基于支付意愿法的建筑物化环境影响量化研究

朱建君，陈雪艳，王栋华，左剑

(1.南京林业大学 土木工程学院， 南京 210037； 2.阿德莱德大学 自然与建筑环境学院，澳大利亚 阿德莱德 5005)



基于支付意愿法的建筑物化环境影响量化研究

朱建君1，陈雪艳1，王栋华1，左剑2

(1.南京林业大学 土木工程学院， 南京 210037； 2.阿德莱德大学 自然与建筑环境学院，澳大利亚 阿德莱德 5005)

以建筑的物化环境影响分析为出发点，对该过程所消耗的资源、能源及有毒物质所造成的环境影响进行定量研究。论文界定了建筑物化环境影响内涵，根据国际环境毒理和化学学会环境评价体系确定12种环境影响要素，依据BEES(Building for Environment and Economic Sustainability)软件计算出建筑全生命周期的环境影响清单，基于支付意愿理论构建了建筑物化环境影响量化模型，并确定江苏地区各环境影响要素的货币值。最后,计算出江苏省某住宅建筑单位面积上环境影响货币值。

环境影响；物化环境影响；建筑材料；支付意愿理论；BEES

随着中国现代化和城市化的不断发展，环境污染和能源消耗的问题日益严重。据国家统计局数据，中国2014年建筑业房屋施工面积已达1 249 826.35万m2，这不仅消耗大量的能源，同时也产生大量的温室气体、氮氧化物和粉尘等，其中建筑材料的影响占有很大的比重[1-2]，所以,对建筑的物化环境影响的研究至关重要。以往对于建筑物化环境影响的研究，多以碳排放作为衡量标准。黄一如等[3]讨论了物化阶段的碳排放对总体碳排放的重要性，罗智星等[4]构建了办公建筑物化阶段CO2排放的计算模型。刘毅等[5]综合运用生命周期评价和情景分析方法，从能源消耗、用水量和氮氧化物排放量等6个环境影响要素研究了中国城镇住宅的物化环境影响。目前常用的环境影响量化的方法有目标距离法、货币化法和专家打分法[6]，其中目标距离法一般只考虑生态系统的破坏，专家打分法操作方便但不确定性较大，货币化法即支付意愿法可以将环境影响与经济影响相结合。肖君等[7]运用支付意愿法着重研究了建筑保温板的使用和失效阶段的环境影响。笔者在对建筑的物化环境影响进行分析时，运用了支付意愿理论来确定江苏省各环境影响要素的货币值，从BEES软件中获得环境影响要素的影响潜值，得出对于建筑物化环境影响的社会支付意愿。

1 建筑物化环境影响要素分析

1.1 建筑物化环境影响的概念界定

建筑的全生命周期包括决策阶段、规划与设计阶段、施工阶段、使用阶段以及拆除回收阶段。设计阶段决定了建筑物所有材料的组成；施工阶段是建筑规划、设计实现的过程，在这个过程中会消耗大量的资源和能源；使用阶段也就是建筑的运营与维护阶段，这个阶段主要包括建筑运营时，采暖、空调、热水供应、燃气生产和供应、照明等设备的能耗，以及建筑维护时的维护、翻修和设备更换过程中涉及的资源、能源的消耗[8-9]。拆除与回收阶段则涉及到建筑物解体拆除，废旧建筑材料的运输、处理、再利用和无用废弃建筑材料的处理[10]。

从生命周期评估(Life Cycle Assessment, 即LCA)角度，构成建筑设计的所有材料经历了从材料与构建生产(含原材料的开采)、规划与设计、建造与运输、运行与维护直到拆除与处理(废弃、再循环和再利用等)的全循环过程。

建筑的物化环境影响考虑的是建筑设计阶段，构成建筑设计的所有材料，基于LCA角度，从原材料的生产开始，经历中间产品的生产、材料的运输、材料在建筑的使用阶段以及最后材料的拆除回收阶段对环境产生的直接或间接的影响。

2.2 环境影响要素确定

国际环境毒理和化学学会(Society Environmental Toxicology and Chemistry，即SETAC)环境影响评价体系和美国标准和技术研究院共同开发的BEES(Building for Environment and Economic Sustainability)软件确定出了12种环境影响要素，即为全球变暖、臭氧层破坏、酸化(雨)、水体富营养化、化石能源消耗、水资源消耗、标准空气污染、光化学烟雾、生态毒性、人类健康、室内空气质量以及动植物生存地改变。这12类环境影响要素几乎包括了建筑对环境所造成的所有可能影响，并且所涉及的数据也较为容易获取，所以，本文在对建筑物化环境影响进行研究时，就从这12个方面展开。BEES软件是美国标准和技术研究院开发的，是一种建筑的环境及经济可持续性综合评价的软件，并且受到了美国环境保护协会和美国政府的支持。从2002年发布BEES1.0版本以来，软件一直在更新功能和数据库，并对评价框架和环境影响指标都加以改进，设计了建设项目中结构材料、室内外装饰材料、墙体填充材料等各方面的230多种材料，可以全面地对建设项目的各种材料进行环境影响评价。

2 基于支付意愿法的建筑物化环境影响量化模型构建

2.1 环境影响要素潜力系数的确定

每个环境影响要素中的污染物质的潜力系数与该污染物的污染能力和排放总量有关，每一类环境影响中造成一种环境影响污染物种类很多，但是由于统计局数据的局限，本文对每一类环境影响只选取几种典型的污染物，如酸化只选择SO2、NOX、NH3。每类环境影响要素中污染物质的影响潜力系数计算方法如下:

(1)

式中：eij为第i类环境影响因素的第j种污染物质的影响潜力系数，fij为第i类环境影响因素的第j种污染物质的单位影响潜力，aij为第i类环境影响因素的第j种污染物质的年均排放量。

2.2 基于支付意愿法的环境影响要素的货币化计算

2.2.1 支付意愿法 支付意愿是指消费者接受一定数量的消费物品或劳务所愿意支付的金额。在环境质量公共物品的需求分析和环境经济影响评价中支付意愿被广泛应用。根据边际效用递减规律，消费者在一定收入水平下，对享有环境质量的边际支付意愿也符合递减规律。支付意愿法(Willingness-To-Pay，即WTP)的理论基础是各个环境影响要素间的轻重程度可用货币来衡量，赋予了环境评价以经济意义。社会支付意愿对于环境影响而言，体现在降低当前环境污染水平而付出的代价上，因此，针对污染者和资源开采者的环境税在一定程度上反映了社会支付意愿，可以作为衡量各个环境影响的货币因子。中国在2003年出台的《排污费征收使用管理条例》，规定直接向环境排放污染物的单位和个体工商户应当依照本条例缴纳排污费；而排污费应当全部专项用于环境污染防治，任何单位和个人不得截留、挤占或者挪作他用[9]，这体现了中国社会对环境污染的支付意愿。最新的环境税方案已于2013年12月2日上报至国务院，正在按程序审核中。就目前来说，在确定中国社会对环境污染的支付意愿时，可以将环境税通过社会折现率折算出来。比如，根据《排污费征收使用管理条例》，每排放1 kg SO2需要征收0.63元排污费(每1.11 kg的SO2为1污染当量，收费标准为0.7元/1.11 kg)，再将0.63元通过8%[12]的社会折现率折算到进行环境影响量化的当量，即获得SO2的货币因子。

2.2.2 环境影响货币化计算 把对环境影响转换成货币，是一个相对的概念，是每一个环境影响要素的不同侧面的重要程度的定量分配，对各环境影响要素对环境的影响的作用进行区别对待。每一类的环境影响都是由多种污染物共同作用产生的，因此，一个影响要素的货币值是指该类别中所有污染物质的环境税税率的加权平均值。每类环境影响要素的货币值计算方法如下:

mi=∑(eij·cij)

(2)

式中：mi为第i类环境影响要素的货币值，cij即为第i类环境影响因素的第j种污染物质的货币因子，eij为第i类环境影响因素的第j种污染物质的影响潜力系数。

2.3 基于BEES软件的环境影响清单计算

BEES软件在选定一种建筑材料并确定运距之后，便可以得到该种材料在全寿命周期中的环境影响清单，即在原材料的获取(Raw Materials)、制品(Manufacturing)、运输(Transportation)、使用(Use)和废弃回收(End of Life)这5个阶段上对各个环境影响清单，再分别将每一种材料在5个阶段的各类环境影响清单汇总，得到一个建筑的总体环境影响清单，计算方法为

rik=Rik+Mik+Tik+Uik+Eik

(3)

(4)

式中：ri是BEES软件中输出的第i类环境影响要素的环境影响清单，ri k是指第k种建筑材料在第i类环境影响要素的全寿命周期中的环境影响清单，Rik、Mik、Tik、Uik、Eik分别是第k种建筑材料在第i类环境影响要素中原材料这5个阶段中的环境影响清单。

2.4 建筑的物化环境影响量化模型

不同的建筑所使用的材料和材料的使用量都不相同，可以通过BEES软件中获得建筑物化阶段在各个环境影响要素上的影响清单，最后就可得到建筑单位面积上的社会为了弥补对环境产生的影响愿意支付的金额，如式(5)：

(i,j=1,2,3…)

(5)

式中：M为单位面积上社会为了弥补对环境产生的影响愿意支付的金额，ri是BEES软件中输出的第i类环境影响要素的环境影响清单，s为建筑的建筑面积。

3 建筑物化环境影响量化计算案例分析

3.1 环境影响要素货币化计算

1)全球性环境影响要素货币化计算

全球气候变暖与臭氧层破坏都是全球性的环境影响要素，中国在这些环境影响下所产生的经济损失或者是为了治理这些环境破坏所投入的金钱可以看做是中国的支付意愿。全球气候变暖对中国经济造成的影响的准确数值很难获得，因全球变暖对中国经济的损失约占中国当年GDP的4.7%[6]，所以本文按照其设定的气候变暖占GDP的比例4.7%，以2014年为基准年，按不变价格计算，2011—2014年气候变暖对中国经济造成的损失约为26 348亿元人民币，中国这4年CO2的年均排放量约为93 763亿t[14]，每当量kg CO2损失为0.28元。

氟氯烃物质(CFC s)是造成臭氧层损耗的主要污染物质，发展中国家排放的CFC s占全球CFC消耗的83%。根据统计，截至2014年，中国先后一共投入了202 074 170美元，对123个项目的臭氧层消耗物质进行削减，共计削减115 564.77 t ODS[15]，即中国社会愿意支付相应的金钱以避免臭氧层损耗的发生，通过计算可得中国针对每ODP kg的ODS，投入了16.24元人民币(以2014年汇率为准)，此为臭氧层损耗影响要素的货币值。

2)江苏省环境影响要素货币化计算

引起酸化(雨)的主要污染物有SO2、氮氧化物和氮氨等，根据国家统计局、江苏省统计局以及EPS数据平台的数据算出江苏省2011年至2014年的年均排放量(见表1)，运用支付意愿法计算得到江苏省酸化环境影响要素的货币值为1.71元/kg(SO2当量)。

表1 酸化环境影响要素的货币值

酸化(雨)、水体富营养化、化石能源消耗、水资源消耗、标准空气污染、光化学烟雾、生态毒性、室内空气质量和人类健康根据公式(1)和(2)得出，本文不赘述。

动植物生存地改变影响是指由于人类占用土地对受威胁和濒危物种的影响。2014年江苏省财政安排生态补偿资金15亿元，但并不能从中分离出对动植物栖息地改变做出的投入，本文中也暂且将这一类环境影响要素的货币值设为0元。

3)环境影响要素货币化计算汇总表

将这12类影响因素的货币值汇总得到表2。

表2 江苏省建筑物化环境影响货币化汇总

3.2 工程概况

所采用的案例是江苏某项目的一栋住宅楼。该工程地点位于该项目所在地的新城区之中，为民用住宅项目。工程结构类型为框架剪力墙结构，基础类型为筏板基础，结构抗震等级为三级。地下一层，地上九层，层高2.9 m，建筑檐稿26.1 m。总建筑面积为4 890.06 m2，其中,地上建筑面积4 379.18 m2，地下建筑面积510.88 m2，该项目所消耗的主要材料如表3所示。其中,主要楼地面做法中，电梯、公共走道、入户大堂和楼梯间是铺设快料楼地面，水泥浆一道，20 mm厚1∶3干硬性水泥砂

浆结合层，撒素水泥浆面，10 mm厚地砖并用水泥浆擦缝；在客厅、卧室、书房、餐厅等部位刷素水泥浆一道，并用20 mm厚1∶2.5水泥砂浆找平抹光。在主要墙面的做法中，一层楼梯间前室和一层电梯厅采用素水泥浆(或界面剂)一道，12 mm厚1∶1∶6混合砂浆打底扫毛或划出纹道，5 mm厚1∶0.3∶3混合砂浆结合层，8 mm釉面瓷砖以及白水泥擦缝；在客厅、卧室、书房和餐厅部位刷素水泥浆一道，12 mm厚1∶1∶6水泥石灰膏砂浆打底，5 mm厚1∶0.3∶3水泥石灰膏砂浆粉面，白水泥批腻子二度。

表3 江苏某民用住宅楼主要建筑材料用量

3.3 BEES软件的应用

BEES软件导出的数据即为每种材料在原材料获取、制品和施工、运输、使用和废弃过程中的12类环境影响清单。根据该工程的工程量清单数据以及相关资料，并设定材料的运输距离为300 km。以钢筋混凝土梁为例，首先在BEES软件中选择对应强度等级以及种类的混凝土材料进行计算，如C30的普硅水泥钢筋混凝土梁就是相当于软件中5KSI普硅水泥钢筋混凝土梁，随后设定好运距，即上文统一规定的300 km，最后所输出的就是0.028 3 m3的环境影响清单。最后根据工程量，经计算得出该工程中钢筋混凝土梁的各生命周期阶段的环境影响潜值总量，结果如表4所示。

虽然在钢筋混凝土梁中生产、使用及废弃阶段对环境的影响都为0，但这并不意味着所有的材料在这些阶段对环境没有影响，所以,每一种材料都要在BEES软件中分别完成环境影响潜值计算。然后再按各环境影响要素的货币值及公式计算，就得到了该工程社会要支付相应的货币来弥补这个过程中所造成的环境损失，详见表5，合计为5 009 605.45元，最后得出对于这栋住宅楼社会愿意支付1 143.96 元/m2来弥补其的物化环境影响。

表4 钢筋混凝土梁的各生命周期阶段环境影响清单

表5 各类环境影响要素货币值总计

4 结 论

基于国际环境毒理和化学学会(SETAC)环境影响评价体系中12类环境影响要素进行分析，统计江苏省的污染物排放量，并且使用支付意愿法计算得到各种适应江苏实情的环境影响要素的权重。最后，结合了江苏某住宅楼这一案例，经计算得出社会在该工程建设过程中所愿意支付的金额来弥补对环境产生的影响，把建筑的物化环境影响进行了货币化，这一货币值可以看出所使用的材料是否环保，得出环境的损失值，可为决策者在对经济与环保进行选择时提供一个更为可靠的决策依据，也为绿色建筑的发展提供理论支持。但是，本文还是存在一些不足的，在对于动植物生存地改变这类环境影响的货币化上，还有待国家出台相关政策之后再进一步量化。另外，BEES软件中虽然包括了两百多种建筑材料，但是还不能对建筑材料进行全面覆盖，并且中美两国在建筑材料上还是存在差异的，所以,在中国研发出本国的建筑材料全寿命周期环境影响的软件之后，其结果可以更加精确。

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(编辑 郭 飞)

Quantitative analysis on the embodied environmental impact of buildings based on WTP

Jianjun Zhu1,Xueyan Chen1,Donghua Wang1,Jian Zuo2

(1.School of Civil Engineering, Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,P.R. China; 2.School of Architecture and Built Environment, the University of Adelaide, Adelaide 5005, Australia)

The embodied environmental impact of buildings, and environmental impacts caused by a large amount of resources, energy and toxic substance during this process was analyzed. The connotation of the embodied environmental impact of buildings was defined. According to the international Society for Environmental Toxicology and Chemistry, twelve factors of environmental impact were determined. The building environmental impact list in the full life cycle was calculated from the BEES (Building for Environment and Economic Sustainability). The value of environmental factors in Jiangsu province was obtained by the Willingness-To-Pay in Environmental Economics. Finally, combined with a residential building in Jiangsu province, society WTP for the environmental impact was figured out.

environmental impact;embodied environmental impact;building materials;willingness-to-pay;BEES

2016-03-17

江苏省建设系统科技项目(2012JH03)

朱建君(1969- )，女，教授，博士，主要从事绿色建筑研究，(E-mail)jjzhu@njfu.edu.cn。

Foundation item：Jiangsu Construction Science & Technology Program(No.2012JH03)

TU023

A

1674-4764(2016)04-0072-06

10.11835/j.issn.1674-4764.2016.04.012

Received:2016-03-17

Author brief：Zhu Jianjun(1969- )，professor，PhD，main research interest:green building，(E-mail)jjzhu@njfu.edu.cn.