基于LCA的公路建設碳排放核算及關鍵環節識別研究

文章編號：1674-6139（2025）08-0045-06

中圖分類號：X32文獻標志碼：B

Carbon Emission Accounting and Key Link Identification for Highway Construction based on LCA method

LiYuanyuan1，Lu Chunying2，Gao Shuohan2，WangXinjun2，Xu Shilei1 （1.Tianjin Highway Development Service Center，Tianjin 3OO170，China; 2.China Academy of Transportation Science，Beijing 1Oo029，China）

Abstract：Topromotethegreenandlow-carbondevelopmentofthehighwayindustry，thisarticleestablishesacarboneiion accountingmodelforhghwayonstructionbasedonthelifecyleassessmentmethod，andselectsatypicalhighwayprojectinNorth China to carry out carbon emission accounting.Research shows that the total carbon emissions of thisproject are 1.77×10⁶tCO₂e ， with the bridge and culvert project having the highest carbon emissions （9.36×10⁵tCO₂e ）and the highest carbon emission intensity （5.85×10⁴tCO₂e/km） .From the perspective of the project construction process，the material production stage is the main source of carbon emissions，accounting for 92.1% .Traceability analysis shows that there are significant differences in carbon emission key materials andmachineryamongdiferentunitprojectsandtargetedcontrolmeasuresshouldbeaken.Thisarticledeeplyanalyzstheeylinksof carbonemisionsintheprocessofhghayonstructionproposesectiveeergsavingndcarboneductionmeasuresndproides scientific basis and theoretical support for low-carbon highway construction.

Keywords：highayconstruction；carbonemissonaccounting；lifecycleassessment；carbonemissioncharacteristics；keylinks

前言

公路基礎設施作為現代交通體系的重要組成部分，其碳排放對全球氣候變化產生了深遠影響[1]隨著全球氣候變化加劇以及國際社會對減排目標的共同承諾，世界各國紛紛加強對公路基礎設施領域減碳技術的研究與應用。

目前，研究人員基于生命周期評價方法（LCA）對公路建設過程中的碳排放開展了全面評估[2]早期研究主要集中于路面工程[3]，隨后逐步擴展到整個公路基礎設施碳排放分析和評估[4]，并針對不同影響因素進行了敏感性分析[5]。但以往研究多針對公路單位工程，對碳排放重點材料和重點機械缺少有效識別。

文章基于生命周期評價方法，建立了公路工程建設碳排放核算模型，以華北地區某高速公路項目為例，核算了公路建設期碳排放總量和碳排放強度，分析了不同階段碳排放占比情況，對碳排放重點材料和重點機械進行了溯源，為低碳公路建設工作提供了數據支撐和對策措施。

1 研究方法

1.1 核算邊界和范圍

根據生命周期評價理論的相關要求[2-4]，結合高速公路建設特點，將高速公路建設期定義為從公路工程施工開始后直至通車運營之前，主要分為材料生產、運輸和施工三個階段。每個階段碳排放核算邊界如圖1所示。其中，材料生產階段指從原材料提取、生產到加工完成整個材料物化過程；運輸階段為原材料從生產工廠運輸到工地現場的過程；施工階段指公路施工過程中施工機械作業、臨時場站生產加工和場內運輸等活動。

圖1公路建設期碳排放核算邊界

1.2 核算模型

根據上述邊界范圍劃分情況，在進行公路建設碳排放核算時，需分別計算材料生產階段（ ?E₁ ）、運輸階段（ ?E₂ ）和施工階段 （E₃） 的碳排放。

公路工程建設期的碳排放量 E 核算模型如式（1）所示：

E=E₁+E₂+E₃

1. 2. 1 材料生產階段

材料生產階段排放量通過分別統計各類原材料使用量，乘以原材料生產階段碳排放因子，然后對各種原材料碳排放進行求和得到，如式（2）所示：

其中， m 為筑路材料類型， m=1，2，3…n

Q_ij^m 為第 i 類單位工程第 j 類分部工程第 m 種材料的總消耗量；

f_m 為第 ?_m 種筑路材料生產階段碳排放因子。

1.2.2 運輸階段

運輸階段碳排放指采用運輸工具將建設原材料從生產工廠運輸到工地現場過程中消耗能源產生的碳排放量之和，按式（3）計算：

其中， Ψ_tΨ_t 為運輸車輛（船舶）類型， AA，t=1，2，3…n

M_ijm^t 為第 i 類單位工程第 j 類分部工程第 m 種材料采用第 Ψ_t 種運輸車輛運輸的重量；

L_ijm^t 為第 i 類單位工程第 j 類分部工程第 m 種材料采用第 Ψ_t 種運輸車輛運輸的距離；

f_t 為第 Ψ_t 種運輸車輛單位質量運輸距離的碳排放因子。

1.2.3 施工階段

施工階段碳排放是各項工程使用施工機械作業過程中消耗能源產生的碳排放量之和，按照式（4）或式（5）計算：

其中， s 為施工機械類型， s=1，2，3…n ·

R_ij^s 為第 i 類單位工程第 j 類分部工程第 s 種施工機械總臺班數；

f_s 為第 s 種施工機械單位臺班消耗燃料或電力的碳排放因子。

或

其中， r 為施工機械消耗能源類型， r=1，2 3…n

P_ij^r 為第 i 類單位工程第 j 類分部工程中施工機械消耗第 r 種能源數量；

f_r 為第 r 種能源的碳排放因子。

2 數據來源

2.1 碳排放因子清單

文章調研了國內外主流碳排放因子數據庫和相關文獻報道，采用比較分析、數理統計等方法建立了碳排放因子數據清單，包含材料碳排放因子清單、能源碳排放因子清單和機械設備碳排放因子清單。

2.1.1材料碳排放因子清單

通過梳理國內外碳排放因子數據庫建立了材料碳排放因子清單，其中鋼筋、鋼管、鋼絞線、鐵絲、鐵件、砂、碎石等主要材料的碳排放因子采用《建筑碳排放計算標準》（GB/T 51366－2019）[6中的數值。

2.1.2能源碳排放因子清單

電力碳排放因子采用全國碳排放因子平均數值 。將汽油、柴油、重油和煤等化石燃料碳排放因子分為物化階段碳排放因子和燃燒階段碳排放因子。其中化石燃料物化階段碳排放因子采用相關數據庫中的數值8，化石燃料燃燒階段碳排放因子則根據化石燃料的平均低位熱值和化石燃料單位熱值的碳排放量進行乘積得到。

2.1.3機械設備碳排放因子清單

根據各類機械設備單位臺班的能源消耗量[0]以及臺班量，將機械設備臺班涉及的能源乘以對應的溫室氣體排放因子，轉化成各類機械設備單位臺班碳排放因子。

2.2 工程數據清單

文章依據華北地區某高速公路開展公路建設期碳排放核算和分析。該工程全長約21.3公里，其中雙向八車道里程為6.1公里，雙向十車道里程為15.2公里，公路設計速度80公里/小時。共設特大橋5座、大橋1座，橋梁長度為10.7467公里，互通式立交5座，主線收費站1處，匝道收費站2處。

3 結果與討論

3.1 碳排放總體情況

該工程建設期碳排放總量為 1.77×10⁶tCO₂e ，碳排放強度為 8.31×10⁴tCO₂e/km ，結果如圖2所示。在單位工程中，橋梁涵洞工程碳排放量最高，為 9.36×10⁵tCO₂e ;其次是交叉工程，碳排放量為7.13×10⁵tCO₂e ;路基工程、路面工程和臨時工程碳排放量較小，分別為 9.27×10⁴.2.74×10⁴ 和0.39×10⁴tCO₂e 。此外，橋梁涵洞工程碳排放強度（5.85×10⁴tCO₂e/km） 最高，其次是路基工程（2.49×10⁴tCO₂e/km） ，路面工程和臨時工程碳排放強度最低，分別為 7.36×10³ 和 1.82×10²tCO₂e/km 。

圖2不同單位工程碳排放總量和碳排放強度

不同單位工程碳排放強度高低與施工過程所用材料和機械的種類和數量有關，橋梁涵洞工程建設過程復雜，需使用大量水泥、鋼材等高耗能建筑材料作為原材料，施工過程中也使用了多種大型機械設備，由此造成該工程碳排放量高且碳排放強度大。因此，公路建設應重點關注橋梁工程結構－材料-工藝的低碳優化，進一步提高公路建設過程的節能減碳效益。

3.2 不同階段碳排放特征

公路建設過程中不同階段碳排放情況如圖3所示。總體來看，材料生產階段是最重要的碳排放來源，碳排放量為 1.63×10⁶tCO₂e ，在整個建設過程中占比達到了 92.1% ；運輸階段和施工階段的碳排放量分別為 4.01×10⁴ 和 9.93×10⁴tCO₂e ，這兩個階段碳排放占比較低，僅分別為 2.3% 和 5.6% 。在不同單位工程中，材料生產階段碳排放占比在40.1%～3.3% 之間，均高于運輸階段和施工階段。

研究表明材料生產階段是公路建設過程中最主要的碳排放階段，這一階段碳排放為公路基礎設施建設上游間接碳排放，但材料消耗量與公路基礎設施的結構設計、技術工藝及材料選擇密切相關。要實現公路基礎設施建設期減碳，公路工程應進一步重視筑路材料的精準化利用與循環再生利用。此外，施工階段和運輸階段的碳排放主要來自機械設備和運輸車輛燃料燃燒過程以及用電過程，屬于公路建設行業直接能源消耗，因此這兩個階段能源利用效率提升也是實現節能減碳的重要環節。

圖3工程總體和單位工程不同階段碳排放占比情況

3.3碳排放重點材料和機械溯源

為進一步明晰公路建設期碳排放管控重點，對碳排放重點材料和重點機械進行溯源。

文章核算了公路建設過程中122種材料的碳排放量，研究發現其中15種材料的碳排放占比超過了材料碳排放總量的 95.2% ，這15種重點材料在不同單位工程中的碳排放情況如圖4所示。其中，橋梁涵洞工程和交叉工程材料碳排放量最高且涉及的材料種類最多，這兩個單位工程中最主要的材料類別均為HRB400鋼筋、32.5級水泥和42.5級水泥。

路基工程、路面工程和臨時工程材料碳排放量較低，其中路基工程中最主要的材料是熟石灰，路面工程中碳排放貢獻最高的材料是32.5級水泥，臨時工程中HRB400鋼筋、32.5級水泥和42.5級水泥造成的碳排放最高。

通過對碳排放重點材料進行識別，一方面對于材料類型復雜的公路進行碳排放核算時，可以選擇已識別出的貢獻較大的材料進行計算，從而在保證計算結果具有較高準確性的前提下，簡化計算復雜度。另一方面，可對已識別出的貢獻較大的材料采取材料循環、低碳材料選用等措施，從而有效降低公路建設中的碳排放。

圖4單位工程中重點材料碳排放情況

圖5單位工程中重點機械碳排放情況

文章計算了62種機械設備的碳排放量，經過核算22種機械設備碳排放合計占比超過了 95.0% ，這22種機械在不同單位工程中的碳排放情況如圖5所示。其中，橋梁涵洞工程和交叉工程機械碳排放量最高，橋梁涵洞工程中回旋鉆機和交流電弧焊機碳排放占比最高，交叉工程中最主要的機械類別是回旋鉆機、瀝青混合料拌合設備和交流電弧焊機。路面工程、路基工程和臨時工程機械碳排放量較低，其中，路面工程中機械碳排放主要來自于瀝青混合料拌合設備;路基工程和臨時工程中，則主要來自于自卸汽車。

通過全面分析橋梁涵洞工程、交叉工程、路基工程、路面工程和臨時工程中的重點機械情況，為低碳施工機械的優化選擇及能源消耗管理重點提供了有力依據。由于機械設備碳排放實質是施工作業中的燃料消耗過程，因此提高燃料效率、尋找清潔能源和清潔燃料生產流程將有助于減排。

4結束語

文章基于生命周期評價理論，建立了高速公路建設碳排放核算模型，以華北地區某典型公路項目為例開展了碳排放核算。在公路建設過程中，材料生產階段是最主要的碳排放來源，施工階段作為公路建設行業直接能源消耗過程，也應注重節能減排工作。從單位工程來看，橋梁涵洞工程碳排放總量最高且碳排放強度最大，因此應重點關注橋梁結構-材料－工藝的低碳優化。針對單位工程中碳排放重點材料和機械設備，可采取材料循環、低碳材料選用、低碳機械應用、燃料效率提高、清潔能源替代和清潔燃料使用等方式降低碳排放。文章有效識別了公路建設過程中碳排放重點環節，可為低碳公路建設提供理論支撐，從而促進公路行業綠色低碳發展。

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