市政道路碳排放計(jì)算及分析

余希帆

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510610）

0 引言

2022 年9 月，我國(guó)明確提出2030 年“碳達(dá)峰”和2060 年“碳中和”的目標(biāo)，“雙碳”目標(biāo)正式成為我國(guó)重要發(fā)展戰(zhàn)略。根據(jù)國(guó)際能源署發(fā)布的《2022年二氧化碳排放報(bào)告》[1]，2022 年我國(guó)的二氧化碳排放量為1147 700 萬t。全國(guó)建筑和建造工程碳排放總量約占全國(guó)碳排放量的50%，市政道路及配套設(shè)施屬于其中分支，其在建設(shè)全生命周期內(nèi)的碳排放量不可忽視。正確認(rèn)識(shí)市政道路及配套設(shè)施在建造、運(yùn)行和拆除3 階段中產(chǎn)生的碳排放量，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的前提和必經(jīng)之路。

目前已有許多學(xué)者對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過程中所產(chǎn)生的能耗和影響進(jìn)行分析研究，其研究的重點(diǎn)主要放在建筑工程中，如趙民等[2]闡述了建筑領(lǐng)域碳排放核算的劃分方式和核算方法，并指出了現(xiàn)有碳排放核算邊界存在的問題；李磐等[3]分析了民用建筑物施工期各個(gè)分項(xiàng)工程的碳排放量；張歡等[4]對(duì)辦公樓建筑進(jìn)行了全周期碳排放計(jì)算。但針對(duì)市政基礎(chǔ)設(shè)施和市政道路碳排放的研究仍較為欠缺。

本文基于城市道路全生命周期的評(píng)價(jià)方法，將建設(shè)工程分為建造、運(yùn)行和拆除3 個(gè)階段考慮其碳排放量，并提出各個(gè)階段的碳排放計(jì)算方法，對(duì)市政道路全生命周期的碳排放進(jìn)行評(píng)估分析。

1 碳排放的計(jì)算方法及市政道路的特點(diǎn)

1.1 碳排放計(jì)算方法

我國(guó)于2019 年頒布實(shí)施了《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）。《規(guī)范》對(duì)碳排放計(jì)算作了詳細(xì)規(guī)定，具體步驟如下：（1）確定計(jì)算邊界，建筑常以“單棟建筑”或“建筑群”作為計(jì)算對(duì)象，一般以“建筑面積”作為功能單位；（2）確定全生命周期的各個(gè)階段，建筑全生命周期分為3 個(gè)階段：運(yùn)行階段、建筑及拆除階段、建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段；（3）確定碳排放因子，用于量化建筑物不同階段相關(guān)活動(dòng)的碳排放；（4）計(jì)算建筑設(shè)計(jì)方案全生命周期的碳排放量，以此來優(yōu)化建筑方案、能源系統(tǒng)方案和低碳建材，為建筑物低碳建造和運(yùn)行提供技術(shù)依據(jù)。

1.2 市政道路碳排放邊界確定

市政道路的碳排放計(jì)算邊界應(yīng)按照道路紅線，邊坡及道路外的綠化不應(yīng)計(jì)入道路碳匯。碳排放計(jì)算中采用的年限建議按照道路交通量達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的道路設(shè)計(jì)年限：快速路、主干路為20 a，次干路為15 a；支路宜為10～15 a[5]。橋梁、隧道等構(gòu)筑物應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)年限單獨(dú)核算碳排放量，其余如管線、照明等配套設(shè)施可與城市道路一起統(tǒng)一進(jìn)行碳排放計(jì)算。

1.3 市政道路碳排放階段劃分

碳排放主要來源于燃料燃燒釋放。市政道路直接碳排放量較少，主要為間接碳排放。從碳排放源來看，全生命周期的碳排放主要包括：（1）建筑材料和設(shè)備的生產(chǎn)，以及運(yùn)輸過程中的化石能源消耗；（2）建筑建造階段的碳排放；（3）運(yùn)行階段的碳排放；（4）建筑拆除階段的碳排放。其中建筑材料和設(shè)備的生產(chǎn)，以及運(yùn)輸過程也屬于建造階段的主要組成部分，因此本文合并在建造階段中統(tǒng)一計(jì)算。

1.4 市政道路碳排放特點(diǎn)

市政道路在建筑建造階段的碳排放情況與建筑工程類似，其中的間接碳排放量在3 個(gè)階段中占比最大。在運(yùn)行階段和拆除階段，市政道路的碳排放情況與建筑工程差異較大，主要表現(xiàn)為：在運(yùn)行階段，市政道路的碳排放量非常小，主要為路燈的電耗、清洗車和灑水車的油耗，不涉及暖通空調(diào)、熱水供應(yīng)等能耗；在拆除階段，市政道路一般無需進(jìn)行整體拆除處理，大部分道路僅需進(jìn)行路面修復(fù)即可，其碳排放也應(yīng)計(jì)入下階段改造工程中。因此市政道路在拆除階段的碳排放量可不計(jì)入本階段新建工程中，若是項(xiàng)目包含臨時(shí)道路工程可單獨(dú)考慮拆除階段。

2 市政道路碳排放量計(jì)算方法

2.1 建造階段碳排放量CJZ 核算

建造階段的碳排放主要來自3 個(gè)方面：一是部分建材加工能耗，包括混凝土加工、裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)加工產(chǎn)生的碳排放；二是施工人員在場(chǎng)地工作生活產(chǎn)生的碳排放，包括工棚空調(diào)、照明等；三是施工能耗，包括施工設(shè)備的使用電耗、油耗等。建造階段碳排放量計(jì)算的是將該階段各種能耗折算成的碳排放量。這些能耗主要包括建造階段消耗的電、氣、油、煤等。建造階段碳排放量CJZ表達(dá)式為：

式中：Ei為第i 種能源的耗用量；Qi為第i 種能源的碳排放因子。

2.2 運(yùn)行階段碳排放量CM 核算

運(yùn)行階段的碳排放量核算以一個(gè)完整的自然年為時(shí)間單位，對(duì)于建筑整個(gè)使用周期的碳排放量核算，只需要將運(yùn)行階段每年的碳排放量求和即可。

運(yùn)行階段的碳排放量CM為建筑使用階段消耗的各類能源折算的碳排放量之和。運(yùn)行階段的碳排放量CM表達(dá)式為：

2.3 拆除階段碳排放量Ccc 核算

拆除階段碳排放量計(jì)算的是將該階段各種能耗折算成的碳排放量。這些能耗主要包括拆除階段消耗的電、氣、油、煤等。拆除階段的碳排放量Ccc表達(dá)式為：

2.4 建筑碳匯量CP 核算

建筑碳匯量CP主要包括綠化、水體等碳匯措施的碳匯量，其表達(dá)式為：

式中：Ci為第i 種碳匯的量。

2.5 碳排放因子

本文的碳排放因子參考廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳于2021 年發(fā)布的《建筑碳排放計(jì)算導(dǎo)則》（試行）附錄，其中列出的各類能源碳排放因子見表1。

表1 各類能源碳排放因子 單位：kgCO2/kg

3 市政道路碳排放計(jì)算案例

3.1 案例簡(jiǎn)介

本文以廣東地區(qū)某城市支路新建工程為例，對(duì)其碳排放量進(jìn)行計(jì)算。該城市支路全長(zhǎng)320 m，紅線寬度為18 m。道路采用單幅路形式，雙向2 車道，其中慢行道組成為1.25 m 樹池帶、1.5 m 非機(jī)動(dòng)車道、2.25 m 人行道。建設(shè)內(nèi)容包括：道路、管線、電力管溝、通信、交通、照明、綠化、海綿城市、安監(jiān)工程。

3.2 建造階段碳排放核算

由于市政工程相關(guān)建造階段的能耗數(shù)據(jù)難以獲取，因此本建造期采用造價(jià)管理軟件得到的能耗來計(jì)算其碳排放量。根據(jù)本項(xiàng)目的預(yù)算文件，得到建造階段各個(gè)單位工程的能耗，見表2。

表2 建造階段各專業(yè)能耗一覽表

因此建造階段的總碳排放量為：CJZ=30571×0.3748+22822×2.171+1672×2.031=64400 kgCO2=64.4 tCO2。

單位建設(shè)面積的碳排放量為：64400÷（18×320）=11.18 kgCO2/m2。

3.3 運(yùn)行階段碳排放核算

運(yùn)行階段主要考慮路燈的耗電能、清洗車和灑水車的油耗，運(yùn)行期按15 a 考慮（城市支路）。本項(xiàng)目共設(shè)10 盞高低雙挑路燈和1 盞投光燈，具體的道路照明年度耗電匯總表見表3。

表3 道路照明年度耗電匯總表

綜合考慮車行道寬度和綠化帶寬度，清洗車和灑水車按每天2 次計(jì)，則清洗車和灑水車年度耗油量匯總表見表4。

表4 清洗車和灑水車年度耗油量匯總表

因此運(yùn)行階段的碳排放量為：CM=130086×0.3748+1138.8×2.171=51229 kgCO2=51.2 tCO2。

年度運(yùn)行碳排放量=51.2÷15=3.41 tCO2。

3.4 拆除階段碳排放核算

由于本項(xiàng)目屬于新建工程，無臨時(shí)道路工程，故不考慮拆除階段碳排放。

3.5 碳匯CP 核算

本項(xiàng)目的碳匯主要是道路的行道樹。行道樹采用兩側(cè)布置，間距6 m，樹種采用秋楓，全線共布設(shè)了96 棵行道樹。

項(xiàng)目碳匯計(jì)算明細(xì)表見表5。

表5 道路樹池碳匯計(jì)算明細(xì)表

3.6 計(jì)算結(jié)果匯總

基于表2 至表5，可計(jì)算出本案例的碳排放總量和各單位指標(biāo)。

TCEL 建筑總體碳排放量=CJZ+CM+CCC-CP=64.4+51.2+0-0.9=114.7 tCO2。

ICEA 單位建設(shè)面積碳排放量=TCEL/ 面積=114700/（18×320）=19.9 kgCO2/m2。

使用年限為15 a 時(shí)，ICEB 單位建設(shè)面積年度碳排放量=（CM-CP）/（年限×面積）=（51200-900）/（15×18×320）=0.58 kgCO2/m2。

4 結(jié)語

（1）綜合現(xiàn)有規(guī)范碳排放計(jì)算方法，構(gòu)建城市道路“建造階段、運(yùn)行階段、拆除階段”3 階段碳排放計(jì)算模型。該模型根據(jù)市政道路的特點(diǎn)，較為全面地考慮了各階段的碳排放情況，最終得出的結(jié)果直觀明了。

（2）通過具體的工程案例確定了城市道路碳排放計(jì)算的基本步驟及所需要收集的資料，可為相關(guān)人員進(jìn)行碳排放計(jì)算工作提供參考。

（3）目前的計(jì)算方法將建材生產(chǎn)和運(yùn)輸階段的碳排放融入了建造階段，通過預(yù)算文件得到建材生產(chǎn)和運(yùn)輸階段的碳排放量，該方法與實(shí)際工程中存在一定差異。

（4）市政道路在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，因?yàn)槌剀嚒⒌刭|(zhì)差異等情況，會(huì)出現(xiàn)不同程度的維修加固內(nèi)容，但是該工況在設(shè)計(jì)階段難以考慮，因此無法計(jì)算該工況的碳排放情況。