基于返利的策略建模在循环建筑材料采购政策制定中的应用

《Journal of Cleaner Production》：Modeling rebate-based strategies for circular construction material sourcing policy development

如何通过经济激励促进建筑废料再利用 本研究基于集成材料溯源（IMS）框架，模拟测试财务补贴政策对建筑废料再利用的影响，发现补贴可显著提升回收材料使用率（达65%），但高风险环境下效果受限，需结合强制政策。研究揭示下游再整合政策缺口，为制定针对性循环建筑策略提供模型支持。

　　

作者：Adama Olumo | Carl Haas

加拿大滑铁卢大学土木与环境工程系，200 University Avenue West, 滑铁卢，ON，N2L 3G1

摘要

大规模推广循环建筑实践的一个主要障碍是拆解过程中回收的材料与新建筑项目重新整合之间的脱节。本文探讨了如何通过经济和社会因素（如财务激励和风险认知）来制定政策，以促进回收建筑材料的采用。本文使用“综合材料采购”（IMS）框架测试了一种基于返利的激励措施，评估其对新建筑项目中回收材料采用情况的影响。

该模型在一个设计好的四单元公寓楼上进行测试，通过模拟四个住宅单元的地板需求来评估采购决策。该模型通过考虑成本、隐含能量和感知风险来优化材料选择，并引入了返利激励机制，为回收材料提供成本匹配的补贴。结果显示，返利可以显著增加回收材料的采用率，但在高风险环境下，其效果会减弱，此时强制规定可能是一种更有效的政策工具。本研究强调了缺乏将回收材料重新引入下游使用的政策，并展示了一个能够指导决策者制定循环建筑策略的模型。

引言

在加拿大，只有16%的建筑、翻新和拆除（CRD）废弃物得到了回收或再利用，尽管据估计这些废弃物中有高达85%可以被从垃圾填埋场中转移出来（Lopoukhine, 2024）。这为全国乃至全球范围内的循环战略实施提供了改进的机会。不幸的是，建筑资源仍然在生命周期结束后没有得到重新整合，从而延续了传统的“获取-制造-废弃”的模式（Lopoukhine, 2024）。回收资源对于解决建筑行业对环境造成的影响至关重要。实施循环战略可以带来诸多好处，例如更有效地利用回收资源、减少碳排放、增强生物多样性、提高供应链的稳定性、降低材料成本，并通过新兴产业创造经济增长（Lopoukhine, 2024）。

然而，存在一些限制循环战略采用的障碍，例如缺乏标准化资源认证，这使得设计师和承包商在使用回收材料时面临更多复杂性（Dams et al., 2021; Byers et al., 2024）。建筑过程仍然优先选择新资源，而且监管框架往往落后于新兴的再利用实践。文化观念也阻碍了再利用，尽管有证据表明回收材料具有耐用性和历史价值，但人们仍认为其质量较低（Kapica et al., 2024）。先前的研究指出，要解决这些障碍，需要在政策和设计实践方面进行变革。Dams et al.（2021）建议在早期设计阶段就考虑拆卸性和适应性，以优化产品生命周期结束时的资源回收；Kapica et al.（2024）强调需要教育、法律改革和认证系统来推动建筑行业的再利用；Lopoukhine（2024）则强调了通过有针对性的资源回收策略可以实现的经济和环境效益。这些建议旨在加强建筑资源的逆向物流，使其能够重新融入新的建筑项目中。

然而，仍需探索资源离开系统后的去向以及如何通过政策干预将建筑废弃物引导至回收资源流和新的建筑应用中。

建筑领域的循环战略主要通过三种干预措施来管理资源：减缓循环、闭合循环和缩小循环（图1）。第一种策略是减缓循环，即设计和建造耐用、可适应且可拆卸的资源，从而增加其在生命周期后期进行翻新、回收或再利用的可能性（Ellen MacArthur Foundation, 2021）。如果资源从一开始就没有被设计成耐用、可适应或易于拆卸的，它们就更可能过早地离开系统。加强设计和建造实践，优先考虑耐用性和适应性，可以避免资源在上游阶段流失，并使资源在其第一个生命周期内保持活跃，或顺利过渡到次级循环中（Iacovidou and Purnell, 2016; Mollaei et al., 2023）。

第二种策略是闭合循环，即在资源接近初始使用期结束时采取再利用、翻新或回收等干预措施。这些措施防止资源离开系统，使其能够在资源流中保持新的形式或功能（Ellen MacArthur Foundation, 2021）。第三种策略是缩小循环，通过将回收资源重新整合到新的建筑过程中来减少对原始资源的需求。成功实施扩展策略的资源有助于缩小循环，从而减少对新资源的需求（Ellen MacArthur Foundation, 2021）。然而，即使在延长了资源使用期限后，资源仍然可能流失。一些回收资源在转移过程中因维护不当而退化，还有一些资源虽然被提取出来，但在回收建筑材料（RCM）商店中未能售出（Iacovidou and Purnell, 2016; Mollaei et al., 2023）。在许多情况下，回收资源被直接回收，而不是作为高价值资产进行升级或重新引入新项目中。这些下游损失表明，需要进一步的干预措施来最大化回收资源的价值和使用寿命。通过对资源循环的清晰理解，可以制定针对上游和下游资源流失的策略和政策（Iacovidou and Purnell, 2016）。

历史上，政策干预主要集中在上游环节，针对下游再利用的措施相对较少。例如，拆解规定就是一种上游干预措施，旨在通过在建筑使用寿命结束时允许资源提取来防止资源过早流失（Mollaei et al., 2023）。相比之下，下游干预措施则侧重于促进回收资源在新项目中的再利用。例如，要求在新建筑中使用一定比例的回收或再生材料（如新建筑中要求10%的回收成分）就是一种针对下游的政策（Emery et al., 2007）。了解不同政策对资源流动的影响，对于识别当前有效的干预措施和需要进一步发展的领域至关重要。本研究基于这些见解，评估了针对上游或下游干预的政策如何能够促进循环战略的实施。

本研究探讨的问题包括：

• (1)
  与成本和风险认知相关的因素如何影响建筑项目中回收材料的选择？
• (2)
  基于返利的政策激励如何影响采购决策，以更好地支持循环战略？

本研究旨在展示如何使用“综合材料采购”（IMS）框架在优化模型中表示基于返利的激励措施，并模拟其对回收材料选择的潜在影响。首先，本文回顾了循环建筑和政策方法的文献，将现有策略分为上游（针对产品生命周期结束时的回收）和下游（针对重新整合到新项目中）两类。方法论部分概述了IMS框架及其在本研究中的调整，包括使用从回收木材地板商店收集的数据。后续部分介绍了优化模型，分析了在不同成本和风险条件下返利对材料选择的影响，并讨论了结果及政策存在的差距和局限性。最后，本文反思了研究的总体贡献，并指出了未来研究的方向。

文献综述

为了有效理解和阐述逆向物流的概念，明确术语的歧义至关重要，因为某些术语具有不同的含义。因此，本研究为行业和学术文献中常用的术语建立了精确的定义，指导其在本文中的正确使用。表1中的术语使用与Rakhshan et al.（2020）、Byers et al.等来源中的用法一致。

研究方法

本研究基于之前开发的IMS优化框架（Olumo and Haas, 2024），该框架建立了包括模型环境、真实环境和优化引擎在内的核心结构。IMS框架被应用于模拟返利对产品生命周期结束时组件选择的影响。

结果与讨论

本研究旨在评估基于返利的激励机制如何影响建筑组件的选择。使用IMS（综合材料采购）框架，研究了地板组件的选择过程。研究旨在回答两个核心问题：（1）成本和风险认知如何影响回收组件的采用；（2）返利计划能在多大程度上影响采购行为，以促进循环策略的实施。

结论

总体而言，“综合材料采购”（IMS）框架被证明是分析财务返利等政策激励如何影响建筑采购决策的有效工具。正如预期的那样，模型显示，增加返利金额可以增加回收和再生组件的选择比例。然而，风险认知也会影响返利的效果；在低风险情况下，1200美元的返利足以实现65%的回收材料选择率。

作者贡献声明

Adama Olumo：撰写初稿、验证、方法论设计、调查、数据分析、概念构建。 Carl Haas：审阅和编辑初稿、监督工作、提供资源支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。