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1全壽命周期評(píng)價(jià)

1990年國(guó)際環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)(SETAC)對(duì)全壽命周期評(píng)價(jià)(LifeCycleAssessment)的定義為:“全壽命周期評(píng)價(jià)是一種通過(guò)對(duì)產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝及活動(dòng)的物質(zhì)、能量的利用及造成的環(huán)境排放進(jìn)行量化和識(shí)別而進(jìn)行環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)的過(guò)程;是對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象能量和物質(zhì)消耗及環(huán)境排放進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)的過(guò)程;也是對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象改善其環(huán)境影響的機(jī)會(huì)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估的過(guò)程［5］。”全壽命周期環(huán)境評(píng)價(jià)包括產(chǎn)品、工藝過(guò)程或活動(dòng)的整個(gè)階段，即原材料的開采、加工，產(chǎn)品的制造、運(yùn)輸、分配使用、重新利用、維持、循環(huán)以及最終處理。1993年，SETAC提出的LCA方法論框架，將全壽命周期生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的基本結(jié)構(gòu)歸納為四部分:目標(biāo)和范圍的界定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和改善評(píng)價(jià)。全壽命周期評(píng)價(jià)的第一步是確定研究目的與界定研究范圍，這一部分包括研究目的、范圍、功能單位的確定和結(jié)果的質(zhì)量保證程序。清單分析是全壽命周期評(píng)價(jià)基本數(shù)據(jù)的一種表達(dá)，是進(jìn)行全壽命周期影響評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。它包括為實(shí)現(xiàn)特定的研究目的對(duì)所需數(shù)據(jù)的收集，它基本上是一份關(guān)于所研究系統(tǒng)的輸入和輸出的數(shù)據(jù)清單。全壽命周期影響評(píng)價(jià)是將全壽命周期清單分析得到的各種排放物對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境影響進(jìn)行定性定量的評(píng)價(jià)，即確定產(chǎn)品系統(tǒng)的物質(zhì)、能量交換對(duì)其外部環(huán)境的影響，這是全壽命周期評(píng)價(jià)最重要的階段，也是最困難的階段。最后全壽命周期改善評(píng)價(jià)的作用就在于能通過(guò)產(chǎn)品工藝或活動(dòng)的全壽命周期中物質(zhì)和能量的輸入、輸出的考察和分析，提出一些資源消耗和污染排放的改進(jìn)措施，以利于減少環(huán)境污染負(fù)荷和資源消耗。

2生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)

適應(yīng)于橋梁的全壽命周期中的物質(zhì)和能量的輸入及輸出，歸納評(píng)價(jià)指標(biāo)為三個(gè)方面:資源消耗、能源消耗和碳排放。

2．1資源消耗資源消耗就是建筑所用建筑材料在生產(chǎn)過(guò)程中消耗的天然礦產(chǎn)資源的數(shù)量，是依據(jù)生產(chǎn)單位建材所需的各種原材料的實(shí)際數(shù)量的總和。以全壽命周期的觀點(diǎn)，計(jì)算建筑材料資源消耗、能源消耗和碳排放時(shí)必須考慮建筑材料的可再生性。材料的可再生性指材料受到損壞，但經(jīng)加工處理后可作為原料循環(huán)再利用的性能。對(duì)于鋼材，鋼筋與型鋼具備可再生性，其可回收系數(shù)見表1［6］。而混凝土則不具備這個(gè)性能。

2．2能源消耗從全壽命周期評(píng)價(jià)“從搖籃到墳?zāi)埂钡睦砟睿茉聪闹笜?biāo)應(yīng)包括建筑全壽命周期的每個(gè)階段，每個(gè)階段能源消耗主要分為建筑材料的內(nèi)在能源和機(jī)械設(shè)備消耗。

2．3碳排放在建筑物的全壽命周期各階段中，能量消耗中燃料燃燒后廢棄物的排放所引起的環(huán)境污染是最為嚴(yán)重的，它涉及到溫室效應(yīng)、大氣污染、水污染等。我國(guó)大部分能源是以燃燒礦物燃料或固體燃料獲取的，所以溫室效應(yīng)可以以碳排放量為指標(biāo)，以CO2作為基準(zhǔn)，其他污染物根據(jù)其造成溫室效應(yīng)的影響，折算為CO2當(dāng)量來(lái)衡量。其折算因子如表6所示。單位建材開采生產(chǎn)的污染物環(huán)境排放如表7所示［9，10］。建材生產(chǎn)階段考慮可回收性能時(shí)，其碳排放可用式(5)計(jì)算，回收再生產(chǎn)的碳排放取為原碳排放的40%。其他階段的碳排放主要是能源獲取時(shí)燃燒煤、燃料油或天然氣所產(chǎn)生的。因此其排放量可以根據(jù)各階段的能源消耗來(lái)簡(jiǎn)單估算。由于其他階段的能源消耗主要為建造施工過(guò)程的消耗，而施工中消耗的大多是燃料油，所以采用燃料油的熱值和其燃燒排放的CO2來(lái)計(jì)算，為86kg/GJ。

3算例

3．1簡(jiǎn)支梁橋兩座跨徑40m的簡(jiǎn)支梁橋，橋?qū)?1．5m，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路—1級(jí)。一座使用預(yù)應(yīng)力混凝土建造，采用T梁截面，主梁高度2．1m，寬度2．3m。另一座使用鋼材建造，采用懸臂式雙箱結(jié)構(gòu)，箱體高度2m，寬度3m，間隔2m。代入數(shù)據(jù)，分別計(jì)算它們的全壽命周期資源消耗、能源消耗和碳排放指標(biāo)。

3．2連續(xù)梁橋連續(xù)梁橋，橋?qū)?3．1m，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路—1級(jí)。一座使用混凝土建造，跨徑118m。主梁采用單箱單室分幅變梁高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，梁高4．0m～6．5m，線性變化，變化段長(zhǎng)度30m。箱梁頂板寬16．05m，厚30cm～50cm，底板厚30cm～80cm，腹板厚50cm～90cm。另一座使用鋼材建造，跨徑110m。主梁采用單箱雙室整幅等梁高箱箱梁，梁高4．5m，頂板挑臂的長(zhǎng)度為5．5m，橫肋間距2．5m，實(shí)腹式橫隔板間距10m。由于跨徑接近，將混凝土橋的數(shù)據(jù)按跨徑換算為110m，以方便與鋼橋的數(shù)據(jù)作比較。代入數(shù)據(jù)，分別計(jì)算它們的全壽命周期資源消耗、能源消耗和碳排放指標(biāo)。

4結(jié)語(yǔ)

本文提出了采用資源消耗、能源消耗和碳排放作為全壽命周期生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的一種指標(biāo)體系，并且基于橋梁的全壽命周期各階段特征，具體了各指標(biāo)的量化方法，應(yīng)用于實(shí)際的簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋算例的評(píng)價(jià)中，發(fā)現(xiàn)它是可行的。經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，不管是小跨徑的簡(jiǎn)支梁橋還是較大跨徑的連續(xù)梁橋，在資源消耗上，鋼橋都明顯優(yōu)于混凝土橋。對(duì)于40m跨徑簡(jiǎn)支梁橋，混凝土橋的資源消耗約為鋼橋的21倍;對(duì)于110m跨徑梁橋，其比值約為35倍。這主要是源于鋼材的可回收性，而混凝土不具備這個(gè)性能。并且相同質(zhì)量的鋼材和混凝土相比，鋼材的材料性能也更加優(yōu)越。在能源消耗和碳排放方面，混凝土橋比鋼橋的優(yōu)勢(shì)大。對(duì)于40m跨徑簡(jiǎn)支梁橋，鋼橋的能源消耗約為混凝土橋的2．4倍，碳排放約為6．4倍。但是隨著跨徑的增大，這種優(yōu)勢(shì)變得不明顯，甚至出現(xiàn)反超。對(duì)于110m跨徑連續(xù)梁橋，鋼橋的能源消耗約為混凝土橋的0．70倍，碳排放約為1．57倍。這主要是由于在跨徑較小時(shí)，占主導(dǎo)的因素是鋼材生產(chǎn)所需消耗的能源和碳排放比混凝土高得多，而當(dāng)跨徑增大以后，鋼材優(yōu)越的材料性能彌補(bǔ)了這方面的不足。

作者：王瓊單位：同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系