基于LCA的鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的環(huán)境影響分析

肖鴻艦

摘 要：對(duì)于世界各國(guó)來(lái)說(shuō)，土木工程的可持續(xù)發(fā)展顯得越來(lái)越重要，而這對(duì)中國(guó)的橋梁來(lái)說(shuō)更是具有非常重要的意義。近些年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施工程（尤其是橋梁工程）發(fā)展迅速，橋梁數(shù)量已經(jīng)占到全世界橋梁總數(shù)的30%～50%。而隨著全世界對(duì)橋梁可持續(xù)研究的重視，全生命周期評(píng)價(jià)（Life cycle assessment，簡(jiǎn)稱LCA）作為一種定量分析橋梁建設(shè)的環(huán)境影響的方法已經(jīng)開(kāi)始在橋梁工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。因此，本文從橋梁建設(shè)的全生命周期出發(fā)，采用環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的生態(tài)指標(biāo)法進(jìn)行橋梁生命周期環(huán)境影響分析。

關(guān)鍵詞：全生命周期評(píng)價(jià)；預(yù)應(yīng)力；鋼筋混凝土

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 LCA基本理論

我國(guó)對(duì)產(chǎn)品或工程全生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究起步較晚，但是世界各國(guó)也研究較少，而且各大組織機(jī)構(gòu)對(duì)其的定義也有許多種。比如：美國(guó)環(huán)保局將LCA定義為最初從地球上獲取生產(chǎn)原材料開(kāi)始，到最終廢棄物質(zhì)返歸地球?yàn)橹沟漠a(chǎn)品、工程或人類活動(dòng)所造成的污染物排放進(jìn)行環(huán)境影響進(jìn)行估測(cè)的方法。

2 LCA計(jì)算方法與步驟

目前，生命周期的研究包括4個(gè)階段：（1）確定評(píng)價(jià)的目的和范圍；（2）清單計(jì)算；（3）環(huán)境影響計(jì)算；（4）結(jié)果解釋。以上4個(gè)步驟兩兩之間的過(guò)程為交替反復(fù)進(jìn)行的過(guò)程，第（4）步結(jié)果解釋之后便直接應(yīng)用到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與改進(jìn)、戰(zhàn)略規(guī)劃、公共政策的制定和營(yíng)銷(xiāo)等。由于計(jì)算者各自的專業(yè)水平不同，計(jì)算所用的系數(shù)不完全相同以及對(duì)結(jié)果的精確度要求不同，導(dǎo)致不同階段的各種選擇都會(huì)出現(xiàn)一系列的差別。比如：在第（2）步清單分析的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)新的階段，需要計(jì)算者重新回到第（1）步目的和范圍確定，并將此過(guò)程囊括在整個(gè)評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果中。最后可以推測(cè)出清單分析和影響評(píng)價(jià)及結(jié)果解釋中都會(huì)加入新的分析內(nèi)容，這在一定程度上會(huì)改變計(jì)算分析既定的目的，有時(shí)要求分析者重新界定進(jìn)行環(huán)境影響分析的目的。

2.1 目的和范圍的確定

生命周期評(píng)價(jià)的第一步是根據(jù)該項(xiàng)目的研究背景、研究目的等確定橋梁環(huán)境影響評(píng)價(jià)的目的，并按照評(píng)價(jià)目的劃分研究的范圍，包括評(píng)價(jià)系統(tǒng)的定義、邊界的確定、假定條件以及特殊情況說(shuō)明等，這也是整個(gè)生命周期評(píng)價(jià)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接影響到整個(gè)評(píng)價(jià)工作程序和最終的研究結(jié)論的精確度。通常，評(píng)價(jià)目的不能僅僅只局限于評(píng)價(jià)單個(gè)的產(chǎn)品或流程，往往是評(píng)價(jià)產(chǎn)品或流程的系統(tǒng)。研究范圍的確定應(yīng)保證最終能實(shí)現(xiàn)研究目的，而且研究范圍可能需要多次重復(fù)修改。功能單位是在生命周期評(píng)價(jià)研究中用來(lái)作為參照單位的量化的產(chǎn)品系統(tǒng)性能，是不同產(chǎn)品進(jìn)行橫向比較的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 清單分析

清單分析是整個(gè)LCA研究中最耗時(shí)的階段，是LCA對(duì)功能單位、系統(tǒng)邊界、數(shù)據(jù)要求、基本假定和限制因素等基本數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理的過(guò)程，是進(jìn)行LCIA的基礎(chǔ)，是對(duì)整個(gè)生命周期資源、能源的消耗和對(duì)環(huán)境排放的量化分析。清單數(shù)據(jù)主要包括系統(tǒng)在全生命周期過(guò)程中輸入的資源、能源及污染物排放的種類和數(shù)量。

2.3 環(huán)境影響評(píng)價(jià)

生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)是在完成目的和范圍確定、清單分析這兩個(gè)步驟之后，進(jìn)行的數(shù)據(jù)計(jì)算和分析工作，需要根據(jù)上一步驟清單分析提供的各類消耗物和排放物，再對(duì)這些物質(zhì)各個(gè)方面的環(huán)境影響進(jìn)行定性的評(píng)估。環(huán)境影響評(píng)價(jià)共包括3個(gè)步驟：特征化計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算、權(quán)重計(jì)算。特征化是對(duì)清單分析結(jié)果進(jìn)行單位統(tǒng)一，這一過(guò)程用特征化系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)化的目的是為了比較各個(gè)類別的環(huán)境影響，這一過(guò)程用標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。權(quán)重計(jì)算是對(duì)分屬各個(gè)環(huán)境影響類型的參數(shù)結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，必要時(shí)加以合并，這一過(guò)程用權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

3 案例分析

白果渡嘉陵江特大橋位于國(guó)道212線四川武勝（川渝界）至成都合川高速公路上，橋全長(zhǎng)1433.78m，采用10×40m+130m+230m+130m+13×40m跨徑布置，其中主橋長(zhǎng)490m，為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋?yàn)?3跨40m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。

經(jīng)分析，案例橋梁的范圍是生產(chǎn)階段、施工階段與橋梁運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的環(huán)境影響評(píng)價(jià)。然后進(jìn)行清單分析，進(jìn)行實(shí)踐調(diào)研，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)階段的材料用量見(jiàn)表1。

依據(jù)工程概預(yù)算表，得施工階段材料運(yùn)輸情況見(jiàn)表2。在計(jì)算量化過(guò)程中做如下基本假定：（1）砂密度設(shè)為1.65t/m3，石子密度為1.50 t/m3；（2）采用載重量為40t的斯太爾自卸車(chē)，并考慮往返車(chē)程，假設(shè)其平均百公里耗油量為32L。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算可以得出，在橋梁施工階段共消耗汽油63664L。

按照本節(jié)介紹的橋梁環(huán)境影響分析過(guò)程，對(duì)清單進(jìn)行特征化、標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重化。

白果渡嘉陵江特大橋?yàn)殇摻罨炷吝B續(xù)剛構(gòu)橋，對(duì)養(yǎng)護(hù)維修解雇階段做如下假定：在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，共翻新橋面鋪裝10次，每次鋪裝面積占橋梁總面積的25%。假設(shè)正常使用階段每天交通流量為15000輛，平均每輛車(chē)百公里耗油12L。由于維護(hù)施工采用半通半閉的輪流作業(yè)方式，造成每天交通流量減少為3000輛，若每次施工時(shí)間持續(xù)30天，則共減少交通流量12000×30=360000輛，折合成全封閉式施工時(shí)間為360000/15000=24天。依據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄇ闆r，當(dāng)橋梁實(shí)行全封閉期間，車(chē)輛需繞行8.7km，由此計(jì)算得出全生命周期內(nèi)由于車(chē)輛繞行消耗的汽油量480300L。由于缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)，類比其他同等規(guī)模橋梁維修階段工程量，假設(shè)每次橋面鋪裝所需材料及資源清單見(jiàn)表3。

最后根據(jù)計(jì)算后的橋梁3個(gè)生命階段的環(huán)境影響權(quán)重值匯總，見(jiàn)表4。

結(jié)語(yǔ)

本文基于橋梁生命周期環(huán)境影響終點(diǎn)破壞模型進(jìn)行了實(shí)例評(píng)價(jià)分析，具體闡述了橋梁全生命周期環(huán)境影響量化分析的過(guò)程，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，得出橋梁生命周期環(huán)境影響總值為285capita·yr，生命周期中橋梁生產(chǎn)階段對(duì)環(huán)境的損傷最大。對(duì)于研究橋梁，土木工程行業(yè)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1]武文杰.基于不確定性的鋼筋混凝土橋梁量化可持續(xù)性評(píng)價(jià)[D].北京交通大學(xué)，2013.

[2]楊朋超.考慮不同加固方法的橋梁全生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)[D].北京交通大學(xué)，2013.

[3]賈曉娟.瀝青混凝土生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究[J].新型建筑材料，2014，41 （11） ：26-28.