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1全壽命周期評價

1990年國際環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(SETAC)對全壽命周期評價(LifeCycleAssessment)的定義為:“全壽命周期評價是一種通過對產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝及活動的物質(zhì)、能量的利用及造成的環(huán)境排放進(jìn)行量化和識別而進(jìn)行環(huán)境負(fù)荷評價的過程;是對評價對象能量和物質(zhì)消耗及環(huán)境排放進(jìn)行環(huán)境影響評價的過程;也是對評價對象改善其環(huán)境影響的機(jī)會進(jìn)行識別和評估的過程［5］?！比珘勖芷诃h(huán)境評價包括產(chǎn)品、工藝過程或活動的整個階段，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)境評價的基本結(jié)構(gòu)歸納為四部分:目標(biāo)和范圍的界定、清單分析、影響評價和改善評價。全壽命周期評價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價基本數(shù)據(jù)的一種表達(dá)，是進(jìn)行全壽命周期影響評價的基礎(chǔ)。它包括為實(shí)現(xiàn)特定的研究目的對所需數(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。全壽命周期影響評價是將全壽命周期清單分析得到的各種排放物對現(xiàn)實(shí)環(huán)境影響進(jìn)行定性定量的評價，即確定產(chǎn)品系統(tǒng)的物質(zhì)、能量交換對其外部環(huán)境的影響，這是全壽命周期評價最重要的階段，也是最困難的階段。最后全壽命周期改善評價的作用就在于能通過產(chǎn)品工藝或活動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)境評價指標(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，歸納評價指標(biāo)為三個方面: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性能。

2．2能源消耗從全壽命周期評價“從搖籃到墳?zāi)埂钡睦砟?，能源消耗指?biāo)應(yīng)包括建筑全壽命周期的每個階段，每個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，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簡單估算。由于其他階段的能源消耗主要為建造施工過程的消耗，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來計(jì)算，為86kg/GJ。

3算例

3．1簡支梁橋兩座跨徑40m的簡支梁橋，橋?qū)?1．5m，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路—1級。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。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

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)境評價的一種指標(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)際的簡支梁橋和連續(xù)梁橋算例的評價中，發(fā)現(xiàn)它是可行的。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，不管是小跨徑的簡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。對于40m跨徑簡支梁橋，混凝土橋的資源消耗約為鋼橋的21倍;對于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)勢大。對于40m跨徑簡支梁橋，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)勢變得不明顯，甚至出現(xiàn)反超。對于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，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