基于“無廢理念”的紡織服裝工業區綠色化改造模式研究

張曉燕,曹琰旎,付 曉,朱天琳,吳 鋼

1 中國科學院生態環境研究中心 城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 中國科學院建筑設計研究院, 北京 100086 4 河北工業大學, 天津 300401

工業區是城市的重要組成部分,實現工業區的“無廢”是構建“無廢城市”的重要內容[1- 3]。工業區在生產運行過程中,耗費大量資源,產生工業產品和廢物,工業生產產生的廢水、廢氣和固體廢棄物的不規范處置會嚴重破壞生態環境,并影響人體健康[4- 5]。隨著工業區生產功能的轉型和升級,工業區原有部分建成空間不再適應新的功能,然而通過大拆大建的改造方式勢必會產生大量的建筑垃圾,我國建筑垃圾已達到城市垃圾總量的30%—40%[6-8],為實現城市減廢或無廢,對工業區實施綠色化改造勢在必行[9- 10]。如何從工業區可持續發展角度出發,在工業區的全生命周期內有效避免工業區生產過程中產廢,并在轉型升級的改造中將工業區的建成空間資源最大化的利用,需要根據工業區自身可持續發展情況進行合理的決策[11- 12]。根據工業區不同發展階段,采用不同的綠色化改造模式,來實現工業區的減廢或無廢,是本文的研究目的。

關于工業區的無廢理論主要有兩個方面,一方面是R.Frosch等人提出的基于“工業代謝”的產業生態學研究[13- 14],以及后續的清潔生產、循環經濟理論[15],其目的主要通過綠色生產方式,推進源頭減量、資源再利用和循環利用,提高生態效率[16- 18],并最大化減少廢棄物或進行無害化處置,比較有代表性的做法就是生態工業園區的建設[19-21]。對于工業區建成空間的綠色化改造,最早從近代工業起源地英國、美國、德國等開始[22]。由于工業衰退,污染巨大,這些國家陸續的對工業區進行生態修復[23- 24],對原有的工業建筑遺產進行保護和再利用,并對工業設施進行改造來滿足新的使用功能,形成后工業景觀[25-28]。在以往的研究中,這兩方面的研究是分別進行的,在工業區改造中甚至忽視了對工業區建成空間改造過程中的無廢化。然而從無廢理念出發,這兩種方式只是工業區在不同的發展階段,為實現減廢和無廢而采取的必要手段。本文的創新點在于,運用工業區的生命周期特征,來對工業區的發展階段進行判斷,分析其產廢的重要途徑,提出相應的綠色化改造模式,以實現工業區的減廢或無廢。

工業區作為一個整體,構成自身的社會、經濟、環境復合生態系統[29-30],不同時期的社會、經濟、環境引發工業區一系列的不可持續問題,在工業區的全生命周期內,基于可持續發展理念,對工業區的社會、經濟、環境中存在不可持續的問題做出判斷,提出因地制宜的綠色化改造模式,是實現減廢和無廢的有效手段。本文核心解決對工業區發展階段的判斷,根據發展階段特征,判別工業區綠色化改造模式,并提出相應模式下改造路徑、方法和政策建議。

由于不同行業類型的工業區具有不同的特征,紡織服裝工業消耗大量能源、水資源的同時,產生大量廢水、廢氣和廢棄物,對周邊環境造成嚴重污染,本文將紡織服裝工業區綠色化改造模式研究作為重點,對其可持續發展問題進行判別,通過構建紡織服裝工業區的社會、經濟、環境評價指標體系,對紡織服裝工業區發展階段進行判斷,并對綠色化改造模式進行判別,提出相應的綠色化改造類型、方法以及政策建議,以實現紡織服裝工業區的減廢或無廢。本文的研究思路同樣適用于其他類型的工業區改造模式的判別。

1 研究區概況

1.1 紡織服裝業的產量和產地

圖1 中國紡織服裝工業園區的分布情況 Fig.1 Distribution of textile and garment industrial zones in China

紡織業在中國有著悠久的歷史,中國同時是紡織品生產和出口大國,絲綢之路最初就是用來運輸中國古代出產的絲綢。至2018年,中國的紡紗量、織布量、纖維加工量均超過全球一半,其中色紡紗超過90%,色織布超過60%,化學纖維產量達到全球70%。從最終消費品的加工規模來看,中國服裝加工量超過全球30%,家用紡織品、產業用紡織品已達到或超過全球的40%[31]。

通過對前瞻產業園區數據庫的篩選[32],全國共有709個紡織服裝類工業園區(圖1)。從地域分布看,以東部沿海省市為主,主要分布在浙江、江蘇、廣東,并逐步向中、西部轉移,多以紡織產業基地、特色鎮等形式出現[33-34]。

1.2 園區運行情況

根據前瞻產業園區數據庫,在709個園區中,有559個產業園區企業信息數據可供比較。從注冊資本企業數量占園區企業總數量情況看,企業注冊資本大于1000萬元的企業為主的園區98個；企業注冊資本在500萬至1000萬為主的園區占20個；企業注冊資本在100萬至500萬為主的園區占143個,企業注冊資本100萬以下為主的園區占298個,占總量的53%。可見,紡織服裝類工業園區以中小規模企業為主。

在上述559個紡織園區中,從行業統計情況看,園區制造業占比超過50%的園區有380個,基本以紡織服裝制造為主。商貿功能是紡織服裝工業園區必不可少的組成部分,其中商貿類企業在園區占比中超過20%的園區有205個。從新增注冊企業來看(表1),近五年紡織服裝工業園區企業數量急劇增加。

表1 紡織服裝類產業園區新增企業數量變化

1.3 紡織業能源消耗及產廢情況

紡織工藝流程主要有纖維獲取、紡紗、織造、染整、成衣加工等步驟,會產生大量廢水、廢氣和溫室氣體,紡織服裝行業在生產加工過程中最突出的特點就是對水資源和能源的大量消耗,已被列為水污染防治重點工業行業之一,同時產生大量的廢氣和廢棄物,對周邊環境造成嚴重污染[35]。2014年,紡織服裝行業廢水排放量位居第三,氨氮、化學需氧量(COD)的排放量分別為21萬t、27萬t,分別占總量的10.4%和14.5%[36]。2015年我國紡織服裝行業能源消耗位居制造業能耗第六位,占輕工業能耗40%,位居第一[37-38]。

1.4 紡織服裝園區建成空間更新改造情況

紡織服裝產業園地域分布廣,建筑特點突出,根據紡織服裝生產線需求,園區內的建筑主要為生產用房、輔助生產用房、儲藏類用房、運輸工具用房、動力用房和其他污水處理等用房。廠房結構多為鋸齒形廠房、封閉式風道大梁排架結構廠房、輕鋼結構廠房、多層框架式廠房等類型,園區中生產廠房、倉儲廠房往往面積最大、數量最多,結構完整。由于建筑結構穩定性好,多為大跨度,空間高大,便于進行靈活的空間分割,具有可塑性。紡織產業園同時也記錄了紡織工業發展歷程、生產方式、工藝流程,作為工業文化和遺產的一部分,值得保留和延續。

隨著城市擴張,城市化的發展,部分紡織工業園區在功能上已經不能與城市整體的發展需求相匹配,加上紡織服裝工業區本身面臨技術落后、產業轉型等問題,當通過產業提升,無法創造更多的利潤空間時,對于城市而言,可以根據園區周邊的實際情況和自身價值,實施綠色化改造,實現功能轉換和互補,以滿足城市的發展需求(表2)。

表2 已改造的紡織服裝廠

1.5 紡織服裝類園區存在問題及模式判別的必要性

從紡織服裝園區的運行和改造情況可以看出,產業集群扁平化發展比較突出,缺乏高附加值、規模大的企業以及科技含量高的科研機構引領。由于紡織工業的生產工序和流程的需要,造成大量的能耗、水耗,并產生大量的污染物。新增企業急劇增加,急需園區規范引導企業向低能耗、低污染方向發展。從已改造的紡織服裝廠可以看出,對于不能維持原產業功能的園區,仍有再利用的價值,通過合理利用園區現有基礎條件進行轉型再利用,可以適應城市發展的新的需要。

通過模式判別要回答兩方面問題,首先是紡織服裝園區是否有改造升級的潛力,維持原產業方向繼續發展,如果存在問題,需要在哪方面進行提升,第二如果不具備延續園區生產能力條件,需要轉型來適應城市發展。

2 模式判別

紡織服裝工業區綠色化改造的本質,是工業區的可持續發展問題。為了實現對不可持續的工業區進行有針對性的綠色化改造,需要通過一定的方法判別工業區在社會、經濟、環境方面存在的不可持續問題。根據可持續發展理論[39-41],可將紡織服裝工業區作為一個整體,構建社會、經濟、環境評價體系,通過對指標體系的評價,反映工業區已經產生的社會、經濟、環境不可持續問題。

2.1 判別依據

紡織服裝工業區的企業生命周期、產品生命周期等均會影響產業園區生命周期[42-44]。通常企業通過調整產品而不斷延長企業自身的生命周期,而工業區作為產業集群,也遵循著誕生、成長、成熟、衰退的過程[45- 46](圖2)。抓住工業區的生命周期特征,進行不可持續性判別,能夠對工業區的改造提供方向,最終引導工業區邁向新的可持續發展。如圖所示,當工業區達到發展頂峰后,會出現逐步下滑的過程,這個時候可從產業升級入手,通過傳統工業改造或新興產品植入的方式,來提升產業發展。當工業區走向衰退后期,已經無法通過發展原產業類型繼續維持時,就要通過產業轉型,對紡織服裝園區實施改造,使其適應城市發展的新的功能,來實現可持續發展。

圖2 產業園區發展生命周期規律[45]Fig.2 Life cycle law of industrial zonedevelopment資料來源：根據文獻自繪

2.2 判別過程

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是美國運籌學家T.L.Saaty提出,其特點在于可以對定性分析和定量分析進行綜合分析,適用于多目標決策[47]。指標體系是進行決策研究的前提和基礎,首先構建紡織服裝類工業區的經濟、社會、環境評價指標體系。將經濟、社會、環境的總分值作為工業區的可持續發展能力的體現,根據分值的不同區段,結合產業生命周期特征,來判斷工業區是進行產業升級還是進行產業轉型,并根據指標層子系統的分值,來判斷產業升級改造的方向。

2.2.1指標選取

在工業區環境子系統方面,考慮到紡織服裝行業污染物主要以廢水和廢氣為主。從水綜合利用和廢水排放兩個方面來考慮,選取園區內企業的單位產值工業廢水排放量、單位產值用水量、工業用水重復利用率指標；廢氣排放方面的指標,以單位產值二氧化硫排放量、單位產值氮氧化物排放量、單位產值煙(粉)塵排放量作為評價指標。

產業園區所在的區域特有的經濟、技術、社會、文化基礎決定了該產業在當地發展的競爭優勢(表3)。在工業區經濟子系統,主要考慮園區的本行業經濟發展條件和地域集聚情況,從產業的可持續情況來分析,該行業經濟運行情況以及智力和技術支持是產業可持續發展的基礎。在經濟方面,選取園區不同等級注冊資金企業占比、園區所在省紡織服裝產業產值在全國所占比例,園區是否為該類產業的產業集群基地作為評價指標。在科研創新和智力支持方面,選取園區內紡織類科學研究和技術服務企業數占整體園區企業數的比例作為評價指標。

在工業區社會子系統方面,從轉型和升級兩個方面來考慮指標的設定。當工業區仍以紡織服裝產業為主發展,而園區內的公共服務配套不足時,就要考慮增強產業的服務配套功能,以住宿、餐飲、商務占整體園區企業的比例作為評價指標。當工業區污染嚴重且盈利空間有限、不能創造更大社會價值時,就要考慮根據城市的綜合社會需求,來補充城市相應的公共服務功能,園區的區位條件是園區轉型的前提條件,主要指標有園區內住宿、餐飲、商務的比例、所在城市等級規模、園區距離城市中心距離、園區內及周圍交通情況。

表3 紡織服裝工業園區可持續發展評價指標

2.2.2數據來源

先將2012年工業企業數據庫與2012年綠色發展數據庫相匹配,獲得相同企業經濟、環境類指標數據[48-49]。再將企業名稱與前瞻產業園區數據庫中園區的企業名稱匹配,鎖定企業所在的紡織服裝類工業園區,最終得到554家企業完整的信息,由于有多個企業位于同一園區,累計體現園區特征值127個。通過多個企業數據對比,同一園區不同企業環境指標平均值視為園區的環境指標。

園區的注冊資本企業數量占園區企業總數量、科學研究、技術服務企業所占比例以及住宿、餐飲、商務比例來源為前瞻產業園區數據庫。園區所在省紡織服裝產業在全國所占比例指標,通過2012年中國紡織年鑒統計計算獲得[50],是否為產業集群基地的數據從中國紡織工業聯合會產業集群工作委員會獲取。城市等級規模根據國家統計局2012年各城市人口規模及城市等級劃分標準來劃分。

2.2.3權重確定

權重能夠反映出各個評價指標在評價體系中的相對重要程度。首先,將各指標根據實際數據進行打分,并構建層次結構模型,建立環境、經濟、社會子系統各指標判斷矩陣,請15位專家,其中環境、經濟、社會領域每個領域5位專家,對該領域各指標的重要度進行排序,再用1—9標度法給出數值,矩陣中數值為兩要素之間的重要度之比,各個層級中指標的相對權重,采用方根法求解歸一化特征向量和特征值,直至符合一致性檢驗為止,各個評價因子的權重即為求出的特征向量。再以環境、經濟、社會作為準則層,重要程度分別為環境、經濟、社會依次遞減,構建判斷矩陣,將各子系統的分值,根據判斷矩陣的權重,進行求和,作為園區可持續發展的總分值。

3 結果與分析

3.1 初步分解

根據層次分析法計算所得結果,紡織服裝類工業園區總分值為100分,80—100分園區為發展狀態良好,共有13個園區在該范圍內,可以視為成熟階段(Ⅲ),可持續發展狀況良好,不列為本次改造的重點。68—80分的園區有85個,這些園區已經存在不可持續問題,處于衰退初期,仍可以維持原產業繼續發展,需要實施產業升級,可以視為調整升級階段(Ⅳ),可針對目前的社會、經濟、環境短板方面進行優化改造,以實現可持續發展。小于等于60分的園區有29個,這些園區經濟發展水平比較低,污染也比較嚴重,處于衰退后期,可以視為轉型階段(Ⅴ),這種發展狀態的工業區成為低效而產廢的密集場所,建議根據城市需要進行轉型發展。

3.2 以產業升級為主的工業區

圖3 紡織服裝工業區改造類型分布 Fig.3 Transformation types and distribution of textile and garment industrial zones

在產業升級的85個園區中,根據社會、經濟、環境子系統的得分,分值最低的子系統被改造的需求比較迫切,以此為原則,社會子系統得分較低的工業區將以提升公共服務為主、經濟子系統得分較低的工業區以提升產業經濟為主,污染較重、耗費資源較大的園區以改善資源環境、提高生產效率為主。根據得分結果,以提升公共服務為主的園區有41個,由于紡織服裝工業區集中在市下面的城鎮,城市等級較低,大部分園區缺少住宿、餐飲、商務配套,且距離城市中心較遠。以提升產業經濟為主的園區有17個,主要體現在園區缺少大規模企業引領,同時,在科學研究和技術服務方面有待提升。以提升資源環境為主的園區有27個,在資源環境方面,大多數園區水的重復利用率很低,部分園區只有水利用處理或氣體排放一方面指標得分相對較高(圖3)。

3.3 以產業轉型為主的工業區

小于等于60分的園區有29個(圖4),這類園區很難維持現狀產業繼續發展,建議以建成空間更新改造的方式,轉變功能來適應城市新的發展需求。這需要對城市和區域的整體社會經濟情況進行分析,結合工業區的區位條件來綜合判斷改造方式,通過對園區建筑及環境的更新改造,一方面可以保留和延續工業園區的文化,另一方面也大量節約建設成本,減少因拆除而產生的建筑垃圾。

4 綠色化改造路徑

4.1 改造類型

將工業區的綠色化改造分為產業綠色化改造和以建筑為主的建成空間綠色化改造。具體可分為如下3種情況：

第一種情況以產業綠色化改造為主體,以企業自身的主導產業和優勢產業作為改造的基礎,通過引入高端人才、科技創新、研發設備等,逐步改變落后的生產方式和結構,提高產業能級,減少污染排放。由于受多因素的影響,某些工業區的產業類型也會面臨集體退出,新興產業直接全部替代原產業的情況。在這個過程中,工業區的建成空間變化不大,主要通過調整工業區內的產業運行內容來進行相應的綠色化改造。很多工業區會面臨多次產業升級或產業類型的轉變,但以工業功能為主體不會改變。

第二種情況,產業綠色化改造和建成空間綠色化改造并重。由于早期的工業區都是以生產為主,在產業配套、員工生活配套方面考慮的不多,在工業區升級過程中,一方面會進行產業綠色化改造,同時利用一些原來的生產空間,局部轉化為工業區生產服務的配套設施及用房。從增加產業核心競爭力角度出發,可以增加科學研究、技術服務的內容,以破解產業生產難題。同時,適當增加商務、住宿、餐飲的比例,以提高產品銷量、提高員工生活質量。確保園區從研發、生產、銷售各環節都能夠適應新的發展需求。

第三種情況以建成空間改造為主,隨著城市化擴張,由于某些工業區技術落后,污染嚴重,在工業區的改造中要根據城市的發展需要,進行產業轉型,隨著原有產業的退出,就要對建成空間進行改造來適應新的功能。當工業區所在區域缺乏公共服務配套時,可以利用工業區的既有建筑,改造成為商業、辦公、文化創意產業,提高工業區的盈利空間,同時,豐富城市文化生活,滿足城市居民日常生活需求。由于紡織服裝工業區的建筑跨度較大,空間可以根據需要進行重新組合,一些比較有歷史和遺產價值的工業區也可以改造成博物館。此外,從城市的生態環境出發,當產業發展價值不大時,處于生態廊道或節點的工業區,可以考慮把工業區轉化為綠地、公園、體育設施等內容,一方面提升城市生態系統功能,同時提高市民生活品質。

4.2 改造方法

對產業的綠色化改造,通常運用循環經濟理論、產業生態學理論、工業區位理論等內容,對產業進行綠色化升級[51-52]。以科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少為目標進行綠色化改造。通常園區企業集中布局,更有利于污染的集中治理。在生產流程中,進行科學合理的工藝設計,廣泛采取節水措施,特別是印染、漂洗環節,進行一水多用和重復利用,提高水的循環利用率。對比較難處理的高污染廢水要確保其末端排污達標,并在處理過程中注意原料回收的環節,避免造成資源浪費。

圖4 紡織服裝工業區綠色化改造路徑Fig.4 Green transformation path of industrial zones

對建成空間的綠色化改造,則是運用可持續的規劃設計理念為指導,將工業區的土地、建筑、產業、生態、景觀、文化等要素進行綠色化改造,使其適用于新的城市功能(圖4)。對建成空間的綠色化改造強調運用系統論的觀點,利用順應自然,摒棄廢物,以及對物質的循環利用,對可再生能源的利用等理念和方法,改造時將歷史和文化要素與景觀結合,延續地域文脈、對建成空間文化的傳承也是實現景觀的可持續發展理念的體現[53]。

4.3 政策建議

淘汰落后產能,對“低散亂”企業實施清退。對于列入環境標準負面清單的企業,予以關停。鼓勵老企業引進新設備、新技術,在生產流程上,實現生產過程集約化、清潔化和智能化,提高節能減排和循環利用水平。發展低能耗、低水耗、低污染物排放的生態加工技術,通過工業提升和新興工業植入降低產業能耗,規范紡織服裝行業準入條件,引進技術含量、投資強度高的優勢項目。促進創新發展工程的建設,運用政策支持并加以引導,通過提高高新技術產業占比來提高園區生產總值,降低資源利用產業比例。建立排污收費制度和廢棄物廢棄申報制度,引導園區向低耗能、低污染、高附加值方向發展。

對于紡織服裝工業區內具有較高文化價值的工業遺產,可采用文化脈絡延續的策略進行改造。鼓勵在改造中循環使用建筑廢材,為實現土地高效利用,可提高園區內建筑利用混合效率,在園區轉讓土地時,對建筑保留比例提出要求,通過立法的方式讓綠色建筑相關政策得到貫徹和落實,對再生建筑垃圾產品免征增值稅；通過對工業區內空間進行整體規劃,從而增加具有碳匯功能的生態資產；通過園區空間綠色覆被的構建增加碳匯空間,進行植物生態修復。

5 結論

本文以工業區的綠色化改造為研究對象,如何使改造過程和結果都最大化的減廢和無廢是本文研究重點,為實現此目標,以紡織服裝工業區為主體,分析其“產廢”情況,基于可持續發展理論,構建紡織服裝工業區環境、經濟、社會指標體系,通過模式判別,能夠明確區分各個園區在哪個方面存在不可持續問題,繼而提出改造類型和相應改造措施。現有數據中,園區內企業排放指標比較詳細,主要來源于綠色發展數據庫,但最新數據為2012年,同時社會和經濟方面能夠獲得的數據有限,使研究結果具有一定的滯后性。在整體研究過程中,工業區的可持續發展是最終目標,可持續發展指標體系的構建是實現工業區模式判別的工具和方法,針對不同的模式,實施“減廢”和“無廢”的綠色化改造,是實現可持續發展的路徑。通過本文的分析,是希望某一行業的園區能通過社會、經濟、環境多要素的比較,來判斷園區自身的發展條件,對下一步園區優化提升指明方向,此種方法和思路可用于其他類型的工業區改造模式的判別,進而實施有針對性的綠色化改造。