公路碳排放計算研究的發展

李廣輝++龍婷

摘 要：介紹了高速公路建設期和運營期的碳排放研究，分析了碳排放計算模型，以期為今后低碳公路的建設提供參考和借鑒。

關鍵詞：公路；碳排放量；計算模型；碳足跡

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.068

1 公路碳排放

截至2014年，我國的高速公路已達1.12×105 km；2015年，我國的高速公路將達到1.23×105 km。在此情況下，公路交通行業的溫室氣體減排任務越來越重。因此，公路碳排放計算已逐漸成為相關人員的研究熱點之一。

2 國外的碳排放研究

2.1 碳排放方面

2.1.1 澳大利亞

澳大利亞維多利亞公路局的Helen Murphy博士對旗下管理的米克勒姆公路進行了碳足跡估算。該研究主要關注了公路建設期的碳排放，并對公路建設過程中的碳排放單元進行了詳細分解。研究發現，該公路建設期的碳足跡為730 t/km（以CO2計算）。其中，73%來源于路用材料、24%來源于交通運輸。在路用材料的碳排放中，37%來源于混凝土、29%來源于水泥、21%來源于集料、7%來源于瀝青、6%來源于鋼材。由此可見，采用混凝土結構的構筑物是公路建設期碳排放的主要貢獻因子。

2.1.2 英國

英國Staffordshire大學的Jon Fairbum對M6收費公路進行了碳足跡估算。M6收費公路建成于2003-12，全長43.45 km。其建設期的溫室氣體排放量為1.2167×105～1.869×105 t。其中，公路綠化和路域植被修復降低了10%～15%的排放量.依據道路交通量和機動車排放標準計算，2006-07，M6收費公路營運期機動車的碳排放量為50 000 t，公路管理和維護的碳排放量為2 221 t。由此可見，該公路營運期的碳排放量主要取決于機動車的流量。

2.1.3 韓國

韓國的Kwangho Park等人用生命周期評價法對高速公路碳足跡進行了估算。其從能源消耗角度，將高速公路的生命周期分為4個階段，即路用材料生產階段、建設階段、修補/維護階段和處置階段。經計算得出，標準的4車道高速公路產生的碳足跡為2 438.5 t/km（以CO2計算）。其中，路用材料生產階段的碳足跡為1 391.4 t/km，施工階段能源消耗的碳足跡為41.7 t/km，營運階段的碳足跡為976.5 t/km（以生命周期為20年計算），處置階段的碳足跡為28.9 t /km。由此可見，材料生產階段的能源消耗量最大，排放的溫室氣體也最多。該研究對營運期碳足跡的估算僅考慮了修補和維護工作，未將營運車輛的碳排放納入模型中。

2.2 計算模型方面

目前，國外已建立了一些基于生命周期理論的公路碳足跡核算模型，且已在實際工程中進行了檢驗和應用，具有代表性的有國際公路聯合會的Changer模型、美國的Roadway Construction Emissions Model、蘇格蘭運輸部的Carbon Management System.

Changer模型是國際公路聯合會研發的專門用于計算道路基礎設施項目溫室氣體排放量的模型。該模型與聯合國政府氣候變化委員會指定的國家溫室氣體清單指南完全兼容，且易于操作，可監測和評估在公路工程建設不同階段排放的溫室氣體。目前，Changer模型包括施工準備、路基和路面工程、防撞工程、交通信號工程、機電工程（智能交通設計）、廢物處置、隧道和橋梁工程等模塊。

Roadway Construction Emissions Model是以Spreadsheet為基礎的模型，其可在Excel中描述和展開需要解決的問題，并建立數學模型，從而進行預測、決策、模擬、優化等工作。該模型易于操作，只需將工程的相關基礎信息（工程類型、工程的占地面積和工期等）輸入模型，即可估算溫室氣體的排放量。值得注意的是，該模型屬于建設期的排放模型，其將建設期分為場地清理、挖掘、平場、路基、排水、公用工程、路面工程等階段，不僅可預測公路工程建設過程中溫室氣體的排放量，還可預測CO、氮氧化物和顆粒物等的排放量。

Carbon Management System是蘇格蘭運輸部研發的碳管理系統，其碳計算器可精確、可靠地估算交通運輸活動中的碳足跡，具有靈活、快捷的特點，可指導建設單位的路面設計和路用材料的選擇等工作。

3 我國的碳排放研究

2011年，吳軍偉對國內的碳排放計算模型進行了分析，對國外開發的碳排放量計算模型在實際工程案例中的應用進行了介紹，并指出了開發我國道路工程碳排放計算模型的研究方向；2013年，焦雙健等人將全壽命周期公路分為5個階段，即建設前期、施工期、運營期、維養期和拆除期，并對每一個階段建立了碳計量模型。利用這些模型能計算上述階段的碳排放量和碳排放總量。

2012年，針對公路運輸的碳排放問題，余艷春提出了以下3種核算方法：①基于燃料消耗的量化方法。基于燃料消耗的CO2排放清單是基于碳平衡原理而創建的，即燃料在發動機中燃燒前的碳質量與燃燒產生氣體的碳質量相等。該方法在交通運輸溫室氣體排放清單領域的應用較為廣泛，是《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》推薦的方法。②基于車輛的量化方法。該方法基于機動車的保有量、行駛里程、單位距離的排放因子建立排放清單，并參考了COPERT（ComputerProgram to calculate Emissions from Road Transport）的計算原理，先后應用于多個城市的溫室氣體排放估算中。比如，新加坡基于每五年一次的交通調查數據進行了全國交通CO2排放估算，墨西哥、哥倫比亞分別使用該方法計算了快速公交系統的碳排放情況。③基于交通流的量化方法。該方法根據公路斷面年平均日交通量、公路里程與排放因子的乘積估算溫室氣體的排放量，應用較為廣泛。比如，由美國環保局開發的MOBILE 6.2模型在綜合考慮公路等級、車齡分布、平均溫度、燃油蒸汽壓等因素對碳排放量的影響的基礎上，以年平均行駛里程為權重，對不同車輛在各種工況下的CO2排放因子加權后得到綜合排放因子。

4 結束語

根據國務院批準的《國家公路網規劃（2013—2030年）》調整后的國家高速公路相比2011年底再增33 000 km。由此可見，高速公路建設和運營的碳排放將成為環境保護研究的重點。雖然我國的碳排放研究取得了一些成果，但在碳排放清單、計算模型和應用研究等方面仍與發達國家有一定的差距。因此，相關研究人員應繼續努力，從而提高我國公路碳排放研究的實際應用水平。

參考文獻

[1]焦雙健，宋會，李彥偉，等.基于VB6.0公路工程碳計量體系的開發研究[J].公路，2003（03）.

[2]吳軍偉.道路工程碳排放量計算與分析模型的發展與應用[J].城市道橋與防洪，2011（07）.

[3]余艷春，虞明遠，宋國華.我國公路運輸溫室氣體排放清單研究[J]. 汽車運輸，2012（03）.

〔編輯：張思楠〕