基于價值工程的全壽命周期低碳公路的管理研究

焦雙健，陳玉嬌

（中國海洋大學 工程學院，山東 青島 266100）

1 引言

據國際能源署（IEA）一份關于不同經濟部門CO2排放的統計數據顯示，碳排放最高的前三名依次是公共電力和發熱、制造業和建筑業、交通運輸。全球二氧化碳排放量約有25%來自交通運輸。亞洲發展銀行預計，在未來25年內，全球交通源二氧化碳排放將增加57%，而由于發展中國家的汽車行業迅速發展，其排放也將占到80%。

國家把交通行業列為節能減排的重要領域來抓，而公路部門又是交通行業實現節能目標的重要環節。2010年年底，全國公路總里程突破400萬km，達400.82萬km。在設計、施工及運營過程中的能源消耗以及排放的大量溫室氣體成為一個嚴峻的問題，給環境帶來了巨大的威脅。面對環境與發展的壓力，順應當今的減排形勢，建設綠色公路、低碳公路、生態公路，保持人類社會的可持續發展，已經成為公路建設的共識。

目前，在研究領域更偏重于公路碳排放量的計算和對低碳公路設計及推廣方面的研究，較少運用經濟學原理對低碳公路進行系統分析。如何實現碳排放量與經濟的協調發展，真正做到節能減排實現低碳經濟，越來越受關注。

2 價值工程原理及應用目標

價值工程是通過研究產品或系統的功能與成本之間的關系來改進產品或系統，以提高其經濟效益的現代管理技術。價值工程中的“價值”不同于政治經濟學中的價值，它是單位成本實現的功能。

價值工程的表達式為V＝F／C，式中V為價值系數（Value），F為功能系數（Function），C為成本系數（Cost）［1］。

價值工程與當前低碳公路發展目標相契合，低碳公路發展目標就是在公路的全壽命周期，貫徹低碳理念以實踐低碳經濟，堅持從降低能源消耗、減少環境污染等方面做起，以在實現滿足碳排放量減少的前提下成本最低。合理的低碳發展就是力求正確處理好功能與成本的關系，提高它們之間的比值，使資源得到更有效的利用。

3 全壽命周期低碳公路概念

全壽命周期低碳公路是在公路設計、建設、運營直至拆除的整個生命周期內，通過設計方案、施工組織和運營管理的優化，應用新技術、新能源和新材料，達到在資源、能源、材料的使用時減少消耗數量、提高使用效率，降低二氧化碳排放量的目標［2］。它分為5個階段：建設前期、施工期、運營期、維養期和拆除期。

4 價值工程在全壽命周期低碳公路管理的應用

4.1 建設前期

建設前期是公路工程決策階段，包括了公路的投資決策、勘察設計等環節，投資決策和優選方案是建設前期應用價值工程的主要方面。雖然建設前期公路的碳排放量很小，但是規劃和設計是低碳公路中控制低碳的重要因素，它制約著項目設計后期的建設、運營、管理的各個階段二氧化碳的排放量［3］。

在進行設計時，必須對公路碳排放量減少的功能進行明確定位和鑒別，在立足于充分實現基本功能的基礎上，減少耗能嚴重但非必要的功能。公路路線設計應在保證路線走向的前提下，因地制宜，順應地形，在考慮平面走向、路基高度、橫斷面填挖的基礎上，綜合考慮路基防護排水、結構物設置、取棄土場、互通立交設置的位置等因素，降低運輸成本，減少能源消耗和溫室氣體的排放［4～6］。

確定設計方案后，可以利用價值工程原理對設計方案進行經濟比較，通過對方案實行科學決策，對工程設計進行優化，提高設計項目的產品質量［7］。

4.2 施工期

公路進入施工階段以后，其功能基本定型，主要的工作是在價值和成本方面優化。可以進行兩類問題。其一，對施工方案進行價值分析，優化施工方案，減少公路的碳排放量。其二，保持功能不變的情況下，對材料進行價值分析，代替成本更低的材料，從而節約成本提高價值。

施工方案是施工組織設計的重點，是對施工方案耗用的勞動力、材料、機械、費用以及工期等在合理組織的條件下，進行技術經濟的分析，力求采用新技術，從中選擇最優方案。制定技術先進、經濟合理的施工方案后，通過運用價值工程對施工方案采用多方案評比的方法，從可行性、經濟性、對環境和交通的影響等方面綜合比較，最后選擇最具經濟性和環保性的施工方法，提高施工的經濟效益和工程質量，降低工程成本，減少對環境的污染。

對于施工機械，要結合施工方案，進行機械設備選型，確定最合適的機械設備使用方案。最重要的是日常機械維護和施工便道管理，要加強對筑路機械的整體狀況、耗油量、燃油的燃燒率進行評估檢測，把那些機械狀況差、耗油量嚴重超標、燃油燃燒率低及沒有修理價值的機械進行報廢處理，更換一些目前比較先進的設備，以達到施工機械的節能減排［8］。

價值工程就是在保證產品質量的基礎上充分應用成本控制的節約原則，節約人力、物力、財力的消耗，在各施工段的施工過程中減少材料的發生，以達到降低施工項目成本的目的。可以通過執行綠色建筑標準，應用新材料、新能源、新工藝，如在道路工程中提倡采用溫拌瀝青技術，增加瀝青混合料施工的可操作性，降低對路面造成的負面影響；在保證公路質量的情況下對老路路面進行合理的資源回收再利用，不僅降低工程造價，更是很大程度上減少對環境的污染。

4.3 運營期和維養期

高速公路的運營是高速公路使用過程中的非常重要的一個環節，運營期產生的碳排量占高速公路全壽命周期碳排量一半以上，是節能減排最為顯著的一個階段，做好這一階段的運營和養護管理是提升公路效益的關鍵。

建立智能管理系統，在事故多發路段設置監控設施，提供監控信息和圖像。利用智能管理系統，交通管理部門可進行合理的交通疏導、控制和事故處理，從而改善交通擁擠和阻塞，切實提高管理效率，降低管理成本。

積極推廣ETC（Electronic Toll Collection）電子不停車收費系統的應用，做好長大縱坡路段車輛的通行順暢，減少車輛的滯留可有效做到節能減排。同時做好收費站和服務區采光、照明及供暖新能源的利用［9］。

（1）積極采用低碳環保的養護新技術，例如世界領先的路面就地熱再生技術。

（2）結合路面結構類型及不同的病害分別采用不同的新材料進行科學養護，利用冷補料、乳化瀝青混合料等進行灌縫、裂縫養護，利用瀝青再生養護劑、鋼纖維、焊接鋼筋網用于橋面維修和加固橋梁。

（3）采用先進的養護機械設備，如瀝青銑刨機代替空壓機、挖掘機進行路面挖補。最重要的是要及時做好高速公路的養護工作，維修高速公路路面的凸、凹情況，保證路面的平整，這樣就可以有效地降低汽車運營中油的消耗，減少碳排放的同時節約了成本［10，11］。

4.4 拆除期

拆除期是整個公路全壽命周期的最后一個階段，公路的使用壽命已經結束，但資源卻可以回收再利用，在這一階段將通過運用新技術和新工藝來達到資源的再生利用。如將舊水泥路改成瀝青路，采用泡沫瀝青冷再生技術等［12］。

5 價值工程在全壽命周期低碳公路的應用實例

根據價值工程的基本原理定義碳排放量指數、成本指數，進而定義低碳公路經濟指數（簡稱經濟指數）［13］。

5.1 碳排放量指數

首先定義一個表示某方案中公路碳排放量占所有方案碳排放量的比值，稱為碳排放量指數。

碳排放量指數＝ 某方案碳排放量／所有方案總的碳排放量。

5.2 成本指數

成本指數＝ 某方案成本／所有方案的總成本。

5.3 經濟指數

價值工程中價值是效用與費用的比值，運用價值工程的基本原理，將低碳公路的碳排放量指數看成是工程的效用，將低碳公路經濟指數（以下簡稱為經濟指數）定義為碳排放量指數與成本指數的比值，即：

經濟指數＝ 碳排放量指數／成本指數。

某公路工程地處平原地貌，路線全長15.87km，設計速度為80km／h，按一級公路標準設計，現有3個設計方案。根據已有的公路碳計量方法 可以計算得到這3種設計方案的碳排放量及碳排放量指數見表1，各方案的成本及成本指數見表2，經濟指數見表3。

表1 各方案成本指數

表2 碳排放量指數

由表3可以得出方案2是最優的，其低碳公路經濟指數的值接近1。

表3 經濟指數

6 結語

在低碳公路的全壽命周期管理過程中，通過應用價值工程可以更加合理地實現碳排放量的減少與經濟的協調，而不是僅僅為了適應減排的政策和口號，盲目地以消耗大量的經濟為代價。低碳公路在當前還是一個比較新的領域，其管理也還沒有形成一套完整的體系，沒有現成的路徑可以參照，這就需要公路行業內注重公路全生命周期的低碳發展，相關行業積極推廣應用新能源新材料，國家通過宏觀調控扶植公路低碳發展是我國公路低碳發展的合理路徑，建立一個“低碳公路”發展的體系，為國家節能減排和公路行業的健康永續發展作出應有的貢獻。

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