綠色隧道評價(jià)體系研究

蔣振雄， 薛 鵬， 馬 欣， 謝靜超， 劉加平, 3

(1. 江蘇省交通工程建設(shè)局， 江蘇 南京 210001； 2. 北京工業(yè)大學(xué) 綠色建筑環(huán)境與節(jié)能技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100124； 3. 西安建筑科技大學(xué) 西部綠色建筑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710055)

0 引言

截至2020年末，我國公路隧道總長度達(dá)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(shí)，在邁向公路隧道強(qiáng)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(shí)代新使命，對公路隧道的綠色度評價(jià)是隧道建設(shè)和引領(lǐng)綠色交通發(fā)展目標(biāo)的必經(jīng)之路。

目前，國內(nèi)外已形成相對完善的綠色公路理念及評價(jià)體系，而綠色隧道理念及評價(jià)體系則鮮有人研究。以美國、加拿大、日本[3]為首的發(fā)達(dá)國家最先對綠色公路評價(jià)體系開展了系統(tǒng)研究； 我國交通運(yùn)輸部于2018年出版的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠色交通設(shè)施評估技術(shù)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(jìn)行全天候的主動環(huán)境營造，因此，其評價(jià)體系的建立還可以借鑒建筑行業(yè)。20世紀(jì)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(jià)體系；我國于2019年發(fā)布了最新版《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[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(nèi)綠色性能進(jìn)行評價(jià)。

總結(jié)現(xiàn)有隧道評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，可以看出，其中“以人為本”理念體現(xiàn)不夠，服務(wù)“可感知”性略有欠缺，沒有考慮人工環(huán)境特點(diǎn)以及讓使用者感受到隧道在健康、舒適、提高質(zhì)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)對新技術(shù)、新理念響應(yīng)性不強(qiáng)。為響應(yīng)當(dāng)前隧道交通科技新理念、新技術(shù)發(fā)展，契合新時(shí)代綠色交通高質(zhì)量發(fā)展需求，本文以綠色隧道理念為立足點(diǎn)，圍繞安全、舒適、便捷、節(jié)能、環(huán)保等要素，分析綠色內(nèi)涵，明確綠色隧道定義，構(gòu)建全過程、全方位的綠色隧道評價(jià)體系，確定綠色度評價(jià)等級。

1 綠色隧道理念

1.1 綠色公路內(nèi)涵的起源

現(xiàn)有綠色公路內(nèi)涵的發(fā)展可以從建設(shè)理念和評價(jià)理念轉(zhuǎn)變2個方面歸納。綠色公路相比傳統(tǒng)公路，其建設(shè)理念已由側(cè)重公路的功能因素和強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅亻L遠(yuǎn)利益，即統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營、管理、養(yǎng)護(hù)的整個壽命過程，整體考慮區(qū)域經(jīng)濟(jì)、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(jià)理念也已經(jīng)從單純注重公路經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)可行性的傳統(tǒng)評價(jià)體系轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合資源、生態(tài)、環(huán)保、品質(zhì)、安全、人性化、可持續(xù)發(fā)展的多層次多目標(biāo)的評價(jià)體系。

1.2 綠色隧道內(nèi)涵與外延

對公路隧道而言，在建設(shè)過程中要求對隧道外部環(huán)境的影響降至最低，對隧道內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。在運(yùn)營階段，除了要保障附屬設(shè)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(nèi)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(diǎn)與公路截然不同，現(xiàn)有的綠色公路理念與內(nèi)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(jié)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(zhì)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(dá)促進(jìn)人、車、隧道、自然協(xié)調(diào)發(fā)展。“流動”是指隧道空間相對于人運(yùn)動，環(huán)境會在時(shí)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(yùn)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(shè)全壽命周期理念，聚焦結(jié)構(gòu)安全、行車舒適、通行便捷、節(jié)約資源、保護(hù)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(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量公路隧道。

2 公路隧道綠色度評價(jià)

2.1 評價(jià)體系框架構(gòu)建

在全過程、全方位評價(jià)的要求下，構(gòu)建“五橫三縱”的綠色隧道評價(jià)體系框架，如圖1所示。

圖1 綠色隧道“五橫三縱”評價(jià)體系框架

2.1.1 “五橫”內(nèi)涵解讀

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

2)行車安全舒適： 包括熱濕環(huán)境、通風(fēng)與防排煙、光環(huán)境、聲環(huán)境、給排水與消防、電力等內(nèi)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(jī)械故障率、結(jié)構(gòu)安全性、電控箱運(yùn)行、汽車故障率；通風(fēng)用于稀釋隧道內(nèi)有毒有害物質(zhì)、改善隧道內(nèi)的高溫高濕環(huán)境； 光環(huán)境對駕駛?cè)藛T的視覺、心理等因素產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響隧道事故發(fā)生率； 聲環(huán)境嚴(yán)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(jié)構(gòu)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(jī)電系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)一致，以保證隧道安全運(yùn)行并有效應(yīng)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(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)狀況，救援及時(shí)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(nèi)可靠的交通工程設(shè)計(jì)，能充分發(fā)揮高質(zhì)量、高效率交通運(yùn)輸?shù)淖饔茫瑸槿藗兲峁┌踩旖莸某鲂斜Ｕ希⒋龠M(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。綠色隧道對智慧交通技術(shù)、監(jiān)控管理平臺等應(yīng)用提出更高要求，以提高司乘人員通行及運(yùn)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(kuò)張浪費(fèi)。節(jié)約能源，是指提高用能設(shè)備或工藝的能量利用效率，通過積極采用節(jié)能技術(shù)，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(xué)、合理、有計(jì)劃、有重點(diǎn)地用水，提高水資源的利用率，避免浪費(fèi)。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(hù)： 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(yùn)營過程產(chǎn)生的粉塵、機(jī)械和汽車尾氣等廢氣進(jìn)行治理。噪聲污染防治對象包括隧道洞口的噪聲、行駛時(shí)的交通噪聲、附屬設(shè)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(chǎn)生的污廢水等，防止其對隧道周圍水環(huán)境產(chǎn)生不可逆的影響。生態(tài)環(huán)保是指減少隧道施工和運(yùn)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(nèi)容

對上述5個方面的評價(jià)可在全過程周期內(nèi)的各階段進(jìn)行評價(jià)，每階段核心評價(jià)內(nèi)容如下。

1)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對隧道的主體結(jié)構(gòu)、路面、防排水等土建工程與通風(fēng)、照明、交通監(jiān)控、供配電、消防等運(yùn)營設(shè)施進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，同時(shí)要考慮項(xiàng)目將在施工、運(yùn)營過程中對環(huán)境帶來的破壞，采取科學(xué)設(shè)計(jì)[7]。設(shè)計(jì)應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定，并貫徹國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，積極穩(wěn)妥地采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備和新工藝。設(shè)計(jì)階段作為綠色隧道建設(shè)的策劃環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)樹立了明確導(dǎo)向。

2)施工階段，按照設(shè)計(jì)方案對隧道開展規(guī)劃、勘察、測量、施工、竣工等各項(xiàng)技術(shù)工作，完成工程實(shí)體及其附屬設(shè)施安裝[8]。此外，施工應(yīng)在保證質(zhì)量與安全的前提下最大限度地節(jié)約資源，強(qiáng)化節(jié)能減排和污染防治，并關(guān)注施工人員安全與健康，加強(qiáng)施工組織管理，優(yōu)化施工方法，全力推進(jìn)綠色隧道建設(shè)。施工階段作為綠色隧道建設(shè)的落實(shí)環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)提供了強(qiáng)勁動力。

3)運(yùn)營階段，應(yīng)依據(jù)隧道運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)、養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范等要求，對隧道土建結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施進(jìn)行監(jiān)管維護(hù)，對機(jī)電設(shè)施配置與能耗功效進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)考慮對隧道內(nèi)外環(huán)境保護(hù)與綜合治理[9]。運(yùn)營要兼顧系統(tǒng)性的技術(shù)提升與管理優(yōu)化，促進(jìn)人、車、隧道、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。運(yùn)營階段作為綠色隧道建設(shè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，建立綠色隧道標(biāo)準(zhǔn)框架，從5大屬性維度出發(fā)，確定各屬性維度在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營階段的評估重點(diǎn)。同時(shí)，開展行業(yè)內(nèi)意見征集及專家咨詢，構(gòu)建綠色隧道“五橫三縱”的評價(jià)體系框架。

在充分梳理公路隧道工程5大屬性維度的基礎(chǔ)上，基于國家對綠色公路的實(shí)施要求，結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)研究成果，確立覆蓋綠色隧道全方位、全過程周期的評價(jià)指標(biāo)，形成綠色隧道指標(biāo)體系。

在評價(jià)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(jià)過程全面且緊密。本研究將5大屬性定為準(zhǔn)則層，每個準(zhǔn)則層下進(jìn)一步細(xì)分為一級指標(biāo)層(即每個屬性所包含的主要內(nèi)容)，而二級指標(biāo)層為一級指標(biāo)內(nèi)容自身的全過程評價(jià)(即設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營3個階段)。以結(jié)構(gòu)安全耐久性為例，其指標(biāo)體系如表1所示。

表1 綠色隧道結(jié)構(gòu)安全耐久性指標(biāo)體系

2.2 評價(jià)指標(biāo)體系建立

根據(jù)“五橫三縱”評價(jià)體系框架，緊扣5大方面，查閱并梳理隧道全過程建設(shè)、運(yùn)營現(xiàn)有技術(shù)及提升隧道整體綠色程度的相關(guān)研究資料，遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、可操作性和目標(biāo)導(dǎo)向性原則，遴選各屬性維度的評價(jià)指標(biāo)，確保所選指標(biāo)能充分體現(xiàn)綠色隧道的本質(zhì)內(nèi)涵以及全過程、全方位評價(jià)特征。

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

根據(jù)專家意見，對指標(biāo)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)修改，再進(jìn)行重要程度打分，直至專家意見基本達(dá)成一致。最終，綠色隧道評價(jià)體系及指標(biāo)為： 目標(biāo)層為綠色隧道評價(jià)A，準(zhǔn)則層B包含結(jié)構(gòu)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(hù)B5； 一級指標(biāo)層包括安全性C1、耐久性C2等18個指標(biāo)；二級指標(biāo)層包括64個控制項(xiàng)指標(biāo)和73個評分項(xiàng)指標(biāo)，由于控制項(xiàng)是必須達(dá)到的要求，不涉及指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，故只針對評分項(xiàng)編號D1—D73，便于后文權(quán)重計(jì)算。

層次分析法源于美國運(yùn)籌學(xué)家Saaty于20世紀(jì)70年代提出的多目標(biāo)定性定量結(jié)合的綜合評價(jià)方法，借助這種方法可以將專家的經(jīng)驗(yàn)判斷定量化，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化[10]。本研究結(jié)合專家對各級評價(jià)指標(biāo)相對重要程度打分結(jié)果，采用層次分析法確定各級指標(biāo)權(quán)重值。

2.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

利用yaahp軟件構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。層次結(jié)構(gòu)分為目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B、一級指標(biāo)層C、二級指標(biāo)層D。

圖2 綠色隧道評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型

2.2.2 構(gòu)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(biāo)度表中的重要性級別確定，如表2所示。

表2 雙因素比例標(biāo)度

2.2.3 權(quán)重計(jì)算及其一致性檢驗(yàn)

通過對判斷矩陣進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，得到最大特征值λmax，并對結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，見式(1)—(4)。

1)因素權(quán)重計(jì)算，

(1)

式中：Wi為歸一化后某個因素的權(quán)重；i、j為因素；n為因素?cái)?shù)目。

2)計(jì)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(quán)重向量。

3)計(jì)算一致性比率CR。通過計(jì)算一致性指標(biāo)CI，得到一致性比率CR。

(3)

(4)

式中RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，可參照表3選取。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

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

表4 綠色隧道評價(jià)準(zhǔn)則層權(quán)重

2.2.4 綠色隧道評價(jià)指標(biāo)體系

按照此方法計(jì)算一級指標(biāo)及二級指標(biāo)評分項(xiàng)的相應(yīng)權(quán)重。其中，二級指標(biāo)評分項(xiàng)的最高分值依據(jù)權(quán)重值和設(shè)定百分制評分標(biāo)準(zhǔn)確定，二級指標(biāo)控制項(xiàng)結(jié)論為是否符合或通過。此外，評價(jià)指標(biāo)體系單獨(dú)設(shè)置加分項(xiàng)，作為鼓勵隧道采用綠色技術(shù)措施的自選指標(biāo)，具備創(chuàng)新性強(qiáng)、難度大、綠色度高的特點(diǎn)。若申報(bào)單位憑借相關(guān)創(chuàng)新設(shè)計(jì)資料向評審方提出加分需求，經(jīng)認(rèn)證通過后，方可獲得加分項(xiàng)的設(shè)置資格，加分項(xiàng)具備一項(xiàng)加2分，上限為20分。最終建立的綠色隧道評價(jià)指標(biāo)體系如表5所示。

表5 綠色隧道評價(jià)指標(biāo)體系

表5(續(xù))

表5(續(xù))

2.3 綠色度評價(jià)等級確定

隧道綠色評價(jià)是一個多層次、多維度的指標(biāo)體系評價(jià)，在實(shí)際評價(jià)中，可通過總評分確定綠色等級。

(5)

式中：Q為評價(jià)得分；n為指標(biāo)數(shù)目；Wi(i=1， 2， …， 18)為一級指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)表5中權(quán)重值選取；Vi(i=1，2，…，18)為一級指標(biāo)總評分，由二級指標(biāo)評分值累計(jì)得出；Jz為加分項(xiàng)指標(biāo)總分值，由項(xiàng)目出具的加分項(xiàng)指標(biāo)評分表得出。

綠色隧道應(yīng)滿足全部的控制項(xiàng)要求，并依據(jù)評分項(xiàng)與加分項(xiàng)的總得分情況對項(xiàng)目的綠色評價(jià)等級進(jìn)行合理劃分，擬將評價(jià)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(jià)體系等級劃分

星級等級應(yīng)按下列規(guī)定確定： 1)當(dāng)滿足全部控制項(xiàng)要求時(shí)，綠色隧道等級應(yīng)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(yīng)滿足本評價(jià)體系全部控制項(xiàng)的要求，且每類指標(biāo)的評價(jià)分值不應(yīng)小于其評價(jià)項(xiàng)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(yīng)進(jìn)行全裝修，全裝修工程質(zhì)量、選用材料及產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定； 4)當(dāng)評價(jià)滿足全部控制項(xiàng)，且符合全部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、技術(shù)要求時(shí)，綠色隧道等級按判定標(biāo)準(zhǔn)分別為一星級、二星級、三星級。在隧道項(xiàng)目完成評價(jià)后，可以為達(dá)到相應(yīng)星級的項(xiàng)目頒發(fā)“綠色隧道”的標(biāo)識。

3 結(jié)論與建議

在國家交通強(qiáng)國戰(zhàn)略、碳中和與碳達(dá)峰等政策背景下，本文將“以人為本”作為核心要求，同時(shí)結(jié)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(jù)專家調(diào)研結(jié)果采用層次分析的權(quán)重計(jì)算方法，初步構(gòu)建了全過程、全方位“五橫三縱”綠色隧道評價(jià)體系；同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)采用星級打分制評價(jià)隧道綠色度，有利于擴(kuò)大綠色隧道覆蓋面，促進(jìn)隧道行業(yè)實(shí)現(xiàn)“普遍綠”。

公路隧道具有復(fù)雜性，如何科學(xué)地選取能表征綠色內(nèi)涵同時(shí)兼具時(shí)代特征的評價(jià)方面及指標(biāo)有一定難度。隨著隧道建設(shè)、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)等技術(shù)的快速發(fā)展，該評價(jià)體系涉及的內(nèi)容及權(quán)重也必將會不斷更新。綠色隧道評價(jià)作為行業(yè)內(nèi)的一種激勵機(jī)制，其建設(shè)與推廣需要國家政策的支持。通過實(shí)行政策鼓勵措施，可以提高從業(yè)者參與綠色隧道建設(shè)的積極性，有助于不斷完善綠色評估體系。