張新潔， 馬思思

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

在應(yīng)對全球變暖和實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的背景下，交通運輸業(yè)遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，這意味著必須將綠色低碳發(fā)展理念融入交通運輸業(yè)的發(fā)展中去，以此來推動公路的綠色發(fā)展[1]。而設(shè)立在公路沿線的，為司乘人員提供休息、餐飲、住宿等服務(wù)的高速公路服務(wù)區(qū)就是一個巨大的突破口。目前存在的主要問題是圍護結(jié)構(gòu)保溫性能差、綠色化水平低等，這使得服務(wù)區(qū)在運營階段的能耗和碳排放量是整個生命周期中最高的，造成了大量的能源浪費。因此，要重點關(guān)注高速公路服務(wù)區(qū)運營階段如何實現(xiàn)“零碳”，以此來推動高速公路以及整個交通運輸行業(yè)的綠色化發(fā)展。

高速公路服務(wù)區(qū)的綠色建設(shè)是實現(xiàn)“零碳”目標(biāo)的起步階段，服務(wù)區(qū)“零碳”目標(biāo)的實現(xiàn)應(yīng)當(dāng)在滿足駕乘人員出行需求的基礎(chǔ)上，起到促進交通運輸行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的作用。《高速公路綠色服務(wù)區(qū)建設(shè)指南》(DB34/T 3272—2018)中對服務(wù)區(qū)建設(shè)特點和運營特點進行了分析，也對綠色服務(wù)區(qū)的建設(shè)方法和技術(shù)關(guān)鍵點進行了討論[2]。很多學(xué)者也從服務(wù)區(qū)的設(shè)計要點進行分析，主要分析了如何從節(jié)能優(yōu)化、清潔能源利用、節(jié)水系統(tǒng)等方面實現(xiàn)綠色服務(wù)區(qū)的建設(shè)[3-5]。除了對服務(wù)區(qū)綠色建設(shè)的研究，學(xué)者們還從不同角度出發(fā)對其評價體系進行了研究，主要是從選址和土地利用、建筑的節(jié)能、水資源的利用、室外環(huán)境、清潔能源利用、污水和垃圾處理等方面選取評價指標(biāo)來評估高速公路綠色服務(wù)區(qū)的綠色水平[6-7]。

由此可見，過去許多研究的關(guān)注點在于服務(wù)區(qū)的綠色建設(shè)和綠色評價，而對于高速公路服務(wù)區(qū)運營期間零碳目標(biāo)的實現(xiàn)，以及如何將服務(wù)區(qū)建設(shè)成為零碳服務(wù)區(qū)缺少關(guān)注。這對零碳服務(wù)區(qū)的發(fā)展有一定的阻礙作用。因此，本文從零碳運營的角度對高速公路服務(wù)區(qū)展開研究，通過借鑒低碳建筑、綠色服務(wù)區(qū)等建設(shè)要點和評價體系，對服務(wù)區(qū)如何實現(xiàn)零碳目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)進行總結(jié)。同時在遵循高速公路零碳服務(wù)區(qū)評價指標(biāo)選擇原則的前提下構(gòu)建評價體系，助力高速公路服務(wù)區(qū)運營階段零碳目標(biāo)的實現(xiàn)。

1 高速公路零碳服務(wù)區(qū)的概念及建設(shè)要點

1.1 零碳服務(wù)區(qū)的概念

零碳服務(wù)區(qū)是指在規(guī)劃設(shè)計時融入“碳中和”的設(shè)計理念，建設(shè)時選用綠色建筑材料，采取低碳建造措施，最大限度開發(fā)清潔能源。服務(wù)區(qū)中主體建筑的能耗水平應(yīng)當(dāng)符合現(xiàn)行近零能耗建筑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。運營期間服務(wù)區(qū)內(nèi)實現(xiàn)能源消費全部依靠服務(wù)區(qū)自身產(chǎn)生的可再生能源提供，能夠達(dá)到相對零碳。

1.2 高速公路服務(wù)區(qū)實現(xiàn)“零碳”的關(guān)鍵技術(shù)

運營期間實現(xiàn)零碳排放，除了要控制高速公路服務(wù)區(qū)碳排放外，還應(yīng)當(dāng)加大碳吸收。最主要的是控制碳源，從建筑和能源等方面進行節(jié)能減排，對建筑進行低碳化改造，使用可再生能源系統(tǒng)，倡導(dǎo)低碳出行。其次是加大服務(wù)區(qū)的碳吸收，對服務(wù)區(qū)的林業(yè)碳匯進行提升，對景觀進行改造。同時還要利用智慧管控系統(tǒng)，對服務(wù)區(qū)內(nèi)使用的各類能源數(shù)據(jù)進行智能監(jiān)測和智慧管控。

1)可再生能源利用系統(tǒng)。高速公路服務(wù)區(qū)占地面積大，可以利用空置場地多，如屋頂、車位、邊坡等位置。因此，在可再生能源的建設(shè)和利用方面服務(wù)區(qū)具有很大的優(yōu)勢。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和服務(wù)區(qū)的車流量等情況來選擇適合的可再生能源系統(tǒng)。

2)建筑低碳化改造。降低建筑碳排放量的主要方式是建筑進行低碳改造，從根源上減少能源的消耗。在進行建筑的節(jié)能改造時，要遵循“被動優(yōu)先減少需求、主動優(yōu)化提高能效”的理念，通過對建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫、建筑外遮陽技術(shù)、自然通風(fēng)改造、電器節(jié)能改造等關(guān)鍵部位進行節(jié)能改造，讓建筑在減少能耗使用的同時保證室內(nèi)的舒適度。

3)林業(yè)碳匯提升。服務(wù)區(qū)具有發(fā)展植物碳匯、減少碳排放量的潛力，這主要是因為它遠(yuǎn)離市區(qū)和占地面積大。服務(wù)區(qū)因其所處位置及地形地貌不同，各類植物的碳匯能力表現(xiàn)各不相同。在服務(wù)區(qū)的林業(yè)碳匯提升工程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)服務(wù)區(qū)的特點來選擇適當(dāng)?shù)闹参?，以此來增加服?wù)區(qū)的綠地覆蓋率，加大碳吸收。除此之外還應(yīng)當(dāng)注重服務(wù)區(qū)景觀與周圍環(huán)境的融合度，提升其景觀效果。

4)智慧運維系統(tǒng)。智慧運維系統(tǒng)主要是通過物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)進行組合，實現(xiàn)智慧化、集中化、一體化的綜合管理相關(guān)設(shè)施和設(shè)備。智慧運維系統(tǒng)主要是對人員、停車場、能源能耗、安防、設(shè)備、運營等情況進行動態(tài)監(jiān)測，基于監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，對服務(wù)區(qū)內(nèi)所有的能耗進行綜合、全面的精細(xì)化管理，及時發(fā)現(xiàn)服務(wù)區(qū)內(nèi)用能設(shè)備的異常，通過優(yōu)化設(shè)備操作流程和提高人員管理效率，實現(xiàn)服務(wù)區(qū)持續(xù)節(jié)能的目標(biāo)。

2 高速公路零碳服務(wù)區(qū)評價體系

2.1 構(gòu)建原則

遵循以下原則來制定高速公路零碳服務(wù)區(qū)評價體系：①要符合高速公路服務(wù)區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，在零碳服務(wù)區(qū)的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用；②突出高速公路服務(wù)區(qū)運營期的特點和關(guān)于碳排放評價的相關(guān)指標(biāo)，盡量選擇可量化的碳排放指標(biāo)，并客觀反映出該服務(wù)區(qū)碳排放；③將評價對象高速公路服務(wù)區(qū)當(dāng)作整體，選取一些典型的、具有代表性的指標(biāo)，也要避免不同指標(biāo)內(nèi)容之間的相似性，以此來全面反映評價對象的水平。

2.2 高速公路零碳服務(wù)區(qū)碳排放核算模型

針對服務(wù)區(qū)運營階段CO2的排放量進行核算，需要明確計算范圍，分析運營期間的碳排放源。高速公路零碳服務(wù)區(qū)CO2排放計算范圍如圖1所示，數(shù)據(jù)獲取方式見表1。碳排放計算范圍應(yīng)包括服務(wù)區(qū)內(nèi)建筑及配套設(shè)施在運營期間使用煤炭、石油、天然氣等化石燃料燃燒活動，以及因使用外購的電力和熱力等所產(chǎn)生的CO2排放量和可再生能源的減碳量。其中，建筑的碳排放量計算范圍包括照明、制冷、制熱、炊事等服務(wù)活動產(chǎn)生的碳排放量；配套設(shè)施的碳排放量計算范圍主要包括路燈照明、衛(wèi)生間照明、車輛維修站、加油站、加氣站及充電樁等服務(wù)設(shè)施產(chǎn)生的碳排放量。

圖1 高速公路零碳服務(wù)區(qū)CO2排放核算邊界

表1 碳排放統(tǒng)計核算內(nèi)容及數(shù)據(jù)獲取方式

核算碳排放量的重要參數(shù)是各類能源的碳排放因子，它將各類能源使用和其所排放的溫室氣體建立了聯(lián)系，是零碳服務(wù)區(qū)評價時進行零碳認(rèn)定的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在進行碳排放核算時，采用排放因子法來計算各種能源所產(chǎn)生的碳排放量的總和，涉及到的能源消費種類包括電力、煤炭、天然氣、汽油、柴油等。其碳匯系數(shù)見表2。

表2 碳排放系數(shù)和碳匯固碳系數(shù)

2.3 高速公路零碳服務(wù)區(qū)的評價程序

零碳服務(wù)區(qū)的評價程序主要包括零碳認(rèn)定和零碳服務(wù)區(qū)等級評定。零碳認(rèn)定為控制項，結(jié)果為達(dá)標(biāo)或不達(dá)標(biāo)，是為了考察參與評定服務(wù)區(qū)的碳排放情況；服務(wù)區(qū)等級為評分項，結(jié)果為分值，目的是判斷零碳服務(wù)區(qū)在運營期間的建筑能耗、可再生能源利用、管理措施、經(jīng)濟性等方面的綜合表現(xiàn)情況。

2.3.1 零碳認(rèn)定

服務(wù)區(qū)的碳排放量能夠直接反映服務(wù)區(qū)零碳水平，因此，將零碳認(rèn)定作為評價零碳服務(wù)區(qū)控制項。當(dāng)服務(wù)區(qū)物理邊界范圍內(nèi)的碳排放量小于等于零時，認(rèn)定結(jié)果為達(dá)標(biāo)；當(dāng)碳排放量大于零，則認(rèn)定結(jié)果為不達(dá)標(biāo)，不達(dá)標(biāo)的服務(wù)區(qū)不能參與后續(xù)零碳服務(wù)區(qū)等級評定。

2.3.2 零碳服務(wù)區(qū)等級評定

零碳服務(wù)區(qū)等級評定工作是對零碳認(rèn)定中達(dá)標(biāo)的服務(wù)區(qū)進行評價，并根據(jù)分?jǐn)?shù)來判斷零碳服務(wù)區(qū)所屬的等級，這樣能夠直觀準(zhǔn)確地反映零碳服務(wù)區(qū)運營期間建筑能耗、可再生能源利用、管理措施、經(jīng)濟性等方面的情況。

評價總分為100分，開展評價時采用綜合評價的方法，參考《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50378—2019)中對評價結(jié)果的表述方式[8]，評價等級劃分見表3，其中，A、B、C級零碳服務(wù)區(qū)表示在建筑低碳、可再生能源利用、經(jīng)濟性等方面綜合表現(xiàn)較好、建設(shè)質(zhì)量較高的零碳服務(wù)區(qū)，被評價的服務(wù)區(qū)具體存在哪些問題，需要根據(jù)各個指標(biāo)的評價得分具體分析，這3類服務(wù)區(qū)可以成為其他零碳服務(wù)區(qū)建設(shè)的參考對象；D級零碳服務(wù)區(qū)表示被評價的服務(wù)區(qū)滿足零碳服務(wù)區(qū)的基本條件，但其是在可再生能源利用或經(jīng)濟性等方面存在較大問題、在管理措施上不完善的零碳服務(wù)區(qū)，這類服務(wù)區(qū)在零碳建設(shè)方面還有較大的改進潛力；E級零碳服務(wù)區(qū)表示普通服務(wù)區(qū)，即被評價的服務(wù)區(qū)雖然滿足服務(wù)區(qū)零碳認(rèn)定的基本條件，但其在建筑低碳建設(shè)、可再生能源的合理利用等多方面存在較大的問題，該水平的服務(wù)區(qū)需要對各項服務(wù)設(shè)施和管理措施進行升級后再次進行評價，達(dá)到相應(yīng)的分?jǐn)?shù)要求后方可被認(rèn)定為零碳服務(wù)區(qū)。

表3 零碳服務(wù)區(qū)評價的等級劃分

2.4 高速公路零碳服務(wù)區(qū)評價體系

通過使用頻度調(diào)查法來對高速公路零碳服務(wù)區(qū)進行指標(biāo)的篩選，以現(xiàn)行的綠色建筑和綠色服務(wù)區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為前提，從服務(wù)區(qū)運營期的特點和服務(wù)區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，遵循評價原則，使用正確的評價方法，借鑒國際上認(rèn)可度較高的(近)零碳建筑、(近)零碳示范區(qū)等評價體系，同時參照各類評價標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)者的相關(guān)研究，建立評價體系(圖2)。該評價體系包括建筑低碳、可再生能源與節(jié)能環(huán)保措施、碳排放與環(huán)境監(jiān)測措施、管理措施、經(jīng)濟性等指標(biāo)。

圖2 高速公路零碳服務(wù)區(qū)評價指標(biāo)體系

3 高速公路零碳服務(wù)區(qū)綜合評價模型

3.1 基于AHP確定評價指標(biāo)的權(quán)重

層次分析法 (AHP)在實踐中，對于一些數(shù)學(xué)模型無法解決的問題，可以起到很好的作用，可以對定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)進行分析。運用該方法需要進行判斷矩陣的構(gòu)建、指標(biāo)相對權(quán)重的計算和矩陣一致性的判斷等步驟[9]。

對評價體系進行分析和研究時選擇層次分析法主要是因為評價體系中存在定性指標(biāo)較多和樣本數(shù)據(jù)獲取較難的指標(biāo)[10]。為了保證計算結(jié)果的精確性，選取層次分析法軟件yaahp進行計算。該軟件的使用步驟主要包括：①在該軟件中錄入所構(gòu)建的評價體系，形成層次結(jié)構(gòu)模型，錄入后的結(jié)果如圖3所示；②將專家學(xué)者的調(diào)查問卷結(jié)果輸入到該軟件中，輸入結(jié)果如圖4所示；③使用該軟件進行計算，得到指標(biāo)權(quán)重的計算結(jié)果，如圖5所示；④對一致性進行檢驗，并計算判斷矩陣的CI、RI值，最終得到評價體系的指標(biāo)權(quán)重，見表4。

表4 評價指標(biāo)權(quán)重

圖3 錄入后的層次結(jié)構(gòu)圖

圖4 專家問卷調(diào)查結(jié)果匯總

圖5 計算結(jié)果

3.2 高速公路零碳服務(wù)區(qū)模糊層次綜合評價模型

評價體系中的一些指標(biāo)具有一定的不確定性，沒有絕對的肯定和否定，在構(gòu)建高速公路零碳服務(wù)區(qū)評價模型時選擇的模糊綜合評價法正是一種基于模糊數(shù)學(xué)而產(chǎn)生的，用于定量分析具有一定模糊性的對象的綜合評價方法[11]。

3.2.1 建立評價因素集

根據(jù)構(gòu)建的評級體系，所得模糊綜合評價因素集如下：

U=(B1,B2,B3,B4,B5)

(1)

B1=(C1,C2,C3,C4,C5)

(2)

B2=(C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13)

(3)

B3=(C14,C15,C16,C17,C18)

(4)

B4=(C19,C20,C21,C22,C23,C24)

(5)

B5=(C25,C26)

(6)

3.2.2 確定評語集

用M表示評語集，評語等級量化向量用N表示。將評價等級劃分為X1,X2,X3,X4,X5。組成等級集M={X1,X2,X3,X4,X5}，分別對應(yīng)A級、B級、C級、D級、E級，對應(yīng)分值評判標(biāo)準(zhǔn)集N=(100,90,80,70,60)。

3.2.3 創(chuàng)建隸屬度向量矩陣R

在進行評價結(jié)果時，用隸屬度rij來表示，每個指標(biāo)指定的隸屬度向量形成矩陣R。

(7)

3.2.4 確定模糊權(quán)向量W

采用層次分析法得到模糊權(quán)向量W。

3.2.5 計算模糊評價結(jié)果向量

由上述得到的矩陣R與集合W，計算出模糊評價結(jié)果的向量P。根據(jù)Pi=Wi×Ri，計算一級指標(biāo)的綜合向量評價，從而得出一級指標(biāo)評價因素集U對應(yīng)的判斷矩陣P。

(8)

即可得到模糊評價結(jié)果向量Z，即

Z=W×P=(Z1,Z2,Z3,Z4,Z5)

(9)

3.2.6 計算綜合評價得分

利用評語等級的量化向量N，對評價結(jié)果進行分析，得到各項一級指標(biāo)項得分E和最終綜合評分F。

E=P×NT,F=Z×NT

(10)

4 案例分析

津南服務(wù)區(qū)作為天津的首個零碳服務(wù)區(qū)，在可再生能源利用方面具有很強的代表性，在空置的屋頂和車棚等場地綜合運用了光伏等新能源。該服務(wù)區(qū)是經(jīng)過改造成為零碳服務(wù)區(qū)的，在這個過程中運用的主要建造技術(shù)是綠色低碳，已經(jīng)實現(xiàn)了運營過程中的零碳。因此，以津南服務(wù)區(qū)為例，對其零碳水平進行認(rèn)定。

該公路服務(wù)區(qū)已經(jīng)被認(rèn)定為天津首個零碳服務(wù)區(qū)，因此不再對該服務(wù)區(qū)進行零碳認(rèn)定，直接開展服務(wù)區(qū)零碳排放綜合評價。借助網(wǎng)絡(luò)問卷進行相關(guān)問卷調(diào)查，通過對回收問卷的統(tǒng)計，共計回收123份相關(guān)專業(yè)的專家學(xué)者、服務(wù)區(qū)的工作人員、司乘人員等相關(guān)人員的問卷。其中，相關(guān)專家學(xué)者93份，服務(wù)區(qū)工作人員18份，司乘人員12份，利用模糊綜合評價模型對評價結(jié)果進行表示并對數(shù)據(jù)進行匯總計算。具體計算分值與結(jié)果見表5。

表5 一級指標(biāo)的計算分值與結(jié)果

由表5中的數(shù)據(jù)可得服務(wù)區(qū)的綜合模糊矩陣為

結(jié)合權(quán)重向量W=[0.184 4 0.328 0 0.083 1 0.045 7 0.358 9]，進行模糊矩陣的復(fù)合運算并進行歸一化處理，可得Z=W×P=[0.211 8 0.305 5 0.283 0 0.213 2 0.047 4]。

最終，服務(wù)區(qū)的模糊綜合評價得分為

因此，津南服務(wù)區(qū)綜合評價結(jié)果為B級零碳服務(wù)區(qū)，這說明該服務(wù)區(qū)是在各方面綜合表現(xiàn)較好、建設(shè)質(zhì)量較高的零碳服務(wù)區(qū)，這類服務(wù)區(qū)可以成為其他零碳服務(wù)區(qū)建設(shè)的參考對象。