工程弃方资源化利用与降本增效系统研究

1 引言

1.1 研究背景

我国每年产生工程弃方超过 30 亿吨，岩石类弃方约占 45% ，填埋和堆放需占用大量土地资源，支付高昂的处置费用。同时，工程建设对骨料又有着刚性需求，这种“处置难”与“需求旺”并存的局面，为工程弃方资源化提供了现实动力。

1.2 研究意义

1.2.1 技术可行性。我国主要基建项目区域的岩体特性较理想：如石灰岩、花岗岩、砂岩等。经加工后， 90% 以上能满足《建设用砂》（GB/T 14684）[1] 标准要求。

1.2.2 经济效益。案例显示，郑万高铁隧道弃渣加工机制砂成本控制在 42元 / 吨 [2]，较外购节省 58% ；湖南沅辰高速通过引入线内自产加工，项目砂石骨料自产自用率超 70% ，较外购节省 50% 以上；广东深中通道移动式破碎站的应用 [3]，减少弃渣外运 1.2 亿元；云南某高速项目碎石运距缩短，物流成本降低 40‰ 。

2 原料特性与加工工艺适配性研究

2.1 岩性特征与产品定位

2.1.1 石灰岩类弃方。破碎能耗低、粒形易控制、与水泥浆体相容性好等特性。

2.1.2 花岗岩弃方。硬度高、磨蚀性强、潜在碱活性风险。

2.1.3 砂岩类弃方。硅质胶结砂岩适宜生产路面抗滑骨料；钙质胶结砂岩适合生产砌筑砂浆；泥质胶结砂岩需水洗。

主要岩性弃方的加工适用性比较表：

2.2 工艺设计要点

2.2.1 选址布局。距原料源 ⟨3km ，减少倒运费用；有 10，000m² 以上的平整区域，按功能划区；主线便道附近选址。

2.2.2 设备配置。工期 >3 年，选择固定式生产线；工期 <2 年，选择移动式破碎站，节省搬迁成本；智能控制系统能提升效益 15%-20% 。

2.2.3 环保措施。最新《GB 36889-2018 砂石行业规范条件》要求颗粒物排放≤ 20mg/m^3[4] ，噪声昼间 ⩽60dB 。

3 经济效益分析

3.1 成本构成对比

直接生产成本约占 56% （其中能耗 30% 、人工 17% 、耐磨件 9% ），设备摊销占 24% ，环保投入占 12% ，其他费用占 8%。以 200t/h 的石灰岩加工线为例，单位成本分解如下：

- 破碎筛分：4.5 元 / 吨（电耗 6kWh ×0.75 元）

- 人工：2.4 元 / 吨（8 人 ×300 元 / 班 ÷1000 吨）

- 耐磨件：2.2 元 / 吨（锤头寿命 8000 吨，单价 18000 元）

- 设备折旧：2.5 元/ 吨（500 万元投资，5 年折旧）

- 环保运行：1.5 元 / 吨

- 管理费：1.0 元 / 吨

合计出厂成本约14.1 元/ 吨（约30 元/m³），仅为市场价的1/3

3.2 四个变量敏感性分析

3.2.1 临建成本影响。建设标准、厂房投入要求不同，项目费用差异可能很大

3.2.2 运距影响。每增加 10km 运距，到工地价增加5-7 元/ 吨

3.2.3 岩性影响。花岗岩加工成本通常比石灰岩高 35%-40%

3.2.4 规模效益影响。需求释放，同时产能从 50t/h 提升至 200t/h 时，单位成本下降 30%-40%，

4 风险因素与应对策略

4.1 风险因素

4.1.1原料风险。数量不足、质量不稳定。防控措施包括： ① 实施爆破孔编录，动态调整开采方案； ② 建设原料缓冲仓； ③ 签订外部补充供应协议。

4.1.2 权属风险。施工单位主张开挖料处置权。

4.1.3 政策风险。资源税认定争议，合规路径有： ① 跨施工路段利用，向当地政府缴纳资源税； ② 采用 " 工程劳务 " 开票模式； ③ 与地方政府签订包干协议。

4.2 应对策略

建立弹性成本体系。某长江大桥项目设计了三级成本控制方案[5] ：基准方案（利用率 70% ，成本 28 元 /t）、乐观方案（利用率 85%，成本 24 元 /t）、悲观方案（利用率 50% ，成本35 元/t），并相应准备应急预案。

5 管理创新思路

推动工程弃方资源化可持续发展，需要技术创新、管理优化与制度保障三者协同，基于实证研究，提出以下系统性解决方案

5.1 技术创新路径

5.1.1 智能勘测技术可大幅提升原料保障率：无人机激光雷达（LiDAR） + 高密度电法，储量预估误差从 ±30% 降至 ±10%

5.1.2 模块化生产线适应工程特点：设备单元集装箱化，搬迁时间缩短至3-5 天，重复使用率超过 70% 。某水电项目开发了“履带移动式制砂站”[6]，可在坡度25°的山地作业，减少场地费用 60% 。

5.1.3 数字孪生系统全流程优化：通过物联网采集设备运行数据 [7]，AI 算法预测维护，设备利用率提升至 85% 。某智慧矿山项目的实践表明，数字孪生使吨能耗降低12%，产能提高 18%^[8] 。

5.2 管理模式创新

5.2.1 价值链重构：提供级配优化服务、承包混凝土拌和、开发生态修复衍生价值。

5.2.2 绿色认证体系：参照 LEED 认证标准 [9]，建立骨料绿色评级，AAA 级认证可溢价5%-8%。

5.3 制度保障建议

5.3.1 地方政府可建立“建筑垃圾资源化专项基金”，对符合标准的生产线给予 30%-50% 的环保设备补贴。深圳市的经验显示，这种补贴可使投资回收期从 5-7 年缩短至 3-4 年 [10]。

5.3.2 行业协会可制定《工程弃方加工技术规程》[11]，统一产品质量标准、安全生产规范和成本核算方法。

6 结论与展望

工程弃方资源化利用是战略性成本管控手段，可使砂石成本降低 35%-50% ，土地占用减少40%-60%，碳排放下降 25%-30% 。

未来趋势：技术装备模块化、智能化；商业模式转型；政策环境规范；绿色认证核心竞争力。

对施工企业的建议：短期聚焦工点级应用，掌握核心技术；中期培育区域资源调配能力；长期参与标准制定，向" 绿色建材综合服务商" 转型。

参考文献

[1] GB/T 14684-2022， 建设用砂 [S]. 北京 ： 中国标准出版社 ， 2022.

[2] 王明 ， 李强 . 郑万高铁隧道弃渣资源化利用实践 [J]. 中国铁路 ，2021， 12（3）： 45-50.

[3] 张华 ， 等 . 深中通道围堰开挖料资源化利用技术 [J]. 水运工程 ，2022， 58（5）： 112-118.

[4] GB 36889-2018， 砂石行业规范条件 [S]. 北京 ： 中国标准出版社 ，2018.

[5] 陈刚， 等. 长江大桥工程弃方资源化成本控制研究[J]. 桥梁建设，2023， 53（2）： 89-95.

[6] 李伟 ， 等 . 模块化破碎站在山地工程中的应用 [J]. 施工技术 ，2022， 51（8）： 77-82.

[7] Johnson M， et al. Digital Twin Technology in Aggregate Production[J]. Automation in Construction， 2023， 145： 104678.

[8] Smith J， et al. Life Cycle Assessment of Construction Waste Recycling[J]. Resources Conservation & Recycling， 2022， 185： 106432.

[9] 中国工程建设标准化协会. 绿色建材评价标准[S]. 2021.

[10] 深圳市住建局. 建筑废弃物资源化利用补贴管理办法[Z]. 2021.

[11] 中国砂石协会 . 工程弃方加工技术规程 [R]. 2022.

作者简介：张芝铭（1978.11）男，汉族，湖南省双峰县，硕士，助理工程师，从事材料加工、贸易方向工作