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摘 要： 摘 要：建筑業是中國最大的鋼鐵消費領域，動態分析建筑中的鋼鐵存量的變化特征，有助于把握其二次資源回收潛力，為鐵資源的循環利用及相關管理提供科學支撐。本研究以動態物質流分析結合生命周期分布函數，測算了19492016年中國房屋建筑中的鋼鐵存量。結果顯
摘 要：建筑業是中國最大的鋼鐵消費領域，動態分析建筑中的鋼鐵存量的變化特征，有助于把握其二次資源回收潛力，為鐵資源的循環利用及相關管理提供科學支撐。本研究以動態物質流分析結合生命周期分布函數，測算了1949—2016年中國房屋建筑中的鋼鐵存量。結果顯示：經過緩慢增長期、穩定增長期和快速增長期三個階段后，中國房屋建筑中鋼鐵存量從 1949年的 10.0萬 t增長到 2016年的 28.1億 t，房屋建筑中人均鋼鐵存量也從 0.2kg/ 人增加到 2029kg/人;受工業化和城鎮化進程影響，中國四大經濟區域房屋建筑中人均鋼鐵存量差別明顯，2016年東部地區房屋建筑中人均鋼鐵存量最大為2526kg/人，其次是東北地區2128kg/人、中部地區1732kg/人和西部地區 1605kg/人;受城鎮和農村的生活環境、經濟水平差異影響，中國城鄉房屋建筑中人均鋼鐵存量差異顯著，2016年中國房屋建筑中城鎮人均鋼鐵存量達3145kg/人，農村為530kg/人。
關鍵詞：物質流分析;房屋建筑;鋼鐵存量;時空變化;中國
1、引言
鋼鐵作為經濟發展中用量最大的金屬原材料[1] ，在工業化和城鎮化進程中不可或缺。21世紀以來，隨著中國經濟社會快速發展，鋼鐵需求快速增長。 2001—2016 年，中國粗鋼消費量從 1.7 億 t 增長到 7.1億t，增長了3.2倍，從占世界粗鋼消費量的19.9% 增長到43.5%。粗鋼消費的快速增長造成了中國鐵礦石消耗量的增加，使得中國面臨嚴峻的鐵礦石資源供應形勢。2001—2016 年期間，中國鐵礦石(標礦)進口量從 0.9億 t增長到 10.2億 t，鐵礦石(標礦)消費量從1.9億t增長到11.7億t，鐵礦石對外依存度從 47.5%增長到 87.3%[2] 。大量、快速的鋼鐵資源消耗，使中國鐵礦石對外依存度居高不下[3] 。過去 10 多年，建筑及基礎設施部分所消費的鋼鐵量占中國鋼鐵總消費量的比例50%以上，而建筑部門中的鋼鐵消費量占建筑及基礎設施鋼鐵總消費量的 65% 以上[4] 。隨著工業化和城鎮化進程的持續，房屋建筑也在不斷代謝。作為房屋建筑中的重要載能資源—廢舊鋼鐵，提高其回收利用水平是解決由近年來鋼鐵資源大量消耗而產生的資源、環境問題的重要舉措[5,6] 。因此，研究房屋建筑系統內的鋼鐵存量意義重大。
物質流分析是通過對系統內物質流動軌跡進行跟蹤調查，獲取物質在各環節的流通量和廢棄物排放量等數據，進而分析不同流動環節的物質使用效率、環境效應和最終物資社會存量等的方法，經過近30年的發展，其已成為可持續發展的重要理論之一，是國內外學者研究金屬循環和回收的首選方法[2,7-10] 。目前，國內外已有許多學者利用物質流分析方法對中國鋼鐵資源的物質流動進行了研究。如 Pauliuk 等[11,12] 以人均存量為評價指標，采用自上而下的計算方法，預測了 2100 年中國鋼鐵產量、廢舊鋼鐵回收量以及鐵礦石的消耗量;同時也在國家尺度上，對全球 200 多個國家的鋼鐵存量進行了預測。Wang等[13] 采用自下而上的方法，對中國的鋼鐵存量進行估算，并選取 2000 年和 2010 年中國城市和鄉村的鋼鐵存量進行對比，結果顯示城鄉間鋼鐵使用強度的差異明顯。樓俞等[14] 采用自下而上方法對2005年邯鄲市的鋼鐵存量進行了研究，得出邯鄲市鋼鐵的總存量及其分布情況，并與北京和美國 NewHaven 市的鋼鐵存量進行了對比分析，結果表明同期邯鄲市的人均鋼鐵存量約為北京市的1/2，美國NewHaven市的1/7，且最大存量來自于建筑。康柳明[15] 依據城市金屬存量分析方法框架，結合哈爾濱市區域工業化進程，采用自下而上的方法研究了哈爾濱市 2009—2013 年鋼鐵存量總量以及分布結構的變化規律，結果表明，2013 年底哈爾濱市鋼鐵存量分布主要集中在建筑類中，占比高達 70.8%。王琳等[16] 根據動態物質流分析方法，對中國國家層面的1949—2014年鋼鐵存量規律進行研究，得出中國鋼鐵存量的變化情況與國家所處工業化進程階段高度相關。
通過對比發現，國內外對鋼鐵存量的研究尺度界面主要集中在國家或者城市的鋼鐵消費全行業研究，對鋼鐵消費量最大領域的房屋建筑系統內鋼鐵存量的研究較少。因此，本研究以動態物質流分析為基礎，從全國、不同區域及城鄉三個維度定量分析房屋建筑中的鋼鐵存量及人均存量。
2 研究方法和數據來源
2.1 系統邊界
本研究采用“自下而上”法，統計1949—2016年期間每年新竣工的房屋建筑面積，估算單位建筑面積鋼鐵使用強度，測算出不同時期各類房屋建筑的鋼鐵存量，再將各類的鋼鐵存量進行加和，從而得出中國社會現役房屋建筑中的鋼鐵存量。
本研究結合中國實際情況及建筑特點，將中國建筑系統在不同時期，按照使用類別不同，劃分為4 個種類，分別是農村住宅房屋建筑、農村其他房屋建筑(農村除住宅用途外的房屋建筑)、城鎮住宅房屋建筑、城鎮其他房屋建筑(城鎮除住宅用途外的房屋建筑)。
2.2 鋼鐵存量測算模型
2.2.1 建筑生命周期函數確定
根據產品生命周期理論，不同類別的金屬產品(即不同類型含鋼建筑物)，有不同的使用壽命年限[17,18] 。金屬產品在達到其最大壽命年限后將退出社會使用，轉化為二次金屬進入冶煉環節[9] 。目前，主要有4種產品壽命分布函數被用來測算和模擬金屬產品的現役社會存量和廢舊金屬資源產生量，不同的函數表征方式對金屬現役社會存量和廢舊金屬資源產生量的預測存在一定的差異[19-21] 。4 種生命周期分布函數分別為：指數分布、高斯分布、對數分布和韋伯分布。
與機械設備、交通運輸設備和電子設備等含鐵產品相比，建筑物的報廢具有更多的不確定性[19] ，對其進行廢棄則需要更長的時間周期。因此，本研究選取雙參數韋伯分布函數作為房屋建筑生命周期分布函數。對不同時期不同用途的房屋建筑，分別采用不同參數的韋伯分布函數對建筑的拆遷量進行估算。
2.2.2 建筑系統鋼鐵存量測算模型
房屋建筑經過一定年限使用后拆遷，拆遷房屋中的廢舊鋼鐵一部分被回收后，進入電爐冶煉，重新進入使用階段，另一部分則流失。由于房屋建筑生命周期符合韋伯分布函數。因此，拆遷房屋建筑中的廢舊鋼鐵應為前一年竣工房屋建筑中的鋼鐵存量乘以當年的報廢率。本研究，結合動態物質流分析方法計算出每個目標年中現役房屋建筑中的鋼鐵存量。
3 結果及分析
3.1 全國房屋建筑中鋼鐵存量變化及人均鋼鐵存量變化
1949—2016 年全國房屋建筑中鋼鐵存量呈現持續增長態勢，根據累計鋼鐵存量的增長速率變化情況，將建國以來房屋建筑中鋼鐵存量分為 3 個階段(圖1)。
第一階段：緩慢增長期(1949—1978 年)，鋼鐵存量年均增長速率為162.6萬t/年。1949年，中國房屋建筑中的鋼鐵存量為10.0萬t，人均鋼鐵存量不足 1.0kg/人。1957年，房屋建筑中的鋼鐵存量 343.0萬 t，人均鋼鐵存量達到 5.3kg/人。隨著中國經濟的發展，1978 年，中國房屋建筑中的鋼鐵存量增加到 4724.0萬t，人均鋼鐵存量增加到49.0kg/人。
第二階段：穩定增長期(1979—2000 年)，鋼鐵存量年均增長速率為3150.5萬t/年。1979—1990年，房屋建筑中的鋼鐵存量增加了2.6億t，達到3.2億t，人均鋼鐵存量也從55.0kg/人增加到279.0kg/人。從 1991—2000 年，中國工業化和城鎮化進程穩步推進，中國房屋建筑中的鋼鐵存量達到7.1億t，人均鋼鐵存量達到546.0kg/人。
第三階段：快速增長期(2001—2016 年)，鋼鐵存量年均增長速率為1.4億t/年。期間中國經濟飛速發展，2010年中國房屋建筑中的鋼鐵存量為17.3億t， 10 年內增加了 9.5 億 t，人均鋼鐵存量從 564.0kg/人增加到1292.0kg/人。2016年，中國房屋建筑中的鋼鐵存量繼續增加，存量達 28.1億 t，人均鋼鐵存量達到2029.0kg/人。
3.2 中國區域房屋建筑中鋼鐵及人均鋼鐵存量變化
本研究根據中國經濟社會發展的程度，將中國 31個省份分為四大經濟區域，并選取 6次全國人口普查時間點和2016年為研究節點，分析區域內房屋建筑中人均鋼鐵存量的變化情況。
中國四大經濟區域如下：
(1)東北地區，包括黑龍江、吉林、遼寧;
(2)中部地區，包括山西、河南、湖北、湖南、江西、安徽;
(3)東部地區，包括北京、天津、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、海南;
(4)西部地區，包括四川、廣西、貴州、云南、重慶、陜西、甘肅、內蒙古、寧夏、新疆、青海、西藏。
四大經濟區域房屋建筑中鋼鐵存量變化情況如圖2a所示。
東北地區房屋建筑中鋼鐵存量從 1953 年的 50.0 萬 t 增加到 2016 年的 2.3 億 t，人均鋼鐵存量從 7.2kg/人增加到 2128.0kg/人;中部地區房屋建筑中鋼鐵存量從 1953 年的 17.0 萬 t 增加到 6.4 億 t，人均鋼鐵存量從 1.0kg/人增加到 1732.0kg/人;東部地區房屋建筑中鋼鐵存量從 1953 年的 30.0 萬 t 增加到 2016年的13.4億t，人均鋼鐵存量從2.4kg/人增加到 2526.0kg/人;西部地區房屋建筑中鋼鐵存量從 1953 年的 19.0 萬 t 增加到 2016 年的 6.0 億 t，人均鋼鐵存量從1.2kg/人增加到2016年的1605.0kg/人(圖2b)。
1953年，中國區域房屋建筑中鋼鐵存量及人均鋼鐵存量差異明顯。1964年，各區域房屋建筑中鋼鐵存量及人均鋼鐵存量較1953年明顯增加。其中，東北地區房屋建筑中鋼鐵存量增加到30.1萬t，人均鋼鐵存量達 49.0kg/人，中部、西部和東部地區房屋建筑中鋼鐵存量分別增加到 16.9 萬 t、19.1 萬 t、50.7 萬 t，人 均 鋼 鐵 存 量 增 加 到 9.0kg/人 、12.0kg/人 、 180.0kg/人。東北地區房屋建筑中的人均鋼鐵存量明顯大于其他地區，這主要是建國初期，東北地區作為中國重要的工業基地，經濟社會發展水平相對較高，使東北地區的房屋建筑中人均鋼鐵存量較大。1982年，各區域房屋建筑中鋼鐵存量及人均鋼鐵存量變化較大，四大經濟區房屋建筑中鋼鐵存量分別為東北地區1252.0萬t，東部地區4911.0萬t、中部地區 1916.0 萬 t、西部地區 2070.0 萬 t。在人均方面，東北地區和東部地區人均鋼鐵存量均超過 100.0kg/人，且二者之間的差距縮小，各區域房屋建筑中人均鋼鐵存量分別為：東北地區138.0kg/人、東部地區 136.0kg/人、中部地區 67.0kg/人和西部地區 79.0kg/人。從 1964年“二五”期間開始到 1982年改革開放前期，國家政策、產業布局以及投資始終傾向東北、東部地區，使得房屋建筑中人均鋼鐵存量顯著高于其他兩個地區。1982—1990年，中國各區域房屋建筑中鋼鐵存量持續增大。1990年，東部地區房屋建筑中鋼鐵存量達1.6億t，中部、東北和西部地區房屋建筑中鋼鐵存量分別為0.5億t、0.3億t、0.6 億t。中國各區域房屋建筑中人均鋼鐵存量分別為：東北地區 285.0kg/人、東部地區 404.0kg/人、中部地區 237.0kg/人和西部地區 180.0kg/人。從 1982 年改革開放初期到1990年，國家投資布局重點逐步向東部沿海地區轉移，東部地區社會生產力獲得了快速發展，使其房屋建筑中鋼鐵存量及人均鋼鐵存量方面明顯大于其他地區。2000年，東部地區房屋建筑中鋼鐵存量及人均鋼鐵存量和東北地區差值繼續拉大，東部地區房屋建筑中鋼鐵存量為3.5億t，人均鋼鐵存量達到 767.0kg/人，東北房屋建筑中鋼鐵存量為 0.5億 t，人均鋼鐵為 507.0kg/人。此時，中部地區房屋建筑中鋼鐵存量及人均鋼鐵存量為 1.7億 t、 481.0kg/人，西部地區為 1.4 億 t、395.0kg/人。在此期間，中國繼續實行改革開放，傾斜性的投資直接使經濟特區、沿海開放城市的工業、港口、航空機場與城市建設得到了快速的發展，東部地區房屋建筑中人均鋼鐵存量也在快速增加。到2010年，中國四大經濟區房屋建筑中鋼鐵存量及人均鋼鐵存量均較2000年時期均翻一番，各區域房屋建筑中鋼鐵存量 及 人 均 鋼 鐵 存 量 分 別 為 ：東 北 地 區 1.4 億 t、 1295.0kg/人，東部地區 8.4 億 t、1658.0kg/人，中部地區3.9億t、1095.0kg/人和西部地區3.6億t、1000.0kg/ 人。各區域房屋建筑中鋼鐵存量及人均鋼鐵存量快速增加益于2000年以后，國家推進一系列區域整體發展戰略，先后實施了振興東北等老工業基地、促進中部崛起、東部率先發展等重大戰略舉措。 2010—2016年期間，中國各區域房屋建筑中的人均鋼鐵存量繼續增加。2016年，東部地區房屋建筑中人均鋼鐵存量仍居四大區域首位，這與東部地區在改革開放中的區位優勢及國家給予一系列資源配置和經濟發展的優惠政策密不可分。
《中國房屋建筑中鋼鐵存量的時空變化》來源：《資源科學》2018年12期，作者：韓中奎;文博杰;代濤;李強峰;王歡;馮旭光。
