第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
城市是社会经济发展与人民生产生活的重要载体，是现代文明的标志。其中，城市建筑是城市构成的物质基础。在社会经济活动的运行中，把地区、城市看作有机的整体，其不断消耗资源、能源维系运行并释放废物到环境中的过程类似于新陈代谢。其代谢发生的物质基础（载体）是物质存量，包括房屋、基础设施和人工制品。其中，又以建筑物质存量最多。工业化下的全球城市化发展，引发了大量建筑建设活动。欧盟导则 2001[1]指出，房屋和基础设施涵盖了超过 90%的物质存量及其变化过程。据研究表明，在 1970 年到 2010 年间，全球建筑净增的物质量约 6000 亿吨[2]。建筑业在每年全球原生资源消耗中占比 40%[3]。伴随日益增加的建设活动，大量的物质积累在了建筑中（房屋、基础设施等）。这些建筑具有体量大，寿命长的特点，随着建设、使用、拆除等过程，开采、消耗资源能源，为社会经济提供服务功能，并排放废弃物到环境中。其与社会经济发展紧密相关，同时对资源环境产生较大影响，需得到足够重视。
当今，中国城市化进程加速。城市化的标志之一是人口城市化，自 2011 年来，中国城市人口首次超过农村，标志着中国城市化首次突破 50%，并在随后几年持续上升，在 2016 年达到 56.35%，中国已从“农村社会”迈入“城市社会”，实现了人口城市化；城市化的另一标志是建设城市化，随着人口、资本、技术、产业等的集中，配套的房屋和基础设施建设也集中开展，1998 年以来，全社会每年房屋建筑竣工面积达到 18 亿-20 亿平方米，其中城乡住宅年需求量保持在 13 亿-15 亿平方米左右，到 2010 年底，我国房屋建筑面积规模已超过 410 亿平方米[4]。一方面，城市化为人们生活带来便利——如集聚效应下的经济增长，完善的基础设施建设等等；另一方面，城市化进程资源能源消耗巨大——大量的建筑和配套基础设施建设活动耗费了大量资源和能源，与之相应的，房屋和基础设施的拆除和废置亦导致土地占用和退化的环境问题。可以预见，随着我国城市化进程加深，上述问题将更为凸显，对城市可持续发展形成阻碍。
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1.2 国内外研究现
建筑存量是指特定地域范围内、按某一时点测度的建筑积累量，广义的建筑存量包括房屋和基础设施。建筑存量既可以用面积来表征，也可以用重量单位表示[7]。本文研究的建筑存量特指建筑中的物质存量，包括所有构成建筑的物质量，以重量为单位（吨）。与物质存量相对应的概念为物质流量（material flow），物质流量包含输入流和输出流，是表示确定时间内流入流出系统边界的物质的重量（吨/年）。物质存量和物质流量是物质流分析（material flow analysis，MFA）的重要组成部分。
1.2.1 物质存量研究方法
物质流分析（material flow analysis，
MFA）是研究物质存量应用最广泛和标准的方法[8]。物质流分析（MFA）是指以质量守恒为基础，在明确时间、边界的系统中研究物质的源、流、汇。物质流分析可以定量描述自然和经济社会的物质交换情况，反映经济社会的物质代谢，体现代谢过程中物质财富积累和对环境的压力。
物质存量计算方法主要有两种，自上而下法（top-down approach）和自下而上法（bottom-up approach）。自上而下法是指通过对经济系统的物质投入产出数据统计核实，以此来计算出系统物质存量的方法[4]。对系统边界的年鉴数据依赖较高，常用在国家层面物质存量计算。一些发达国家如日本、美国等已经构建了建筑存量账户，可以直接查阅得到当年度流入流出建筑中的物质量，并以流入量减去流出量得到建筑存量净增量。它的好处在于操作简单，便于获取动态数据；不足是遗失了较多的数据细节，不易研究较小尺度的物质存量（如研究建筑存量时，建筑中的物质构成比例，空间分布等信息）。自下而上法是把物质存量按结构类型进行划分，定义结构内标准单位的物质含量——物质强度系数，用物质强度系数乘以对应的标准单位规模来计算各个结构的物质存量，最终一一加总得到总的物质存量。它的优点在于信息完整详细、研究尺度不受限制，不足在于基于动态研究的年度数据不齐全，且进行完整的调查耗费巨大。随着对研究方法的探索、改进和信息地理技术的提升，GIS（Geographical Information Systems）和机载 LiDAR(Airborne Light Detection and Ranging)数据也不断地得以运用在建筑物存量的研究中[9]。GIS 可以呈现物质存量的空间分布和时间变化信息，激光雷达的数据则可以进一步的标明建筑物的高度信息。它们对自下而上法是极大的补充，但只有少数地区有完整和连续的年度数据。综上所述，应根据研究目标和数据获取难度的不同，灵活采用不同的研究方法。
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第 2 章 理论基础
2.1 概念界定
2.1.1 建筑、建筑存量和建筑存量演化
狭义的建筑指房屋建筑，广义的建筑是“建筑物和构筑物的通称”，包括道路、桥梁、水利工程等基础设施。本文中的建筑取广义的概念，包括文中研究的房屋、道路、轨道、管道等设施。
按照杨崴博士的说法，把建筑存量定义为“研究系统内、按照某一时点测度的建筑的积累量。简言之,就是某一时间、在某个范围内所有建筑的集合” [7]。这一集合的“建筑存量是一个状态量,不仅可以通过建筑的总体规模建筑总数、总面积等和组成各类建筑的比例来表征,而且通常以物质量或价值量来衡量” 。
鉴于本文研究的建筑存量是建筑中的物质存量，将以物质重量表征，借以衡量社会经济发展中的物质积累。因而如下定义本研究中的建筑存量：确定时间和范围内，研究系统中所有建筑的物质积累量。同理，研究中的建筑存量演化是指建筑存量系统中物质量的变化过程。它包含狭义和广义两个方面定义，狭义定义指的是建筑存量的净增量变化和其变化趋势，广义定义指的是建筑存量中涉及物质代谢全过程的流量和存量的物质变化，这两种定义在文中都有体现。
2.1.2 建筑材料
建筑材料是组成建筑存量的主要物质。建筑材料分两类。一种是与建筑类型相关的构成建筑主要基础和主体结构的相关材料，如钢铁、水泥、砂石等。另一种是贴面、保温、防火、制作幕墙等使用的材料。相较而言，前一种建筑材料在建筑中含量大,与之相关的资源环境问题更突出,如铁矿石和石灰石的开采引起的资源退化，砂石开采引发的生态环境退化等。由于这些材料使用量大且面临资源环境约束，需考虑这些建筑材料在建筑存量的规模及其物质代谢情况，为利用好建筑存量这一“城市矿山”和实现物质循环利用打下基础。
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2.2 物质流分析
建筑存量是经济社会中重要的物质积累，欧盟导则（2001）指出[1]，与建筑存量相关的物质积累和流动过程占物质存量总积累和流动的 90%以上。物质流分析的角度去可以帮助我们全面理解这一过程。物质流分析主要从物质的源、流、汇角度分析研究系统内的物质代谢。
2.2.1 物质流分析理论基础
物质代谢是物质流分析的理论基础，如前文对物质代谢的文献综述的论述，其表现了人类社会与自然环境的关系。大到全球、洲际和国家，小至地区、城市和特定的研究系统。人类社会发展离不开物质和能量，通过与自然界物质、能量交换，维系自身生存并改造社会经济系统。关于资源的担忧从马尔萨斯开始，至罗马俱乐部“增长的极限”，无一不暗含了对人类社会能否持续地从自然界获取资源能源并不打破自然系统平衡的讨论，很显然他们对此抱以悲观论调，并强调了人类发展桎梏之不可避免；鲍尔丁（Boulding）则从经济发展方式上定义出牛仔经济和太空船经济，点出要从粗放型经济增长向更有效益更可持续的经济增长方式转变；可持续发展理念的提出从当代的地域公平和代际公平进一步论述了人类突破资源环境约束的公平理念，为人类社会的发展提供了有力指导。既然资源环境约束是客观存在的，那么提高物质利用效率和循环利用率才是有益的解决之道，而实现这一点则必须对物质流动和积累过程有细致的了解。物质流分析正是实现对物质源、流、汇分析的有效工具。
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第 3 章 北京市建筑存量演化模型 ................................ 17
3.1 北京市建筑存量演化模型 ................................. 17
3.1.1 模型构建 ........................................ 17
3.1.2 建筑存量计算模型 ...................................... 18
第 4 章 北京市建筑存量演化趋势 .......................... 27
4.1 北京市建筑存量 ............................................... 27
4.1.1 按建筑类型划分的建筑存量 ................... 27
4.1.2 按物质种类划分的建筑存量 ........................ 28
第 5 章 北京市建筑存量演化的资源环境效应 ................................... 37
5.1 北京市建筑物质输入量 ...................................... 37
5.1.1 北京建筑物质输入量计算 ................................... 37
5.1.2 北京建筑物质输入量分析 ......................................... 37
第 6 章 北京市建筑存量演化驱动因素分析
6.1 LMDI 分解模型
经济增长和人口增长与建筑存量变化紧密相关。把北京市 1992-2016 年的建筑存量、GDP（以 1992 年为不变价）、常住人口归一化（1992 年初始值为 1）可得图 6-1 所示。经观察知，1992-2016 年间，GDP 扩大了 12.2 倍，建筑存量扩大4.69 倍，常住人口扩大 1.97 倍。1992-2000 年间，GDP 的年均增长率在为 12.93%；2000-2008 年间 GDP 年均增长率为 11.80%； 2008-2016 年间 GDP 年均增长率为8.28%。对应的建筑存量年均增长率在先后三个时期分别是6.76%、8.72%和5.13%，常住人口在先后三个时期的年均增长率分别是 2.70%、3.32%、2.59%。北京市经济、人口和物质存量都呈增长趋势，经济的增长速度远大于存量和人口。
不同时期的北京经济、人口和存量变化呈现不同的增长速率，分时期讨论可以更好地描述现实变化过程，从而使研究结果更具说服力。本文在进行因素分解分析时，加入了分时期讨论。把 1992-2016 年划分为三个时段，即 1992-2000 年、2000-2008 年和 2008-2016 年。对中国而言，1992 年，中国坚持改革开放，给了经济增长强劲动力，此前 4 年前，房改正式全面试点，土地禁锢也完全放开；在此后 4 年，国家提出了住宅建设成为新的经济增长点和消费点，此期间北京建筑建设受房改和经济腾飞双重影响。2001 年，中国加入世贸，北京申奥成功，对经济发展和建筑集中建设产生较大影响。2008 年奥运会结束，同时美国次贷危机波及全球，在此背景下北京建筑存量又将如何变化？通过 LMDI 分解，本文将进一步观察经济、人口、物质利用强度对建筑存量变化的驱动力大小。
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结论
本文以北京市建筑存量为研究对象，运用物质流分析方法和自下而上法，动态计算了1992-2016年北京市建筑存量，在此基础上以存量驱动模型计算并分析了建筑存量的物质代谢情况及其相应的资源、环境效应，并对比了存在循环利用情形下的资源、环境效应，最后在IPAT模型下，以LMDI分解法分析了影响1992-2016年北京建筑存量演化的驱动因素和其影响力大小。文章整体上从资源环境和经济两个方面考量了北京建筑存量演化过程，得到主要结论如下：
（1）就建筑存量的数量而言，1992-2016 年北京建筑存量处于不断上升趋势，其总量由 407.46Mt 增至 2001.91Mt，扩大 4.91 倍。经历了 1992-2000 年缓慢增长、2000-2008 年快速增长、2008-2016 年稳步增长的过程。其中房屋类存量占比最大，而与之配套的基础设施类存量远低于房屋类存量。房屋类与基础设施存量之比由 1992 年的 4：1 上升为 2016 年的 6：1。在北京路网和管道建设逐步密集的趋势下，其表现了北京市房屋物质存量的聚集趋势——单位土地面积中的房屋物质存量增大。一方面，1992 年以来，中低层为代表的砖混建筑逐渐减少，而由以钢筋混凝土结构为主要代表的高层建筑所替代，这一过程必然使每平方公里的房屋存量上升。另一方面，由于土地集约化利用的特点使高层建筑增加，从而带来的人口聚集趋势，给公共交通和市政设施服务带来巨大压力。北京市对城市次干道、地铁和排水管道的存量提升较快，进行了大力度建设，意在完善和加强其相应服务功能。北京市应继续加强以房控人的措施，在一定区域内继续施行不新增房屋建筑或严格审批新增房屋的要求，规划好新的建设区域，使北京城区人口合理疏散。另一方面，城市道路中的支路建筑设需要适当加强，连接城市乡村的二级以下公路存量应继续保持一定规模的增长，为北京的城市化发展贡献力量。
（2）就建筑存量的物质代谢而言。北京市建筑存量中的主要物质排列依次为砂石、水泥、砖块、钢材、石灰，其存量之和占总建筑存量的 99%。2016 年，物质输入量排名前五的物质，依次是砂石（8848.065 万吨）、水泥（1335.846 万吨）、钢铁（270.595 万吨）、砖（184.530 万吨）、石灰（109.801 万吨）；物质输出量排名前五的物质是砂石（2996.394 万吨）、水泥（485.226 万吨）、砖（202.080万吨）、钢铁（47.983 万吨）、木材（46.736 万吨）。可以发现物质代谢中排名靠前的物质与存量中排名相近似。其中输入量中，在 2016 年钢材使用超过了砖，这代表了未来可能的趋势，相对于砖，钢材的使用越来越多；物质输出量中，木材替代存量排位中的石灰占据了第五名，这代表了过去时段建筑的拆除，木材主要来自于住宅建筑和非住宅的砖混建筑。在按建筑类型划分的物质代谢中，结合物质输入和物质输出分析，发现北京市道路物质存量呈现高输入、高输出的特征，房屋物质存量呈现高输入、缓输出的特点。建筑存量中的物质是未来潜在的“城市矿产”，北京市应考虑和创造这些物质在未来实现循环利用的可能和条件；物质输入流为未来建筑物质消耗趋势提供了一定思路，在钢铁使用增加的状况下，更应着力再生钢的发展，以降低对铁矿石的过度开采和严重依赖；物质输出流展现了建筑垃圾的多少，我们应结合历史物质输入流，便能较多的把握当今或未来建筑垃圾的排放情况，针对建筑垃圾产生的高峰期，提前做出应对措施，未来的相关研究可以进一步做出预测。
参考文献（略）