摘要：道路建設(shè)碳排放核算日益成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，合理的減排技術(shù)是實(shí)現(xiàn)道路綠色低碳目標(biāo)的有效途徑。本文通過梳理道路建設(shè)期碳排放相關(guān)的研究，總結(jié)基于清單的碳排放核算方法、基于投入產(chǎn)出的碳排放核算方法、基于全生命周期的碳排放核算方法，對比分析各種道路建設(shè)碳排放量核算方法的特點(diǎn)，從建設(shè)材料、施工工藝等方面闡述道路建設(shè)階段的減排措施，以期為實(shí)現(xiàn)道路綠色化轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：道路工程；核算方法；研究綜述；道路建設(shè)；全生命周期

中圖分類號(hào)：U491.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-6478（2023）01-0023-04

Summary of Carbon Emission Accounting Methods and Emission Reduction

Technologies in Road Construction Period

NIU Kai，ZHU Xiaodong，ZHANG Xingyu

（North China Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300381，China）

Abstract：Road construction carbon emission accounting has increasingly become a research hotspot at home and abroad，and reasonable emission reduction technology is an effective way to achieve the goal of green and low-carbon roads. This paper summarizes the carbon emission accounting methods based on the inventory，the input-output-based carbon emission accounting methods，and the carbon emission accounting methods based on the whole life cycle by sorting out the related researches on carbon emissions during the road construction period，and compares and analyzes the carbon emissions of various road constructions. The characteristics of the accounting method are discussed，and the emission reduction measures in the road construction stage are expounded from the aspects of construction materials and construction techniques，in order to lay the foundation for the realization of the green transformation of the road.

Key words：road engineering；accounting method；research reviewed；road construction；life cycle assessment

0 引言

碳排放給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來較大影響，成為制約全球發(fā)展的重要因素之一，已引起國際社會(huì)廣泛關(guān)注，轉(zhuǎn)向低碳能源系統(tǒng)已成為全球共識(shí)。從圖1中可以看出，交通運(yùn)輸領(lǐng)域的二氧化碳排放總量從2005年到2020年增長了149%，年均增長率達(dá)5.8%[1]，持續(xù)增長的碳排放量引發(fā)了全球變暖等一系列環(huán)境問題。因此，加深對道路建設(shè)期碳排放狀況的認(rèn)識(shí)并采取減排措施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 道路建設(shè)階段碳排放核算方法

1.1 基于清單的碳排放核算方法

結(jié)合IPCC清單數(shù)據(jù)及相關(guān)能源統(tǒng)計(jì)年鑒，對道路建設(shè)階段能源消耗產(chǎn)生的碳排放量進(jìn)行估算。該方法一般利用IPCC清單數(shù)據(jù)和相關(guān)部門提供的不同能源材料及施工器械的碳排放因子乘以相應(yīng)的能源材料及施工器械用量而得出碳排放量，基于碳排放清單的核算方法大體可分為兩類[2]。一種是宏觀層面的“自上而下”核算方法。根據(jù)Schipper（2000）提出的“活動(dòng)-密度-油耗”的思想，以IPCC的《國家溫室氣體清單指南》為代表，通過對不同的碳排放源進(jìn)行分類計(jì)算，其計(jì)算公式為：

另一種是“自下而上”碳排放核算方法，根據(jù)不同建設(shè)工序的工程量乘以相應(yīng)的碳排放系數(shù)，計(jì)算道路建設(shè)期的碳排放總量。碳排放因子的獲取查詢途徑如表1所示。

1.2 基于投入產(chǎn)出的碳排放核算方法

該方法通過研究經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不同部分之間在投入與產(chǎn)出方面經(jīng)濟(jì)數(shù)量關(guān)系來分析碳排放量，也是一種核算二氧化碳的有效方法。投入產(chǎn)出法從不同工程項(xiàng)目的投入產(chǎn)出角度進(jìn)行考慮，借助Leontief逆矩陣，計(jì)算出所有工程項(xiàng)目的直接及間接碳排放量?；谕度氘a(chǎn)出的碳排放核算方法形式如表2所示。

1.3 基于全生命周期的碳排放核算方法

全生命周期評價(jià)是一種綜合考慮資源、能源消耗與環(huán)境影響的核算方法。由于城市道路各基礎(chǔ)設(shè)施工程施工在時(shí)間和空間上合理組織，各施工活動(dòng)也有規(guī)律可循。因此，城市道路碳排放測算可通過道路建設(shè)階段結(jié)構(gòu)化，按照不同層級將整個(gè)城市道路建設(shè)階段劃分為相互獨(dú)立的單元過程，通過對不同單元過程的碳排放測算獲得碳排放總量。具體計(jì)算流程如圖2所示。

單元過程碳排放由材料生產(chǎn)、場外加工、材料運(yùn)送和現(xiàn)場施工四部分構(gòu)成，不同階段碳排放計(jì)算方法如下。

1.3.1 材料生產(chǎn)階段碳排放測算模型

材料生產(chǎn)階段的排放主要取決于建設(shè)材料碳排放因子和材料的用量，計(jì)算公式如下：

1.3.2 材料場外加工階段碳排放測算模型

材料場外加工階段的碳排放總量主要取決于場外加工機(jī)械設(shè)備的總使用時(shí)間及使用設(shè)備類型。計(jì)算模型如下：

1.3.3 材料運(yùn)送階段碳排放測算模型

材料運(yùn)送階段碳排放主要取決于運(yùn)輸車輛的工作時(shí)間、車輛類型及消耗能源的類型等。其計(jì)算模型如下：

1.3.4 施工階段碳排放測算模型

施工階段的碳排放主要取決于現(xiàn)場施工機(jī)具總工作時(shí)間、施工機(jī)具的類型及施工車輛的工作時(shí)間等。其計(jì)算模型如下：

2 不同路面類型碳減排技術(shù)

2.1 道路減排材料

2.1.1 橡膠瀝青技術(shù)

廢舊橡膠作為一種極難天然降解的高分子彈性材料，具有出色的彈性與黏性性質(zhì)，將廢舊輪胎加工而成的橡膠粉應(yīng)用于道路瀝青改性技術(shù)，既可以減少廢輪胎填埋所造成的環(huán)境污染，又降低了改性瀝青的生產(chǎn)成本，同時(shí)也提升了瀝青路面的路用性能與壽命。

雖然橡膠瀝青技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了廢舊物利用、節(jié)約原材料及延長路面壽命等綠色功能目標(biāo)，但其生產(chǎn)制備往往需要高于普通瀝青的拌和與攤鋪溫度，從而增加了道路建設(shè)期的碳排放。近年來，相關(guān)學(xué)者開始嘗試將橡膠瀝青與溫拌瀝青技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型路面新材料的設(shè)計(jì)理念[3]。針對溫拌橡膠瀝青的環(huán)境效益，有關(guān)學(xué)者的研究表明溫拌降黏劑可顯著降低橡膠瀝青材料生產(chǎn)過程中有害物質(zhì)的排放；也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)溫拌瀝青技術(shù)雖然會(huì)增加前期成本投入，卻能極大地減少橡膠瀝青生產(chǎn)和施工過程中的碳排放，具有較高的環(huán)境效益。

2.1.2 生物瀝青技術(shù)

生物質(zhì)作為一種新型綠色的環(huán)保材料，其來源和分布非常廣泛，諸如植物秸稈、木材樹皮以及家畜糞便等。目前，大多數(shù)生物瀝青研究將不同生物質(zhì)來源的生物質(zhì)重油按照一定比例替代普通石油瀝青用于瀝青路面材料制備，對比研究發(fā)現(xiàn)不同種類生物瀝青材料的路用性能存在明顯差異的技術(shù)優(yōu)勢或缺點(diǎn)，需針對性地進(jìn)行材料設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化，同時(shí)可嘗試將生物瀝青技術(shù)與改性瀝青、溫拌瀝青及再生瀝青等新技術(shù)融合應(yīng)用于綠色低碳道路工程建設(shè)養(yǎng)護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

在生物瀝青環(huán)境效益評價(jià)方面，目前已開展的研究工作則相對較少。相關(guān)學(xué)者采用生命周期評價(jià)研究方法，對比了10%家畜糞便生物油改性瀝青與傳統(tǒng)石油瀝青的環(huán)境效益差異，發(fā)現(xiàn)生物瀝青在溫室氣體排放和能耗兩方面都更具有優(yōu)勢；也有學(xué)者對比了2種不同類型的生物瀝青路面新技術(shù)，其中還包含了再生瀝青路面材料的使用，發(fā)現(xiàn)2種生物瀝青新材料的應(yīng)用均能有效減少路面施工建設(shè)期對施工人員健康的影響。此外，生物瀝青在降低瀝青路面施工溫度方面的潛力同樣開始受到關(guān)注，有關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)添加生物瀝青改性劑可以顯著改善瀝青的低溫性能且使瀝青在可相對較低溫度下進(jìn)行拌和壓實(shí)，從而降低了瀝青路面的建設(shè)和能耗成本。

2.2 道路減排工藝

2.2.1 溫拌瀝青技術(shù)

溫拌瀝青技術(shù)是通過一定的綠色環(huán)保措施，使瀝青在較低的溫度下拌和施工的一種技術(shù)。在我國，主要采用的技術(shù)為基于乳化平臺(tái)的溫拌技術(shù)（見圖3）。其作用機(jī)理為：熱瀝青、表面活性添加劑，以及水在拌和過程中共同作用、彼此交織，形成穩(wěn)定且不受溫度影響的結(jié)構(gòu)性水膜來實(shí)現(xiàn)溫拌效果。

現(xiàn)有研究表明，溫拌瀝青混合料相比于熱拌瀝青混合料，可有效節(jié)約燃油消耗20%以上，溫室氣體量可減少50%以上。表3為國家環(huán)境測試中心的排放檢測結(jié)果對比[4]。溫拌瀝青技術(shù)不僅具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，還能大幅度增加施工的靈活性和方便性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2.2 路面再生技術(shù)

路面再生技術(shù)是構(gòu)建綠色路面技術(shù)體系的有效途徑。路面再生技術(shù)是針對廢棄的舊瀝青混凝土路面，借助于專用再生設(shè)備實(shí)施回收、翻挖、破碎、篩分等工序，重新拌和生成路用性能更好的再生瀝青混合料。路面再生技術(shù)能夠節(jié)約路面材料，具有顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。其主要技術(shù)框架如圖5所示。

在再生路面環(huán)境效益上，有關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)原材料生產(chǎn)占據(jù)了瀝青路面生命周期能耗與排放的大部分，而當(dāng)RAP材料摻量增至30% ～ 50%時(shí)，每千米瀝青路面建設(shè)的碳減排量可達(dá)3.8×104 ～ 6.4×104 kg；也有學(xué)者采用基于生命周期的分析方法，分析了常規(guī)熱拌瀝青混合料和再生瀝青混合料路面在建設(shè)期對環(huán)境的影響程度，研究結(jié)果顯示路面再生技術(shù)節(jié)約能源率可達(dá)11.1%，溫室氣體減排率可達(dá)10.5%[5]。

3 結(jié)語

（1）道路建設(shè)項(xiàng)目消耗大量的物質(zhì)資源，減排潛力巨大，合理的核算方法與減排技術(shù)對于減少道路建設(shè)碳排放、實(shí)現(xiàn)道路綠色轉(zhuǎn)型具有重要的意義。

（2）目前，道路建設(shè)期碳排放核算方法主要有基于清單的核算方法、基于投入產(chǎn)出的碳排放核算方法、基于過程分析的全生命周期評價(jià)方法，前兩種方法都是較為宏觀的核算方法，而基于全生命周期的碳排放核算方法是當(dāng)前較為常用的核算方法。

（3）道路基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的節(jié)能減排技術(shù)主要從減排材料與減排工藝兩個(gè)方面考慮，主要涉及橡膠瀝青、生物瀝青、溫拌瀝青技術(shù)、路面再生技術(shù)等，這些技術(shù)有些較為成熟，有些尚處于研究階段，并未形成系統(tǒng)的成果理論，存在多方面因素制約。

參考文獻(xiàn)：

[1] LIU Y，WANG Y，LI D. Estimation and uncertainty analysis on carbon dioxide emissions from construction phase of real highway projects in China[J]. Journal of Cleaner Production，2017，144：337-346.

[2] 劉杰，高嘉蔚. 交通基礎(chǔ)設(shè)施碳排放核算關(guān)鍵問題及對策探索[J]. 交通節(jié)能與環(huán)保，2021，17（05）：4-9.

[3] 張金喜，蘇詞，王超，等. 道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的節(jié)能減排問題及技術(shù)綜述[J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，48（03）：243-260.

[4] 李逢源. 溫拌瀝青混合料技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 山西建筑，2013，39（29）：104-105.

[5] 張童童，高陽，賀顯威，等. 基于LCA的溫拌再生瀝青路面建設(shè)期節(jié)能減排效果研究[J]. 公路，2019，64（04）：287-293.