張海濤 孟 良

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

?

基于LCA的瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系★

張海濤 孟 良

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

考慮了瀝青路面在全壽命周期中對節(jié)能減排的影響因素，以資源利用指標(biāo)、環(huán)境影響指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、節(jié)能減排綜合指標(biāo)作為一級指標(biāo)及26個(gè)二級指標(biāo)，并結(jié)合層次分析法和模糊綜合評價(jià)法，確定了評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和評價(jià)體系，在此基礎(chǔ)上，提出了利用評價(jià)體系的具體流程，建立了較完整的瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系。

瀝青路面，節(jié)能減排，層次分析法，模糊綜合評價(jià)法

0 引言

隨著基礎(chǔ)建設(shè)的不斷完善，我國的公路建設(shè)不斷實(shí)現(xiàn)很大的發(fā)展，目前我國新建公路的主要路面形式為瀝青路面，而瀝青路面的建設(shè)過程中將會消耗大量的能源并排放出大量的有害氣體，對于周邊環(huán)境造成不可逆的影響。目前能源枯竭，環(huán)境惡化，一系列的自然災(zāi)害在影響著我們?nèi)祟惖纳?。公路建設(shè)過程中能源大量消耗和污染物的大量排放產(chǎn)生了嚴(yán)重的生態(tài)負(fù)效應(yīng)，交通建設(shè)過程和礦產(chǎn)資源開發(fā)引起的生態(tài)破壞已成為生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因之一[1]。在我國建設(shè)環(huán)境友好型社會的倡導(dǎo)下，我國的公路建設(shè)不應(yīng)該僅僅以公路的性能指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和通行能力來衡量，而應(yīng)該適應(yīng)時(shí)代的要求將其對于生態(tài)環(huán)境的影響考慮進(jìn)來，而瀝青路面對于環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在能源消耗和排放污染兩個(gè)方面，目前我國對于瀝青路面并沒有關(guān)于節(jié)能減排方面的評價(jià)體系。所以本文將基于層次分析法和模糊綜合評價(jià)建立瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系。

1 瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系的構(gòu)建

1.1 構(gòu)建的原則

瀝青路面在整個(gè)壽命周期中對于環(huán)境的影響因素有很多，因此，評價(jià)指標(biāo)的選擇顯得至關(guān)重要，本文的評價(jià)指標(biāo)主要以下列幾個(gè)原則來確定：

1)全面性：評價(jià)體系選擇的指標(biāo)要涵蓋瀝青路面在全壽命周期中對于節(jié)能減排的影響，其評估結(jié)果更加精準(zhǔn)科學(xué)且有代表性。

2)定性與定量指標(biāo)相結(jié)合：在瀝青路面全壽命周期中其影響因素有很多，并不能全部量化，對于某些指標(biāo)采取定性的原則，定性之后利用科學(xué)的方法賦予相應(yīng)的量化的值，這樣包括的指標(biāo)就會比較全面，更好的評價(jià)瀝青路面的節(jié)能減排的結(jié)果。

3)有效性：選取的指標(biāo)應(yīng)該能夠有效的代表瀝青路面在全壽命周期中對于節(jié)能減排的影響，避免選取的目標(biāo)過于太多，增加不必要的困難。

選擇評價(jià)指標(biāo)時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的評價(jià)指標(biāo)建立評價(jià)體系，還應(yīng)考慮區(qū)域的差異，不同的層次。在選取完評價(jià)指標(biāo)，應(yīng)該向?qū)＜艺埥?，進(jìn)行完善和改正。

1.2 構(gòu)建的解釋

在瀝青路面的全壽命周期中，本文選取了資源利用指標(biāo)、環(huán)境影響指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、節(jié)能減排綜合指標(biāo)作為一級指標(biāo)，和一級指標(biāo)下的26個(gè)二級指標(biāo)建立的評價(jià)體系。

1)資源利用指標(biāo)：資源的利用與節(jié)能減排息息相關(guān)，瀝青路面的全壽命周期中將耗費(fèi)大量的資源，包括瀝青，集料，再生材料，汽柴油等燃料，電力等等，多數(shù)都是不可再生資源。目前資源枯竭的問題越來越嚴(yán)重，所以說瀝青路面在全壽命周期中節(jié)約資源就顯得十分重要。

2)環(huán)境影響指標(biāo)：在瀝青路面的全壽命周期中會產(chǎn)生大量的污染氣體及固體垃圾，對于周圍的環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響，目前世界范圍不斷爆發(fā)由于人們的社會活動(dòng)導(dǎo)致的各種污染事件，霧霾，海平面上升，酸雨等等惡劣事件都在影響著我們的生活，所以說環(huán)境影響對于節(jié)能減排起著關(guān)鍵性作用。

3)技術(shù)指標(biāo)：目前瀝青路面領(lǐng)域也出現(xiàn)了很多新的技術(shù)，可以在一定程度上節(jié)能減排，所以說技術(shù)指標(biāo)對于節(jié)能減排的效果也是有著相當(dāng)一部分的影響的。

4)節(jié)能減排綜合指標(biāo)：該指標(biāo)主要是指在管理上對于節(jié)能減排的重視，當(dāng)管理層面上對于節(jié)能減排的相關(guān)政策比較完善，對于節(jié)能減排的影響也是相當(dāng)顯著的，也能達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2 瀝青路面評價(jià)體系的建立

2.1 瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

權(quán)重的大小決定了評價(jià)指標(biāo)對于節(jié)能減排的影響程度，權(quán)重確定的適當(dāng)才會保證瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系的合理性和科學(xué)性。權(quán)重的確定方法包括系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、層次分析法、平均值法、神經(jīng)網(wǎng)路法等多種方法[2]。采用層次分析法來確定權(quán)重，層次分析法可以將復(fù)雜的問題簡化為不同層次，將整個(gè)的思維過程數(shù)學(xué)化從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法。所以對于瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系是非常適合的。層次分析法主要包括構(gòu)造判斷矩陣、計(jì)算優(yōu)化矩陣、計(jì)算權(quán)重三個(gè)步驟。構(gòu)造判斷矩陣主要是根據(jù)專家意見確定重要性標(biāo)度。本文根據(jù)專家意見建立了的判斷矩陣如表1所示。

表1 專家打分表

判斷矩陣確定過后，應(yīng)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，防止個(gè)別指標(biāo)出現(xiàn)過度重要的問題，并且當(dāng)判斷偏離一致性過大時(shí)，排序權(quán)向量計(jì)算結(jié)果作為決策依據(jù)會出現(xiàn)問題，利用Matlab計(jì)算λmax，得到λmax=4.22。一致性檢驗(yàn)步驟如下。

計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.，C.I.計(jì)算公式見式(1)：

(1)

其中，n為判斷矩陣的階數(shù)。

一級指標(biāo)為4個(gè)，所以查表得到R.I.=0.89，計(jì)算得到一致性比例C.R.其計(jì)算公式為式(2)。

(2)

因此，得到一級指標(biāo)的判斷矩陣的一致性可以接受，最大特征值λmax所對應(yīng)的特征向量通過Matlab計(jì)算得到：

W1=(0.792 1,0.591 3,0.14,0.058 6)。

將其進(jìn)行歸一化為：

W2=(0.501,0.374,0.088,0.037)T。

從而得到一級指標(biāo)的各個(gè)權(quán)重為：

(0.501,0.374,0.088,0.037)。

其權(quán)重的分配也比較符合大家的認(rèn)知，節(jié)能減排主要就是體現(xiàn)在能源的利用和環(huán)境的影響上。同理得到二級指標(biāo)的最大特征值，經(jīng)過一致性檢驗(yàn)均符合要求，從而得到各個(gè)指標(biāo)權(quán)重見表2。

表2 評價(jià)指標(biāo)

2.2 瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系

以模糊綜合評價(jià)建立瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系，可以考慮系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)因素，根據(jù)各因素的重要程度和對它的評價(jià)結(jié)果，把原來的定性評價(jià)定量化，較好地處理信息系統(tǒng)多因素、模糊性以及主觀判斷等問題。瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系模糊評價(jià)的過程如下：

1)結(jié)合模糊綜合評判法將瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系的評價(jià)因子分為x個(gè)互不相交的子集U={u1，u2，…，ux}，第一層次的因子ui(i=1，2，…，x)由第二層次中的n個(gè)因子決定，即ui={ui1，ui2，…，uin}。

2)參照一些評價(jià)方法，將瀝青路面生命周期節(jié)能減排的效果分為優(yōu)、良、中、合格、差5個(gè)等級，分別以ν1,ν2,ν3,ν4,ν5表示。建立備擇集V={ν1，ν2，ν3，ν4，ν5}，為便于評價(jià)可對各影響因子分別賦值20,40,60,80,100，即V={20，40，60，80，100}。

3)對于定量評價(jià)指標(biāo)分值，可根據(jù)指數(shù)法計(jì)算出單因子評價(jià)結(jié)果，再根據(jù)德爾菲法(Delphi法)確定，對于定性評價(jià)指標(biāo)分值則直接采用德爾菲法確定[3]。引入升降半梯形方法建立評價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)：

評價(jià)因子對于νk的隸屬函數(shù)：

(3)

評價(jià)因子對于νk+1的隸屬函數(shù)：

(4)

其中,r(x)為隸屬函數(shù)；x為評價(jià)指標(biāo)分值。

4)根據(jù)評價(jià)因子U={u1,u2,u3,…,ui}和備擇集V={ν1,ν2,ν3,…,νi}組成關(guān)系矩陣P：

(5)

其中，pij為評價(jià)因子ui對于νj的隸屬度。

再進(jìn)行綜合評價(jià)運(yùn)算:

(6)

其中，Y為綜合評價(jià)結(jié)果;wi為評價(jià)因子所占權(quán)重；⊕,?均為模糊算子。

根據(jù)基于模糊理論結(jié)合層次分析法建立的瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系，較全面的考慮了瀝青路面在全壽命周期節(jié)能減排的影響因素，并且結(jié)合定性，定量的指標(biāo)可以比較合理的對于瀝青路面節(jié)能減排進(jìn)行評價(jià)。

2.3 瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)的流程

1)調(diào)查階段。對于瀝青路面實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的調(diào)查，并對相關(guān)定量指標(biāo)計(jì)算，對定性指標(biāo)給出判斷。由于項(xiàng)目的差異，邀請專家對于項(xiàng)目進(jìn)行打分，對于判斷矩陣進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而使得評價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2)評價(jià)階段。根據(jù)調(diào)查結(jié)果結(jié)合模糊綜合評價(jià)進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算隸屬度，從而得到綜合評價(jià)結(jié)果。得到該項(xiàng)目瀝青路面節(jié)能減排的分級結(jié)果。

3)建議階段。當(dāng)項(xiàng)目得到結(jié)果較為理想時(shí)，總結(jié)該項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)以供其他項(xiàng)目參考，當(dāng)項(xiàng)目結(jié)果不太理想時(shí)，應(yīng)對于該項(xiàng)目的定量指標(biāo)進(jìn)行審查，尤其對于資源利用指標(biāo)和環(huán)境影響指標(biāo)，因?yàn)槠錂?quán)重較高對于項(xiàng)目的節(jié)能減排的評價(jià)結(jié)果有著關(guān)鍵性作用，并對于關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行整改。

3 結(jié)語

本文結(jié)合層次分析法和模糊綜合評價(jià)方法建立以資源利用指標(biāo)、環(huán)境影響指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、節(jié)能減排綜合指標(biāo)為4個(gè)一級指標(biāo)和25個(gè)二級指標(biāo)的瀝青路面節(jié)能減排評價(jià)體系，評價(jià)指標(biāo)較為全面體現(xiàn)了瀝青路面節(jié)能減排的影響因素，通過兩種評價(jià)方法較好地解決了瀝青路面節(jié)能減排影響因素多與外延不確定等因素的影響。利用該評價(jià)體系可以較全面科學(xué)地對于瀝青路面項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)能減排的評價(jià)，對于瀝青路面的綠色化、低碳化提供了一定技術(shù)指導(dǎo)意見。

[1] 徐 建.低碳生態(tài)型道路建設(shè)技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2012.

[2] 劉沐宇,林 馳,高宏偉.橋梁生命周期環(huán)境影響的多級模糊綜合評價(jià)[J].土木工程學(xué)報(bào),2009(1):55-59.

[3] 郭艷紅,秦 旋,林 格.基于全生命周期的建筑節(jié)能多級模糊綜合評價(jià)[J].建筑科學(xué),2009(8):9-15.

[4] 楊 博,張爭奇,張慧鮮.瀝青路面節(jié)能減排量化評價(jià)方法[J].公路交通科技,2014(1):32-38.

[5] 杜智民,王建軍.基于多級模糊評價(jià)方法的公路景觀評價(jià)分析[J].公路交通科技,2007(12):144-148.

[6] 魏義青.瀝青路面建設(shè)節(jié)能減排評價(jià)指標(biāo)研究[J].公路交通技術(shù),2014(4):45-48.

[7] 楊 博.瀝青路面節(jié)能減排量化分析方法及評價(jià)體系研究[D].西安：長安大學(xué),2012.

[8] 齊 樂.瀝青面層節(jié)能減排評價(jià)指標(biāo)及評估體系研究[D].西安：長安大學(xué),2015.

[9] 李鴻吉.模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及實(shí)用算法[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[10] 曹炳元.應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)與系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

Asphalt pavement evaluation system for energy conservation and emissions reduction based on LCA★

Zhang Haitao Meng Liang

(College of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Considering the asphalt pavement in the full life cycle for the influence factors of energy conservation and emissions reduction, resource utilization, environmental impact, technical index, comprehensive index as the primary index, energy saving and emission reduction and its secondary index, combining analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation method to determine the weights of evaluation indexes and using the evaluation system of the process. The evaluation system for energy conservation and emissions reduction of asphalt pavement are established.

asphalt pavement, energy saving and emission reduction, analytic hierarchy process, fuzzy comprehensive evaluation method

1009-6825(2017)12-0186-03

2017-02-17★:黑龍江省交通運(yùn)輸廳重點(diǎn)項(xiàng)目

張海濤(1963- )，男，教授

U416.217

A