蔣振雄， 薛 鵬， 馬 欣， 謝靜超， 劉加平, 3

(1. 江蘇省交通工程建設局， 江蘇 南京 210001； 2. 北京工業(yè)大學 綠色建筑環(huán)境與節(jié)能技術北京市重點實驗室， 北京 100124； 3. 西安建筑科技大學 西部綠色建筑國家重點實驗室， 陜西 西安 710055)

0 引言

截至2020年末，我國公路隧道總長度達到2 199. 93萬m[1]； 近10年來，公路隧道里程年均增長率為15%。我國已是世界上公路隧道里程最長、規(guī)模最大、發(fā)展最快的國家[2]。與此同時，在邁向公路隧道強國的過程中，“低碳節(jié)能”和“舒適便捷”已成為隧道工程承載的時代新使命，對公路隧道的綠色度評價是隧道建設和引領綠色交通發(fā)展目標的必經之路。

目前，國內外已形成相對完善的綠色公路理念及評價體系，而綠色隧道理念及評價體系則鮮有人研究。以美國、加拿大、日本[3]為首的發(fā)達國家最先對綠色公路評價體系開展了系統(tǒng)研究； 我國交通運輸部于2018年出版的行業(yè)標準《綠色交通設施評估技術要求 第1部分： 綠色公路》[4]中，明確定義了綠色公路，并指出綠色公路為人們提供安全、舒適、便捷、美觀的行車環(huán)境。由于隧道是半封閉式建筑，需要進行全天候的主動環(huán)境營造，因此，其評價體系的建立還可以借鑒建筑行業(yè)。20世紀90年代，英國、美國、加拿大、日本等[5]先后制定了符合本國國情的建筑評價體系；我國于2019年發(fā)布了最新版《綠色建筑評價標準》[6]，從安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居5大方面對民用建筑全壽命周期內綠色性能進行評價。

總結現(xiàn)有隧道評價標準、規(guī)范，可以看出，其中“以人為本”理念體現(xiàn)不夠，服務“可感知”性略有欠缺，沒有考慮人工環(huán)境特點以及讓使用者感受到隧道在健康、舒適、提高質量等方面的優(yōu)勢，在追求“合格率”向“滿意度”躍升中體現(xiàn)不夠，現(xiàn)有隧道評價標準對新技術、新理念響應性不強。為響應當前隧道交通科技新理念、新技術發(fā)展，契合新時代綠色交通高質量發(fā)展需求，本文以綠色隧道理念為立足點，圍繞安全、舒適、便捷、節(jié)能、環(huán)保等要素，分析綠色內涵，明確綠色隧道定義，構建全過程、全方位的綠色隧道評價體系，確定綠色度評價等級。

1 綠色隧道理念

1.1 綠色公路內涵的起源

現(xiàn)有綠色公路內涵的發(fā)展可以從建設理念和評價理念轉變2個方面歸納。綠色公路相比傳統(tǒng)公路，其建設理念已由側重公路的功能因素和強調經濟效益轉變?yōu)樽⒅亻L遠利益，即統(tǒng)籌規(guī)劃設計、建設、運營、管理、養(yǎng)護的整個壽命過程，整體考慮區(qū)域經濟、環(huán)境和社會綜合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。綠色公路評價理念也已經從單純注重公路經濟合理性、技術可行性的傳統(tǒng)評價體系轉變?yōu)榫C合資源、生態(tài)、環(huán)保、品質、安全、人性化、可持續(xù)發(fā)展的多層次多目標的評價體系。

1.2 綠色隧道內涵與外延

對公路隧道而言，在建設過程中要求對隧道外部環(huán)境的影響降至最低，對隧道內部系統(tǒng)進行優(yōu)化。在運營階段，除了要保障附屬設施安全適用，還要考慮司乘人員在特長隧道駕駛過程中，對隧道內光環(huán)境、聲環(huán)境、熱濕等環(huán)境的感受，這種半封閉環(huán)境特點與公路截然不同，現(xiàn)有的綠色公路理念與內涵并不完全適用于綠色隧道。

基于隧道的人工環(huán)境特性，結合“以人為本”的核心理念，提出綠色隧道需要建立友好流動空間的本質與要求。這里的“友好”主要指隧道對周圍環(huán)境的“友好”以及隧道環(huán)境對人的“友好”，意在表達促進人、車、隧道、自然協(xié)調發(fā)展?！傲鲃印笔侵杆淼揽臻g相對于人運動，環(huán)境會在時間和空間分布上呈現(xiàn)動態(tài)變化，這些都受隧道外環(huán)境、隧道系統(tǒng)運行、交通量的動態(tài)影響。

基于以上闡述，綠色隧道定義為： 立足隧道建設全壽命周期理念，聚焦結構安全、行車舒適、通行便捷、節(jié)約資源、保護環(huán)境的核心需求，打造“以人為本”的友好流動空間，最大限度地實現(xiàn)人與自然和諧共生的高質量公路隧道。

2 公路隧道綠色度評價

2.1 評價體系框架構建

在全過程、全方位評價的要求下，構建“五橫三縱”的綠色隧道評價體系框架，如圖1所示。

圖1 綠色隧道“五橫三縱”評價體系框架

2.1.1 “五橫”內涵解讀

1)結構安全耐久： 包括安全性與耐久性。安全性是結構在各種作用下防止破壞和倒塌的能力，包括構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性等。耐久性是考慮結構在使用環(huán)境中性能退化條件下滿足設計使用年限的能力。

2)行車安全舒適： 包括熱濕環(huán)境、通風與防排煙、光環(huán)境、聲環(huán)境、給排水與消防、電力等內容。其中，熱濕環(huán)境會影響施工人員身心健康、施工效率、施工機械故障率、結構安全性、電控箱運行、汽車故障率；通風用于稀釋隧道內有毒有害物質、改善隧道內的高溫高濕環(huán)境； 光環(huán)境對駕駛人員的視覺、心理等因素產生影響，進而影響隧道事故發(fā)生率； 聲環(huán)境嚴重影響行車安全與舒適；水系統(tǒng)需有效快速排出廢水、雨水、結構滲漏水等，并提供完整的消防水系統(tǒng)；電力系統(tǒng)需使各機電系統(tǒng)之間協(xié)調一致，以保證隧道安全運行并有效應對突發(fā)情況。

3)通行疏散便捷： 包括行車便捷與疏散救援便捷。隧道車流量大，通行節(jié)奏快，加之半封閉空間特點，一旦發(fā)生火災等突發(fā)狀況，救援及時性、手段多樣性等均與公路有一定差距，因此，通行疏散便捷的考量對于隧道評估必不可少。隧道內可靠的交通工程設計，能充分發(fā)揮高質量、高效率交通運輸的作用，為人們提供安全快捷的出行保障，并促進區(qū)域經濟快速發(fā)展。綠色隧道對智慧交通技術、監(jiān)控管理平臺等應用提出更高要求，以提高司乘人員通行及運營管理中心救援疏散便捷程度。

4)資源節(jié)約利用： 包括節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材。節(jié)約土地資源，是指提高單位面積的土地適用效率，減少對于土地的擴張浪費。節(jié)約能源，是指提高用能設備或工藝的能量利用效率，通過積極采用節(jié)能技術，推廣光伏發(fā)電、太陽能等清潔能源的一系列措施。節(jié)約水資源，是指科學、合理、有計劃、有重點地用水，提高水資源的利用率，避免浪費。節(jié)約材料，是指在滿足功能條件下最大限度地節(jié)約材料，提高廢棄材料回收利用率。

5)生態(tài)環(huán)境保護： 包括大氣污染防治、噪聲污染防治、水污染防治、生態(tài)環(huán)保。大氣污染防治是對隧道在施工和運營過程產生的粉塵、機械和汽車尾氣等廢氣進行治理。噪聲污染防治對象包括隧道洞口的噪聲、行駛時的交通噪聲、附屬設施噪聲等，需降低噪聲以減小對司乘人員及周圍環(huán)境敏感區(qū)的影響。水污染防治是指采取措施處理隧道施工、消防和維修產生的污廢水等，防止其對隧道周圍水環(huán)境產生不可逆的影響。生態(tài)環(huán)保是指減少隧道施工和運營期給周圍的植被、土壤及江水等生態(tài)環(huán)境造成破壞。

2.1.2 “三縱”核心內容

對上述5個方面的評價可在全過程周期內的各階段進行評價，每階段核心評價內容如下。

1)設計階段，應對隧道的主體結構、路面、防排水等土建工程與通風、照明、交通監(jiān)控、供配電、消防等運營設施進行綜合設計，同時要考慮項目將在施工、運營過程中對環(huán)境帶來的破壞，采取科學設計[7]。設計應符合國家現(xiàn)行標準及規(guī)定，并貫徹國家有關技術經濟政策，積極穩(wěn)妥地采用新技術、新材料、新設備和新工藝。設計階段作為綠色隧道建設的策劃環(huán)節(jié)，為實現(xiàn)綠色發(fā)展目標樹立了明確導向。

2)施工階段，按照設計方案對隧道開展規(guī)劃、勘察、測量、施工、竣工等各項技術工作，完成工程實體及其附屬設施安裝[8]。此外，施工應在保證質量與安全的前提下最大限度地節(jié)約資源，強化節(jié)能減排和污染防治，并關注施工人員安全與健康，加強施工組織管理，優(yōu)化施工方法，全力推進綠色隧道建設。施工階段作為綠色隧道建設的落實環(huán)節(jié)，為實現(xiàn)綠色發(fā)展目標提供了強勁動力。

3)運營階段，應依據隧道運營標準、養(yǎng)護技術規(guī)范等要求，對隧道土建結構、附屬設施進行監(jiān)管維護，對機電設施配置與能耗功效進行優(yōu)化，同時考慮對隧道內外環(huán)境保護與綜合治理[9]。運營要兼顧系統(tǒng)性的技術提升與管理優(yōu)化，促進人、車、隧道、環(huán)境協(xié)調發(fā)展。運營階段作為綠色隧道建設的實踐環(huán)節(jié)，為實現(xiàn)綠色發(fā)展目標確定了長久模式。

2.1.3 “五橫三縱”框架的合理性

基于已有公路隧道評價標準的內容，建立綠色隧道標準框架，從5大屬性維度出發(fā)，確定各屬性維度在設計、施工、運營階段的評估重點。同時，開展行業(yè)內意見征集及專家咨詢，構建綠色隧道“五橫三縱”的評價體系框架。

在充分梳理公路隧道工程5大屬性維度的基礎上，基于國家對綠色公路的實施要求，結合現(xiàn)有標準研究成果，確立覆蓋綠色隧道全方位、全過程周期的評價指標，形成綠色隧道指標體系。

在評價過程中，首先考慮隧道的5大屬性，再從各自的全過程周期出發(fā)，保證整體評價過程全面且緊密。本研究將5大屬性定為準則層，每個準則層下進一步細分為一級指標層(即每個屬性所包含的主要內容)，而二級指標層為一級指標內容自身的全過程評價(即設計、施工、運營3個階段)。以結構安全耐久性為例，其指標體系如表1所示。

表1 綠色隧道結構安全耐久性指標體系

2.2 評價指標體系建立

根據“五橫三縱”評價體系框架，緊扣5大方面，查閱并梳理隧道全過程建設、運營現(xiàn)有技術及提升隧道整體綠色程度的相關研究資料，遵循系統(tǒng)性、科學性、可操作性和目標導向性原則，遴選各屬性維度的評價指標，確保所選指標能充分體現(xiàn)綠色隧道的本質內涵以及全過程、全方位評價特征。

本研究基于專家調查法，以線上及線下發(fā)放問卷的形式，向業(yè)內專家廣泛征求指標重要程度及選取的意見，按不同專業(yè)領域共計發(fā)放72份問卷，收回有效問卷64份，有效率達到89%，收集專家反饋意見與建議共計94條。問卷人員中隧道設計單位占40%，施工單位占23%，科研單位占23%，咨詢單位占14%。

根據專家意見，對指標內容進行適當修改，再進行重要程度打分，直至專家意見基本達成一致。最終，綠色隧道評價體系及指標為： 目標層為綠色隧道評價A，準則層B包含結構安全耐久B1、行車安全舒適B2、通行疏散便捷B3、資源節(jié)約利用B4、生態(tài)環(huán)境保護B5； 一級指標層包括安全性C1、耐久性C2等18個指標；二級指標層包括64個控制項指標和73個評分項指標，由于控制項是必須達到的要求，不涉及指標權重計算，故只針對評分項編號D1—D73，便于后文權重計算。

層次分析法源于美國運籌學家Saaty于20世紀70年代提出的多目標定性定量結合的綜合評價方法，借助這種方法可以將專家的經驗判斷定量化，從而實現(xiàn)最優(yōu)化[10]。本研究結合專家對各級評價指標相對重要程度打分結果，采用層次分析法確定各級指標權重值。

2.2.1 建立層次結構模型

利用yaahp軟件構造層次結構模型，如圖2所示。層次結構分為目標層A、準則層B、一級指標層C、二級指標層D。

圖2 綠色隧道評價層次結構模型

2.2.2 構造判斷矩陣

通過比較兩因素重要性獲得判斷矩陣A=(aij)n×n，其中，aij表示因素i相對因素j的重要性大小,由雙因素比例標度表中的重要性級別確定，如表2所示。

表2 雙因素比例標度

2.2.3 權重計算及其一致性檢驗

通過對判斷矩陣進行權重計算，得到最大特征值λmax，并對結果進行一致性檢驗，見式(1)—(4)。

1)因素權重計算，

(1)

式中：Wi為歸一化后某個因素的權重；i、j為因素；n為因素數目。

2)計算判斷矩陣的最大特征值

(2)

式中：λmax存在且唯一；W為組合權重向量。

3)計算一致性比率CR。通過計算一致性指標CI，得到一致性比率CR。

(3)

(4)

式中RI為平均隨機一致性指標，可參照表3選取。

表3 平均隨機一致性指標RI

一般情況下，如果CR<0.1，則認為該判斷矩陣通過一致性檢驗，否則不具有滿意一致性。以5大方面權重計算為例，判斷矩陣計算結果如表4所示。

表4 綠色隧道評價準則層權重

2.2.4 綠色隧道評價指標體系

按照此方法計算一級指標及二級指標評分項的相應權重。其中，二級指標評分項的最高分值依據權重值和設定百分制評分標準確定，二級指標控制項結論為是否符合或通過。此外，評價指標體系單獨設置加分項，作為鼓勵隧道采用綠色技術措施的自選指標，具備創(chuàng)新性強、難度大、綠色度高的特點。若申報單位憑借相關創(chuàng)新設計資料向評審方提出加分需求，經認證通過后，方可獲得加分項的設置資格，加分項具備一項加2分，上限為20分。最終建立的綠色隧道評價指標體系如表5所示。

表5 綠色隧道評價指標體系

表5(續(xù))

表5(續(xù))

2.3 綠色度評價等級確定

隧道綠色評價是一個多層次、多維度的指標體系評價，在實際評價中，可通過總評分確定綠色等級。

(5)

式中：Q為評價得分；n為指標數目；Wi(i=1， 2， …， 18)為一級指標權重，根據表5中權重值選?。籚i(i=1，2，…，18)為一級指標總評分，由二級指標評分值累計得出；Jz為加分項指標總分值，由項目出具的加分項指標評分表得出。

綠色隧道應滿足全部的控制項要求，并依據評分項與加分項的總得分情況對項目的綠色評價等級進行合理劃分，擬將評價等級分為基本級、一星級、二星級、三星級4個級別，具體的等級劃分如表6所示。

表6 綠色隧道評價體系等級劃分

星級等級應按下列規(guī)定確定： 1)當滿足全部控制項要求時，綠色隧道等級應為基本級； 2)一星級、二星級、三星級3個等級的綠色隧道均應滿足本評價體系全部控制項的要求，且每類指標的評價分值不應小于其評價項滿分值的30%； 3)一星級、二星級、三星級3個等級的綠色隧道均應進行全裝修，全裝修工程質量、選用材料及產品質量應符合國家現(xiàn)行有關標準的規(guī)定； 4)當評價滿足全部控制項，且符合全部標準規(guī)定、技術要求時，綠色隧道等級按判定標準分別為一星級、二星級、三星級。在隧道項目完成評價后，可以為達到相應星級的項目頒發(fā)“綠色隧道”的標識。

3 結論與建議

在國家交通強國戰(zhàn)略、碳中和與碳達峰等政策背景下，本文將“以人為本”作為核心要求，同時結合綠色公路與綠色建筑理念，提出友好流動空間概念，明確了綠色隧道定義，根據專家調研結果采用層次分析的權重計算方法，初步構建了全過程、全方位“五橫三縱”綠色隧道評價體系；同時，研究發(fā)現(xiàn)采用星級打分制評價隧道綠色度，有利于擴大綠色隧道覆蓋面，促進隧道行業(yè)實現(xiàn)“普遍綠”。

公路隧道具有復雜性，如何科學地選取能表征綠色內涵同時兼具時代特征的評價方面及指標有一定難度。隨著隧道建設、運營、養(yǎng)護等技術的快速發(fā)展，該評價體系涉及的內容及權重也必將會不斷更新。綠色隧道評價作為行業(yè)內的一種激勵機制，其建設與推廣需要國家政策的支持。通過實行政策鼓勵措施，可以提高從業(yè)者參與綠色隧道建設的積極性，有助于不斷完善綠色評估體系。