新型智慧城市绿色低碳循环发展模式探索

□ 文 朱 刚 张美翔 吴 辉

中国联通智能城市研究院

深圳市城市公共安全技术研究院

中国信息通信研究院

0 引言

2020年，中国首次提出打造“双循环”经济发展新格局，这既是当前积极参与全球治理和推动全球经济复苏的共同需要，更是未来经济高质量发展的需要。“双循环”经济的新格局，与新型智慧城市的绿色、低碳、循环经济、可持续发展等理念深度契合，同时智慧城市作为城市发展的新阶段，既代表了未来发展的大趋势，也是“双循环”经济体系的重要载体和经济腾飞的新引擎，更是关乎民生福利的系统工程。可见，构建“双循环”经济发展格局和建设新型智慧城市有较强的互补性，值得深入思考探讨。

1 城市发展目前存在的固废环保问题分析

1.1 垃圾围城

早在2010年，独立摄影人王久良通过创作摄影作品《垃圾围城》，揭示持续进行的城市扩张、人口膨胀、膨胀的消费主义等共同造成了垃圾围城的困境，引起了各级政府、公益组织和有识之士的关注，并促使其共同探讨城市、乡村中垃圾周边的自然环境和人文环境良性发展的课题。

1.2 分类和特点

城市垃圾中的主要构成是建筑垃圾和生活垃圾，而生活垃圾中又以厨余垃圾占比最高。生活垃圾的主要特点包括地域性明显、含水率高、易腐易臭、高油高盐、种类复杂等。

1.3 固废垃圾数量

早在2005年，全国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨，占地约80多万亩；全国600多座城市除县城外，2/3的大中城市陷入垃圾围城的困境，且有1/4的城市已没有合适场所堆放垃圾；垃圾的存量已经非常庞大，而新增垃圾仍以每年8%~10%的速度增加，远超垃圾填埋场、焚烧厂等投建时设计的容量。

2019年，196个大中城市生活垃圾产生量23560.2万吨，处理量23487.2万吨，处理率达99.7%。每人每天产生约1kg生活垃圾，一个城市每天产生万吨级垃圾。

1.4 固废垃圾的危害

垃圾围城带来严重的后续慢发性灾害，使得生态环境日益脆弱，而依靠多年来自然生态修复为主的模式很难遏制日益加剧的环境污染局面。

（1）侵占污染土壤：难降解的塑料袋、废金属、废电子产品和医疗废弃物等有毒物质遗留或填埋土壤中，将长期持续严重腐蚀土地、污染土壤、危害农业生态。

（2）污染水体和地下水：垃圾堆放腐败过程中形成的渗滤液含有重金属、病原微生物和酸碱性等有机物质，易造成地表水和地下水的严重污染，进而污染河湖等水体。

（3）污染大气：垃圾中有机物质生化反应后产生恶臭的含硫化合物、含氧化合物、粉尘和细小颗粒物，生活垃圾未分类时焚烧易产生二噁英、酚类等有害物质，易污染大气。

（4）传播疾病：容易滋生蚊虫鼠患，传播细菌和病毒。

1.5 行业现状和痛点

关于垃圾分类，2000年，住房和城乡建设部选定北京、上海、广州等8个城市作为生活垃圾分类处理的试点城市；2003年，相关标准得以制定；2016年，垃圾分类政策开始推行。目前，我国的垃圾分类政策依然在摸索中，虽然取得了一些阶段性成果，仍存在一些问题：法律体系和标准不健全；规划理念滞后，没有前瞻性；产业链的系统设计和系统思维不足，碎片化严重；居民分类意识差，收集成本高，无法提供精细化分类的垃圾，制约后端环节的处理；社会资本参与度不深，以初创企业急于流量变现模式和垃圾前端的重资产模式为主，难以推广复制和持续运营；封闭的产业生态格局和部分地区的保护主义限制了新的企业进入；运动式治理等导致缺乏长期持续效果等。上述问题导致环境污染趋势难以根本性扭转，从产业链视角来看，有如下痛点。

（1）规划理念：传统规划理念认为环保行业属于公共产品，不具备经济效益，在操作层面也以生态自然修复为主。

（2）分类端：垃圾种类纷繁复杂，国民垃圾分类意识淡薄、混扔混运，难以进行后续精细处理。

（3）运输端：不同区位地段的人口密度不同，垃圾桶溢满速度和清运周期不同步。固定时间清运效率较低，忙季清运不及时，淡季放空车，人工巡检费时费力。

（4）处理端：长期忽视系统设计、前端分类和清运。一是垃圾填埋处理的基础设施和技术水平落后，平均空间利用系数低，处理能力缺口大，且渗沥液对环境易造成持续性污染，侵占大量土地资源；二是焚烧发电处理为重资产模式，属地化明显，异地新建项目较为困难。未精细分类的垃圾焚烧热值不够，需要增加助燃剂，且对焚烧机组设备损耗较大，易产生二噁英等有害气体；三是当前厨余垃圾主要是填埋处理和作为潲水饲养猪，没有有效利用。堆肥技术囿于垃圾未经有效分类收集和缺乏统一堆肥标准规范，导致堆肥的肥效不高，易对土壤造成重金属污染等不利影响。

（5）监管端：政府管理体制不畅，九龙治水、政出多门，缺乏协同和长效机制，影响监管效果。

1.6 先进经验借鉴

日本的“源头精细分类、全流程高质量处置”生活垃圾处理模式和德国、瑞典等国家的“源头适度分类，处置厂精细分选”生活垃圾处理模式值得借鉴。其中，瑞典生活垃圾处理遵循《欧盟垃圾框架指令》（EU’s Waste Framework Directive），并按照优先级分成减少垃圾的产生、回收再利用、生物技术处理、焚烧处理、填埋处理5个层级。瑞典生活垃圾中被填埋的非可再生垃圾只占1%，36%得到循环利用，14%被制成化肥，49%被用来焚烧发电。瑞典的垃圾循环利用已发展为一种产业，除处理本国垃圾外，每年瑞典进口80万吨垃圾用于冬季供暖。

2 智慧固废环保产业对智慧城市的意义和价值

2.1 当前智慧城市发展核心痛点和价值洼地

2.1.1 核心痛点

智慧城市的核心痛点主要包括几个方面：从系统布局角度看，存在重景观、轻民生，重经济、轻环保的现象，亟需补短板、补欠账；从业务角度看，部分业务对行业理解不深刻，没有成熟的技术逻辑和产业逻辑，产业链布局偏碎片化，产学研脱节；从商业模式看，对创新模式研究不够，对商业模式和运营模式缺乏系统落地研究，大量智慧城市项目不能自身造血，无法长效运营。

2.1.2 价值洼地

智慧城市的发展如火如荼，极大地改变了城市的面貌，赋予了城市未来无限的可能，但同时城市的固废环保问题既是发展中存在的痛点，也是价值洼地，更是进行智慧城市落地和长效发展的有力抓手。构建智慧城市的绿色低碳循环发展经济体系可获得多种收益，如低碳经济收益、循环经济收益、环境改善收益、城市发展收益、城市消费增长收益等。

2.2 智慧固废环保产业对智慧城市的意义

各类垃圾如同城市和农村的血栓和肿瘤，已经严重影响到城市和农村的健康运行，倒逼更有力度的创新模式来清淤疏导，恢复正常生态环境平衡。同时，亟需转换规划思路，在保持环保公共产品不变的前提下，改变自然生态修复为主的模式，人工干预和自然修复并重，挖掘环保行业的内生价值，根本性的扭转环保困境。

2.3 智慧固废环保产业对智慧城市的价值

2.3.1 环境价值

要把生态环境优势转化为生态农业、生态工业、生态旅游等生态经济的优势。以绿色发展为引领，培育新产业结构、形成新发展格局。

2.3.2 经济价值

智慧固废环保产业作为智慧城市落地的抓手，能整合上下游全产业链，挖掘潜力，推动实现行业数字化转型、智慧农业、智慧环保、智慧社区和智慧城市的融合发展格局，促进经济协同循环发展，创造新的价值点。

2.3.3 社会价值

智慧固废环保产业能创造新的经济价值和就业岗位，创建更加美好、宜居的可持续发展城市和农村环境，提升人民群众的幸福感。

2.3.4 现实意义

实现和谐生态关乎公平与民生，良好的生态环境是最公平的公共产品，是最普惠的民生福祉。生态环保行业属于国家重点支持领域，符合政策扶持方向。推动智慧环保、智慧农业和智慧城市融合，确保环境安全、耕地安全和粮食安全，促进美丽中国建设，具有现实的意义。

3 智慧城市绿色低碳循环发展经济体系的思考

3.1 学术界思考

垃圾分类看似小事，实则是一项复杂的系统工程，而现有文献主要关注居民和政府两大主体的垃圾分类行为分析，缺乏对上述对象的整体性把握、系统性理解，同时把垃圾分类看作是社会问题，而忽视其产业链耦合、技术复杂和经济制约等特征。

有学者基于计划行为理论构建了影响垃圾再循环因素的整体性模型，分析包括态度、主观规范、知觉行为控制和主观道德义务等影响因子，并探讨了居民对于垃圾分类的态度、既往行为、社会/外部环境的影响、对利益的感知、对政策效应的感知和居民的环境价值观。更进一步地从垃圾全生命周期视角看，构建绿色低碳循环发展经济体系，需要实现制度逻辑、经济逻辑与技术逻辑的紧耦合。

3.2 总体思路

建设智慧城市绿色低碳循环发展模式的总体思路包含以下几方面。

表1 全景式建设运营

（1）总体原则：减量化、无害化、资源化、经济化。

（2）立法先行：推动循环型社会经济基本法体系建设，为循环经济奠定法理基础。

（3）技术驱动：创新技术拓展新的垃圾处置用途，数字化转型配合智能基础设施等助力全产业链生态进化升级，提升垃圾分类和处理效率，挖掘价值洼地。

（4）运营模式：产业联盟或者合营公司共同参与，兼顾建设和运营模式，促进长效发展。

（5）社会格局：政府补贴、税收优惠、社会资本参与、商家赞助、积极宣传、全民参与。

（6）循环经济：减少使用、多次循环利用、再生材料利用、能量回收和处置，构建“双循环”经济体的产业链和供应链，筑造智慧城市绿色低碳循环发展经济体系。

3.3 建设循环型社会法律体系

构建循环型社会，需要一系列的法律来支撑，完善环境基本法，明确执法主体，厘清执法流程和边界，为循环型社会确立法理基础，并规范管理市场运作和社会参与行为。

3.4 新模式促进协同发展

3.4.1 全景式建设运营

如表1所示，全景式的智慧城市绿色低碳循环发展模式规划设计和建设运营理念，将政策宣贯、前端分类收集、中端智能运输、后端分类处理、广告营销、O2O商业运营等有机整合起来，产业链分工协作，可实现精细化和智能化管理、实现绿色生态可循环、创造新价值。

3.4.2 重点区域先行试点

高校、寄宿制学校、单位食堂等区域人群密集且容易产生大量同质化生活垃圾，尤其是厨余垃圾，非常利于精细分类的实现，有助于后端运输、分类处理。同时，智慧城市的类似明厨亮灶等智慧应用也可以较好地落地，实现协同发展，创造集群效应，挖掘更大价值。因此，上述生活区域可作为绿色低碳循环经济的重点先行试点。

3.4.3 餐前和厨余垃圾分类调整

鉴于国内“厨余垃圾”的高油脂、高盐分、高水分等特点，可将厨房垃圾再细分为餐前垃圾和厨余垃圾。餐前垃圾主要是未经烹调的菜根、菜叶、瓜果皮等垃圾，不含油脂和盐分，利于堆肥处理；厨余垃圾主要是剩饭剩菜类垃圾，可作用于燃料化处理。

此外，市政园林落叶和苗圃等垃圾也可作为较好的堆肥材料。

3.4.4 社会资本参与

在智慧城市的全景生态图框架下，规划智慧城市、智慧园区、智慧社区等联动协同发展，将产业规划、人口流入、产城融合、新城建设、旧城改造等结合起来，吸引产业基金和地产基金等社会资本共建共享，通过协同发展建设模式与可持续运营商业模式，构造智慧城市绿色可循环经济体，如图1所示。

3.4.5 智能分选中心

智能分拣中心作为智慧城市绿色低碳循环经济的分选中转基地，可实现垃圾精细分类目标。智能分选中心一般由贮料坑、给料机、破袋机、滚筒筛分装置、涡电流分选装置、磁选装置、风选装置、X射线分选装置等构成。混合垃圾经过智能分选中心将被分离出金属、玻璃、塑料、有机质和清洁的高热值燃料，并被分别送入对应的后端处理系统。

3.5 新应用创造价值蓝海

3.5.1 垃圾能量化应用

厨余垃圾含有大量的废油，主要成分是动植物油脂，可用于制备生物柴油。经清运收集的厨余垃圾通过油水分离后获得动植物油脂，再与短链醇反应制得长链脂肪酸单烷基酯，然后与化石、柴油按比例混合后可制成生物柴油。近年来，生物柴油在欧洲地区被广泛利用。

图1 城市、园区、社区协同发展的新模式

此外，城市污水处理系统的污泥聚集了大量有机物，以污泥为原料进行能源化利用具有巨大的经济价值和发展空间。污泥能源化的利用包括但不限于污泥发酵产沼气、污泥燃烧发电和污泥热解气化等。

3.5.2 厨余垃圾堆肥新蓝海

2020年，有机肥料的国标NY525启动新修订，新增包括但不限于堆肥原材料的作证材料、腐熟度、新增种子发芽指数指标等重要内容，明确了商品有机肥的标准，对符合要求的补贴对象购置商品有机肥进行补贴。垃圾分类的政策红利结合各地方配套政策，可推动厨余垃圾就地堆肥及还土还田，将极大地推动厨余垃圾堆肥的价值和行业发展。

在适宜区域推广蚯蚓和黑水牤等生物堆肥技术、合法合规地使用可堆肥原料进行配方堆肥、科学设置区域堆肥厂和集中处理厂互补的模式，可极大地降低堆肥成本、优化智慧城市固废环保处理系统，更重要的是既可以减少国家对进口化肥的依赖，还可以用来种植有机绿色食品、高经济价值花卉等作物，契合“双循环”经济体的要求，利于创造更大的价值。

3.5.3 建筑工业垃圾新应用

城市建筑垃圾体量巨大，随意处置对生态环境影响较大，如能从循环经济体系的角度考虑城市建筑垃圾的资源化，将会产生巨大的价值。具体措施是对城市建筑垃圾进行分类利用和集中处置，经过分类分级破碎、筛分，通过新型的再生骨料循环技术等工艺，可生产出再生骨料、墙体材料、道路材料、复合材料等产品。高炉渣、硫酸渣、盐泥、粉煤灰、生活垃圾焚化厂的焚化渣等可作为研制地板砖的材料，通过合适的配方和工艺手段可生产出内外墙砖、地砖等产品；无法回收利用的无害建筑垃圾，则可考虑改造为人造假山景观：先在地面铺设高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）材料，再根据建筑垃圾的规则形状，由园林建筑师设计堆山造景，确保在不污染环境的前提下，勾勒出靓丽的风景线，从而实现建筑垃圾的循环使用。

3.5.4 垃圾填埋场新用途

多年来，粗放型的垃圾填埋场侵占了大量土地，对环境造成持续性严重危害。如果能对垃圾填埋场进行精准、协同、修复、再生等规划，则可点石成金，将低价值或无价值的土地变成沃土，打通循环经济体的堵点，实现环境、经济和社会效益的共赢。

具体可以将环境修复、生态恢复、土地再开发等结合在一起，支持鼓励政府、生态研究机构、环保企业、房地产企业等主体引入财政补贴资金和产业资本进行合作开发，通过创新微生物和土壤修复技术，将修复后的土地资源交由企业与政府共同开发，最后进行收益分成。采用因地制宜的规划控制与修复策略，将不同现状条件和自然特征的地块分为湿地、绿地、林地等类别，实施不同的土壤修复方案，待修复完成后分别建造公共绿地、郊野公园、活动广场、微型沼气能源站、运动场馆和住宅等项目。值得注意的是，垃圾场修复需经过场地清污、土壤修复、环境修复、设施重建、生态系统恢复、新项目建设与周边配套可持续整合发展的过程，为避免后续性环境灾害，环境跟踪监测一般持续几十年。

3.6 新技术推进绿色低碳循环发展经济体系发展

以城市信息系统（City Information Modeling，CIM）平台为底座，以数字化、可视化的智能运行中心（Intelligent Operations Center，IOC）为核心，通过5G物联网和智能感知设备，依托三维地理信息模型和仿真技术，对生态环境和各类环保智能基础设施的数据进行收集、处理、仿真和分析，构建统一规划、统一监管和统一协调的智慧城市生态大脑。

基于物联网技术搭建的“智慧环保”平台，通过卫星遥感、北斗定位系统、视频监控和红外探测等技术，实时采集污染源和环境质量等信息，能实现生态环境管理相关信息的高效精准传递，高效助力污染源监控、环境质量检测及管理决策等环保业务。通过5G+北斗定位技术可对生态环境涉及的垃圾桶、清运人员、清运车辆、运输中转站、分类中心、垃圾焚烧站、厨余垃圾处理厂等进行一体化定位，具备人员和车辆定位、清运路线安排、垃圾重量测量等功能，可提升城市环保作业质量和效率，降低运营成本。

基于技术专家经验、科研机构、大数据平台、智慧城市仿真技术和全产业链应用的协同配合，将环保大数据应用于区域人口与垃圾桶配比设置、清运车辆调度、清运人员数量需求确定、供应链、焚烧垃圾助燃剂配料、厨余垃圾微生物配比、后端垃圾处置能耗和水耗等各环节，可使科学治理环境问题成为现实。

Imec薄膜是一种单向性的特殊纳米凝水膜，具有液流的方向性、通透性和过滤性特点，可使无机物、氧气、二氧化碳、离子状态的化合物、水等通过，而害虫和病菌无法通过；可提高水分和营养元素的利用率，产出高品质的作物。在恶劣环境下的地面和薄膜间铺设防水片，可在受污染的土壤等环境下进行农作物培育。结合互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）和锅炉等设备进行余热回收，可实现绿色温室，进一步降低能源消耗和资源消耗。

未来，通过5G与边缘计算、云计算、智能机器人或远程机械的结合，可实现在垃圾中转站或智能分选中心的智能化作业，减轻环卫工人的工作负担，避免作业环境对人体的危害。而区块链还可实现包括但不限于排污企业档案、医疗废弃物、危险废物运输和处理的全流程信息上链，使全流程可溯源，加强污染源的监控管理。

4 建议

4.1 创新研究，培育应用

持续推动创新技术的研发，包括但不限于污染模型仿真、土壤修复、污染治理、机械生物法处理、垃圾热解气化和微生物堆肥等技术，培育其在厨余垃圾、能源化利用、生物堆肥和垃圾填埋场修复等领域的应用，深入挖掘智慧城市绿色低碳循环发展经济体系的新价值点。

4.2 立法先行，标准赋能

构建循环经济体的基础法律体系，并积极倡导多方参与研究制定智慧生态环境领域框架标准，形成兼容技术标准、应用标准、安全标准、管理标准和评价标准的统一生态环境标准体系，为循环经济体赋能。

4.3 生态合作，共建共享

建立以政府为引导、市场化为主导、多元主体合作的垃圾治理机制，产业链生态合作，多种资本要素参与共建共享，实现智慧城市可持续发展，创造城市与环境共生的格局。

5 结语

在“双循环”时代的大背景下，如果转换思路，以绿色低碳循环发展模式作为智慧城市长效发展的发展范式，可以加快实现融合发展新格局，促进经济循环发展，从而创造更大的社会、经济价值，让人民的生活变得更加美好。■