基于LCA的瀝青路面節(jié)能減排評價體系★

張海濤 孟 良

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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基于LCA的瀝青路面節(jié)能減排評價體系★

張海濤 孟 良

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

考慮了瀝青路面在全壽命周期中對節(jié)能減排的影響因素，以資源利用指標、環(huán)境影響指標、技術指標、節(jié)能減排綜合指標作為一級指標及26個二級指標，并結合層次分析法和模糊綜合評價法，確定了評價指標的權重和評價體系，在此基礎上，提出了利用評價體系的具體流程，建立了較完整的瀝青路面節(jié)能減排評價體系。

瀝青路面，節(jié)能減排，層次分析法，模糊綜合評價法

0 引言

隨著基礎建設的不斷完善，我國的公路建設不斷實現(xiàn)很大的發(fā)展，目前我國新建公路的主要路面形式為瀝青路面，而瀝青路面的建設過程中將會消耗大量的能源并排放出大量的有害氣體，對于周邊環(huán)境造成不可逆的影響。目前能源枯竭，環(huán)境惡化，一系列的自然災害在影響著我們人類的生存。公路建設過程中能源大量消耗和污染物的大量排放產生了嚴重的生態(tài)負效應，交通建設過程和礦產資源開發(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]。在我國建設環(huán)境友好型社會的倡導下，我國的公路建設不應該僅僅以公路的性能指標以及經濟指標和通行能力來衡量，而應該適應時代的要求將其對于生態(tài)環(huán)境的影響考慮進來，而瀝青路面對于環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在能源消耗和排放污染兩個方面，目前我國對于瀝青路面并沒有關于節(jié)能減排方面的評價體系。所以本文將基于層次分析法和模糊綜合評價建立瀝青路面節(jié)能減排評價體系。

1 瀝青路面節(jié)能減排評價體系的構建

1.1 構建的原則

瀝青路面在整個壽命周期中對于環(huán)境的影響因素有很多，因此，評價指標的選擇顯得至關重要，本文的評價指標主要以下列幾個原則來確定：

1)全面性：評價體系選擇的指標要涵蓋瀝青路面在全壽命周期中對于節(jié)能減排的影響，其評估結果更加精準科學且有代表性。

2)定性與定量指標相結合：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，對于某些指標采取定性的原則，定性之后利用科學的方法賦予相應的量化的值，這樣包括的指標就會比較全面，更好的評價瀝青路面的節(jié)能減排的結果。

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

選擇評價指標時應結合現(xiàn)有的評價指標建立評價體系，還應考慮區(qū)域的差異，不同的層次。在選取完評價指標，應該向專家請教，進行完善和改正。

1.2 構建的解釋

在瀝青路面的全壽命周期中，本文選取了資源利用指標、環(huán)境影響指標、技術指標、節(jié)能減排綜合指標作為一級指標，和一級指標下的26個二級指標建立的評價體系。

1)資源利用指標：資源的利用與節(jié)能減排息息相關，瀝青路面的全壽命周期中將耗費大量的資源，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。目前資源枯竭的問題越來越嚴重，所以說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：在瀝青路面的全壽命周期中會產生大量的污染氣體及固體垃圾，對于周圍的環(huán)境產生了一定的影響，目前世界范圍不斷爆發(fā)由于人們的社會活動導致的各種污染事件，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，所以說環(huán)境影響對于節(jié)能減排起著關鍵性作用。

3)技術指標：目前瀝青路面領域也出現(xiàn)了很多新的技術，可以在一定程度上節(jié)能減排，所以說技術指標對于節(jié)能減排的效果也是有著相當一部分的影響的。

4)節(jié)能減排綜合指標：該指標主要是指在管理上對于節(jié)能減排的重視，當管理層面上對于節(jié)能減排的相關政策比較完善，對于節(jié)能減排的影響也是相當顯著的，也能達到節(jié)能減排的目的。

2 瀝青路面評價體系的建立

2.1 瀝青路面節(jié)能減排評價指標權重的確定

權重的大小決定了評價指標對于節(jié)能減排的影響程度，權重確定的適當才會保證瀝青路面節(jié)能減排評價體系的合理性和科學性。權重的確定方法包括系統(tǒng)動力學、層次分析法、平均值法、神經網路法等多種方法[2]。采用層次分析法來確定權重，層次分析法可以將復雜的問題簡化為不同層次，將整個的思維過程數(shù)學化從而為多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題提供簡便的決策方法。所以對于瀝青路面節(jié)能減排評價體系是非常適合的。層次分析法主要包括構造判斷矩陣、計算優(yōu)化矩陣、計算權重三個步驟。構造判斷矩陣主要是根據(jù)專家意見確定重要性標度。本文根據(jù)專家意見建立了的判斷矩陣如表1所示。

表1 專家打分表

判斷矩陣確定過后，應進行一致性檢驗，防止個別指標出現(xiàn)過度重要的問題，并且當判斷偏離一致性過大時，排序權向量計算結果作為決策依據(jù)會出現(xiàn)問題，利用Matlab計算λmax，得到λmax=4.22。一致性檢驗步驟如下。

計算一致性指標C.I.，C.I.計算公式見式(1)：

(1)

其中，n為判斷矩陣的階數(shù)。

一級指標為4個，所以查表得到R.I.=0.89，計算得到一致性比例C.R.其計算公式為式(2)。

(2)

因此，得到一級指標的判斷矩陣的一致性可以接受，最大特征值λmax所對應的特征向量通過Matlab計算得到：

W1=(0.792 1,0.591 3,0.14,0.058 6)。

將其進行歸一化為：

W2=(0.501,0.374,0.088,0.037)T。

從而得到一級指標的各個權重為：

(0.501,0.374,0.088,0.037)。

其權重的分配也比較符合大家的認知，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。同理得到二級指標的最大特征值，經過一致性檢驗均符合要求，從而得到各個指標權重見表2。

表2 評價指標

2.2 瀝青路面節(jié)能減排評價體系

以模糊綜合評價建立瀝青路面節(jié)能減排評價體系，可以考慮系統(tǒng)內的多個因素，根據(jù)各因素的重要程度和對它的評價結果，把原來的定性評價定量化，較好地處理信息系統(tǒng)多因素、模糊性以及主觀判斷等問題。瀝青路面節(jié)能減排評價體系模糊評價的過程如下：

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

2)參照一些評價方法，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個等級，分別以ν1,ν2,ν3,ν4,ν5表示。建立備擇集V={ν1，ν2，ν3，ν4，ν5}，為便于評價可對各影響因子分別賦值20,40,60,80,100，即V={20，40，60，80，100}。

3)對于定量評價指標分值，可根據(jù)指數(shù)法計算出單因子評價結果，再根據(jù)德爾菲法(Delphi法)確定，對于定性評價指標分值則直接采用德爾菲法確定[3]。引入升降半梯形方法建立評價指標隸屬函數(shù)：

評價因子對于νk的隸屬函數(shù)：

(3)

評價因子對于νk+1的隸屬函數(shù)：

(4)

其中,r(x)為隸屬函數(shù)；x為評價指標分值。

4)根據(jù)評價因子U={u1,u2,u3,…,ui}和備擇集V={ν1,ν2,ν3,…,νi}組成關系矩陣P：

(5)

其中，pij為評價因子ui對于νj的隸屬度。

再進行綜合評價運算:

(6)

其中，Y為綜合評價結果;wi為評價因子所占權重；⊕,?均為模糊算子。

根據(jù)基于模糊理論結合層次分析法建立的瀝青路面節(jié)能減排評價體系，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，并且結合定性，定量的指標可以比較合理的對于瀝青路面節(jié)能減排進行評價。

2.3 瀝青路面節(jié)能減排評價的流程

1)調查階段。對于瀝青路面實際項目進行相關指標的調查，并對相關定量指標計算，對定性指標給出判斷。由于項目的差異，邀請專家對于項目進行打分，對于判斷矩陣進行相應的調整，從而使得評價結果更加準確。

2)評價階段。根據(jù)調查結果結合模糊綜合評價進行評價，計算隸屬度，從而得到綜合評價結果。得到該項目瀝青路面節(jié)能減排的分級結果。

3)建議階段。當項目得到結果較為理想時，總結該項目的優(yōu)點以供其他項目參考，當項目結果不太理想時，應對于該項目的定量指標進行審查，尤其對于資源利用指標和環(huán)境影響指標，因為其權重較高對于項目的節(jié)能減排的評價結果有著關鍵性作用，并對于關鍵環(huán)節(jié)進行整改。

3 結語

本文結合層次分析法和模糊綜合評價方法建立以資源利用指標、環(huán)境影響指標、技術指標、節(jié)能減排綜合指標為4個一級指標和25個二級指標的瀝青路面節(jié)能減排評價體系，評價指標較為全面體現(xiàn)了瀝青路面節(jié)能減排的影響因素，通過兩種評價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。利用該評價體系可以較全面科學地對于瀝青路面項目進行節(jié)能減排的評價，對于瀝青路面的綠色化、低碳化提供了一定技術指導意見。

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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★:黑龍江省交通運輸廳重點項目

張海濤(1963- )，男，教授

U416.217

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