土木工程環(huán)境影響自動(dòng)研判系統(tǒng)研究

史澤宇，李 闊，劉民壯，崔梓鈺，張政杰

(1.黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090)

土木工程項(xiàng)目的開展會(huì)對(duì)環(huán)境造成無法挽回的影響，危害人們的身心健康。土木工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的開展能夠?qū)ν聊竟こ添?xiàng)目全過程可能造成的環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，針對(duì)項(xiàng)目可能帶來的環(huán)境問題制定合理的對(duì)策，盡可能減少對(duì)環(huán)境造成破壞。隨著中國(guó)加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，大力推動(dòng)綠色發(fā)展，近些年的土木工程項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)需求不斷上升，BIM[1]、GIS[2]等技術(shù)逐漸應(yīng)用于土木工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)，主要是從環(huán)評(píng)的標(biāo)準(zhǔn)以及指標(biāo)獲取角度對(duì)傳統(tǒng)環(huán)評(píng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)。傳統(tǒng)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)由人工主導(dǎo)，時(shí)效性低，環(huán)評(píng)從業(yè)人員往往需要大量的時(shí)間才能完成項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)，少量的環(huán)評(píng)從業(yè)人員已經(jīng)無法滿足大量的環(huán)評(píng)需求。因此，開發(fā)高效準(zhǔn)確的環(huán)境影響自動(dòng)研判系統(tǒng)，簡(jiǎn)化環(huán)境影響評(píng)價(jià)流程，提高環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)效性具有現(xiàn)實(shí)意義。

王爽等[3]采用AHP與熵權(quán)法相結(jié)合的技術(shù)，邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜彝ㄟ^主客觀相結(jié)合的方式確定各指標(biāo)的權(quán)重值，并給出綜合環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，但該方法受主觀因素影響較大。帥小根等[4]通過BEES軟件，利用軟件中的12類環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)軟件中的參數(shù)量化工程建設(shè)以及資源消耗可能產(chǎn)生的環(huán)境影響，其主要貢獻(xiàn)在于能夠計(jì)算出單位建筑面積的環(huán)境影響潛值，但整個(gè)評(píng)價(jià)流程需要構(gòu)建工程實(shí)例模型，且僅適用于該模型。陳海寧[5]基于大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、智能檢索技術(shù)建立環(huán)評(píng)大數(shù)據(jù)分析支撐系統(tǒng)，系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)技術(shù)自動(dòng)篩選出與評(píng)價(jià)項(xiàng)目相類似的歷史項(xiàng)目，從中獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，便于技術(shù)人員對(duì)比分析。除了新技術(shù)的應(yīng)用之外，還需要對(duì)土木工程項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的內(nèi)涵、評(píng)價(jià)中需要注意的事項(xiàng)以及未來環(huán)境影響評(píng)價(jià)可能的方向進(jìn)行分析，盡可能提高工作的效率以及質(zhì)量。同時(shí)，需切實(shí)提高國(guó)民的環(huán)保意識(shí)，加強(qiáng)環(huán)境管理的審批工作，建立1套完善的環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[6-7]。

范力等[8]應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用沱江4個(gè)水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，采用單因子評(píng)價(jià)法分析水質(zhì)污染情況，旨在通過自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。伯鑫[9]基于VBA編寫程序，開發(fā)自動(dòng)化評(píng)價(jià)系統(tǒng)，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式檢驗(yàn)以及數(shù)據(jù)自動(dòng)分析。何芳等[10]利用GIS技術(shù)，結(jié)合Office組件對(duì)數(shù)據(jù)以及空間圖形進(jìn)行錄入管理與編輯，集成多種評(píng)價(jià)算法模型，開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)錄入、評(píng)價(jià)、查詢及管理等為一體的信息化管理平臺(tái)。陳楠等[11]運(yùn)用BIM技術(shù)構(gòu)建土木工程項(xiàng)目的信息模型，運(yùn)用層次分析法建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以實(shí)際案例建模并進(jìn)行計(jì)算。

上述學(xué)者針對(duì)土木工程項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究已經(jīng)取得一些成果，并建立不同的環(huán)境影響評(píng)價(jià)體系與算法模型。但對(duì)于土木工程環(huán)境影響自動(dòng)研判系統(tǒng)的構(gòu)建研究還相對(duì)比較少，對(duì)于系統(tǒng)應(yīng)具備何種功能，如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)研判的功能以及其他功能還有很多未知因素?；诖?，本文將傳統(tǒng)土木工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)方式進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)轉(zhuǎn)型，基于Python語(yǔ)言開發(fā)能夠自動(dòng)計(jì)算環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)、根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)研判的系統(tǒng)，提高環(huán)評(píng)的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，緩解環(huán)評(píng)從業(yè)人員與環(huán)評(píng)需求之間的矛盾。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的功能由開發(fā)系統(tǒng)的目的決定，功能設(shè)計(jì)又是系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，兩者相輔相成。開發(fā)系統(tǒng)的目的是為了提高環(huán)評(píng)的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，解決環(huán)評(píng)從業(yè)人員與環(huán)評(píng)需求之間的矛盾，即少量環(huán)評(píng)從業(yè)人員配備經(jīng)過短暫培訓(xùn)的員工使用該系統(tǒng)，能夠高效快速地完成環(huán)境影響評(píng)價(jià)，故系統(tǒng)的操作需要簡(jiǎn)潔、方便，盡量達(dá)到“一步完成”的效果。系統(tǒng)未來可能應(yīng)用于商業(yè)、土木工程方案的優(yōu)化中，故需對(duì)待評(píng)價(jià)、已評(píng)價(jià)的項(xiàng)目進(jìn)行管理。結(jié)合上述自動(dòng)研判的需求，將系統(tǒng)分為用戶管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、自動(dòng)研判與建議對(duì)策模塊。

1.1 用戶管理模塊

該模塊需要存儲(chǔ)用戶的個(gè)人信息，如用戶所在的公司或個(gè)人名稱、聯(lián)系方式、需要進(jìn)行環(huán)評(píng)的項(xiàng)目名稱等，以便對(duì)土木工程項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤、記錄。存儲(chǔ)的內(nèi)容還應(yīng)包括項(xiàng)目的具體情況、項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、項(xiàng)目環(huán)境影響嚴(yán)重程度以及如何優(yōu)化該項(xiàng)目的建議或策略。

1.2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)的功能是將環(huán)境影響評(píng)價(jià)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，后續(xù)自動(dòng)研判模塊并對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)環(huán)境影響嚴(yán)重程度。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲得應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，如從項(xiàng)目可行性研究報(bào)告、項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件中提取。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入應(yīng)方便快捷，盡量使用市場(chǎng)上常見的、兼容性強(qiáng)的軟件導(dǎo)入。

1.3 自動(dòng)研判模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)的功能是將導(dǎo)入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判環(huán)境影響的嚴(yán)重程度，評(píng)價(jià)指標(biāo)選用當(dāng)量值以適用于各類土木工程項(xiàng)目、各種規(guī)模的土木工程項(xiàng)目。部分環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算只需將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)除以土木工程項(xiàng)目輻射范圍便可得到，另一部分指標(biāo)需要經(jīng)過較為復(fù)雜的計(jì)算。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不但需要結(jié)合國(guó)家規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還需結(jié)合已有的土木工程實(shí)踐項(xiàng)目，根據(jù)時(shí)代發(fā)展的需要設(shè)置。

1.4 建議對(duì)策模塊

該模塊的實(shí)現(xiàn)需要環(huán)評(píng)從業(yè)人員參與，功能是在得到土木工程項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，環(huán)評(píng)從業(yè)人員針對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果給出專業(yè)地降低環(huán)境影響建議及項(xiàng)目?jī)?yōu)化方向。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本文選用Python作為開發(fā)語(yǔ)言。Python是1種動(dòng)態(tài)的高層次腳本語(yǔ)言，執(zhí)行速度快、解釋性強(qiáng)、面向?qū)ο髲V且含有豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)。它以C語(yǔ)言為底層，是1種免費(fèi)開源的高級(jí)語(yǔ)言[12]。

安裝Python3.7，并配置環(huán)境變量。通過pip工具安裝xlrd模塊，將其導(dǎo)入至python中，便于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入；圖形界面的開發(fā)選用wxPython，該軟件為開源軟件，且具有較為優(yōu)秀的用戶圖形庫(kù)。

2.1 用戶管理與建議對(duì)策

這兩個(gè)模塊主要實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)將每1位用戶的個(gè)人信息、項(xiàng)目的環(huán)評(píng)信息、給出的建議對(duì)策進(jìn)行電子存檔，便于跟蹤查閱。除此之外，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)項(xiàng)目的環(huán)評(píng)基礎(chǔ)信息，無需在完善數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新整理，節(jié)約了操作者的時(shí)間，且實(shí)時(shí)得到的部分評(píng)價(jià)指標(biāo)即可指導(dǎo)項(xiàng)目的優(yōu)化。

利用file_path函數(shù)定義數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)路徑(這里的數(shù)據(jù)指的是用戶信息、環(huán)評(píng)信息等)。定義用戶類模塊，模塊包括self.name、self.mobilephone、self.QQ等信息，并利用其實(shí)例存儲(chǔ)用戶信息；建立用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)函數(shù)updataUsersInfo(self)，用戶在界面上輸入名稱、電話、QQ等信息將會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)在用戶類模塊的實(shí)例中，并保存到相應(yīng)路徑,且每1次輸入用戶名稱以及用戶數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)對(duì)項(xiàng)目評(píng)價(jià)情況進(jìn)行更新。定義建議對(duì)策類模塊，模塊與用戶類模塊功能相似，存儲(chǔ)本項(xiàng)目的建議對(duì)策。最終邏輯函數(shù)將該模塊與其他模塊鏈接，存儲(chǔ)1次評(píng)價(jià)的各項(xiàng)信息。實(shí)現(xiàn)用戶管理功能的代碼如圖1所示。

圖1 實(shí)現(xiàn)用戶管理功能的代碼

通過這些環(huán)評(píng)信息與建議對(duì)策，在一定量的數(shù)據(jù)積累基礎(chǔ)上，可以實(shí)時(shí)地更新環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與建議對(duì)策庫(kù)，為科學(xué)的環(huán)評(píng)做指導(dǎo)。操作者只需點(diǎn)擊界面上的提交按鈕，即可觸發(fā)編制好的邏輯函數(shù)，將用戶信息、環(huán)評(píng)信息及建議對(duì)策串聯(lián)，以自定義的方式保存至本地路徑。用戶管理界面與建議對(duì)策界面如圖2、圖3所示。

圖2 用戶管理界面

圖3 自動(dòng)研判界面

2.2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

土木工程的建設(shè)周期長(zhǎng)，資源能源消耗較高，全生命周期均會(huì)產(chǎn)生環(huán)境影響。其影響類型復(fù)雜多樣，包括土木工程自身建設(shè)的影響、附屬設(shè)施建設(shè)的影響、資源能源消耗的影響、天氣和相關(guān)事故污染造成的影響等。按照影響因素可分為社會(huì)環(huán)境影響、生態(tài)環(huán)境影響、環(huán)境空氣影響、環(huán)境噪聲影響、景觀影響分析、事故污染風(fēng)險(xiǎn)分析等。應(yīng)考慮社會(huì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、環(huán)境空氣以及環(huán)境噪聲四方面的環(huán)境影響因素，并從這些影響因素中選擇易提取、易量化、覆蓋全面且突出重點(diǎn)的數(shù)據(jù)[13]進(jìn)行計(jì)算得到環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，指標(biāo)體系如圖4所示。這里的當(dāng)量，指的是根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或計(jì)算出來的經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)除以土木工程項(xiàng)目的輻射范圍。

圖4 環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

定義openfile(self)函數(shù)，函數(shù)功能主要是將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至系統(tǒng)中，以便進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)計(jì)算。為方便使用，這里選取Excel作為數(shù)據(jù)導(dǎo)入的軟件。利用xlrd模塊中的file函數(shù)讀取Excel表，并通過索引順序逐步導(dǎo)入各個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能的代碼以及各項(xiàng)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)情況見圖5。

圖5 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能的代碼

系統(tǒng)將會(huì)提供Excel表格中數(shù)據(jù)的導(dǎo)入模板，能以最快速度使操作者理解數(shù)據(jù)導(dǎo)入方法。以公路交通項(xiàng)目建設(shè)為例，數(shù)據(jù)導(dǎo)入的模板如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板

操作者只需按順序，在各欄下方輸入待評(píng)價(jià)項(xiàng)目的各個(gè)數(shù)據(jù)，即可完成表格的梳理?？紤]到計(jì)算效率，限制系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，最多可容納n(n≤100)個(gè)節(jié)點(diǎn)的公路交通項(xiàng)目數(shù)據(jù)，能夠支撐絕大多數(shù)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。之后只需在數(shù)據(jù)導(dǎo)入界面導(dǎo)入項(xiàng)目的Excel，即可完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，數(shù)據(jù)導(dǎo)入界面如圖7所示。

特別地，本文各項(xiàng)指標(biāo)之間是相互分離的，在數(shù)據(jù)不完整的情況下，系統(tǒng)也可以完成已有數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算與研判。

圖7 數(shù)據(jù)導(dǎo)入界面

2.3 自動(dòng)研判

2.3.1 計(jì)算模型建立

部分環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)除以土木工程項(xiàng)目輻射范圍得到，如社會(huì)環(huán)境影響中的當(dāng)量拆遷量、當(dāng)量占地面積、當(dāng)量通道數(shù)以及生態(tài)環(huán)境影響中的4個(gè)指標(biāo)，即當(dāng)量拆遷量=項(xiàng)目總拆遷量/項(xiàng)目規(guī)模、當(dāng)量水土流失量=項(xiàng)目總水土流失量/項(xiàng)目規(guī)模等。而當(dāng)量土地利用率、環(huán)境空氣影響指標(biāo)以及環(huán)境噪聲影響均需要通過較為復(fù)雜的計(jì)算得到，這里給出當(dāng)量土地利用率、3種環(huán)境空氣影響評(píng)價(jià)指標(biāo)以及環(huán)境噪聲影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算模型。

建立計(jì)算模型后，只需應(yīng)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言將模型實(shí)現(xiàn)，即可對(duì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、計(jì)算，獲取環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)值。該部分無需增加新的模塊，只需在基本的Python語(yǔ)言環(huán)境下進(jìn)行。

1)當(dāng)量土地利用率。當(dāng)量土地利用率是反映土地利用的指標(biāo)，在房屋建設(shè)工程中，可以直接使用土地利用面積除以項(xiàng)目輻射范圍得到，但土木工程項(xiàng)目除房屋建設(shè)工程外，還包括市政建設(shè)工程以及交通建設(shè)工程等。交通建設(shè)工程往往是長(zhǎng)線性工程，采用土地利用面積來對(duì)其土地利用率進(jìn)行衡量達(dá)不到好的效果，故這里采用交通容量來對(duì)交通建設(shè)工程的土地利用率進(jìn)行評(píng)價(jià)，交通建設(shè)工程當(dāng)量土地利用率[13]的計(jì)算方式為

Qxm=AADTm·km·Lm，

(1)

(2)

vm=-0.006 8qm+98.577，

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：m為道路節(jié)點(diǎn)數(shù),個(gè)；n為節(jié)點(diǎn)總數(shù)，個(gè)；Qxm為m節(jié)點(diǎn)交通容量,pcu/d；AADTm為m節(jié)點(diǎn)年平均日交通量,pcu/d；km為m節(jié)點(diǎn)交通流密度,pcu/km；Lm為m節(jié)點(diǎn)路段長(zhǎng)度,km；qm為m節(jié)點(diǎn)小時(shí)交通量,pcu/h；vm為m節(jié)點(diǎn)交通流速度,km/h；Qall為道路交通容量,pcu/d；DLtd為當(dāng)量土地利用率,pcu/d/km。

將式(1)～(6)進(jìn)行變換，則當(dāng)量土地利用率的計(jì)算公式為

Qxm=AADTm+

(7)

實(shí)現(xiàn)當(dāng)量土地利用率計(jì)算的代碼如圖8所示。

圖8 實(shí)現(xiàn)當(dāng)量土地利用率計(jì)算的代碼

2)當(dāng)量污染物排放量。土木工程項(xiàng)目建設(shè)過程中的排放主要考慮建設(shè)過程以及營(yíng)運(yùn)過程，較長(zhǎng)時(shí)間的營(yíng)運(yùn)過程將會(huì)持續(xù)產(chǎn)生排放。在建設(shè)過程中，其主要污染物排放量只需使用監(jiān)測(cè)到的CO2、NOx以及顆粒物的年平均排放總質(zhì)量除以項(xiàng)目輻射范圍即可進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在營(yíng)運(yùn)過程中，無法針對(duì)市政道路以及公路整個(gè)沿線的污染物排放量進(jìn)行測(cè)量，而是由計(jì)算模型得到，本文主要考慮的是營(yíng)運(yùn)過程可能產(chǎn)生的影響。

《公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范(JTG B03-2006)》[14]中給出污染物排放量的計(jì)算公式以及CO、NOx的單車排放因子，但缺少顆粒物的單車排放因子。本文根據(jù)規(guī)范，結(jié)合王曉寧等[15]對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放量的研究，給出3類污染物的當(dāng)量計(jì)算公式見式(8)～(12)，3類污染物排放因子的選取見表1。

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

式中：Qmj為m節(jié)點(diǎn)1 a內(nèi)j類污染物排放量,t/a；Qj為j類污染物排放量,t/a；j=1、2、3時(shí)分別為CO、NOx和顆粒物；Eij為i類型車單車j類排放因子,mg/輛·m，取自規(guī)范；DLCO為當(dāng)量CO產(chǎn)生質(zhì)量,t/a/km；DLNOx為當(dāng)量NOx產(chǎn)生質(zhì)量,t/a/km；DLpm為當(dāng)量顆粒物產(chǎn)生質(zhì)量,t/a/km。

實(shí)現(xiàn)3種當(dāng)量污染物排放量計(jì)算的代碼如圖9所示。

表1 取值推薦 mg/輛·m

圖9 實(shí)現(xiàn)當(dāng)量污染物排放量計(jì)算的代碼

3)當(dāng)量噪聲影響面積。與當(dāng)量污染物排放相似，亦分為建設(shè)過程以及營(yíng)運(yùn)過程來考慮，本文主要考慮的是營(yíng)運(yùn)過程可能產(chǎn)生的噪聲影響[14]。結(jié)合規(guī)范，計(jì)算噪聲小時(shí)等效聲壓級(jí)見式(13)～(16)。

L1mi=a+blgV1mi，

(13)

ΔLg+ΔLo-16，

(14)

LEqa1m=10lg[100.1LEqa1m1+100.1LEqa1m2+

100.1LEqa1m3]+ΔL1，

(15)

(16)

《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3096-2008)》[16]給出晝間以及夜間的噪聲限值分別為70 dB以及55 dB，當(dāng)晝間噪聲降低至70 dB以下，夜間噪聲降低至55 dB以下時(shí)，不受噪聲影響。噪聲衰減模型參考吳志濤[17]對(duì)高速公路交通噪聲的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)研究，這里對(duì)其建立的插值函數(shù)線性化，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)開發(fā)難度。

當(dāng)量噪聲影響面積的計(jì)算公式見式(17)～(20)

(17)

(18)

(19)

(20)

式中：L1mi為1方向第m個(gè)節(jié)點(diǎn)i型車在參考點(diǎn)r0處輻射聲壓級(jí),dB；i=1,2,3時(shí)分別為小型車、中型車、大型車；ΔLd,ΔLg,ΔLo,ΔL1為距離、地面、障礙物及其他噪聲衰減值，根據(jù)實(shí)際情況選??；a,b為參數(shù)，根據(jù)規(guī)范選?。籐Eqa1mi為1方向第m個(gè)節(jié)點(diǎn)i型車的交通量輻射噪聲的小時(shí)等效聲壓級(jí),dB；LEqa1m為1方向第m個(gè)節(jié)點(diǎn)總交通量輻射噪聲的小時(shí)等效聲壓級(jí),dB；N1mi為1方向第m個(gè)節(jié)點(diǎn)i型車小時(shí)交通量,veh/h；Sd為公路晝間噪聲影響面積,m2；Sn為公路夜間噪聲影響面積,m2;DLd為當(dāng)量晝間影響面積,km2/km；DLn為當(dāng)量夜間影響面積,km2/km。

實(shí)現(xiàn)當(dāng)量噪聲影響面積計(jì)算的代碼如圖10所示。

圖10 實(shí)現(xiàn)當(dāng)量噪聲影響面積計(jì)算的代碼

2.3.2 自動(dòng)研判與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算模型的建立最終服務(wù)于系統(tǒng)的自動(dòng)研判功能。自動(dòng)研判功能實(shí)現(xiàn)的前提是系統(tǒng)能完成環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)值的自動(dòng)計(jì)算，自動(dòng)研判的方法如下：

評(píng)價(jià)指標(biāo)值≥B時(shí)環(huán)境污染程度值為重度；

A<評(píng)價(jià)指標(biāo)值

評(píng)價(jià)指標(biāo)值≤A時(shí)環(huán)境污染程度值為輕度。

其中，A表示與待測(cè)數(shù)據(jù)相匹配的環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值的下限值，B表示與待測(cè)數(shù)據(jù)相匹配的環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值的上限值。A與B的確定依賴于相同類型土木工程項(xiàng)目的樣本數(shù)據(jù)以及國(guó)家規(guī)范與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其確定過程即為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立過程。此方法不適用于當(dāng)量通道數(shù)與當(dāng)量土地利用率。

這里給出本文建立的土木工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 土木工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中A與B的取值

對(duì)于當(dāng)量通道數(shù)，將當(dāng)量通道數(shù)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值0.5～2個(gè)進(jìn)行比對(duì)：當(dāng)量通道數(shù)大于2個(gè)時(shí)環(huán)境污染程度值為輕度；大于0.5個(gè)小于2個(gè)時(shí)環(huán)境污染程度值為中度；小于0.5個(gè)時(shí)環(huán)境污染程度值為重度。

對(duì)于當(dāng)量土地利用率，將當(dāng)量土地利用率與環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值1 500～3 000 pcu/d/km進(jìn)行比對(duì)：當(dāng)量土地利用率大于3 000 pcu/d/km時(shí)環(huán)境污染程度值為輕度；大于1 500 pcu/d/km小于3 000 pcu/d/km時(shí)環(huán)境污染程度值為中度；小于1 500 pcu/d/km時(shí)環(huán)境污染程度值為重度。

只需將上文敘述的環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定值以及自動(dòng)研判方法利用Python語(yǔ)言的if以及else實(shí)現(xiàn)，如圖11所示。

圖11 實(shí)現(xiàn)指標(biāo)結(jié)果研判功能的代碼

系統(tǒng)將在1 s內(nèi)完成環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的自動(dòng)計(jì)算以及環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果自動(dòng)研判，并進(jìn)行輸出，輸出的代碼如圖12所示。

圖12 實(shí)現(xiàn)結(jié)果輸出功能的代碼

結(jié)果展示在查詢結(jié)果界面，如圖13所示。

圖13 查詢結(jié)果界面

3 實(shí)證分析

為驗(yàn)證本自動(dòng)研判系統(tǒng)的高效性、準(zhǔn)確性，以某條高速公路建設(shè)方案的實(shí)際項(xiàng)目為例進(jìn)行自動(dòng)研判與人工研判效果的對(duì)比研究。該項(xiàng)目涉及到的輸入指標(biāo)包括公路總里程、建設(shè)面積、居民點(diǎn)個(gè)數(shù)、水土流失量、m節(jié)點(diǎn)路段長(zhǎng)度、平均日交通量等參數(shù)。其各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)如圖14所示。數(shù)據(jù)整理過程無論是自動(dòng)研判還是人工研判，均需要人工進(jìn)行。

操作者提交用戶的信息，提交完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，如圖15所示。則項(xiàng)目環(huán)評(píng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與用戶信息得到串聯(lián)，并保存在文件夾實(shí)例data中。

圖14 某項(xiàng)目的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)

圖15 某項(xiàng)目的數(shù)據(jù)導(dǎo)入過程

自動(dòng)研判系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算與自動(dòng)研判，結(jié)果如圖16所示。

圖16 某項(xiàng)目的自動(dòng)研判結(jié)果

人工研判需要分兩個(gè)步驟：計(jì)算環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)、判斷環(huán)境影響嚴(yán)重程度。

對(duì)于社會(huì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)公路里程、各節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)度、年平均日交通量、各節(jié)點(diǎn)交通流速度計(jì)算出當(dāng)量土地利用率，并根據(jù)其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算出當(dāng)量拆遷量、當(dāng)量占地面積及當(dāng)量通道數(shù)。

對(duì)于生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)公路里程以及其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)量水土流失量、當(dāng)量占農(nóng)田面積、當(dāng)量邊坡產(chǎn)生面積及當(dāng)量樹木砍伐棵數(shù)。

對(duì)于環(huán)境空氣影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，首先根據(jù)各車型的速度選取各速度下對(duì)應(yīng)的排放因子，再根據(jù)節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度、各車型交通量計(jì)算出當(dāng)量CO排放量、當(dāng)量NO排放量、當(dāng)量顆粒物排放量。

對(duì)于環(huán)境噪聲影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，首先根據(jù)各車型速度計(jì)算出各車型的等效聲壓級(jí)，再根據(jù)噪聲衰減值、各車型交通量計(jì)算出晝夜當(dāng)量噪聲影響面積。

在完成指標(biāo)的計(jì)算后，將得到的各個(gè)指標(biāo)值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，判斷環(huán)境影響嚴(yán)重程度。

筆者通過人工計(jì)算得到的指標(biāo)與自動(dòng)研判系統(tǒng)得到的指標(biāo)相同，但在排放因子選擇的過程、各車型等效聲壓級(jí)的計(jì)算等過程耗費(fèi)了大量的時(shí)間，且還需人工對(duì)指標(biāo)進(jìn)行研判，使得錯(cuò)誤研判風(fēng)險(xiǎn)增大。由此可證明自動(dòng)研判系統(tǒng)的準(zhǔn)確、高效性。

得到指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果及研判結(jié)果后，環(huán)評(píng)從業(yè)人員即可針對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)給出專業(yè)意見，以指導(dǎo)方案的優(yōu)化，在界面中輸入針對(duì)性的意見，完成該項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，如圖17所示。

圖17 某項(xiàng)目的優(yōu)化對(duì)策

相較于自動(dòng)研判，人工研判需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)計(jì)算得到評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或是主觀對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行判斷，得到環(huán)境影響嚴(yán)重程度；自動(dòng)研判系統(tǒng)只需將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，便會(huì)自動(dòng)計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)并判斷環(huán)境影響嚴(yán)重程度，能夠節(jié)約大量的時(shí)間。在人工計(jì)算、研判正確的前提下，自動(dòng)研判與人工研判得到的結(jié)果是相同的，但人工計(jì)算無法保證每次研判均是正確的。

自動(dòng)研判系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整理以及項(xiàng)目?jī)?yōu)化建議對(duì)策提出過程需要人工參與，但相比于人工參與整個(gè)評(píng)價(jià)過程而言，自動(dòng)研判系統(tǒng)能夠有效避免因大量人工操作產(chǎn)生誤差及錯(cuò)誤的可能，且節(jié)省了大量的人力，能夠有效提高環(huán)境影響評(píng)價(jià)的時(shí)效性及準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

通過對(duì)土木工程方案環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究，本文得到如下結(jié)論：

1)開發(fā)了土木工程環(huán)境影響自動(dòng)研判系統(tǒng)，只需根據(jù)操作將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入至系統(tǒng)中，系統(tǒng)即可高效、準(zhǔn)確地自動(dòng)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)并給出研判結(jié)果。

2)系統(tǒng)無需完整的數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)部分指標(biāo)的計(jì)算、研判，可實(shí)時(shí)指導(dǎo)土木工程項(xiàng)目的優(yōu)化。

3)環(huán)評(píng)從業(yè)人員無需進(jìn)行計(jì)算、研判等工作，只需根據(jù)給出的結(jié)果提出針對(duì)性的項(xiàng)目?jī)?yōu)化建議，解決了大量環(huán)評(píng)需求與較少環(huán)評(píng)從業(yè)人員之間的矛盾。