自改革开放以来,我国城市化率已从1980年的19.4%增长至2018年的59.6%,且仍会持续提高[1].城市是建筑的集聚地,其在对建筑空间和品质需求的同时,建筑密度和强度也随之不断提升.而城市增量建设和存量优化建设在持续耗用大量资源能源的同时,也排放了大量废弃物与污染物,是城市建设和发展面临的突出环境问题.关注建筑系统与城市环境间的物质(建筑材料)流动,深入研究建筑代谢过程与机制,不仅能够掌握建筑资源、能源消耗的具体演变趋势,还能明确建筑代谢(如废弃物)产生的相关环境影响,进而提出相应的优化管理措施,为城市低碳绿色发展奠定基础[2].

物质流分析是产业生态学领域的主要方法之一,同时也广泛应用于建筑物质代谢相关研究,其可系统分析特定对象在不同时空范围内的物质流动与贮存[2].目前国内外已有较多利用物质流方法对建筑存量、流量开展相关研究.国外学者应用物质流法对德国、荷兰、日本等国家建筑材料代谢进行研究,量化材料库存并进行资源需求和废物排放预测 [3-5].国内学者对我国及部分城市基础设施中主要建筑材料存量流量进行了估算与历史演变特征分析,并进一步评估了材料代谢的相关环境影响[6-7].

总体而言,通过物质流分析可以有效揭示城市建筑材料流通特性,包括量化大量建筑材料消耗(生产)带来的环境影响,并阐明建筑废弃物的产生特性和规律,可有效促进资源管理与环境保护.

水泥是主要建筑材料之一,不可或缺[8].从建筑水泥全生命周期来看,其生产阶段会伴随大量资源能源消耗与温室气体(碳)排放[9];而在其使用与废弃阶段,水泥材料又具有一定固碳功能,作为城市中的重要碳汇载体而存在[10].深入了解特定时空下水泥的新陈代谢具有显著社会环境意义.目前已有研究专门针对水泥进行,主要通过关注水泥存流量的历史演变情况,为后续资源管理与环境评估奠定基础. Cao等人采用自上而下的动态物质流法估算了我国1920~2013年的水泥存量,并通过描述水泥库存的历史发展来预估未来水泥需求趋势[11];为了更好地进行基础设施规划管理,了解其碳汇贡献,Amit等人构建了美国水泥库存模型,并估算了美国20世纪水泥历史积累量[12].上述研究皆是从国家层面出发,受限于我国不同城市地域、资源、经济发展模式和管理理念等因素差别较大,宏观尺度的研究往往忽略了地区或城市尺度水泥具体的历史使用情况与其引起的区域资源环境问题.因此本研究以我国高度城市化的深圳市为例,对深圳市过去40a来的建筑水泥流量与存量进行了估算,并度量了水泥产生的相关环境影响,为城市建筑可持续发展提供数据参考.

1 研究区域及对象选择

深圳于1979年撤县建市,随后城市发展逐步加快,现为我国四大“一线”城市之一.截至2018年,深圳市约2000km2地域范围建成区面积达928km2,城镇常驻人口约为1,400万.全市房屋建筑供给不断增加,1979~2018年间建筑竣工总面积超过3亿m2,平均每年竣工796万m2.水泥材料广泛用于城市房屋建筑、基础设施和农业设施建设,但房屋建筑水泥用量远超其他两种方式(超过80%以上)[11].因此,本研究以城市房屋建筑为研究对象,将建筑分为住宅和非住宅两个类别来衡量深圳市1979~2018年间的房屋建筑水泥量,其中非住宅建筑包括了公共、商业、工业及其他类型房屋建筑.

2 研究方法

2.1 水泥存量流量分析

2.1.1 研究方法 基于不同的计算角度,物质流分析法又可进一步分为自下而上和自上而下两种方法[13].自上而下地进行物质核算则需要量化系统边界处进行的物质交换,明确系统内部累积的物质总量.此种核算方法基于宏观的经济社会数据,对统计数据的依赖度较高,所以一般用于国家层面的物质流动研究.自下而上法则要求从系统内部的微观层面出发,通过获取标准单位的物质含量与标准单位数量来得到物质的存流量,明晰系统内部物质代谢机制.自下而上法需要更为详实的底层数据,往往用于区域、城市尺度的物质存量、流量核算.由于缺乏深圳市水泥内外销等宏观统计数据,本研究采用自下而上的动态物质流法进行深圳市建筑水泥存流量估算,研究框架如图1所示.

图1 建筑水泥流量-存量研究框架Fig.1 The research framework of building cement flows and stocks estimation

2.1.2 建筑材料估算模型 公式(1)给出了主要建筑材料估算总思路.以水泥材料为例,房屋建筑每年在用水泥存量值取决于上一年份的水泥存量与同期水泥净流量,水泥净流量等于水泥流入量与流出量的差值,流入量指的是构成新建建筑实体而进入城市建筑系统的水泥材料量,流出量指随着建筑被拆除而流出存量系统的水泥量.年份的水泥流入、流出量分别等于当年新建建筑面积、拆除建筑面积与水泥强度系数的乘积.根据深圳市的实际发展情况,假定1979年以前深圳市既有建筑面积为零,则1979年的建筑水泥存量应等于该年份的水泥净流量,即.

文章来源：《水泥》 网址: http://www.snbjb.cn/qikandaodu/2021/0510/530.html