橋梁工程生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)與成本分析集成方法研究

茆長(zhǎng)明

摘 要：在橋梁工程領(lǐng)域中，追求保護(hù)環(huán)境及工程建設(shè)成本低效益高已成為當(dāng)前橋梁工程建設(shè)中不斷完善發(fā)展的核心問(wèn)題，目前，橋梁工程生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)及成本分析為當(dāng)前各國(guó)研究的重心，文章首先向大家闡述了橋梁生命周期及環(huán)境成本組成架構(gòu)，并闡述了橋梁生命周期環(huán)境影響與成本分析集成方法，分解了環(huán)境影響成本，并以八一大橋改造為實(shí)例進(jìn)行橋梁工程生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)與成本分析集成方法的研究應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；生命周期；環(huán)境成本

中圖分類號(hào)：X820.3；U442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）26-0151-02

1 橋梁生命周期及環(huán)境成本組成架構(gòu)

橋梁生命周期包括橋梁的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)、橋梁所需各類材料的制造、開始橋梁的建造、橋梁的完工交付使用、超過(guò)橋梁使用期而被停用等過(guò)程，橋梁建設(shè)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題及工程建設(shè)成本控制可看作生命周期環(huán)境影響成本及同環(huán)境因素相關(guān)的生命周期成本，借助有效算法途徑算得分別表示為保護(hù)環(huán)境及環(huán)境成本控制的權(quán)重，確定保護(hù)環(huán)境及環(huán)境成本控制的發(fā)展趨勢(shì)，而后對(duì)橋梁工程建設(shè)總成本及各過(guò)程成本進(jìn)行說(shuō)明。

2 橋梁生命周期環(huán)境影響及環(huán)境成本分析方法

2.1 明確邊界問(wèn)題

邊界由物理及時(shí)間兩個(gè)邊界組成，首先確定物理邊界，其同時(shí)有著保護(hù)環(huán)境及降低工程成本雙重目的，對(duì)橋梁生命周期中的橋梁的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)、橋梁所需各類材料的制造、開始橋梁的建造、橋梁的完工交付使用、超過(guò)橋梁使用期而被停用等過(guò)程，物理邊界集中后面4個(gè)過(guò)程，時(shí)間邊界的確定涵蓋橋梁生命周期的所有過(guò)程。

2.2 如何分析清單

分析清單集中由橋梁所需各類材料的制造、開始橋梁的建造、橋梁的完工交付使用、超過(guò)橋梁使用期而被停用等過(guò)程入手，同時(shí)兼顧保護(hù)環(huán)境及降低成本的雙重考慮，涵蓋同橋梁建設(shè)及環(huán)境保護(hù)涉及到的生命周期成本清單及生命周期環(huán)境影響清單。

①橋梁工程與環(huán)境因子有關(guān)的生命周期成本清單

構(gòu)造輸入過(guò)程矩陣D D=（dij）m×n（1）

構(gòu)造成本單價(jià)矩陣U U=（uij）m×n（2）

式中，m為所輸入類型的數(shù)目，由橋梁建設(shè)具體需要，輸入類型總體包括鐵礦石、錳、石灰石、水、石油、煤和天然氣；n為橋梁所需各類材料的制造、開始橋梁的建造、橋梁的完工交付使用、超過(guò)橋梁使用期而被停用等各過(guò)程，dij代表于第j個(gè)過(guò)程輸入類型學(xué)i的清單；uij代表輸入類型i于第j個(gè)過(guò)程的價(jià)格，同時(shí)ui+1，j=uij×（1+q）-k，q代表貼現(xiàn)率，k代表第i個(gè)過(guò)程至第i+1個(gè)過(guò)程的間隔。

②橋梁建設(shè)生命周期環(huán)境影響清單：

建立輸出階段矩陣T T=（tij）m×n（3）

構(gòu)造成本單價(jià)矩陣V V=（vij）m×n（4）

式中，m為輸出因子的類型，結(jié)合工程實(shí)際，將輸出因子分為COD、COx、SOx、NOx、粉塵和固體廢棄物等種類；n為橋梁所需各類材料的制造、開始橋梁的建造、橋梁的完工交付使用、超過(guò)橋梁使用期而被停用等各過(guò)程；tij代表于第j個(gè)階段輸出類型i的潛值：vij代表輸出類型i于第j個(gè)過(guò)程階段花費(fèi)成本，

vi+1，j=vij×（1+q）-k，q代表折現(xiàn)率，k代表第i個(gè)過(guò)程至第i+1個(gè)過(guò)程的間隔。

2.3 明確保護(hù)環(huán)境及環(huán)境成本控制的權(quán)重

構(gòu)造橋梁建設(shè)項(xiàng)目中生命周期的環(huán)境影響因子：

BEi=Ti/GDEIi（5）

式中，BEi為橋梁工程生命周期環(huán)境影響i標(biāo)準(zhǔn)化值；Ti為生命周期環(huán)境影響清單i；GDEIi代表年平均制造i類環(huán)境影響的整個(gè)比值。

可得到，橋梁建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響總標(biāo)準(zhǔn)值為：

BE=？撞（？酌i·BEi） （6）

式中，？酌i代表i類影響類型在橋梁建設(shè)中所承擔(dān)的權(quán)重影響因素，得到同環(huán)境因素相關(guān)的橋梁生命周期成本：

BC=（D·U）/GDP（7）

式中，BC為與環(huán)境因子有關(guān)的橋梁工程生命周期成本規(guī)范值；D代表輸入階段矩陣；U代表輸入階段成本價(jià)格矩陣；GDP代表年平均國(guó)內(nèi)GDP。所以，可得到環(huán)境同成本的相關(guān)性：

RE，C=？撞BE/？撞BC （8）

式中，RE，C代表環(huán)境影響同成本間的相關(guān)性。進(jìn)而可分別得到，橋梁建設(shè)項(xiàng)目的生命周期環(huán)境影響及成本影響等的權(quán)重值如下：

GE，A=■（9）

GC，A=■（10）

式中，GE，A為A方案橋梁生命周期環(huán)境影響權(quán)重；GC，A代表A規(guī)劃中橋梁工程生命周期成本影響權(quán)重；j代表橋梁工程規(guī)劃的種類。旨在維持環(huán)境影響同成本間的平衡關(guān)系，借助Pythagoras及Cathetus方程式，得到精確后的影響權(quán)重值：

W1=[（？撞GE）/j+[GE，A-（？撞GE）/j]·■]/（？撞GE）/j）（11）

W2=[（？撞GC）/j+[GC，A-（？撞GC）/j]·■]/（？撞GC）/j）（12）

式中，W1為環(huán)境屬性的權(quán)重；W2為經(jīng)濟(jì)屬性的權(quán)重。

2.4 綜合成本分析

橋梁建設(shè)項(xiàng)目生命周期環(huán)境影響及同環(huán)境因素相關(guān)的生命周期成本相組成的整個(gè)成本值：

C=W1（T·V）W2（D·U）（13）

整個(gè)成本值越小，說(shuō)明兼顧環(huán)境保護(hù)問(wèn)題及橋梁建設(shè)成本兩塊下的橋梁規(guī)劃更好。

3 橋梁生命周期環(huán)境影響成本

①橋梁建設(shè)所需材料型成本：包括橋梁工程建設(shè)當(dāng)中材料制造及加工與橋梁建造等過(guò)程所耗費(fèi)的各種材料成本，主要是各過(guò)程當(dāng)中耗費(fèi)的鋼材、錳、石灰石及煤炭、石油、天然氣等諸多燃料。

②水污染成本：橋梁建設(shè)于生命周期各過(guò)程中對(duì)橋梁區(qū)域周邊水污染引起的成本，主要集中在生活污水、生活垃圾任意排放、丟棄，橋梁建造時(shí)產(chǎn)生多種污染物，攪拌機(jī)等產(chǎn)生的水泥及廢水以及橋梁附屬設(shè)施污水的排放，橋面徑流等對(duì)水體造成的嚴(yán)重污染。水污染物集中在COD、氰化物和重金屬。

③空氣污染成本：橋梁建設(shè)于所有生命周期過(guò)程中對(duì)空氣引起污染的成本，水泥、砂石、混凝土等建設(shè)材料輸送、卸貨產(chǎn)生的灰塵污染，攪拌機(jī)與加工時(shí)所產(chǎn)生的揚(yáng)塵和粉塵，及各種施工機(jī)械車釋放的多種有害廢氣等。控氣污染源主要為COx、SO2、NOx、揚(yáng)塵和粉塵。

④噪聲所造成的污染成本：于橋梁建設(shè)生命周期當(dāng)中產(chǎn)生噪聲所引起污染污染帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)成本，包括噪聲所引起的直接污染成本和防止引起噪聲所進(jìn)行管理的成本。

⑤固體廢棄物丟棄所引起污染的成本：于橋梁建設(shè)生命周期整個(gè)操作中，由于固體廢棄物任意丟棄而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)成本，包括建設(shè)及生活固體廢棄物隨意丟棄所造成的環(huán)境污染引起的成本。

4 實(shí)例分析

以八一大橋改造為例，提供兩種不同的橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)成本計(jì)劃，第一種規(guī)劃中采用混凝土箱梁同鋼箱梁相結(jié)合的設(shè)計(jì)，橋跨布置情況見(jiàn)表1；另外一種考慮鋼箱梁，橋跨布置與情況見(jiàn)表2。

①由第二種方案生命周期環(huán)境影響成本同與環(huán)境因素相關(guān)的生命周期成本綜合考慮得到的總體成本較第一種方案要小，充分說(shuō)明單獨(dú)使用鋼箱梁橋兼顧環(huán)境保護(hù)問(wèn)題及建設(shè)成本最小兩方面都比混合梁橋要好，給橋梁工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、方案確定指明了方向。

②對(duì)比兩種方案后可知，第一種規(guī)劃的輸入過(guò)程成本小于第二種，不過(guò)第一種規(guī)劃輸出成本大于第二種，充分說(shuō)明橋梁建設(shè)生命周期當(dāng)中鋼箱梁比混合梁的生命周期成本高，不過(guò)帶來(lái)的環(huán)境影響小。兩者對(duì)環(huán)境影響基本集中于橋梁建造所需材料的生產(chǎn)及加工及橋梁建造等幾個(gè)過(guò)程，第一種規(guī)劃占整個(gè)比例的71.24%，第二種規(guī)劃則達(dá)到81.31%。兩種方案不同階段輸入及輸出過(guò)程成本分別見(jiàn)表3、表4。兩種方案輸入過(guò)程各階段總成本見(jiàn)表5，輸出過(guò)程各階段總成本見(jiàn)表6。

③在橋梁建設(shè)生命周期環(huán)境影響成本中，第一種規(guī)劃在材料制造過(guò)程中小于第二種，不過(guò)橋梁建造及使用過(guò)程中第二種規(guī)劃大于第一種的，明顯可知混合梁橋于材料制造過(guò)程環(huán)境影響小于鋼箱梁橋，不過(guò)于橋梁建造及已超出使用年限期，環(huán)境影響遠(yuǎn)超過(guò)鋼箱梁橋，給兩種規(guī)劃在各自過(guò)程的環(huán)境影響控制給予了有力指導(dǎo)。

5 結(jié) 語(yǔ)

文章兼顧環(huán)境保護(hù)問(wèn)題及橋梁建設(shè)造價(jià)控制兩方面，以研究橋梁工程生命周期能夠更為有效的減少環(huán)境影響與節(jié)約成本，由上述兩種方案可知，彼此各有優(yōu)點(diǎn)，故在橋梁建設(shè)中應(yīng)充分結(jié)合該兩種方案的優(yōu)勢(shì)，更好地指導(dǎo)建設(shè)。

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