn)含的許多有價(jià)值組分被浪費(fèi)掉，而且侵占土地、污染水體和空氣，造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。究其原因，其主要是我國對建筑垃圾資源化利用認(rèn)識不足，也缺乏完善的建筑垃圾處理方式環(huán)境影響的評價(jià)方法和體系。

1 建筑垃圾的典型處理方式

建筑垃圾處理是指對建筑垃圾中的有效物質(zhì)進(jìn)行回收并再次應(yīng)用于建設(shè)工程的過程，它包含兩類方式，其一是新建建筑垃圾堆放場所，將建筑垃圾傾倒與掩埋至固定場所；其二是建筑垃圾再生化，將建筑垃圾進(jìn)行回收處理，使之成為能再次使用的建筑材料。建筑垃圾處理方式可以簡化為構(gòu)件或制品的重復(fù)利用；現(xiàn)場破碎后用作基礎(chǔ)填料或地基加固；場外集中破碎后生產(chǎn)再生骨料；場外生產(chǎn)再生建材制品和填埋棄置幾種方式，如圖1所示。

圖1 建筑垃圾的典型處理方式

2 基于模糊集對分析的建筑垃圾處理方式環(huán)境影響評價(jià)方法

2.1 集對分析基本原理

集對分析（Set Pair Analysis，SPA）的基本思想是將被研究客觀事物的確定不確定性視為一個(gè)確定-不確定系統(tǒng)［2，3］，從同、異、反3個(gè)方面分析客觀事物之間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化，通過用聯(lián)系度來描述系統(tǒng)的各種不確定性，從而把對不確定性的辯證認(rèn)識轉(zhuǎn)化成定量分析的數(shù)學(xué)工具。選取的兩個(gè)事物是由具有一定聯(lián)系的兩個(gè)集合組成的對子，稱之為集對。集對分析的核心概念是集對和聯(lián)系度。

給定集合A和B，設(shè)這兩個(gè)集合組成的集對表示為：H=（A，B）。按照集對的某一特性進(jìn)行同一性、差異性、對立性分析，使集對在這一特性上得到定量的刻畫，將其描述為具體的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。就某個(gè)具體問題背景，設(shè)集對具有N個(gè)特性，對集對H的特性展開分析，建立起兩個(gè)集合的聯(lián)系度表達(dá)式：

式中：μ（A，B）為聯(lián)系度，表示集對之間的確定不確定性關(guān)系程度聯(lián)系度，μ（A，B）在區(qū)間［-1，1］內(nèi)取值，若A與B間的差異性越大，則μ（A，B）越接近于-1，表示這兩集合越傾向于不相似性；若這兩集合間的差異性越小，則越接近于1；N為集對所具有的特性總數(shù)；S為集對中的2個(gè)集合共同具有的特性數(shù)；P為集對中2個(gè)集合相互對立的特性數(shù)；F=N-S-P是集對中2個(gè)集合既不共同具有，也不相互對立的特性數(shù)；a為同一度；b為差異度；c為對立度，且a+b+c=1；i為差異系數(shù)，取值于［-1，1］；j為對立系數(shù)，規(guī)定取值為-1。由i的取值范圍可以看出，集對分析方法中不確定與確定關(guān)系的相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)i在（0，1］取值時(shí)，表示差異度向同一度轉(zhuǎn)化；當(dāng)i=0時(shí)，表示不存在差異度這一不確定因素；當(dāng)i在［-1，0）取值時(shí)，表示差異度向?qū)α⒍绒D(zhuǎn)化。

2.2 建筑垃圾處理方式環(huán)境影響的集對分析評價(jià)方法

將建筑垃圾處理方式環(huán)境影響的指標(biāo)樣本劃分為優(yōu)劣等級I～V共5個(gè)等級，設(shè)集合A為環(huán)境影響指標(biāo)樣本實(shí)測值，集合Bk（k=1，2，…5）為5個(gè)等級下各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，組成集對H=（A，Bk）。要評判某建筑垃圾處理方式的優(yōu)劣等級，就要分別計(jì)算樣本指標(biāo)實(shí)測值集合A與5個(gè)等級下各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)集合Bk之間的聯(lián)系度大小，聯(lián)系度最大的等級為被評價(jià)樣本的優(yōu)劣等級，即若max｛μ（A，B1），μ（A，B2），μ（A，B3），μ（A，B4），μ（A，B5）｝=μ（A，B1），則被評價(jià)樣本的優(yōu)劣等級屬于I級。

在文中確定的同異反判別標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)評價(jià)指標(biāo)處于所討論的級別范圍內(nèi)時(shí)認(rèn)為是同一；當(dāng)評價(jià)指標(biāo)處于相鄰的標(biāo)準(zhǔn)級別中，認(rèn)為是異；當(dāng)評價(jià)指標(biāo)處于相隔一級及以上的標(biāo)準(zhǔn)級別中，認(rèn)為是對立。進(jìn)行建筑垃圾處理方式優(yōu)劣評價(jià)時(shí)，主要考慮起關(guān)鍵作用的“同”和“反”部分，不考慮相異部分，即計(jì)算聯(lián)系度μ（Aj，Bk）時(shí)，取i=0。μ（Aj，Bk）越大，表示樣本與某等級的同一性越高。

3 應(yīng)用實(shí)例

建筑垃圾對環(huán)境的影響擁有廣泛性、模糊性與滯后性等特點(diǎn)［4］。對生態(tài)環(huán)境處理的影響是一個(gè)很復(fù)雜的概念，包含了各種環(huán)境影響。按照ISO14040-2006中的生命周期環(huán)境評價(jià)（LCIA）方法（簡稱ISO-LCIA方法），結(jié)合建筑垃圾處理過程可能產(chǎn)生的主要環(huán)境問題的識別和清單分析（LCI）［5］，建立了圖2所示的建筑垃圾環(huán)境影響評價(jià)（LCIA）框架。并結(jié)合文獻(xiàn)［6］研究成果，選取消耗非生物資源、污染空氣、污染水、污染空氣、制造噪音、影響市容和生態(tài)管理成本7個(gè)影響類型，作為建筑垃圾處理方式對環(huán)境的影響評價(jià)指標(biāo)。

圖2 建筑垃圾的LCIA框架［5］

評價(jià)指標(biāo)體系中，影響市容V6、生態(tài)管理成本V7作為定性評價(jià)因子，具有一定的模糊性，采用集值統(tǒng)計(jì)法確定其最終評價(jià)值。消耗非生物資源V1、污染空氣V2、污染水V3、制造噪音V4和侵占土地V5作為定量評價(jià)因子，其值采用文獻(xiàn)［4］的清單分析（LCI）結(jié)果可直接確定，各指標(biāo)整理的結(jié)果如表1所示。

表1 建筑垃圾處理方式環(huán)境影響指標(biāo)［5］元/t

為便于SPA分析，將建筑垃圾處理方式環(huán)境影響評價(jià)分為5個(gè)優(yōu)劣等級，記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V，并分別賦值（見表2）。聯(lián)系度的計(jì)算和優(yōu)劣等級評價(jià)結(jié)果見表3。

從表3可知，考慮再生骨料替代天然骨料所折減的天然骨料的物化環(huán)境影響時(shí)，再生骨料處理方式和

基礎(chǔ)填料處理方式最優(yōu)，優(yōu)劣等級為I級，而再生原料和填埋處理方式最劣，優(yōu)劣等級為V級。如果考慮到資源的保護(hù)與利用，4種處理方式的優(yōu)劣排序?yàn)椋海跘1（μ（A3，B1）=0）＞A3（μ（A3，B1）=-1/7）＞A2＞A4］（符號“＞”表示“優(yōu)于”）。其結(jié)果與文獻(xiàn)［5］的基于社會(huì)對環(huán)境影響的支付意愿的評價(jià)結(jié)果一致。

表2 各因子優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)分級

表3 建筑垃圾處理方式環(huán)境影響評價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語與討論

基于集對分析理論，建立了多指標(biāo)的建筑垃圾處理方式環(huán)境影響評價(jià)模型，實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明該法是可行的，且可定量評定結(jié)果，同時(shí)，與其他方法的評價(jià)結(jié)果對比分析表明，該法真實(shí)反映建筑垃圾處理方式環(huán)境影響評價(jià)結(jié)果。

與文獻(xiàn)［5］的基于社會(huì)對環(huán)境影響的支付意愿的評價(jià)相比，也存在以下缺點(diǎn)：（1）集對分析未對差異度系數(shù)i做進(jìn)一步分析，在某些具體問題分析容易出現(xiàn)誤判；（2）評價(jià)體系中的各指標(biāo)的權(quán)重未考慮。但提出的集對分析方法為該類問題提供了一種新的簡便方法。這能為政府相關(guān)部門制定政策提供參考意見，同時(shí)為環(huán)境影響的定量評價(jià)提供一種適用的方法。

［1］中華人民共和國建設(shè)部.城市建筑垃圾管理規(guī)定［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［2］趙克勤.集對分析及其初步應(yīng)用［M］.杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［3］楊子江.建筑垃圾對城市環(huán)境的影響及解決途徑［J］.城市問題，2003（04）：60-63.

［4］吳大國，汪明武，張薇薇.基于集對分析的圍巖穩(wěn)定性評價(jià)［J］.西部探礦工程，2008，20（02）：6-7.

［5］龔志起，丁銳，陳柏昆.廢棄混凝土處理方式的環(huán)境影響比較［J］.工程管理學(xué)報(bào)，2011，25（03）：30-34.

［6］曾暉.建筑垃圾處理方式對生態(tài)影響的定量評價(jià)［J］.建筑經(jīng)濟(jì)，2014（07）：90-93.

Environmental impact assessment for concrete waste treatment options based on fuzzy set pair analysis

JIANG Yingli，LI Long，NING Peilin，WU Yingchuang
（Guangdong Vocational and Technical College of Communication，Guangzhou 510650，China）

In this paper，the life cycle assessment method was used to establish the evaluation index system of the environmental impact for concrete waste treatment options.The set pair analysis method was used to assess the environmental impact of four concrete waste treatment options，which were aggregate recycling，materials recycling，the base filling and the land filling.Meanwhile，the environmental impact of the four treatment options are sorted.The results indicated that the environmental impact of concrete waste for the recycling aggregate is lower than the other treatment options，which can fully reflect the resource value of concrete waste.The paper also provided a suitable method for the quantitative evaluation of environmental impact of construction waste treatment.

life cycle assessment；construction waste；set pair analysis；environmental impact；treatment options

X799.1；TU528.572

A

1674-0912（2015）09-0036-03

2015-07-29）

2015年度廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金“城市建筑垃圾對環(huán)境的影響分析及后期處理技術(shù)研究”；2015年度廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級科研項(xiàng)目（2015KY09）

蔣英禮（1984-），男，江西吉安人，碩士研究生，講師，從事土木工程教學(xué)與科研。