張海濤 孟 良

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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基于LCA的瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系★

張海濤 孟 良

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

考慮了瀝青路面在全壽命周期中對(duì)節(jié)能減排的影響因素，以資源利用指標(biāo)、環(huán)境影響指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、節(jié)能減排綜合指標(biāo)作為一級(jí)指標(biāo)及26個(gè)二級(jí)指標(biāo)，并結(jié)合層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法，確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和評(píng)價(jià)體系，在此基礎(chǔ)上，提出了利用評(píng)價(jià)體系的具體流程，建立了較完整的瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系。

瀝青路面，節(jié)能減排，層次分析法，模糊綜合評(píng)價(jià)法

0 引言

隨著基礎(chǔ)建設(shè)的不斷完善，我國(guó)的公路建設(shè)不斷實(shí)現(xiàn)很大的發(fā)展，目前我國(guó)新建公路的主要路面形式為瀝青路面，而瀝青路面的建設(shè)過(guò)程中將會(huì)消耗大量的能源并排放出大量的有害氣體，對(duì)于周邊環(huán)境造成不可逆的影響。目前能源枯竭，環(huán)境惡化，一系列的自然災(zāi)害在影響著我們?nèi)祟惖纳妗９方ㄔO(shè)過(guò)程中能源大量消耗和污染物的大量排放產(chǎn)生了嚴(yán)重的生態(tài)負(fù)效應(yīng)，交通建設(shè)過(guò)程和礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)引起的生態(tài)破壞已成為生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因之一[1]。在我國(guó)建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的倡導(dǎo)下，我國(guó)的公路建設(shè)不應(yīng)該僅僅以公路的性能指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和通行能力來(lái)衡量，而應(yīng)該適應(yīng)時(shí)代的要求將其對(duì)于生態(tài)環(huán)境的影響考慮進(jìn)來(lái)，而瀝青路面對(duì)于環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在能源消耗和排放污染兩個(gè)方面，目前我國(guó)對(duì)于瀝青路面并沒(méi)有關(guān)于節(jié)能減排方面的評(píng)價(jià)體系。所以本文將基于層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)建立瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系。

1 瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

1.1 構(gòu)建的原則

瀝青路面在整個(gè)壽命周期中對(duì)于環(huán)境的影響因素有很多，因此，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇顯得至關(guān)重要，本文的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要以下列幾個(gè)原則來(lái)確定：

1)全面性：評(píng)價(jià)體系選擇的指標(biāo)要涵蓋瀝青路面在全壽命周期中對(duì)于節(jié)能減排的影響，其評(píng)估結(jié)果更加精準(zhǔn)科學(xué)且有代表性。

2)定性與定量指標(biāo)相結(jié)合：在瀝青路面全壽命周期中其影響因素有很多，并不能全部量化，對(duì)于某些指標(biāo)采取定性的原則，定性之后利用科學(xué)的方法賦予相應(yīng)的量化的值，這樣包括的指標(biāo)就會(huì)比較全面，更好的評(píng)價(jià)瀝青路面的節(jié)能減排的結(jié)果。

3)有效性：選取的指標(biāo)應(yīng)該能夠有效的代表瀝青路面在全壽命周期中對(duì)于節(jié)能減排的影響，避免選取的目標(biāo)過(guò)于太多，增加不必要的困難。

選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系，還應(yīng)考慮區(qū)域的差異，不同的層次。在選取完評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)該向?qū)＜艺?qǐng)教，進(jìn)行完善和改正。

1.2 構(gòu)建的解釋

在瀝青路面的全壽命周期中，本文選取了資源利用指標(biāo)、環(huán)境影響指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、節(jié)能減排綜合指標(biāo)作為一級(jí)指標(biāo)，和一級(jí)指標(biāo)下的26個(gè)二級(jí)指標(biāo)建立的評(píng)價(jià)體系。

1)資源利用指標(biāo)：資源的利用與節(jié)能減排息息相關(guān)，瀝青路面的全壽命周期中將耗費(fèi)大量的資源，包括瀝青，集料，再生材料，汽柴油等燃料，電力等等，多數(shù)都是不可再生資源。目前資源枯竭的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，所以說(shuō)瀝青路面在全壽命周期中節(jié)約資源就顯得十分重要。

2)環(huán)境影響指標(biāo)：在瀝青路面的全壽命周期中會(huì)產(chǎn)生大量的污染氣體及固體垃圾，對(duì)于周圍的環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響，目前世界范圍不斷爆發(fā)由于人們的社會(huì)活動(dòng)導(dǎo)致的各種污染事件，霧霾，海平面上升，酸雨等等惡劣事件都在影響著我們的生活，所以說(shuō)環(huán)境影響對(duì)于節(jié)能減排起著關(guān)鍵性作用。

3)技術(shù)指標(biāo)：目前瀝青路面領(lǐng)域也出現(xiàn)了很多新的技術(shù)，可以在一定程度上節(jié)能減排，所以說(shuō)技術(shù)指標(biāo)對(duì)于節(jié)能減排的效果也是有著相當(dāng)一部分的影響的。

4)節(jié)能減排綜合指標(biāo)：該指標(biāo)主要是指在管理上對(duì)于節(jié)能減排的重視，當(dāng)管理層面上對(duì)于節(jié)能減排的相關(guān)政策比較完善，對(duì)于節(jié)能減排的影響也是相當(dāng)顯著的，也能達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2 瀝青路面評(píng)價(jià)體系的建立

2.1 瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

權(quán)重的大小決定了評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于節(jié)能減排的影響程度，權(quán)重確定的適當(dāng)才會(huì)保證瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系的合理性和科學(xué)性。權(quán)重的確定方法包括系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、層次分析法、平均值法、神經(jīng)網(wǎng)路法等多種方法[2]。采用層次分析法來(lái)確定權(quán)重，層次分析法可以將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)化為不同層次，將整個(gè)的思維過(guò)程數(shù)學(xué)化從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無(wú)結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問(wèn)題提供簡(jiǎn)便的決策方法。所以對(duì)于瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系是非常適合的。層次分析法主要包括構(gòu)造判斷矩陣、計(jì)算優(yōu)化矩陣、計(jì)算權(quán)重三個(gè)步驟。構(gòu)造判斷矩陣主要是根據(jù)專家意見(jiàn)確定重要性標(biāo)度。本文根據(jù)專家意見(jiàn)建立了的判斷矩陣如表1所示。

表1 專家打分表

判斷矩陣確定過(guò)后，應(yīng)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，防止個(gè)別指標(biāo)出現(xiàn)過(guò)度重要的問(wèn)題，并且當(dāng)判斷偏離一致性過(guò)大時(shí)，排序權(quán)向量計(jì)算結(jié)果作為決策依據(jù)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，利用Matlab計(jì)算λmax，得到λmax=4.22。一致性檢驗(yàn)步驟如下。

計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.，C.I.計(jì)算公式見(jiàn)式(1)：

(1)

其中，n為判斷矩陣的階數(shù)。

一級(jí)指標(biāo)為4個(gè)，所以查表得到R.I.=0.89，計(jì)算得到一致性比例C.R.其計(jì)算公式為式(2)。

(2)

因此，得到一級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣的一致性可以接受，最大特征值λmax所對(duì)應(yīng)的特征向量通過(guò)Matlab計(jì)算得到：

W1=(0.792 1,0.591 3,0.14,0.058 6)。

將其進(jìn)行歸一化為：

W2=(0.501,0.374,0.088,0.037)T。

從而得到一級(jí)指標(biāo)的各個(gè)權(quán)重為：

(0.501,0.374,0.088,0.037)。

其權(quán)重的分配也比較符合大家的認(rèn)知，節(jié)能減排主要就是體現(xiàn)在能源的利用和環(huán)境的影響上。同理得到二級(jí)指標(biāo)的最大特征值，經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)均符合要求，從而得到各個(gè)指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表2。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2 瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系

以模糊綜合評(píng)價(jià)建立瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系，可以考慮系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)因素，根據(jù)各因素的重要程度和對(duì)它的評(píng)價(jià)結(jié)果，把原來(lái)的定性評(píng)價(jià)定量化，較好地處理信息系統(tǒng)多因素、模糊性以及主觀判斷等問(wèn)題。瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系模糊評(píng)價(jià)的過(guò)程如下：

1)結(jié)合模糊綜合評(píng)判法將瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)因子分為x個(gè)互不相交的子集U={u1，u2，…，ux}，第一層次的因子ui(i=1，2，…，x)由第二層次中的n個(gè)因子決定，即ui={ui1，ui2，…，uin}。

2)參照一些評(píng)價(jià)方法，將瀝青路面生命周期節(jié)能減排的效果分為優(yōu)、良、中、合格、差5個(gè)等級(jí)，分別以ν1,ν2,ν3,ν4,ν5表示。建立備擇集V={ν1，ν2，ν3，ν4，ν5}，為便于評(píng)價(jià)可對(duì)各影響因子分別賦值20,40,60,80,100，即V={20，40，60，80，100}。

3)對(duì)于定量評(píng)價(jià)指標(biāo)分值，可根據(jù)指數(shù)法計(jì)算出單因子評(píng)價(jià)結(jié)果，再根據(jù)德?tīng)柗品?Delphi法)確定，對(duì)于定性評(píng)價(jià)指標(biāo)分值則直接采用德?tīng)柗品ù_定[3]。引入升降半梯形方法建立評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)：

評(píng)價(jià)因子對(duì)于νk的隸屬函數(shù)：

(3)

評(píng)價(jià)因子對(duì)于νk+1的隸屬函數(shù)：

(4)

其中,r(x)為隸屬函數(shù)；x為評(píng)價(jià)指標(biāo)分值。

4)根據(jù)評(píng)價(jià)因子U={u1,u2,u3,…,ui}和備擇集V={ν1,ν2,ν3,…,νi}組成關(guān)系矩陣P：

(5)

其中，pij為評(píng)價(jià)因子ui對(duì)于νj的隸屬度。

再進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)運(yùn)算:

(6)

其中，Y為綜合評(píng)價(jià)結(jié)果;wi為評(píng)價(jià)因子所占權(quán)重；⊕,?均為模糊算子。

根據(jù)基于模糊理論結(jié)合層次分析法建立的瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系，較全面的考慮了瀝青路面在全壽命周期節(jié)能減排的影響因素，并且結(jié)合定性，定量的指標(biāo)可以比較合理的對(duì)于瀝青路面節(jié)能減排進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3 瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)的流程

1)調(diào)查階段。對(duì)于瀝青路面實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的調(diào)查，并對(duì)相關(guān)定量指標(biāo)計(jì)算，對(duì)定性指標(biāo)給出判斷。由于項(xiàng)目的差異，邀請(qǐng)專家對(duì)于項(xiàng)目進(jìn)行打分，對(duì)于判斷矩陣進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2)評(píng)價(jià)階段。根據(jù)調(diào)查結(jié)果結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算隸屬度，從而得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。得到該項(xiàng)目瀝青路面節(jié)能減排的分級(jí)結(jié)果。

3)建議階段。當(dāng)項(xiàng)目得到結(jié)果較為理想時(shí)，總結(jié)該項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)以供其他項(xiàng)目參考，當(dāng)項(xiàng)目結(jié)果不太理想時(shí)，應(yīng)對(duì)于該項(xiàng)目的定量指標(biāo)進(jìn)行審查，尤其對(duì)于資源利用指標(biāo)和環(huán)境影響指標(biāo)，因?yàn)槠錂?quán)重較高對(duì)于項(xiàng)目的節(jié)能減排的評(píng)價(jià)結(jié)果有著關(guān)鍵性作用，并對(duì)于關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行整改。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)方法建立以資源利用指標(biāo)、環(huán)境影響指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、節(jié)能減排綜合指標(biāo)為4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和25個(gè)二級(jí)指標(biāo)的瀝青路面節(jié)能減排評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)指標(biāo)較為全面體現(xiàn)了瀝青路面節(jié)能減排的影響因素，通過(guò)兩種評(píng)價(jià)方法較好地解決了瀝青路面節(jié)能減排影響因素多與外延不確定等因素的影響。利用該評(píng)價(jià)體系可以較全面科學(xué)地對(duì)于瀝青路面項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)能減排的評(píng)價(jià)，對(duì)于瀝青路面的綠色化、低碳化提供了一定技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)。

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Asphalt pavement evaluation system for energy conservation and emissions reduction based on LCA★

Zhang Haitao Meng Liang

(College of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Considering the asphalt pavement in the full life cycle for the influence factors of energy conservation and emissions reduction, resource utilization, environmental impact, technical index, comprehensive index as the primary index, energy saving and emission reduction and its secondary index, combining analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation method to determine the weights of evaluation indexes and using the evaluation system of the process. The evaluation system for energy conservation and emissions reduction of asphalt pavement are established.

asphalt pavement, energy saving and emission reduction, analytic hierarchy process, fuzzy comprehensive evaluation method

1009-6825(2017)12-0186-03

2017-02-17★:黑龍江省交通運(yùn)輸廳重點(diǎn)項(xiàng)目

張海濤(1963- )，男，教授

U416.217

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