基于LCA的公路隧道環境影響評價

邊亞東，楊龍龍，洪誠 ，王盟盟

BIAN Ya-dong,YANG Long-long,HONG Cheng,WANG Meng-meng

（中原工學院）

(Zhongyuan University of Technology)

1 引言

近幾年，我國綜合國力的增強，我國公路隧道迎來一個發展的高潮。據統計，2015年我國運營的公路隧道達14006座，總長12684km[1]，伴隨著公路隧道的迅速發展，公路隧道在建造、運營、拆除過程中對環境的影響受到人們的關注。

目前，我國在工程材料、建筑及橋梁方面開展了大量的生命周期環境影響評價研究[2]，公路隧道方面研究較少。西南交通大學徐建峰、郭春[3]等人利用生命周期評價理論研究了施工階段有害氣體的排放。論文對公路隧道的生命周期環境影響進行系統量化的分析，提出公路隧道綠色發展建議。

2 生命周期評價理論的概念

生命周期評價（Life Cycle Analysis,LCA)是一種分析評價產品從原材料的開采、材料制成成品、產品報廢后處理過程中資源、能源的消耗對環境造成影響的理論。國際環境毒理學和化學學會和國際標準化組織提出的生命周期技術框架分為四部分，即目標和范圍的確定、清單分析、影響評價和結果解釋[4]。

3 工程實例分析

論文工程實例為鄭州市航空港區某隧道工程，項目于2016年9月至2017年12月，工程全長770m，其中主隧道封閉段長215m,南側引坡敞口段長250m，北側引坡敞口段長305m。

3.1 評價的目的和范圍

論文對公路隧道的評價范圍為工程材料生產、施工、運行維護、拆除及固體廢棄物處理階段等4個階段，利用simapro軟件對四個階段的能源、資源的消耗、污染物的排放進行量化分析，得出污染最大階段，提出解決措施。

3.2 清單計算模型

公路隧道整個生命周期內資源、能源的消耗及對環境有害的物質排放總量為：

其中 ：Nij、Sik、Pil分別為第i階段中的能源消耗，資源消耗，排出對環境有影響物質的總量； R、S、T分別為能源，資源，有害物質種類數。

3.3 清單分析

（1） 工程耗材

論文主要研究工程實例使用量較大的材料，包括防水卷材、鋼材、木材、C40商品混凝土等，其中混凝土、防水卷材的在運輸過程中的損耗率分別為1.5%、5%。通過對上述幾種材料的分析，確定建材生產過程對環境的影響。表1、表2、表3匯總了上述幾種材料在該工程中的使用總量，該數據中施工階段為設計計算量。工程實例尚在建造階段，沒有維修數據，此處運行維護階段的數據參考李小翠[5]的相關研究。

（2） 能源消耗

工程實例生命周期內柴油、汽油、電能的消耗總量如表4所示。

（3）污染物排放

工程實例在建造、運營及拆除過程中消耗大量的材料及能源，產生大量的污染物。其中污染物包括大氣、水污染物，固體廢棄物。工程實例整個生命周期內污染物的排放值如表5所示。

表1 公路隧道生命周期內消耗材料量

表2 材料生產資源消耗總量

表3 材料生產資源消耗總量

表4 公路隧道生命周期內消耗的能源數量

表5 公路隧道生命周期內污染物排放值

3.4 環境影響評價

（1）軟件模擬

將清單分析結果輸入simapro軟件中利用Eco-indicator99法進行模擬，得出評價結果如表6、圖2所示。

表6 公路隧道全生命周期內各階段環境類別的特征值和損害值

圖2 全生命周期內各階段對各類環境影響的貢獻值

4 結果解釋

綜上可得公路隧道生命周期內對環境影響最大的階段為工程材料生產階段，占總環境負荷值的75.5%，其次為運營階段占總環境負荷值的22%。

主要原因為材料生產階段消耗了大量的鋼材及商品混凝土，鋼材和商品混凝土的生產過程中排放出了大量的污染物。運行維護階段位居第二的原因為該階段100年內隧道照明、維護消耗了大量的能源和材料。

建議在材料生產階段，從源頭遏制污染物的排放；減少維修頻率，利用檢測儀器搜集隧道主體結構性能變化的數據，通過總結數據規律將大修和定期維護交叉進行，達到減少維修次數的目的。

5 結論

論文基于生命周期評價理論，建立了環境影響清單分析模型，利用simapro軟件對工程實例進行模擬，量化分析了公路隧道生命周期內各個階段對環境的。結果表明，公路隧道整個生命周期內各階段對環境影響的大小順序為材料生產階段＞運行維護階段＞施工階段＞拆除及固體廢棄物處理階段。

公路隧道各個階段的工序復雜多樣，數據收據困難，對研究結果的精確度產生了一定的影響。在以后的科研工作中，將相關數據進行有效的收集與整理，使得公路隧道的生命周期環境影響評價更加準確、精確，為實際工程提供更為準確的參考資料。