程春艳，文博杰

(1.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037)

钢铁是经济社会发展中用量最大的金属材料，保障了人类各种生产活动的进行[1]。中国粗钢消费接近全球半数，长期保持世界第一[2]。其中，房屋建筑和基础设施是钢铁消费最重要的领域，占比超过50%。从当前经济社会发展指标看，我国已经步入工业化中后期阶段，快速的工业化过程使中国大量的钢铁资源积累在房屋建筑行业[3]，尤其是京津冀、长三角等发达地区的钢铁存量强度最大。随着生命周期临近，房屋建筑已开始逐渐步入规模回收期，对房屋建筑中废钢回收量及潜力评估工作非常重要[4]，系统测算不同地区、不同时间段的钢铁存量，是开展未来废钢回收潜力评估的基础，也是难题。

物质流分析是对一定时间周期内，资源在开采、选冶、加工、制造、消费、贸易、回收、耗散等循环系统内进行物质流动，及在系统内的存量分析的有效方法[5]。学者使用物质流分析工具开展中国金属资源存量的研究越来越多，大致分为两类：一是采用“自上而下”的方法，在国家层面对金属资源的生产、加工、消费、贸易等数据进行平衡。李强峰等[6]开展的中国钢铁实际消费量测算;钟维琼等[7]对全球铁资源贸易研究;高天明等[8]对中国铜、铝、钴等金属资源在中国的流量、存量进行的系列研究，都是利用该方法取得的新进展；二是利用“自下而上”的方法;WANG等[9]选取中国的城市和农村对比钢铁存量，研究地域间钢铁使用强度差异性;HU等[10]对中国房屋建筑中的钢铁需求及废钢回收潜力进行评价，并模拟房屋建筑竣工量对钢铁需求变化的影响。在地区层面利用“自下而上”方法分析金属存量，楼俞等测算了邯郸市钢铁总存量及其分布[11];康柳明等[12]得出了哈尔滨市2009～2013年动态钢铁存量及结构变化。当前，对中国钢铁等金属资源的存量研究，以静态的国家尺度和城市为主，较长尺度的动态研究成果不多，针对国家层面重要经济区的研究也比较少。长三角地区作为我国最重要的经济区之一，也是我国工业化进程发展最快的地区。通过系统研究，较为准确的把握该地区的钢铁存量的历史演变，并科学的研判未来趋势，对该地区未来的废钢产业布局具有指导意义，也能为其他经济区的钢铁存量研究提供示范作用。

1 分析方法

1.1 分析方法和边界界定

本文采用动态物质流的研究方法，以每年新增各类房屋建筑面积为投入社会量，以房屋建筑生命周期函数测算退出社会量，动态计算不同时期各类房屋建筑的社会存量，引入各阶段、各类房屋建筑的钢铁强度，测算各年、各省、各类房屋建筑的钢铁存量，从而得出不同时期长三角地区房屋建筑中的钢铁存量。

本文根据长三角地区的实际情况及建筑特点，为了区分城乡区别和房屋使用类型，将房屋建筑分为四个大类：农村住宅房、农村其他房、城镇住宅房、城镇其他房。根据研究需要，本文长三角地区包含的地理范围是上海市、江苏省、浙江省和安徽省4个省(市)。

1.2 房屋建筑生命周期函数

不同产品根据自身用途，有着不同的寿命，每种产品的生命周期规模也不尽相同[13]，但多数遵循正态分布规律。产品在投入经济社会后，都是有规律性地退出经济社会系统，直到达到回收高峰，废料再加工后或再使用、或成为二次资源。通过系统研究，房屋建筑的生命周期也符合正态分布。本文利用韦伯分布函数作为房屋建筑寿命概率密度函数，针对不同时期、不同类型的房屋建筑，赋予不同的参数并构建各自的韦伯分布函数，对退出面积进行估算[14-15]。房屋建筑寿命概率密度分布函数见式(1)。

(1)

式中：φ(t)为房屋建筑生命周期分布函数(φ>0)；t为测算房房建筑生命周期内的任意一年；α为尺度参数；β为形状参数。

1.3 房屋建筑钢铁存量模型

房屋建筑投入经济社会系统后，按照韦伯分布的规律退出经济社会系统，每年的累计量的和即一定时间段内的房屋建筑存量。

设第n-1年第i种使用类型竣工房屋建筑面积为Pi(n-1),单位面积房屋建筑的钢铁强度为Mi(t);第n年房屋建筑中钢铁报废量为C(n),见式(2)；第n年的使用类型房屋建筑中钢铁存量为Si(n),见式(3)。

(2)

(3)

综上，第n年长三角地区房屋建筑中钢铁存量S(n),见式(4)。

(4)

2 数据分析

2.1 数据来源

1981～2016年，新增房屋建筑面积数据来源于国家统计局中国建筑业统计年鉴[16]，人口和GDP数据来源于国家统计局中国统计年鉴[17]；1949～1980年，国家统计局没有新增房屋建筑面积的统计数据，通过Matlab软件拟合得到；1949～2016年，长三角地区不同省市、不同时期的房屋建筑钢铁使用强度是综合实地调研、前人工作基础[18-19]和咨询行业专家所得；房屋建筑生命周期函数相关参数是在前人工作基础[20-21]结合行业专家咨询综合得出。

2.2 数据处理

2.2.1 房屋建筑存量的变化

1949～2016年，上海市房屋建筑竣工面积从26万m2增加到2 838万m2；2016年房屋竣工面积中，城市房屋建筑比例很大，住宅房和其他房分别占54%和45%，合计99%；农村房屋建筑很小。江苏省房屋建筑竣工面积从16万m2增加到26 655万m2；江苏省和上海市类似，2016年房屋竣工面积中，城市房屋建筑比例很大，合计占93%。浙江省房屋建筑竣工面积从76万m2增加到20 764万m2；2016年房屋竣工面积中，城市和农村房屋建筑分别占85%和15%。安徽省房屋建筑竣工面积从35万m2增加到8 664万m2；2016年房屋竣工面积中，城市和农村房屋建筑分别占69%和31%；安徽省农村房屋建筑竣工面积的占比是长三角地区最高的省份(图1)。

图1 1949～2016年长三角地区房屋建筑竣工面积变化Fig.1 Changes of building completed area in the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

2.2.2 钢铁使用强度及演变

房屋建筑单位面积钢铁使用强度的确定是科学评价钢铁存量的关键，也是难点。在充分吸收前人工作基础上，深入开展城镇、农村的实地调研，并与建筑企业经验丰富的技术工人充分交流后确定。研究过程中发现以下三个特点：一是长三角地区现存房屋建筑以1990年以后的为主；二是城镇房屋建筑多为钢筋混凝土结构和砖混结构，农村建筑则以砖混结构为主；三是非住宅房钢铁强度略高于住宅房钢铁强度，上海市房屋建筑钢铁强度略高于江苏省、浙江省和安徽省的房屋建筑强度，城镇房屋建筑钢铁强度显著高于农村房屋建筑强度，农村房屋建筑钢铁强度变化率显著大于城镇房屋建筑强度变化率。长三角地区不同时期各类型房屋建筑单位面积钢铁强度见图2。

3 结果与讨论

3.1 房屋建筑中钢铁存量的历史演变

从新中国成立到改革开放(1949～1978年)，长三角地区房屋建筑中钢铁存量缓慢增长，从0.02 Mt增加到10.1 Mt，年均增加0.34 Mt。新中国成立之初，长三角地区房屋建筑中钢铁使用量少，到1958年钢铁存量超过1 Mt，其中，江苏省占50%、浙江省占30%；改革开放时，1978年钢铁存量超过10 Mt，其中，浙江省超过一半，上海市占1/4。

图2 1949～2016年长三角地区房屋建筑单位面积钢铁强度Fig.2 Steel strength per unit area of buildings in the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

从改革开放到20世纪末(1979～2000年)，长三角地区房屋建筑中钢铁存量快速增长，从12 Mt增加到177 Mt，年均增加7.86 Mt。1992年钢铁存量为102 Mt，长三角房屋建筑中的钢铁存量首次超过亿吨，其中，江苏省43%、浙江省26%、上海市17%、安徽省14%；2000年钢铁存量为177 Mt，其中，江苏省42%、浙江省26%、上海市16%、安徽省16%，江苏省存量保持最大比重。

从21世纪初到现阶段(2001～2016年)，长三角地区房屋建筑中钢铁存量飞速增长，从191 Mt增加到677 Mt，年均增加32 Mt。2010年，钢铁存量是418 Mt，突破了4亿t，其中，江苏省43%、浙江省29%、上海市12%、安徽省16%；到2016年，钢铁存量达677 Mt，接近7亿t，其中，江苏省46%、浙江省29%、上海市9%、安徽省16%(图3)。

总体上看，长三角地区房屋建筑钢铁存量中，上海市占比呈逐渐减少趋势，江苏省占比不断升高，浙江省和安徽省的比重相对稳定。

图3 1949～2016年长三角地区房屋建筑中钢铁存量变化Fig.3 Changes of iron and steel stock in housing buildingsin the Yangtze river delta region from 1949 to 2016

3.2 单位面积房屋建筑中钢铁存量的历史变化

建国以来，长三角地区单位面积房屋建筑钢铁存量不断升高。1949～2016年，长三角地区单位面积房屋建筑钢铁存量从0.06 t/km2增加到1 932 t/km2，其中，上海市从1.00 t/km2增加到9 370 t/km2;江苏省从0.03 t/km2增加到3 024 t/km2;浙江省从0.12 t/km2增加到1 929 t/km2;安徽省从0.01 t/km2增加到796 t/km2(图4)。

图4 1949～2016年长三角地区单位面积房屋建筑钢铁存量变化Fig.4 Changes of iron and steel stock of houses andbuildings per unit area in the Yangtze river deltaregion from 1949 to 2016

1978年长三角地区单位面积房屋建筑钢铁存量为28.80 t/km2，其中，上海市为426 t/km2，明显高出其他三省，其次是浙江省51 t/km2，安徽省最低为4.982 t/km2；到2000年，长三角地区单位面积房屋建筑钢铁存量为504 t/km2，其中，上海市为4 553 t/km2，其次是江苏省723 t/km2、浙江省447 t/km2，安徽省最低为201 t/km2；到2016年，在长三角地区，单位面积房屋建筑钢铁存量1 932 t/km2，最高的仍是上海市，为9 370 t/km2，最低的是安徽省，相当于上海市的1/12。总体上看，在长三角地区，上海市的单位面积房屋建筑钢铁存量一直最高，安徽省最低。

4 结 论

1) 2016年长三角地区房屋建筑钢铁总存量为677 Mt。其中，江苏省310 Mt，占46%；浙江省197 Mt，占29%；上海市59 Mt，占9%；安徽省111 Mt，占16%。从单位面积房屋建筑钢铁看，在长三角地区，最高的省市是上海市，为9 370 t/km2，最低的省市是安徽省，相当于上海市的1/12。

2) 从1949到2016年，长三角地区房屋建筑钢铁存量的增长可分为三个阶段。从1949～1978年是缓慢增长期，年均增加0.34Mt；1979～2000年的快速增长期，年均增加7.86 Mt；2001～2016年为飞速增长期，年均增加32 Mt。

3) 新中国成立以来，长三角地区单位面积房屋建筑钢铁存量不断升高。1949～2016年，长三角地区单位面积房屋建筑钢铁存量从0.06 t/km2增加到1 932 t/km2。其中，上海市的增量在2008年后减小，江苏省的增量也开始放缓，浙江省和安徽省保持持续增长态势。