軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期環(huán)境效益評(píng)價(jià)

摘要： 為了推動(dòng)軌道交通車(chē)輛綠色制造的進(jìn)程，以車(chē)門(mén)系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立生命周期模型，構(gòu)建環(huán)境效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期生產(chǎn)、 運(yùn)輸、 使用、 廢棄物處理階段的主要環(huán)境影響，探究電力能源結(jié)構(gòu)替代和焊接工藝變化對(duì)車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期的環(huán)境影響。結(jié)果表明： 車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期不同階段的環(huán)境影響從大到小的排序?yàn)樯a(chǎn)階段、 廢棄物處理階段、 使用階段和運(yùn)輸階段； 環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)從大到小依次為化石能源消耗潛值、 溫室氣體排放潛值和環(huán)境酸化潛值； 減少生產(chǎn)階段和廢棄物處理階段的化石能源消耗和溫室氣體排放有助于產(chǎn)品生命周期環(huán)境效益提升； 生產(chǎn)階段中通過(guò)減少火電占比，優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)，全球變暖潛值、 化石能源消耗潛值和環(huán)境酸化潛值可分別降低38.96%、 38.90%、 38.86%； 采用氣體金屬弧焊工藝替代保護(hù)性金屬弧焊工藝，全球變暖潛值、 化石能源消耗潛值和環(huán)境酸化潛值可分別降低64.71%、 58.94%、 59.85%。

關(guān)鍵詞： 軌道交通車(chē)輛； 車(chē)門(mén)系統(tǒng)； 生命周期評(píng)價(jià)； 環(huán)境效益； 電力結(jié)構(gòu)； 焊接工藝

中圖分類(lèi)號(hào)： X828

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

開(kāi)放科學(xué)識(shí)別碼（OSID碼）：

Life Cycle Based Environmental Benefits Assessment of

Rail Vehicle Door System

ZHAO Rui ZHAO Yijie XIONG Xin JIANG Qifan XU Chang2

（1. School of Environmental Science and Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 611756， Sichuan， China;

2. Technology Center， Chengdu Customs District P.R. China， Chengdu 61004 Sichuan， China）

Abstract： To promote the process of green manufacturingofrailtransitvehicles， thedoorsystemwastakenastheresearch object， the life cycle model was established， the environmental benefit evaluation system was constructed to evaluate the main environmental impact of the production， transportation， use and waste disposal stages of the door system， and the environmental impact of the replacement of electric energy structure and welding process changes on the life cycle of the door system was explored. The results show that the stages of the door system life cycle environmental impact contribution are ranked from the largest to the smallest as the production stage， the waste treatment stage， the use stage and the transportation stage. The potential values of environmental impact indicators are fossil energy consumption， greenhouse gas emission and environmental acidification respectively. Reducing fossil energy consumption and greenhouse gas emissionsintheproductionstageandwaste treatment stage helpstoimprovetheenvironmentalbenefitsofproductlifecycle. In the production stage， by reducing the proportion of thermal power and optimizing the power structure， the global warming potential， abiotic depletion potential of fossil and environmental acidification potential can be reduced by 38.96%， 38.90% and 38.86% respectively. By using gas metal arc welding instead of protective metal arc welding， the global warming potential， abiotic depletion potential of fossil and environmental acidification potential can be reduced by 64.71%， 58.94% and 59.85%， respectively.

Keywords： rail vehicle; door system; life cycle assessment; environmental benefit; power structure; welding process

我國(guó)軌道交通車(chē)輛制造行業(yè)發(fā)展迅速，預(yù)計(jì)2027年市場(chǎng)規(guī)模將突破1.69×108元^［1］。在軌道交通車(chē)輛市場(chǎng)規(guī)模高速增長(zhǎng)的同時(shí)，也伴隨著巨大的資源和能源消耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)，軌道交通車(chē)輛制造占軌道交通行業(yè)碳排放總量的11.30%，對(duì)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)造成較大的減排壓力^［2-3］。

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）是綠色設(shè)計(jì)和制造的基礎(chǔ)，通過(guò)識(shí)別對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的活動(dòng)、 原材料和過(guò)程，選擇合適的決策方案以減小資源消耗和對(duì)環(huán)境的影響，增強(qiáng)產(chǎn)品的可持續(xù)性^［4-5］。近年來(lái)， LCA在軌道車(chē)輛綠色設(shè)計(jì)和制造方面得到了廣泛應(yīng)用。Chester等^［6］分別對(duì)燃油和電氣驅(qū)動(dòng)的地鐵列車(chē)開(kāi)展了LCA， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 燃油驅(qū)動(dòng)的列車(chē)的環(huán)境影響更大， 其中車(chē)輛制造階段的影響與全球變暖和人體毒性密切相關(guān)。 Meynerts等^［7］也評(píng)估了不同能源動(dòng)力系統(tǒng)列車(chē)的生命周期環(huán)境效益， 結(jié)果表明， 相較于柴油動(dòng)力系統(tǒng)， 柴油-電氣混合動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的機(jī)車(chē)（如城際動(dòng)車(chē)組）的柴油需求量和生態(tài)環(huán)境影響分別下降24%和15%。kerman^［8］、 Dong等^［9］基于生命周期分析發(fā)現(xiàn)， 與其他公共交通車(chē)輛相比， 城市軌道交通車(chē)輛在制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放更多， 但在運(yùn)行階段， 軌道車(chē)輛產(chǎn)生的碳排放相對(duì)較少。da Silva等^［10］進(jìn)一步分析了不同電力結(jié)構(gòu)對(duì)鐵路車(chē)輛生命周期碳排放的影響， 得到電力能源的清潔化可以減少63%的碳排放的結(jié)論。除了針對(duì)整車(chē)的研究， 學(xué)者們相繼開(kāi)展了車(chē)輛配件的生命周期評(píng)價(jià)， 以推動(dòng)車(chē)輛的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。Wang等^［11］在LCA分析的基礎(chǔ)上， 融合生命周期成本（LCC）分析， 指出通過(guò)改進(jìn)轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)， 有助于降低地鐵車(chē)輛制造階段的經(jīng)濟(jì)成本和碳排放。孫華等^［12］耦合LCA和LCC分析， 提出利用碳纖維復(fù)合材料替代鋁制合金材料設(shè)計(jì)設(shè)備倉(cāng)， 可大幅度減小車(chē)輛質(zhì)量， 減少加工過(guò)程的碳排放。

目前關(guān)于軌道交通車(chē)輛中的核心零部件^［13］， 即車(chē)門(mén)系統(tǒng)的生命周期評(píng)價(jià)還鮮有報(bào)道。 開(kāi)展軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期的環(huán)境影響評(píng)價(jià)， 對(duì)于推動(dòng)車(chē)輛整車(chē)綠色制造具有重要意義。 本文中以軌道交通車(chē)輛的車(chē)門(mén)系統(tǒng)為研究對(duì)象， 通過(guò)生命周期建模分析識(shí)別其環(huán)境影響， 并結(jié)合社會(huì)支付意愿開(kāi)展環(huán)境效益評(píng)價(jià)， 以期為整車(chē)綠色制造提供結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議， 進(jìn)而提升整車(chē)車(chē)輛的環(huán)境可持續(xù)性。

1 研究方法

1.1 生命周期建模

本文中基于GB/T 24040—2008/ISO 14040：2006標(biāo)準(zhǔn)^［14］開(kāi)展軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期建模評(píng)價(jià)。研究對(duì)象是一組長(zhǎng)度、 高度、 厚度分別為1.6、 2.0、 0.032 m的塞拉門(mén)系統(tǒng)，如圖1所示，主要涉及門(mén)扇、 密封膠條、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 機(jī)構(gòu)掛架等關(guān)鍵部件。

軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期模型系統(tǒng)邊界如圖2所示。 評(píng)價(jià)系統(tǒng)起始于車(chē)門(mén)系統(tǒng)生產(chǎn)階段， 而后經(jīng)運(yùn)輸、 使用、 廢棄物處理等階段， 但未考慮廠房建設(shè)和機(jī)械設(shè)備等間接影響。 生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要包括門(mén)扇部分和頂部結(jié)構(gòu)的制造。其中， 門(mén)扇部分是按“三明治”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 采用鋁合金框架外加蒙皮的復(fù)合結(jié)構(gòu)， 厚度為32 mm； 中間為鋁蜂窩狀結(jié)構(gòu)， 前、 后蒙皮為厚度1 mm的鋁板，采用結(jié)構(gòu)膠粘連在門(mén)頁(yè)內(nèi)外表面； 左、 右2扇門(mén)上半部都設(shè)有雙層中空安全玻璃， 外層玻璃采用結(jié)構(gòu)膠固定在門(mén)扇上，內(nèi)側(cè)玻璃涂有防曬保護(hù)膜， 其強(qiáng)度須滿足列車(chē)安全運(yùn)行的相關(guān)要求^［15］。 門(mén)扇四周安裝三元乙丙橡膠材質(zhì)密封膠條， 同時(shí)滿足列車(chē)行駛過(guò)程中密封要求和障礙物檢測(cè)功能的要求^［16］。 車(chē)門(mén)的頂部結(jié)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承裝置組成， 其中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、 聯(lián)軸器、 絲桿和傳動(dòng)螺母組成， 軸承裝置主要包括橫向?qū)е?縱向?qū)е椭本€軸承等。

通過(guò)對(duì)軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)的供應(yīng)商調(diào)研，獲取車(chē)門(mén)系統(tǒng)生產(chǎn)材料消耗清單如表1所示。根據(jù)截?cái)啵╟ut-off）規(guī)則^［17］，表1中忽略了影響甚微的輔助材料，如消耗量較少的氟碳涂層、 潤(rùn)滑油等。鋁皮和鋁框架等鋁制品的加工損耗按照行業(yè)平均值3%計(jì)，鋁蜂窩芯的加工損耗按照行業(yè)平均值5%^［18］計(jì)。

車(chē)門(mén)系統(tǒng)經(jīng)門(mén)扇部分和頂部結(jié)構(gòu)裝配后， 從制造企業(yè)運(yùn)送到某重工機(jī)械有限公司統(tǒng)一調(diào)配。 經(jīng)調(diào)研， 運(yùn)輸距離約為800 km， 廢棄物處理階段運(yùn)輸距離約為300 km， 運(yùn)輸總能耗為34.8 kW·h。使用階段主要考慮電動(dòng)機(jī)能耗， 永磁直流電動(dòng)機(jī)額定功率為90 W， 設(shè)定使用時(shí)間為10 a， 能耗為720 kW·h。

在廢棄物處理階段，根據(jù)GB/T 19515—2023^［19］中的方法測(cè)算廢棄車(chē)門(mén)系統(tǒng)的可回收性Rcyc與可回收率Rrec，計(jì)算如下：

Rcyc=∑ni=1（mai+mci+mei+mfi）/mV×100 ，（1）

Rrec=∑ni=1（mbi+mci+mdi+mei+mfi+mgi）/mV×100，（2）

ml=mv-∑ni=1（mci+mbi+mci+mdi+mei+mfi+mgi），（3）

式中： mv為車(chē)門(mén)系統(tǒng)總質(zhì)量； mai為預(yù)處理時(shí)第i種可回收材料的質(zhì)量， i=1，2，…，n， n為正整數(shù)； mbi為預(yù)處理時(shí)第i種可回收形成能量的材料質(zhì)量； mci為拆卸時(shí)第i種可回收材料的質(zhì)量； mdi為拆卸時(shí)第i種可回收形成能量的材料質(zhì)量； mei為金屬分離時(shí)第i種可回收材料的質(zhì)量； mfi為非金屬殘留物中第i種可回收材料的質(zhì)量； mgi為非金屬殘留物中第i種可回收形成能量的材料質(zhì)量； ml為擬填埋材料質(zhì)量。

經(jīng)調(diào)研和相關(guān)文獻(xiàn)檢索^［20-21］，本文中測(cè)算車(chē)門(mén)系統(tǒng)材料回收再利用率與材料拆卸處理回收率見(jiàn)表2。 由表中數(shù)據(jù)可以看出， 材料的總回收率為87.4%， 在材料能源總回收率中占比較大，而能源回收率僅為4.7%。

基于上述生命周期模型，建立車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期輸入輸出矩陣Lj如下：

Lj=a11a12a13a14a15a16

a21a22a23a24a25a26

am1am2am3am4am5am6 ，（4）

式中： aj1為生產(chǎn)階段用于車(chē)門(mén)系統(tǒng)制造的第j種材料的質(zhì)量， j=1，2，…，m， m為正整數(shù)； aj2為單位質(zhì)量車(chē)門(mén)的第j段運(yùn)輸距離； aj3為使用階段的第j種能耗； aj4為廢棄物處理階段第j種材料回收率； aj5為生命周期各階段第j種資源投入量； aj6為生命周期各階段第j種污染物排放量。

通過(guò)車(chē)門(mén)系統(tǒng)的生命周期輸入輸出矩陣和材料輸入清單， 根據(jù)Ecoinvent 3數(shù)據(jù)庫(kù)所提供的生命周期清單數(shù)據(jù)， 得出生命周期各階段能源輸入及污染物排放數(shù)據(jù)， 負(fù)值表示廢棄物處理階段的能源輸入和污染物排放減少， 如表3所示。 結(jié)合主要

排放的污染物類(lèi)型， 選取全球變暖潛值（GWP）、 化石能源耗竭潛值（ADPF）、 環(huán)境酸化潛值（AP）作為本文中的環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2 環(huán)境效益評(píng)價(jià)

在生命周期建模的基礎(chǔ)上，本文中融合環(huán)境影響指標(biāo)和成本效益指標(biāo)，建立車(chē)門(mén)系統(tǒng)的環(huán)境效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖3所示。

以社會(huì)支付意愿（WTP）指數(shù)作為效益評(píng)價(jià)指標(biāo)，可反映當(dāng)增加或減少資源損耗和污染排放成本時(shí)，企業(yè)預(yù)期支付的態(tài)度^［22］。傳統(tǒng)的成本效益分析包括凈現(xiàn)值法、 內(nèi)部收益率法、邊際效益分析等，可將項(xiàng)目效益通過(guò)貨幣價(jià)值折算實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目?jī)r(jià)值評(píng)估，但可能存在環(huán)境收益估計(jì)不夠的問(wèn)題^［23］。本文中采用WTP指數(shù)，考慮到產(chǎn)品、服務(wù)對(duì)生命周期環(huán)境的影響，從企業(yè)支付以改善環(huán)境質(zhì)量的角度出發(fā)，考察生命周期環(huán)境影響與為減少環(huán)境影響所付出的經(jīng)濟(jì)成本之間的平衡關(guān)系^［24］。

，（6）

式中： IWTP為不同環(huán)境影響類(lèi)別對(duì)應(yīng)的社會(huì)支付意愿； Ic，k為環(huán)境影響類(lèi)別k的特征值， k= 2， 3； Im，k為環(huán)境影響類(lèi)別k對(duì)應(yīng)的成本系數(shù)， 其中GWP、 ADPF、 AP對(duì)應(yīng)的貨幣因子分別為0.22元/kg、 0.03元/MJ、 0.71元/kg； Ep為環(huán)境效益評(píng)價(jià)結(jié)果； Wl為車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期第l階段的經(jīng)濟(jì)成本， l= 2， 3， 4。

基于車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期成本量化經(jīng)濟(jì)成本^［26］，表達(dá)式為

Lc=cd+ct+cu+cr ，（7）

式中： Lc為車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期成本; cd為生產(chǎn)成本； ct為運(yùn)輸成本； cu為使用成本； cr為廢棄物處理成本。

生產(chǎn)成本包含材料、 人工和加工費(fèi)用，其中制造費(fèi)用與加工過(guò)程時(shí)間和單位成本有關(guān)。第k種材料的制造成本ck測(cè)算公式為

ck=mkpk（1+θk）+∑sg=1（tgcg+pgTgNg）+C（xk），（8）

式中： mk為第k種材料的消耗量； pk為第k種材料的價(jià)格；θk為第k種材料的生產(chǎn)過(guò)程廢棄率； tg為第g道工序加工所需時(shí)間， g= 2， …， s； cg為第g道工序單位時(shí)間加工成本； pg為第g道工序工人單位時(shí)間報(bào)酬； Tg為第g道工序工人工作時(shí)間； Ng為第g道工序工人數(shù)量； C（xk）為第k種材料影響的加工過(guò)程其他成本要素。

經(jīng)調(diào)研，軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格約為40 000元，以制造行業(yè)平均利潤(rùn)率25%為基準(zhǔn)，得出車(chē)門(mén)系統(tǒng)的制造加工成本為30 000元。

由運(yùn)輸距離和運(yùn)輸價(jià)格測(cè)算運(yùn)輸成本ct，公式為

ct=ptdt ，（9）

式中： pt為貨物運(yùn)輸價(jià)格； dt為運(yùn)輸距離。經(jīng)調(diào)研，貨物運(yùn)輸市場(chǎng)價(jià)格為0.9元/（t·km），根據(jù)車(chē)門(mén)系統(tǒng)運(yùn)輸貨物質(zhì)量（約271 kg）與距離（小于1 100 km），計(jì)算得出運(yùn)輸成本為268.2元。

使用成本cu由使用能耗成本和維護(hù)成本組成，即

cu=y（pene+u） ，（10）

式中： y為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)使用年限，取為10 a； pe為使用過(guò)程消耗電力的價(jià)格； ne為使用過(guò)程用電量； u為使用過(guò)程中每年維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。電動(dòng)機(jī)的能耗成本為每年65.7元，車(chē)門(mén)系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)成本為每年300元。

廢棄物處理成本cr主要包括回收物流成本、拆卸和分類(lèi)成本以及零部件再制造成本，即

cr=∑pr=1（trCr+PrTrNr） ，（11）

式中； tr為第r道回收工序所耗用的時(shí)間，r=1，2，…，p， p為正整數(shù)； Cr為第r道回收工序的單位運(yùn)行成本； pr為第r道回收工序工人單位時(shí)間報(bào)酬； Tr為第r道回收工序工人工作時(shí)間； Nr為第r道回收工序工人人數(shù)； Ik為第k種材料的回收收入。車(chē)門(mén)系統(tǒng)廢棄后主要產(chǎn)生為鋁材、 鋼材廢料，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，鋁材廢料回收價(jià)格為13 350元/t，鋼材廢料回收價(jià)格為2 680元/t。

鑒于軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命較長(zhǎng)，制造環(huán)節(jié)的時(shí)間跨度可以忽略，其他環(huán)節(jié)的折現(xiàn)成本可按凈現(xiàn)值計(jì)算，即

Lc=cd+co（1+λ）τ-1λ（1+λ）τ ，（12）

式中： co為其他成本； τ為生命周期；λ為折現(xiàn)率。由于車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期較長(zhǎng)，因此選擇較低的折現(xiàn)率進(jìn)行計(jì)算，本文中設(shè)定為6%^［27］。

綜合上述量化分析，軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期成本如表4所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果

軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期各階段對(duì)不同環(huán)境影響指標(biāo)的貢獻(xiàn)見(jiàn)圖4。 由圖可以看出， 車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期不同階段的環(huán)境影響由大到小的排序?yàn)樯a(chǎn)階段、 廢棄物處理階段、 使用階段和運(yùn)輸階段， 其中， 生產(chǎn)階段對(duì)GWP、 AP、 ADPF這3個(gè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響均最大，貢獻(xiàn)率分別為63.80%、 62.04%、 65.58%。

為了統(tǒng)一各環(huán)境影響指標(biāo)的量綱， 根據(jù)生命周期評(píng)價(jià)中的經(jīng)典基準(zhǔn)線方法對(duì)3個(gè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行去除量綱的標(biāo)準(zhǔn)化處理， 負(fù)值代表環(huán)境影響減小， 結(jié)果見(jiàn)表5。 在廢棄物處理階段， 通過(guò)拆卸回收鋁材和鋼材可減少各項(xiàng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率約30%； 使用階段對(duì)除ADPF外的其他環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率均小于5%； 運(yùn)輸階段的環(huán)境影響最小， 對(duì)3種環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率不足1%。 各指標(biāo)在各階段的環(huán)境影響的標(biāo)準(zhǔn)化值由大到小排序?yàn)锳DPF（22.23）、 GWP（17.10）、 AP（13.27）。 其中， 生產(chǎn)階段的環(huán)境影響最大， ADPF對(duì)生產(chǎn)階段的貢獻(xiàn)最大為37.70， GWP的貢獻(xiàn)次之， AP的貢獻(xiàn)最小為22.5，貢獻(xiàn)率分別為42.26%、 32.51%、 25.23%。

2.2 環(huán)境效益評(píng)價(jià)結(jié)果

經(jīng)WTP指數(shù)加權(quán)處理后得到的軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期各階段的環(huán)境效益評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5所示。 不同階段環(huán)境效益指數(shù)越大， 則表征環(huán)境效益越好。 從圖中可以看出， 車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期環(huán)境效益指數(shù)為0.155 8，顯著低于生產(chǎn)階段的環(huán)境效益指數(shù)0.234 7和廢棄物處理階段的環(huán)境效益指數(shù)0.456 6， 略高于使用階段的環(huán)境效益指數(shù)0.126 4， 遠(yuǎn)高于運(yùn)輸階段的環(huán)境效益指數(shù)0.029 2。 結(jié)合不同環(huán)境影響指標(biāo)的環(huán)境效益結(jié)果可以看出， 減小化石能源消耗和溫室氣體排放產(chǎn)生的環(huán)境效益最高， 有助于軌道車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)的環(huán)境性和經(jīng)濟(jì)性獲得雙贏。

2.3 不確定性分析

利用蒙特卡羅法模擬抽樣構(gòu)建概率密度函數(shù)分析不同環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的不確定性，結(jié)果如圖6所示。由圖可見(jiàn)，假設(shè)車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期各階段的原始數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布，置信區(qū)間為95%，不確定性最高的是AP，標(biāo)準(zhǔn)誤差波動(dòng)范圍為-7.83%～10.68%，其次是ADPF，標(biāo)準(zhǔn)誤差波動(dòng)范圍為-9.73%～7.56%， GWP的不確定性最低，標(biāo)準(zhǔn)誤差波動(dòng)范圍為-7.20%～9.76%。產(chǎn)生不確定性的可能原因如下： 1）Ecoinvent 3數(shù)據(jù)庫(kù)中的生產(chǎn)加工、能源輸入、 廢棄物處理等數(shù)據(jù)主要反映了歐洲或全球平均水平， 尚不足以反映我國(guó)企業(yè)或行業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)水平； 2）在不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下， 衡量數(shù)據(jù)指標(biāo)和指標(biāo)計(jì)算方法存在不確定性； 3）模型和情景設(shè)置也會(huì)對(duì)LCA的結(jié)果產(chǎn)生影響^［28］， 如模型輸入、 參數(shù)校正和模型形式等， 并且對(duì)于廢棄物處理情景設(shè)置而言， 焚燒、 填埋或土地利用等不同處理途徑也會(huì)帶來(lái)差異。

2.4 討論

軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期的清單分析和

評(píng)價(jià)結(jié)果均顯示， 電力消耗對(duì)車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期污染物排放和化石能源消耗具有顯著影響。 本文中在生命周期建模時(shí)假設(shè)電力結(jié)構(gòu)主要依托國(guó)家電網(wǎng)發(fā)電結(jié)構(gòu)占比情況， 即以占比為69.77%的火力發(fā)電為主^［29］。 本文中進(jìn)一步構(gòu)建包括基準(zhǔn)情景和適應(yīng)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)背景的3種能源替代情景， 以探究不同能源結(jié)構(gòu)的減排潛力， 情景設(shè)計(jì)如表6所示。 不同電力替代情景下軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期各階段的環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)如表7所示。 由表可見(jiàn)： 隨著能源清潔化程度的提升， 軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期各階段的溫室氣體排放顯著減少， 與基準(zhǔn)情景相比， 情景1、 2、 3的環(huán)境影響分別降低16.59%、27.00%、38.91%。生產(chǎn)階段的環(huán)境影響下降最為明顯，與基準(zhǔn)情景相比，情景3的火力發(fā)電量占比下降27.46%，GWP、 ADPF、 AP分別降低38.96%、 38.90%和38.86%。 盡管可能存在車(chē)輛質(zhì)量和性能的差異，但電力結(jié)構(gòu)優(yōu)化確實(shí)有助于減少能源消耗和污染物排放，與Chester等^［30］、 李佳蕾等^［31］研究得到的結(jié)論基本一致。

除能源結(jié)構(gòu)外， 焊接工藝也是影響軌道交通車(chē)輛制造碳排放的重要因素之一。 既有工藝多采用保護(hù)性金屬弧焊（SMAW）或氣體金屬弧焊（GMAW）焊接車(chē)體金屬部件^［32］。 Li等^［33］、 張瓊之等^［34］指出，上述2種焊接工藝對(duì)全球變暖、化石能源耗竭、 環(huán)境酸化都有較顯著的貢獻(xiàn)。本文中進(jìn)一步考察軌道車(chē)輛車(chē)門(mén)制造過(guò)程中SMAW和GMAW這2種焊接工藝對(duì)環(huán)境的影響， 情景設(shè)計(jì)^［35］如表8所示。 不同焊接工藝情景下軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期生產(chǎn)階段的環(huán)境影響如表9所示。 由表可以看出： SMAW工藝對(duì)GWP、 ADPF和AP的貢獻(xiàn)均大于GMAW工藝。 焊接工藝的改變對(duì)GWP的降低最為顯著， GMAW工藝的溫室氣體排放量比SMAW工藝的減少64.71%。 相比于SMAW工藝， GMAW工藝的酸性氣體排放和化石能源消耗分別減少59.85%和58.94%， 表明GMAW工藝更具有環(huán)境友好性， 與楊斌等^［36］的研究結(jié)論一致。 由于焊接過(guò)程的主要排放源是填充材料（SMAW工藝的標(biāo)準(zhǔn)電極涂層、 GMAW工藝的焊絲電極）的分解以及焊接過(guò)程中的電力消耗， 因此，SMAW工藝電極涂層的解體可能加劇焊接煙霧和熔渣的形成。

根據(jù)上述結(jié)果與分析， 本文中提出推動(dòng)軌道車(chē)輛制造綠色化的相關(guān)建議：

1）完善軌道車(chē)輛車(chē)門(mén)回收系統(tǒng)，推動(dòng)資源循環(huán)利用。建立從車(chē)輛拆卸分解到回收處置的逆向供應(yīng)鏈體系，恢復(fù)報(bào)廢車(chē)門(mén)系統(tǒng)及其零部件的形狀、 尺寸和必要性能，為其循環(huán)再利用奠定基礎(chǔ)； 建立車(chē)門(mén)各個(gè)子系統(tǒng)（電氣裝置、 機(jī)械裝置、 輔助裝置）等各部分的回收利用標(biāo)準(zhǔn)，提高資源化效率。

2）開(kāi)展清潔能源和綠色工藝替代， 增強(qiáng)軌道車(chē)輛制造可持續(xù)性。 逐步改善能源結(jié)構(gòu)清潔化程度， 減少因生產(chǎn)制造和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中電力購(gòu)入產(chǎn)生的溫室氣體排放和化石能源消耗； 在焊接工藝方面， 可采用氣體金屬弧焊替代保護(hù)性金屬弧焊， 減少焊接填充材料需求和能源消耗， 優(yōu)化車(chē)門(mén)系統(tǒng)綠色制造流程。

3）生產(chǎn)制造流程優(yōu)化，完善軌道車(chē)輛綠色制造流程。借助數(shù)值分析和過(guò)程模擬工具開(kāi)展生產(chǎn)制造參數(shù)和工藝的優(yōu)化，以此為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整零部件生產(chǎn)參數(shù)，延長(zhǎng)車(chē)輛部件服役周期。

3 結(jié)論

本文中基于生命周期評(píng)價(jià)對(duì)軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，建立生命周期環(huán)境效益評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期各階段的主要環(huán)境影響，并探究了電力能源結(jié)構(gòu)替代和焊接工藝變化對(duì)車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期的環(huán)境影響，得出以下主要結(jié)論：

1）軌道車(chē)交通輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期各階段按照對(duì)環(huán)境影響由大到小的排序?yàn)樯a(chǎn)階段、 廢棄物處理階段、 使用階段、 運(yùn)輸階段， 且生產(chǎn)階段的環(huán)境影響貢獻(xiàn)率達(dá)60%以上； 環(huán)境影響的標(biāo)準(zhǔn)化值由大到小排序?yàn)锳DPF、 GWP、 AP， 貢獻(xiàn)率分別為42.26%、 32.51%、 25.23%。

2）軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)生命周期各階段的環(huán)境效益評(píng)價(jià)結(jié)果表明，廢棄物處理階段的環(huán)境效益最佳，其次為生產(chǎn)階段； 投入成本用以減少?gòu)U棄物處理階段和生產(chǎn)階段的化石能源消耗和溫室氣體排放能夠獲得更好的環(huán)境效益。

3）在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，通過(guò)改善電力能源結(jié)構(gòu)，減少火電占比，可以減少車(chē)門(mén)系統(tǒng)生產(chǎn)階段電力投入產(chǎn)生的環(huán)境影響， GWP、 ADPF、 AP分別降低38.96%、 38.90%、 38.86%； 焊接工藝優(yōu)化方面，通過(guò)GMAW工藝替換SMAW工藝可以減少生產(chǎn)階段焊接過(guò)程產(chǎn)生的環(huán)境影響，GWP、 ADPF、 AP分別降低64.71%、 58.94%、 59.85%。

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