2.2 建筑工程清洁生产实施的相关理论

2.2.1 物质循环理论

物质循环理论是研究清洁生产实施的重要理论基础。何强等（2004）从生态学的角度定义物质循环，称为自然生态系统的所有物质，借助自然能量的流动，不断从自然界获取并整合成新物质，以及不停分解为原始的简单物质用于重新利用的两个同步过程，进行着持续的物质循环。汝宜红（2001）从人工生态系统的角度指出物质循环也称为物质资源循环，是指系统内不同形态的资源之间循环转化的过程，如图2.1所示。这里，“资源”一词，狭义上仅指自然资源，而广义上则包含了自然资源、产品资源、废弃物和再生资源，其中废弃物定向转化为再生资源是实现物质循环的重要环节。

资料来源：汝宜红.资源管理学[M].北京：中国铁道出版社，2001：16.

根据循环方式不同，物质循环包括两类：

（1）过程循环。通过提高资源利用效率和直接再使用的方式，降低资源和能源在生产中的消耗，这种方式不仅减少了废弃物排放，而且可以提高经济效益。

（2）终端循环。通过回收和再加工环节对废弃物进行多次循环利用，实现排放最小化和再生资源利用的最大化。

赵一平等（2006）针对传统的物质循环模式提出了广义的物质循环模型应该以提高资源利用率为核心，通过全过程的“减量化、再使用、再循环”实现从源头减少废弃物的产生，包含了资源采选、生产、消费和消费后四个环节。循环经济的实现方式主要借助于物质的循环，实现了资源单向、线性的一次性利用方式向循环、闭合的重复利用方式转变。通过对比图2.2和图2.3可知，物质循环延长了产业链条，增加了回收再利用阶段，从而改变了废弃物直接排放的模式，使可利用资源重新回到生产或消费过程，减少自然资源的开采量和废弃物的处理量。

清洁生产的概念在于“过程”控制。所有的过程都伴随着物质流向和数量的转变，而环境影响是由整个生命周期中所有物质的流向和流量所决定的（陈效逑等，2003）。环境问题产生的根源是物质代谢的规模，代谢规模越大，人类对环境的扰动范围和程度就越大，造成的环境损害也越大。社会经济系统的物质吞吐量、物质的构成、排放方式和排放速率，在一定程度上可以作为表征社会代谢的指标。因此，清洁生产的实施对象应该是这种闭合的循环过程，并通过分析建筑与自然的关系以及建筑内部各要素的相互制约，来实现清洁生产目标。

物质循环理论在建筑工程全生命周期的体现是再利用阶段对建筑工程清洁生产实施的重要性。建筑循环再利用阶段，就是让建筑元素重新进入建筑的生命周期，实现可持续发展。以往的大量研究中所提及的建筑生命周期只考虑到报废、拆除处理阶段为止（张丽等，2005；刘猛等，2009）。这是不全面的。随着建筑垃圾产生量的与日俱增，国内外建筑企业逐渐开始重视建筑垃圾的再利用。建筑垃圾再利用是指采用科学手段，使建筑垃圾有再生资源的功能。而建筑垃圾是指建筑物的建设、维修、拆除过程中所产生的非建筑产品的排出物。建筑垃圾可能造成的环境危害有占用土地、破坏土壤、污染水体、污染空气、影响市容等。

循环再生的过程包含两个部分：材料循环再生和构件循环再生（师帅等，2011）。循环再生可以实现自然资源的可持续利用和建筑的可持续发展。从生态经济系统的角度看，废弃物被认为是“放错了位置的资源”。回收利用以生产新型建材，是建筑垃圾资源化的主要实现方式之一。因此，建筑垃圾再利用是今后建筑垃圾处理的必经之路，且已经被认为是建筑生命周期不可缺少的阶段。

建筑可持续再利用可以归纳为建筑材料、建筑配构件、建筑空间和外部环境四个层级。前两个层级主要针对物质（本书的研究对象），后两个层级主要针对空间。参考发达国家关于建筑副产品再利用的案例（黄宗益等，2002；李南，2009），本书分析了建筑垃圾再利用过程，如图2.4所示，建筑垃圾经过再利用阶段可以分解为再生资源与废弃物，部分再生资源可以直接作为原料进行重复再利用，如建筑构件；而大部分再生资源要经过处理后作为建筑原材料进行循环利用。从再利用的角度看，废弃物包括了经过处理后可再生利用并作为原材料的物质和不能作为原材料使用的物质。前者可以重新进入建筑生命周期，而后者作为污染物向环境排放。由此我们可以看出，再利用阶段的目的是尽量增加可以重新进入建筑全生命周期的物质量，减少向环境排放的无用物质（即不能再进入建筑生命周期）。

建筑生命周期的再利用环节不仅可以缓解环境的压力，而且可以减少建筑原料的开采量，节约建筑成本，从而实现环境和经济的可持续发展。完整的建筑生命周期不仅要考虑建筑垃圾的处理阶段，更应该包含垃圾再利用环节。要减少生产过程对环境的影响，废物的回收利用是一个不得不考虑的指标。将可回收利用的相关原辅料及废物进行充分再利用，是实施清洁生产的重要措施。

2.2.2 全生命周期理论

从循环经济的角度出发，分析清洁生产是针对生产全过程的每个环节，实现全生命周期的物质输入和输出最少（Grutter et al., 2004）。清洁生产是针对生产全过程以及产品整个生命周期而采取预防污染的综合措施，而非对某一环节或某一过程的污染控制。清洁生产的物质平衡分析应该反映产品全生命周期的资源使用情况以及整个过程的资源再利用情况。“源消减”的清洁生产能做到的是废物产生量的消减，而不是废物排放量的消减。即要从产品原料加工、获取到产品制造、使用到最终报废处置的各个环节入手，达到资源能源消耗和废物排放的最小化。清洁生产包含了两个污染控制过程：产品的全生命周期以及生产的全过程控制。前者实现了资源和能源消耗最小化，后者实现了污染物产生的最少化。末端治理的环境污染控制是相对有限的，一般都是指在生产的末端对有害废弃物进行处理，而较少涉及生产末端之外的环节，实质上是与生产过程相脱节的一种环境保护措施。而清洁生产体现了可持续的污染控制，将污染预防应用于生产的全过程的战略，强调从源头抓起，着眼于生产全过程控制（何炳光等，2002）。清洁生产要实现环境效益和经济效益的最佳模式就必须考虑产品全生命周期。由此可见，国内外相关研究都突出清洁生产的全生命周期性在实现环境效益和经济效益中的重要性。

清洁生产的全生命周期性需要一种基于全过程的评价方法来支持这个模式，评价过程强调从原料的提取与加工、制造、运输、使用、维持、循环回收，直至最终废弃在内的整个生命周期（Ross et al., 2002）。清洁生产评价不仅要包括原有的环境评估内容，而且还要考虑整个产品从研发设计、原料的选择、生产能力的衡量、生产工艺流程、废物回收利用等综合情况，以及与环境相关的管理能力（Pedro et al., 2010）。全生命周期评价方法（life cycle assessment, LCA）重点针对产品的整个生命周期或生产的全过程，系统分析生产与环境之间的关系，明确整个过程以及各个环节的清洁生产水平，是促进清洁生产广泛应用的有效手段（段宁，2001）。

2.2.3 环境—经济双赢思想

清洁生产与传统末端治理最主要的不同就在于环境与经济的双赢效应。清洁生产的核心是污染预防，是在追求经济效益的前提下，解决污染问题的综合型措施（Matos et al., 2018）。Luken等（2004）研究了清洁生产实施的环境绩效与经济绩效、社会绩效多赢的最佳结合点，并指出清洁生产已经成为21世纪工业发展的新模式。清洁生产的内涵是从源头出发改进生产工艺和产品，以全过程的资源最大化利用为目标，降低物耗和能源消耗，减少环境污染，最大限度地获取环境和经济双重效益。清洁生产的全过程控制也是为了最优化生产全过程中的资源、能源的利用率和原料转化率，实现社会效益、环境效益、经济效益的“三赢”（奚旦立等，2008; Severo et al., 2018）。

清洁生产与可持续发展的关系体现了资源利用最大化、废物产生最小化、环境污染无害化，是现代企业实现可持续发展所提出的一种双赢战略（Matos et al.,2018）。清洁生产工艺是技术进步的标志，能有效地发挥现有的资源和能源的最佳效益，极大地减少或避免资源和能源的浪费。通过对生产过程的每一环节进行污染控制，以最小量的资源和能源消耗，获得最大化的产品数量和最优的质量，实现低消耗、高产出、无污染或少污染，是一种可行的污染控制措施。

清洁生产的环境—经济双赢思想可以从解决环境外部性问题来体现。环境问题实质是经济问题，最明显的体现是环境污染的外部不经济性（周俐萍，2009）。所谓外部不经济性，是在环境产权难以明确的情况下，环境污染的制造者并没有承担因环境容量资源破坏而增加的那部分成本，而由他人或社会承担了那部分成本（刘彩利等，2005）。从边际成本和边际收益的角度来解释环境外部性（见图2.5），MSC是指边际社会成本，包含了环境污染成本在内的综合成本；MPC是指边际生产成本，一般不包含环境治理成本，从而就产生了环境外部性；MB是边际收益。企业在不考虑环境治理成本的情况下，一般追求最佳的生产量（即Q₁）。在这种情况下，环境治理成本由社会来承担，这就产生了环境外部性。当企业考虑环境治理成本时，则企业就应该以社会边际成本为准，其追求的最佳生产量是Q₂，对应的价格P₂也比P₁高。在环境被严重破坏后才进行治理时，环境内部化会明显增加企业的生产成本。

清洁生产是从源头解决环境外部性的不经济，使内化成本最低。外部不经济性与清洁生产的关系集中体现在环境污染和治理的问题上。环境成本是生产过程中所有与环境相关的成本，从短期看，环境成本内部化势必会增加企业的生产成本；但从长远看，环境成本内部化可以激励企业选择污染源头治理的方式，即推行清洁生产。而清洁生产的实施，通过提高资源使用率和生产效率，抵消了由于环境成本内部化而增加的生产成本，实现总体成本的降低（宋小芬等，2004）。传统的末端治理在一定程度上加剧了环境的外部不经济性，而实施清洁生产是弱化外部不经济性的重要手段（石芝玲，2004;Charmondusita et al. ,2016）。清洁生产不仅要改善环境质量，而且要实现经济效益。总之，实施清洁生产可以减少企业把治理成本转嫁给社会的机会成本，从而有效弱化外部不经济性。

经济属性是清洁生产的一个属性。在方案决策时，应该对清洁生产进行经济合理性的计算、分析和评估。清洁生产审核工作注重经济可行性分析，提出了经济有效性在清洁生产实施中的重要地位（孙大光，2005）。因此，清洁生产的双赢效应决定了其实施效果必须从环境效益、经济效益两方面进行评价，从而确定经济合理与对环境消极影响小的最优方案，也是持续性清洁生产的基础。