许元 李聪

（浙江广厦建设职业技术学院 浙江 东阳  322100）

摘要：预知建筑垃圾产量是对其科学管理的基础条件。本论文通过建立一套基于垃圾系数的估算方法，对建筑垃圾量进行估算。通过分析浙江省杭州市过去6年（2008年—2013年）的建筑垃圾产量，数据按可直接利用量、需处理后再利用量、建筑垃圾总量进行分别统计组成。利用灰色理论建立建筑垃圾产量的预测模型，用关联度、后验差比值、小误差概率进行精度检验，使用此模型预测未来6年的杭州市建筑垃圾总产量及可直接利用量，需处理后再利用量。结果表明，灰色预测模型可以较准确地测算建筑垃圾的产生量。

关键词：建筑垃圾 估算 预测 灰色模型

随着我国经济快速发展和新型城镇化进程迅速推进，拆迁范围扩大，建设规模增加，使得建筑垃圾产生量持续增长，据国家发改委[2011]2919号文件，截止到2010年建筑垃圾产量已达到每年8亿吨^[1]。与巨大的建筑垃圾量相比，目前我国建筑垃圾的利用量不足5%，主要处置方式是与其它生活垃圾一起混合堆弃和填埋，简单粗放的处置方式，除了带来占用大量土地、污染环境卫生、破坏自然生态等一系列问题，也与资源节约型经济、环境友好型社会、可持续发展目标相背离，我们面对日趋紧张的土地供应，日益严峻的环境问题，日渐耗尽的自然资源，加强建筑垃圾管理，加快建筑垃圾资源化利用已势在必行，也迫在眉睫。建筑垃圾产量与城市经济发展水平、城市的建设规模等诸多因素有关，较准确的估算和合理的预测一个区域的建筑垃圾产量是对建筑垃圾进行科学管理，合理发展建筑垃圾综合利用产业的基础。

1 建筑垃圾产量的估算

建筑垃圾是由建筑施工、旧建（构）筑物拆除、房屋装饰装修以及道路建设、建材生产、市政建设等等而产生的废弃材料^[2]。由此可见，一个区域的建筑垃圾总产量就是上述各类工程中所产生的废弃材料总和。由于工程类型和特点决定了废弃物的种类和产量，本节首先进行工程类型建筑垃圾组成进行分析，而后对不同工程类型的建筑垃圾产量建立一套基于垃圾系数的估算方法。

1.1 不同工程类型建筑垃圾的组成

（1）建筑施工工程的建筑垃圾主要是由主体施工和基础开挖而产生。施工垃圾主要由散落混凝土和砂浆、剔凿产生混凝土碎块和砖石，打桩截下的钢筋混凝土桩头等组成，开挖垃圾主要是渣土及砂石等。

（2）道路建设工程与市政建设工程的建筑垃圾主要是道路开挖所产生的弃块和弃渣，包括废混凝土块、废沥青混凝土块，砂石渣土等。

（3）建材生产过程中产生的垃圾，包括生产时的废料与废渣，以及建材成品在加工和搬运过程中产生的碎块和碎渣。

（4）拆除工程通常包括旧房屋拆除和废构筑物拆除。拆除所产生的建筑垃圾组分与建筑物的结构有关，砖混结构建筑中，混凝土块、砖块、瓦砾约占80%，其余为木料、碎玻璃、石灰、渣土、屋面废料、装饰废料等，框架、剪力墙的混凝土结构建筑中，混凝土块约占50%左右，其余为砖砌块、金属、木料、碎玻璃、塑料、装饰废料等。

（5）房屋的装饰装修工程包括公共建筑类工程和居住类工程，主要有凿落多余的碎渣块及拆除的旧装修材料，装修时剩余的金属、竹木、包装材料等。公共建筑装饰的各式各样，也使得这类装饰工程产生的建筑垃圾组分是多样性的。

上述建筑垃圾根据利用情况可分为：直接利用，只通过极其简单的处理工序就可以利用，这部分主要包括建筑施工工程、道路建设工程、市政建设工程、建材生产中所产生的建筑垃圾。资源化处理后再利用，这部分建筑垃圾因为成分的多样性，需要先做较详细分类并进行处理后，才能分门别类的进行不同方式利用，这部分主要包括拆除工程、装饰装修工程中所产生的建筑垃圾。

1.2 不同工程类型建筑垃圾估算方法

根据大量统计数据和研究资料，结合不同工程建筑垃圾的组成成分进行分析，通过数理统计，确定研究方法，提炼估算公式，测算单位垃圾系数，以利统计估算建筑垃圾的总产量，不同工程的建筑垃圾估算公式及产生垃圾系数如表1。  

表1    不同工程类型的建筑垃圾估算公式及垃圾系数表          

注：垃圾系数的确定来源于各类统计资料。

2 建筑垃圾未来量的预测方法

2.1预测模型选择

对建筑垃圾未来量作出估计和推断的预测，通常采用建模手段进行，预测模型应运而生，目前常用的预测模型有微分方程预测模型、时间序列预测模型、灰色理论预测模型、BP神经网络预测模型等。这些模型在预测的计算过程和精度上各有特点，根据建筑垃圾受多种因素的影响，原始数据少，数据序列无规律，且部分数据已知，部分数据未知等特点，本研究选择样本需求不多，数据分布规律不需典型，计算工作量较小，预测精度尚可的灰色系统理论下建立的预测模型。

灰色系统理论是中国华中科技大学教授邓聚龙80年代初提出的控制理论领域中的新学科。控制理论中，常用颜色深浅来表示信息的明确程度，“白”与“黑”分别表示系统内信息的充分已知与完全未知，“灰”表示系统内一部分信息是已知，一部分信息是未知，所以“部分信息已知，部分信息未知”的信息不完备系统称作灰色系统。灰色系统理论的研究对象是“边延明确，内涵不明确”的 “小样本”、“ 贫信息”的不确定性系统，灰色系统理论研究以灰色朦胧集为基础，以灰色关联空间为依托，以灰色序列生成为方法。

灰色理论预测是对系统中的特征值发展进行预测，进一步说，是对在一定范围内变化的，与时间序列相关的不明确过程进行预测。虽然系统过程中的原始数据所表示出杂乱无章性，但是它是有界的，并有着潜在的规律。灰色理论预测就是利用这个内在规律建立灰色预测模型，对灰色系统进行预测^[3] ，来解决特殊领域的未知因素未来发展趋势的问题。

2.2 灰色预测建模

灰色预测模型目前使用最广泛的是GM（1,1）模型，即灰色理论的一阶变量一阶微分的微分方程性模型，也称为灰色时间序列预测，它是基于随机的离散的原始时间序列，经按时间累加数据处理后，得到新的较有规律的时间序列的生成列，在此基础上建立数学模型^[4]。

2.2.1建模步骤

对建筑垃圾产量的预测问题，设实际观测值为，计有n个观测值。

（1）设原始数据时间序列为：，

（2）通过一次累加生成新数列为：：

（3）对建立微分方程为:

其中：α称为发展灰数；μ称为内生控制灰数。

设为待估参数向量，，可利用最小二乘法求解。解得：

（4）求解微分方程，可得GM（1,1）预测模型：

， ，k为时间序列，可取年、季、月。

2.2.2 预测模型检验

灰色预测模型一般用残差、关联度检验、后验差比值、小误差概率，进行预测模型的精度级别检验。

（1）残差检验

按预测模型计算得到预测值，累减生成，计算与绝对误差序列和相对误差序列。

绝对误差（即残差）计算公式：，

相对误差计算公式：，

平均相对误差公式：，

当平均相对误差小于精度检验等级要求给定值时，称模型为残差合格模型。

（2）关联度检验

关联度是两个系统或系统中两个因素间，随时间或其它因素而变化的关联性大小的程度，是用定量方式对系统变化趋势的比较研究。预测值与实际值变化越一致，关联程度就越高。

关联度公式：

式中：

    r称为与的绝对关联度，当关联度大于精度检验等级要求给定值时，称模型为关联合格模型，模型预测是可信的。

（3） 后验差检验

后验差比值公式：

其中：z₁是原始数据均方差，其公式为：，为原始数据的平均值。

z₂是残差均方差，其公式为：，为残差的平均值。

由于残差均方差z₂大小跟预测值与原始数据的差值相关，z₂越小，后验差比值C越小，预测精度越高。所以，后验差比值C可以作为精度衡量标准之一。

（4）小误差概率公式：

根据精度检验等级表，当小误差概率计算值大于精度检验等级要求给定值时，我们称模型为小误差概率合格模型。

表2  精度检验等级表

3 模型计算和预测结果

3.1 构建浙江省杭州市建筑垃圾产量灰色预测模型的基础

近几年杭州市建筑垃圾产量逐年递增，根据杭州市城市管理局2008年到2013年对建筑垃圾的统计数据，分可直接利用量、需处理后再利用量、总产量三种类型进行统计，数据资料见表3。从数据分析图1上可以看到都是升凸性质，可以用灰色理论预测模型建立以时间为序列的微分方程。构建GM（1,1）模型，并对模型进行关联度、后验差比值、小误差概率三种精度级别检验，确定所建模型的精度等级，以预测未来几年杭州市建筑垃圾的各产量。

表3  建筑垃圾产量表      单位：万吨

图1 2008年～2013年杭州建筑垃圾总量、可直接利用量、需处理后再利用量

3.2 杭州市建筑垃圾总量预测模型构建与产量预测

建筑垃圾总量具体预测模型为：

    通过相关计算见表4，可知，上述建筑垃圾总量预测模型的精度达到一级，可以进行建筑垃圾总量的预测，预测结果见表5。

表4   建筑垃圾总量预测模型检验计算分析表

表5  建筑垃圾总量预测计算表

从预测值上可以看出未来几年的建筑垃圾呈明显上升趋势。

3.3 杭州市建筑垃圾中直接利用量预测模型构建与产量预测

直接利用量具体预测模型为：

    通过相关计算见表6，可见，上述直接利用量预测模型的精度达到一级，可以进行建筑垃圾直接利用量的预测，预测结果见表7。

表6   建筑垃圾直接利用量预测模型检验计算分析表

表7   建筑垃圾直接利用量预测计算表

建筑垃圾直接利用量来自建筑施工工程、市政施工工程、园林施工工程、建材企业，主要是工程开挖所产生的槽土，以及施工和企业生产所产生的品种单一的垃圾，一般只需要简便的工艺操作，就可以直接利用于种植、回填、筑路基等利用，这部分建筑垃圾适用于在工地现场直接应用或进行简单破碎后直接应用，也可以直接运入建材生产企业合理应用。从目前统计资料上看，直接利用量占了建筑垃圾总量中较大部分，对这部分产生量的合理预测，是对其资源化利用不可缺少的过程。从预测计算结果看，在未来6年仍会呈不断上升态势。

3.4 杭州市建筑垃圾中需处理后再利用量预测模型构建与产量预测

需处理后再利用量具体预测模型为：

    通过相关计算见表8，需处理后再利用量预测模型的精度达到一级，可以进行建筑垃圾处理后再利用量的预测，预测结果见表9。

表8   建筑垃圾需处理再利用量预测模型检验计算分析表

表9  建筑垃圾需处理后再利用量预测计算表

建筑垃圾需处理后再利用量是由拆迁工程和装饰装修工程产生的建筑垃圾，因为成份复杂，需要进行专门分类后再进行资源化处理利用，这部分建筑垃圾适合于固定式建筑垃圾资源化企业进行专项处理。科学合理的预测需处理后再利用量，对管理部门制定相关资源化处理政策提供参考。从预测结果上看，其预测值有较大幅度上升。

4 结论

4.1 建筑垃圾估算的统计计算方法是有参考价值的

建筑垃圾产出渠道，运输途径、管理方式的多样性，给建筑垃圾量的精确统计带来诸多困难，本文结合大量统计资料，得出的估算公式和估算系数，对一个范围或一个工程的建筑垃圾量的统计是有积极意义和参考价值的，对于大范围的估算还存在原始计算数据，提供来源不充分的难题。

4.2 灰色理论预测模型对建筑垃圾量的预测是可行的

灰色理论已经广泛应用于工业、农业、气象等领域，通过本研究上述对建筑垃圾量的预测模型建立和计算预测，说明以时间为序列的灰色理论预测可以用于建筑垃圾产量的预测，并得到关联度、后验差比值、小误差概率的三种指标检验，三个预测模型均满足一级等级要求，也说明了，用这个预测模型预测精度比较高。由于GM（1,1）灰色理论预测模型比较适合做短期预测，对长时间的预测，误差较大，解决办法主要是引入新数据，不断修改微分方程，以保证预测的可靠性。

4.3 浙江省杭州市未来几年的建筑垃圾量仍呈现继续上升趋势

通过灰色理论预测模型，可以得到未来6年，杭州市的建筑垃圾年产量还要继续增加，还需要有规划有步骤地做好建筑垃圾资源化管理的各项工作。

参考文献

[1] 发改环资[2011]2919号文件，附件一：“十二五”资源综合利用指导意见

[2] 赵军，刘秋霞.大城市建筑垃圾产生特征演变及比较【J】.中南大学学报，2013（3）1297-1304

[3] 邓聚龙.灰色系统基本方法【M】.武汉：华中理式大学出版社，1988

[4] 邓聚龙.灰色预测与决策【M】.武汉：华中工学院出版社，1986