基于LCA的鋼筋混凝土連續剛構橋的環境影響分析

肖鴻艦

摘 要：對于世界各國來說，土木工程的可持續發展顯得越來越重要，而這對中國的橋梁來說更是具有非常重要的意義。近些年來，我國基礎設施工程（尤其是橋梁工程）發展迅速，橋梁數量已經占到全世界橋梁總數的30%～50%。而隨著全世界對橋梁可持續研究的重視，全生命周期評價（Life cycle assessment，簡稱LCA）作為一種定量分析橋梁建設的環境影響的方法已經開始在橋梁工程領域得到應用。因此，本文從橋梁建設的全生命周期出發，采用環境影響評價中的生態指標法進行橋梁生命周期環境影響分析。

關鍵詞：全生命周期評價；預應力；鋼筋混凝土

中圖分類號：U445 文獻標志碼：A

1 LCA基本理論

我國對產品或工程全生命周期環境影響評價的研究起步較晚，但是世界各國也研究較少，而且各大組織機構對其的定義也有許多種。比如：美國環保局將LCA定義為最初從地球上獲取生產原材料開始，到最終廢棄物質返歸地球為止的產品、工程或人類活動所造成的污染物排放進行環境影響進行估測的方法。

2 LCA計算方法與步驟

目前，生命周期的研究包括4個階段：（1）確定評價的目的和范圍；（2）清單計算；（3）環境影響計算；（4）結果解釋。以上4個步驟兩兩之間的過程為交替反復進行的過程，第（4）步結果解釋之后便直接應用到產品開發與改進、戰略規劃、公共政策的制定和營銷等。由于計算者各自的專業水平不同，計算所用的系數不完全相同以及對結果的精確度要求不同，導致不同階段的各種選擇都會出現一系列的差別。比如：在第（2）步清單分析的過程中可能會出現新的階段，需要計算者重新回到第（1）步目的和范圍確定，并將此過程囊括在整個評價計算結果中。最后可以推測出清單分析和影響評價及結果解釋中都會加入新的分析內容，這在一定程度上會改變計算分析既定的目的，有時要求分析者重新界定進行環境影響分析的目的。

2.1 目的和范圍的確定

生命周期評價的第一步是根據該項目的研究背景、研究目的等確定橋梁環境影響評價的目的，并按照評價目的劃分研究的范圍，包括評價系統的定義、邊界的確定、假定條件以及特殊情況說明等，這也是整個生命周期評價的一個重要環節，它直接影響到整個評價工作程序和最終的研究結論的精確度。通常，評價目的不能僅僅只局限于評價單個的產品或流程，往往是評價產品或流程的系統。研究范圍的確定應保證最終能實現研究目的，而且研究范圍可能需要多次重復修改。功能單位是在生命周期評價研究中用來作為參照單位的量化的產品系統性能，是不同產品進行橫向比較的標準。

2.2 清單分析

清單分析是整個LCA研究中最耗時的階段，是LCA對功能單位、系統邊界、數據要求、基本假定和限制因素等基本數據進行收集和整理的過程，是進行LCIA的基礎，是對整個生命周期資源、能源的消耗和對環境排放的量化分析。清單數據主要包括系統在全生命周期過程中輸入的資源、能源及污染物排放的種類和數量。

2.3 環境影響評價

生命周期環境影響評價是在完成目的和范圍確定、清單分析這兩個步驟之后，進行的數據計算和分析工作，需要根據上一步驟清單分析提供的各類消耗物和排放物，再對這些物質各個方面的環境影響進行定性的評估。環境影響評價共包括3個步驟：特征化計算、標準化計算、權重計算。特征化是對清單分析結果進行單位統一，這一過程用特征化系數進行計算。標準化的目的是為了比較各個類別的環境影響，這一過程用標準化系數進行計算。權重計算是對分屬各個環境影響類型的參數結果進行轉化，必要時加以合并，這一過程用權重系數進行計算。

3 案例分析

白果渡嘉陵江特大橋位于國道212線四川武勝（川渝界）至成都合川高速公路上，橋全長1433.78m，采用10×40m+130m+230m+130m+13×40m跨徑布置，其中主橋長490m，為三跨預應力混凝土連續剛構，引橋為23跨40m預應力混凝土T梁。

經分析，案例橋梁的范圍是生產階段、施工階段與橋梁運營維護階段的環境影響評價。然后進行清單分析，進行實踐調研，發現生產階段的材料用量見表1。

依據工程概預算表，得施工階段材料運輸情況見表2。在計算量化過程中做如下基本假定：（1）砂密度設為1.65t/m3，石子密度為1.50 t/m3；（2）采用載重量為40t的斯太爾自卸車，并考慮往返車程，假設其平均百公里耗油量為32L。根據以上數據計算可以得出，在橋梁施工階段共消耗汽油63664L。

按照本節介紹的橋梁環境影響分析過程，對清單進行特征化、標準化和權重化。

白果渡嘉陵江特大橋為鋼筋混凝土連續剛構橋，對養護維修解雇階段做如下假定：在其設計使用年限內，共翻新橋面鋪裝10次，每次鋪裝面積占橋梁總面積的25%。假設正常使用階段每天交通流量為15000輛，平均每輛車百公里耗油12L。由于維護施工采用半通半閉的輪流作業方式，造成每天交通流量減少為3000輛，若每次施工時間持續30天，則共減少交通流量12000×30=360000輛，折合成全封閉式施工時間為360000/15000=24天。依據當地交通情況，當橋梁實行全封閉期間，車輛需繞行8.7km，由此計算得出全生命周期內由于車輛繞行消耗的汽油量480300L。由于缺乏相關數據，類比其他同等規模橋梁維修階段工程量，假設每次橋面鋪裝所需材料及資源清單見表3。

最后根據計算后的橋梁3個生命階段的環境影響權重值匯總，見表4。

結語

本文基于橋梁生命周期環境影響終點破壞模型進行了實例評價分析，具體闡述了橋梁全生命周期環境影響量化分析的過程，經過分析計算，得出橋梁生命周期環境影響總值為285capita·yr，生命周期中橋梁生產階段對環境的損傷最大。對于研究橋梁，土木工程行業的環境影響評價意義重大。

參考文獻

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