高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放研究

中圖分類(lèi)號(hào)：[U2-9]；X32 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

本文引用格式：，等.高速鐵路CRTSI型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2025，42（2）：66-75.

Carbon Emission Calculation for High-Speed Rail CRTSII TypeSlabBallastlessTrack

Yang Shusheng12，Zhu Caiyiyi'，Deng Ting'，Wang Chendong2，He Qing1，Wang Ping' （1.School of Civil Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610o31， China; 2.Jinan-Qingdao High Speed RailwayCo.，Ltd.， Jinan250102， China）

Abstract： Inrecent years，ballastlesstrack systems in high-speed railways have developed rapidly，but studies on carbon emission characteristics and precise calculation methods during the construction phase remain limited. This paper conducts a comprehensive quantitative analysis of carbon emisions during the construction phase of CRTS I^| slab ballastless track in high-speed railways.The PROMETHEE-IlI method is used to rank carbon emission factors，and a ballastlesstrack construction carbon emission database is built using MySQL.The proposed models quantify the per-kilometer carbon emissions of embankment，bridge，and tunnel sections. Concrete accounts for 41.06%～43.52% ，steel accounts for 52.90%～54.53% ，with materials contributing up to 96.00% of total emissions.Results show that embankment sections produce significantly higher carbon emisions than bridge and tunel sections. Concrete and steel are the dominant emission sources.Sensitivity analysis reveals that steel emission factors have the strongest impact on total emissions， followed by concrete.

Key words： high-speed railway; CRTS II type slabballastless track; construction phase carbon emissions; database; carbon emission calculation

Citationformat：YANG SS，ZHUCYY，DENGT，etal.Carbon emissioncalculation forhigh-speedrail CRTS III type slab ballstless track[J].Journal ofEast China Jiaotong University，2025，42（2）： 66-75.

全球變暖已成為21世紀(jì)人類(lèi)面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一，控制溫室氣體排放成為國(guó)際共識(shí)。在此背景下，準(zhǔn)確、客觀的碳排數(shù)據(jù)是制定減排路徑的基礎(chǔ)。交通運(yùn)輸業(yè)是溫室氣體排放的主要來(lái)源之一[2]，而高速鐵路的節(jié)能減排作用尤為突出[3]。無(wú)砟軌道是高速鐵路的重要組成部分，對(duì)無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放數(shù)據(jù)的研究和計(jì)算有助于了解無(wú)砟軌道建設(shè)期的碳排放水平。CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道技術(shù)作為我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，具有耐久性高，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛且具有代表性[4]。

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)高速鐵路碳排放研究較多的是其全生命周期碳排放與能耗計(jì)算以及對(duì)運(yùn)維階段用電情況研究。陳進(jìn)杰等根據(jù)全生命周期理論，建立了高速鐵路全生命周期碳排放數(shù)學(xué)模型，考慮碳排放因子時(shí)空動(dòng)態(tài)變化對(duì)碳排放總量的影響并進(jìn)行敏感性分析。郭鑫楠通過(guò)將鐵路建設(shè)項(xiàng)目分為多個(gè)子項(xiàng)目的方法，計(jì)算得到整條鐵路建設(shè)項(xiàng)目的二氧化碳總排放量。薛靜確定城際鐵路全生命周期的計(jì)算邊界，設(shè)計(jì)了城際鐵路全生命周期MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)京津冀城際鐵路進(jìn)行能耗與碳排放預(yù)測(cè)。Chang等對(duì)舊金山至阿納海姆高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的生命周期溫室氣體清單進(jìn)行了估算，結(jié)果表明其中材料生產(chǎn)占排放量的 80% ，建筑材料運(yùn)輸占 16% 。Kaewunruen等運(yùn)用全生命周期理論分析并核算了我國(guó)京滬高鐵西渴馬一號(hào)隧道建造和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的 CO₂ 排放和能源消耗。馬曉元應(yīng)用SQL對(duì)高速鐵路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，建立了高速鐵路全生命周期能耗及碳排放分析系統(tǒng)。許證明施工階段是全生命周期中資源消耗量和氣體排放量最大的一環(huán)。

當(dāng)前研究多聚焦于高速鐵路全生命周期的碳排放研究，對(duì)高速鐵路建設(shè)期碳排放的研究尚顯不足。相較于運(yùn)營(yíng)期，建設(shè)期顯著表現(xiàn)為能源與資源的大量消耗，因此本文聚焦于探討高速鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期所產(chǎn)生的碳排放問(wèn)題。針對(duì)建設(shè)期的建材生產(chǎn)、建材運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)施工等3個(gè)關(guān)鍵階段，建立相應(yīng)的碳排放計(jì)算模型；構(gòu)建高速鐵路CRTSⅢ無(wú)砟軌道建設(shè)期數(shù)據(jù)庫(kù)以及建設(shè)期碳排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)：應(yīng)用所建模型對(duì)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期的單公里路段進(jìn)行精確的碳排放計(jì)算與深人分析。

碳排放計(jì)算方法

1.1計(jì)算方法介紹

鑒于不同場(chǎng)景下的計(jì)算需求差異，有3種常見(jiàn)的碳排放計(jì)算方法。碳排放實(shí)測(cè)法[3結(jié)果可靠，但是需要較高的成本，數(shù)據(jù)獲取難度大；物料平衡法[14]計(jì)算結(jié)果較為精確，但是適用性差；碳排放因子法是使用碳排放因子進(jìn)行碳核算，其計(jì)算方法相對(duì)固定，因此容易形成計(jì)算規(guī)范，有助于比較和評(píng)估不同項(xiàng)目或活動(dòng)的碳排放水平。因此，本文采用碳排放因子法作為CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放測(cè)算的方法。

1.2計(jì)算邊界確定

在計(jì)算CRTSII型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放時(shí)，需明確3個(gè)核心邊界：碳排放因子邊界，生命周期階段劃分及系統(tǒng)運(yùn)作邊界。

首先，IPCC明確指出，特定能源在燃燒或使用過(guò)程中每單位能源量所釋放的溫室氣體量是一個(gè)恒定的數(shù)值，這一數(shù)值轉(zhuǎn)換為二氧化碳的當(dāng)量即為該能源的碳排放因子。本文選擇碳排放因子的范圍為“從搖籃到大門(mén)”。其次，對(duì)于高速鐵路全生命周期階段，主要?jiǎng)澐譃榻ㄔO(shè)階段、運(yùn)維階段和報(bào)廢回收階段，其中本文選取建設(shè)階段，并將其分為材料準(zhǔn)備階段，材料運(yùn)輸階段和施工階段進(jìn)行研究。

最后，對(duì)于高速鐵路系統(tǒng)的分類(lèi)，主要分為軌道工程系統(tǒng)，路橋隧工程和電氣化系統(tǒng)，軌道工程系統(tǒng)和線(xiàn)路相關(guān)工程等。綜上，本文碳排放研究主要針對(duì)軌道工程系統(tǒng)中無(wú)砟軌道部分，研究的碳排放計(jì)算邊界之內(nèi)包含高鐵橋梁段、隧道段、路基段的CRTSI無(wú)砟軌道部分基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所需材料的生產(chǎn)，材料運(yùn)輸和施工建設(shè)3個(gè)階段，碳排放邊界示意圖如圖1所示。

1.3 碳排放因子處理

現(xiàn)有文獻(xiàn)中，各種材料的碳排放因子取值呈現(xiàn)出較大的差異性，這對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估碳排放量構(gòu)成了挑戰(zhàn)。以鋼材為例，圖2直觀展示了采用碳排放因子的不同取值時(shí)各類(lèi)鋼材和混凝土在總碳排放量中的占比，體現(xiàn)碳排放因子取值對(duì)碳排放總量的顯著影響。由此可見(jiàn)，為確保碳排放計(jì)算結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，選擇一個(gè)數(shù)據(jù)質(zhì)量高、具有代表性的鋼材碳排放因子至關(guān)重要。

解決碳排放因子數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊問(wèn)題的關(guān)鍵在于通過(guò)有效方法對(duì)備選方案進(jìn)行排序。常用的排序方法包括TOPSIS、EDAS、VIKOR以及偏好順序結(jié)構(gòu)評(píng)估法（preference rankingorganizationmethodforenrichmentevaluations，PROMETHEE），這些方法能夠輔助研究者系統(tǒng)地評(píng)估并排列不同方案。其中，PROMETHEE評(píng)價(jià)法為決策中的方案排序提供了一個(gè)獨(dú)特而有效的工具。

鑒于本文中方案性能評(píng)估中可能存在的不確定性，為了有效選擇可靠的碳排放因子，本文引入PROMETHEE-I評(píng)價(jià)法，對(duì)碳排放因子方案進(jìn)行排序，并選出最優(yōu)結(jié)果。

1）偏好函數(shù)。假設(shè)評(píng)價(jià)方案集合為： A= ，方案的屬性值為 k₁，k₂，…，k_j 。為了確定PROMETHE-II中偏好函數(shù)的值，首先得到了下述的備選方案之間的差異。

式中： P 為偏好函數(shù)， P_j（A_i，A_i^′） 為方案 A_i 相對(duì)于方案 A_i^′ 在屬性值 k_j 上的偏好函數(shù)。為了更好地觀察無(wú)差異區(qū)域，本文將采用Hsu-Shih等偏好差異函數(shù)[15-1]。該函數(shù)以 α=β=0.880，λ=2.250 為原值，通過(guò)參考點(diǎn)的值函數(shù)為不對(duì)稱(chēng)的s形，損失的幅度是增益的2.25倍。Abdellaoui等[建議 α=0.725 β=0.717 和 λ=2.040 。為了模擬原甲基偏好差異函數(shù)中的不對(duì)稱(chēng)效應(yīng)，本文采用公式如下

式中： α=0.725 ， β=0.717 和 λ=2.040 ，偏好指數(shù)p=0.300 ，差異指數(shù) q=0.100 。

2）總體偏好指數(shù)。

式中： φ_j 為評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。

3）計(jì)算凈流量 ?（x） 。

式中： φ⁺（A_i） 和 φ^-（A_i） 分別為正流量、負(fù)流量；

為凈流量。

4）備選方案的區(qū)間計(jì)算。

式中： 是備選方案的凈流量均值； σ_Ai 是備選方案凈流量的標(biāo)準(zhǔn)差；y為系數(shù)，根據(jù)方案應(yīng)用取值，本文采用 。γ的值越大，其范圍就會(huì)越寬。在對(duì)方案進(jìn)行排序時(shí)，通常是按照偏好函數(shù)值的大小來(lái)進(jìn)行排序，值越大表示方案越受偏好。

本文利用PROMETHE-II對(duì)收集的鋼材碳排放因子方案進(jìn)行處理，將每個(gè)候選方案的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換為偏好函數(shù)值，并通過(guò)對(duì)偏好函數(shù)值的比較來(lái)確定它們的相對(duì)優(yōu)劣關(guān)系。對(duì)碳排放因子方案設(shè)置6種不同的性能指標(biāo)如表1所示。決策組對(duì)這6個(gè)指標(biāo)的權(quán)重分配是0.15，0.15，0.20，0.15，0.20，0.15。

通過(guò)PROMETHEE-II評(píng)價(jià)法，計(jì)算得到了每個(gè)備選方案對(duì)應(yīng)的偏好函數(shù)值區(qū)間，如圖3所示。這些數(shù)值直觀地反映了每個(gè)方案相對(duì)于其他方案的優(yōu)勢(shì)或劣勢(shì)程度。排序的依據(jù)主要是偏好函數(shù)值的大小，數(shù)值越大，表明該方案越受偏好。綜合評(píng)估的結(jié)果和圖3所展示的方案區(qū)間信息，本文最終選擇了第7個(gè)方案G作為鋼材碳排放因子的最優(yōu)方案。以下是各方案的最終排名順序： Ggt;Egt;Cgt;Dgt;Agt; Fgt;Hgt;B 。

1.4碳排放計(jì)算模型

在確定了高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道碳排放計(jì)算邊界的前提下，碳排放計(jì)算模型可以分為橋梁、路基和隧道3種路段之和。建設(shè)期碳排放階段可分為材料生產(chǎn)階段，材料運(yùn)輸階段和施工階段3階段，其中材料運(yùn)輸和施工階段合并為設(shè)備碳排放。

式中： C 為高速鐵路CRTSI型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放； C_?i 為橋梁段碳排放； C_si 為路基段碳排放； C_u 為隧道段碳排放； n 取3； i=1 為該段建材生產(chǎn)碳排放； i=2 為該段運(yùn)輸設(shè)備碳排放； i=3 為該段施工設(shè)備碳排放。

1）材料碳排放。高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工采用的材料種類(lèi)繁多，考慮量小的材料部分不易計(jì)算且不影響總體計(jì)算，本文只將典型且需求大的材料的消耗量計(jì)入碳排放量。建材生產(chǎn)階段碳排放主要是指材料從搖籃到大門(mén)階段所產(chǎn)生的碳排放

式中： C₁ 為建材生產(chǎn)階段碳排放； λ_ij 為建材在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中的損耗率， % q_ij 為高速鐵路無(wú)砟軌道第 j 個(gè)施工工序中所使用的第 i 種建材的需求量； f_ij 為建材對(duì)應(yīng)的碳排放因子； n 為建材品種數(shù)量； ?_m 為施工工序數(shù)量

2）設(shè)備碳排放。高速鐵路施工建設(shè)階段的碳排放包括兩部分：一是運(yùn)輸設(shè)備將材料從生產(chǎn)地運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的碳排放；二是施工過(guò)程中施工設(shè)備作業(yè)所產(chǎn)生的碳排放。針對(duì)第一部分，本文僅討論公路運(yùn)輸方式產(chǎn)生的碳排放。本文根據(jù)CRTSIII型板式無(wú)砟軌道建設(shè)項(xiàng)目施工日志內(nèi)容可統(tǒng)計(jì)出施工過(guò)程施工設(shè)備臺(tái)班數(shù)，結(jié)合施工設(shè)備臺(tái)班碳排放因子可計(jì)算出施工建設(shè)階段產(chǎn)生的碳排放量，計(jì)算公式如下

C₂=Σ_h=1^dΣ_i=1ⁿ（1+α_i）p_hiS_hi

C₃=Σ_h=1^dΣ_i=1ⁿp_hiS_hit_hi

式中： C₂ 為運(yùn)輸設(shè)備碳排放； C₃ 為施工設(shè)備碳排放；a_i 為運(yùn)輸設(shè)備空載率， % ： p_hi 為施工第 h 天第 i 種施工設(shè)備額定功率下的臺(tái)班碳排放因子， 臺(tái)班； S_hi 為施工第 h 天第 i 種設(shè)備的數(shù)量，臺(tái)； t_hi 為第h 天第 i 種設(shè)備當(dāng)天施工時(shí)長(zhǎng)； d 是施工天數(shù)； n 為設(shè)備種類(lèi)數(shù)量。

2基于實(shí)例的數(shù)據(jù)庫(kù)建立與計(jì)算分析

2.1 工程概況

本文基于某地高速鐵路建設(shè)期施工藍(lán)圖資料建立CRTSⅢI型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期數(shù)據(jù)庫(kù)。該線(xiàn)路路基總長(zhǎng) 70.27km ，占線(xiàn)路總長(zhǎng) 29.6% ;梁式橋長(zhǎng)度為 158.59km/88 座，占新建正線(xiàn)線(xiàn)路長(zhǎng)度237.33km 的 66.8% ；雙線(xiàn)隧道 8.47km/8 座，最長(zhǎng)隧道長(zhǎng)度 。無(wú)砟軌道范圍一般地段采用CRTSI型板式無(wú)砟軌道。

2.2主要工程數(shù)量

為了使CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期間的施工流程和數(shù)據(jù)更加清晰且易于管理，并更好地計(jì)算和分析其碳排放情況，本文以我國(guó)東部某高速鐵路施工藍(lán)圖為基礎(chǔ)，建立了CRTSI型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期的碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)。進(jìn)一步完善了CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道在橋梁段，路基段和隧道段每公里施工的詳細(xì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涵蓋施工工序，相應(yīng)的施工材料種類(lèi)和數(shù)量，并在橋梁段和路基段區(qū)分了直線(xiàn)段與曲線(xiàn)段。

CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)包括鋼軌，彈性扣件，預(yù)制軌道板，自密實(shí)混凝土層，隔離層和具有限位結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土底座等部分，橋隧路基無(wú)砟軌道部分的區(qū)別具體如下。

1）橋梁段。CRTSⅢI型無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)高度為738mm ，曲線(xiàn)段的混凝土用量比直線(xiàn)段增加41.91% ，鋼筋用量增加 22.90% 。標(biāo)準(zhǔn)軌道板有P5600，P4925和P4856三種，底座寬度為 2900mm ，厚度為 200mm ，混凝土等級(jí)為C40。底座板施工：直線(xiàn)段混凝土用量為 551.02m³ ，鋼筋用量為 10.13t ；曲線(xiàn)段混凝土用量為 781.96m³ ，鋼筋用量為 12.45t 聚乙烯泡沫塑料板用量分別為 106.42m² （直線(xiàn)段）和 153.25m² （曲線(xiàn)段）。梁面預(yù)埋件與拉毛：梁面拉毛面積為 2700m² ，預(yù)埋鋼筋用量為 5.82t 。隔離層鋪設(shè)：土工布用量為 2611.93m² ，A3型彈性墊板和A4型彈性墊板各為734塊，泡沫板用量為 60.48m² 。自密實(shí)混凝土層澆筑：自密實(shí)混凝土用量為 249.62m³ ，灌漿孔混凝土用量為 1.96m³ ，鋼筋焊網(wǎng)用量為27.66t，鋼筋用量為 7.72t 軌道板粗精調(diào)、鋼軌、扣件安裝：鋼軌用量為 1km ，扣件用量為3180套，P5600軌道板用量為122塊，P4925軌道板用量為61塊。

2）路基段：CRTSI型無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)高度為838mm ，曲線(xiàn)段混凝土用量比直線(xiàn)段增加 27.81% ，鋼筋用量增加 19.16% 。采用P5600軌道板，底座寬度為 3100mm ，厚度為 300mm ，混凝土等級(jí)為C35。底座板施工：直線(xiàn)段混凝土用量為 891.60m³ ，鋼筋用量為 12.07t ；曲線(xiàn)段混凝土用量為 1139.60m³ ，鋼筋用量為 14.38t 。聚乙烯泡沫塑料板用量分別為65.61m² （直線(xiàn)段）和 83.10m² （曲線(xiàn)段）。隔離層鋪設(shè)：土工布用量為 ，A1型彈性墊板和A2型彈性墊板各為705塊。自密實(shí)混凝土層澆筑：自密實(shí)混凝土用量為 261.97m³ ，灌漿孔混凝土用量為1.89m³ ，鋼筋焊網(wǎng)用量為27.75t，鋼筋用量為 7.86t_o 軌道板粗精調(diào)、鋼軌、扣件安裝：鋼軌用量為 1km ，扣件用量為3175套，P5600軌道板用量為176塊。

3）隧道段：CRTSI型無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)高度為738mm ，混凝土等級(jí)為C60；底座寬度為 2900mm 厚度為 200mm ，混凝土等級(jí)為C35。底座板施工：混凝王用量為 764.45m³ ，鋼筋用量為 10.53t ，聚乙烯泡沫塑料板用量為 46.16m² 。隔離層鋪設(shè)：土工布用量為 ，A3型彈性墊板和A4型彈性墊板各為708塊，泡沫板用量為 58.30m² 。自密實(shí)混凝土層澆筑：自密實(shí)混凝土用量為 251.72m³ ，灌漿孔混凝土用量為 1.89m³ ，鋼筋焊網(wǎng)用量為29.63t，鋼筋用量為 7.50t 。軌道板粗精調(diào)、鋼軌、扣件安裝：鋼軌用量為 1km ，扣件用量為3175套，P5600軌道板用量為172塊，P4925軌道板用量為5塊。

2.3 碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)

高速鐵路CRTSII型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放計(jì)算涉及的裝備、建材種類(lèi)繁多，碳排放環(huán)節(jié)復(fù)雜，需要巨大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，因此建立一套完善的建材基礎(chǔ)碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)十分必要。在本研究中，針對(duì)高速鐵路CRTSII型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期的碳排放特征，構(gòu)建了基于MySQL的碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)能夠系統(tǒng)性地存儲(chǔ)和管理材料生產(chǎn)、材料運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工等多個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放數(shù)據(jù)，通過(guò)制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與格式，確保了不同階段數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。此外，數(shù)據(jù)庫(kù)的集中化管理有助于數(shù)據(jù)的高效整合與清洗，提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量，從而為定量分析碳排放提供了可靠的基礎(chǔ)。

2.3.1 材料碳排放因子

通過(guò)質(zhì)量指標(biāo)評(píng)估法對(duì)其他碳排放因子進(jìn)行可靠度評(píng)估，得出本文采用的高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期建材碳排放因子（忽略碳排放貢獻(xiàn)占比少于 0.10% 的材料），如表2所示。

表2高速鐵路CRTSII型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期部分建材碳排放因子

2.3.2 設(shè)備碳排放因子

本文設(shè)備碳排放因子采用了計(jì)算得到的單位臺(tái)班的施工設(shè)備對(duì)各類(lèi)能源消耗量與對(duì)應(yīng)能源的碳排放因子乘積之和。由于施工設(shè)備具有重復(fù)使用的性質(zhì)，設(shè)備在參與了某條鐵路與無(wú)砟軌道的施工之后還能投入其他使用，因此在本文的臺(tái)班碳排放因子計(jì)算時(shí)不考慮設(shè)備本體建造所產(chǎn)生的碳排放，只考慮設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中消耗的燃料所產(chǎn)生的碳排放。

利用上文所計(jì)算的汽油、柴油以及電力等主要能源的碳排放因子，先計(jì)算出每種機(jī)械臺(tái)班消耗能源數(shù)量，再與能源對(duì)應(yīng)碳排放因子相乘得到臺(tái)班碳排放因子。施工設(shè)備臺(tái)班碳排放因子如表3所示。

2.3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

根據(jù)依托工程項(xiàng)自信息以及搜集文獻(xiàn)信息，采用基于MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的高速鐵路CRTSII型無(wú)砟軌道施工數(shù)據(jù)管理方案并創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)。本數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表主要有碳排放因子、施工項(xiàng)目、路段種類(lèi)、工程項(xiàng)目信息、施工項(xiàng)目流程、施工材料參數(shù)、施工設(shè)備參數(shù)、碳排放因子和用戶(hù)信息等。

建設(shè)期碳排放項(xiàng)目表有5張表，分別對(duì)應(yīng)5種路段：橋梁直線(xiàn)段，橋梁曲線(xiàn)段，路基直線(xiàn)段，路基曲線(xiàn)段以及隧道段。表內(nèi)數(shù)據(jù)由3組數(shù)據(jù)構(gòu)成。

① 施工材料碳排放表內(nèi)包括：施工材料種類(lèi)，型號(hào)，數(shù)量，對(duì)應(yīng)的碳排放因子。 ② 運(yùn)輸設(shè)備碳排放表內(nèi)包括：施工單元信息以及對(duì)應(yīng)所需運(yùn)輸施工設(shè)備類(lèi)別，名稱(chēng)，型號(hào)，驅(qū)動(dòng)方式，功率，臺(tái)班碳排放等。 ③ 施工設(shè)備碳排放表內(nèi)包括：施工組織信息，例如建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位信息等；施工單元信息，例如拌合站、鋼筋加工場(chǎng)、軌道板存放站等施工條件、施工步驟順序、施工進(jìn)度要求、施工工藝方法等信息；施工數(shù)據(jù)：例如起始里程、終止里程、施工時(shí)間、施工方法、單次施工前進(jìn)米數(shù)、對(duì)應(yīng)耗材數(shù)量、對(duì)應(yīng)設(shè)備數(shù)量、對(duì)應(yīng)工人工種和數(shù)量等。

為提升數(shù)據(jù)查詢(xún)和調(diào)用效率，本文引入唯一標(biāo)識(shí)碼作為每個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)目的索引ID。路段ID用于標(biāo)記5種施工路段；對(duì)施工項(xiàng)目表中存儲(chǔ)的無(wú)砟軌道施工單元引入標(biāo)識(shí)碼單元ID，并附上其所屬的路段ID；施工材料、設(shè)備碳排放因子表引入標(biāo)識(shí)碼碳排放ID，并標(biāo)注對(duì)應(yīng)施工單元ID，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)表的關(guān)聯(lián)查找和數(shù)據(jù)串聯(lián)索引。該數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.4 碳排放計(jì)算

根據(jù)本文所建立的CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放計(jì)算模型，結(jié)合對(duì)應(yīng)碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)，橋梁段和路基段按直線(xiàn)段計(jì)算，計(jì)算出單公里的路基段、橋梁段和隧道段的CRTSI型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放量，單公里CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放明細(xì)如表4所示。

分析可得，在路基、橋梁和隧道3種路段中，路基段的碳排放量最高，其次為隧道段，橋梁段最低。該結(jié)果主要?dú)w因于路基段底座板的橫截面尺寸為 3.1×0.3m²"，而橋梁和隧道段底座板尺寸為2.9×0.2m²"，導(dǎo)致路基段混凝土和鋼筋的使用量更大，從而顯著增加了碳排放。具體數(shù)據(jù)顯示，橋梁段CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道曲線(xiàn)段的底座板混凝土用量較直線(xiàn)段增加了 41.91% ，鋼筋用量增加了22.90% ；路基段曲線(xiàn)段的底座板混凝土用量較直線(xiàn)段增加了 27.81% ，鋼筋用量則增加了 19.16% 。從建設(shè)期碳排放的整體構(gòu)成來(lái)看，混凝土碳排放量占總體碳排放量的 41.06%～43.52% ，鋼材碳排放量占比達(dá)到 52.90%～54.53% ，而材料運(yùn)輸碳排放占比僅為 1.53%～1.86% ，施工機(jī)械碳排放占比僅為 1.17%～ 2.27% 。這些數(shù)據(jù)突出表明，材料環(huán)節(jié)在高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放中占據(jù)主導(dǎo)地位，其碳排放比例高達(dá) 96.00% 。這意味著在材料領(lǐng)域存在巨大的節(jié)能減排潛力。為降低碳排放，未來(lái)研究可重點(diǎn)關(guān)注對(duì)更環(huán)保的混凝土、鋼材替代材料，如低碳混凝土和可再生鋼材，這有望顯著減少材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放。同時(shí)，加強(qiáng)建筑材料的回收與二次利用技術(shù)研究，通過(guò)減少新材料的消耗進(jìn)一步降低整體碳排放。

2.5 敏感性分析

高速鐵路CRTSI型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放計(jì)算模型中包括材料碳排放因子等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)基于已有數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析計(jì)算。但實(shí)際CRTSI型板式無(wú)砟軌道施工建設(shè)碳排放涉及眾多材料與設(shè)備，因此需要進(jìn)行敏感性分析，找出對(duì)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期總體碳排放量影響較大的敏感性因素，便于后期采取恰當(dāng)措施進(jìn)行分析控制。

本文敏感性分析主要針對(duì)碳排放計(jì)算模型中主要施工材料和燃料能源的碳排放因子進(jìn)行，考慮了碳排放占比大于 11.00% 的材料和柴油、汽油兩種燃料的碳排放因子上升或下降 10.00%，20.00% 對(duì)總碳排放量影響程度，計(jì)算分析結(jié)果如圖5、6所示。對(duì)采用不同碳排放因子計(jì)算所得的碳排放變化量和變化的占比進(jìn)行分析，模擬混凝土碳排放因子減少或增加 20.00% 時(shí)，高速鐵路CRTSⅢI型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放量將減少或增加2.4萬(wàn)t，變化幅度占比為 12.20% ；鋼材的碳排放因子減少或增加20.00% 時(shí)，碳排放量將減少或增加3.1萬(wàn)t，變化幅度占比為 11.02% 。相比之下，柴油，汽油和電力的碳排放因子減少 20.00% 時(shí)，只會(huì)引起碳排放總量0.18% 至 0.20% 之間的變化，表明CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放對(duì)柴油、汽油和電力的敏感性較低。因此可以得出結(jié)論，鋼材和混凝土的碳排放因子對(duì)于高速鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道建設(shè)期碳排放的影響最為顯著。

3結(jié)論

1）建材生產(chǎn)階段是碳排放的主要來(lái)源，該階段的碳排放占比約為 96.00% ，因此，降低建材生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放對(duì)于實(shí)現(xiàn)整體碳減排具有至關(guān)重要的意義。2）運(yùn)輸和施工階段碳排放較低：建材運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工階段的碳排放占比分別為 1.53%～1.94% 和1.17%～2.28% ，相對(duì)較小，但仍有優(yōu)化空間。3）鋼材和混凝土碳排放占主導(dǎo)地位：鋼材的碳排放占比為 53.20%～55.28% ，混凝土為 41.62%～ 43.77% ，兩者在整體碳排放中的比例較高，且對(duì)碳排放的敏感性顯著。

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第一作者：楊書(shū)生（1976一），男，博士研究生，研究方向?yàn)殍F路無(wú)砟軌道施工組織。E-mail：63898497@qq.com。

通信作者：何慶（1982一），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殍F路大數(shù)據(jù)智能選線(xiàn)與交通運(yùn)輸規(guī)劃。E-mail：qhe@swjtu.edu.cn。

（責(zé)任編輯：熊玲玲）