小议桥梁生态环境评估方式

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1全寿命周期评价

1990年国际环境毒理学和化学学会(SETAC)对全寿命周期评价(LifeCycleAssessment)的定义为:“全寿命周期评价是一种通过对产品、生产工艺及活动的物质、能量的利用及造成的环境排放进行量化和识别而进行环境负荷评价的过程;是对评价对象能量和物质消耗及环境排放进行环境影响评价的过程;也是对评价对象改善其环境影响的机会进行识别和评估的过程［5］。”全寿命周期环境评价包括产品、工艺过程或活动的整个阶段，即原材料的开采、加工，产品的制造、运输、分配使用、重新利用、维持、循环以及最终处理。1993年，SETAC提出的LCA方法论框架，将全寿命周期生态环境评价的基本结构归纳为四部分:目标和范围的界定、清单分析、影响评价和改善评价。全寿命周期评价的第一步是确定研究目的与界定研究范围，这一部分包括研究目的、范围、功能单位的确定和结果的质量保证程序。清单分析是全寿命周期评价基本数据的一种表达，是进行全寿命周期影响评价的基础。它包括为实现特定的研究目的对所需数据的收集，它基本上是一份关于所研究系统的输入和输出的数据清单。全寿命周期影响评价是将全寿命周期清单分析得到的各种排放物对现实环境影响进行定性定量的评价，即确定产品系统的物质、能量交换对其外部环境的影响，这是全寿命周期评价最重要的阶段，也是最困难的阶段。最后全寿命周期改善评价的作用就在于能通过产品工艺或活动的全寿命周期中物质和能量的输入、输出的考察和分析，提出一些资源消耗和污染排放的改进措施，以利于减少环境污染负荷和资源消耗。

2生态环境评价指标

适应于桥梁的全寿命周期中的物质和能量的输入及输出，归纳评价指标为三个方面:资源消耗、能源消耗和碳排放。

2．1资源消耗资源消耗就是建筑所用建筑材料在生产过程中消耗的天然矿产资源的数量，是依据生产单位建材所需的各种原材料的实际数量的总和。以全寿命周期的观点，计算建筑材料资源消耗、能源消耗和碳排放时必须考虑建筑材料的可再生性。材料的可再生性指材料受到损坏，但经加工处理后可作为原料循环再利用的性能。对于钢材，钢筋与型钢具备可再生性，其可回收系数见表1［6］。而混凝土则不具备这个性能。

2．2能源消耗从全寿命周期评价“从摇篮到坟墓”的理念，能源消耗指标应包括建筑全寿命周期的每个阶段，每个阶段能源消耗主要分为建筑材料的内在能源和机械设备消耗。

2．3碳排放在建筑物的全寿命周期各阶段中，能量消耗中燃料燃烧后废弃物的排放所引起的环境污染是最为严重的，它涉及到温室效应、大气污染、水污染等。我国大部分能源是以燃烧矿物燃料或固体燃料获取的，所以温室效应可以以碳排放量为指标，以CO2作为基准，其他污染物根据其造成温室效应的影响，折算为CO2当量来衡量。其折算因子如表6所示。单位建材开采生产的污染物环境排放如表7所示［9，10］。建材生产阶段考虑可回收性能时，其碳排放可用式(5)计算，回收再生产的碳排放取为原碳排放的40%。其他阶段的碳排放主要是能源获取时燃烧煤、燃料油或天然气所产生的。因此其排放量可以根据各阶段的能源消耗来简单估算。由于其他阶段的能源消耗主要为建造施工过程的消耗，而施工中消耗的大多是燃料油，所以采用燃料油的热值和其燃烧排放的CO2来计算，为86kg/GJ。

3算例

3．1简支梁桥两座跨径40m的简支梁桥，桥宽11．5m，荷载标准为公路—1级。一座使用预应力混凝土建造，采用T梁截面，主梁高度2．1m，宽度2．3m。另一座使用钢材建造，采用悬臂式双箱结构，箱体高度2m，宽度3m，间隔2m。代入数据，分别计算它们的全寿命周期资源消耗、能源消耗和碳排放指标。

3．2连续梁桥连续梁桥，桥宽33．1m，荷载标准为公路—1级。一座使用混凝土建造，跨径118m。主梁采用单箱单室分幅变梁高预应力混凝土连续刚构，梁高4．0m～6．5m，线性变化，变化段长度30m。箱梁顶板宽16．05m，厚30cm～50cm，底板厚30cm～80cm，腹板厚50cm～90cm。另一座使用钢材建造，跨径110m。主梁采用单箱双室整幅等梁高箱箱梁，梁高4．5m，顶板挑臂的长度为5．5m，横肋间距2．5m，实腹式横隔板间距10m。由于跨径接近，将混凝土桥的数据按跨径换算为110m，以方便与钢桥的数据作比较。代入数据，分别计算它们的全寿命周期资源消耗、能源消耗和碳排放指标。

4结语

本文提出了采用资源消耗、能源消耗和碳排放作为全寿命周期生态环境评价的一种指标体系，并且基于桥梁的全寿命周期各阶段特征，具体了各指标的量化方法，应用于实际的简支梁桥和连续梁桥算例的评价中，发现它是可行的。经过比较发现，不管是小跨径的简支梁桥还是较大跨径的连续梁桥，在资源消耗上，钢桥都明显优于混凝土桥。对于40m跨径简支梁桥，混凝土桥的资源消耗约为钢桥的21倍;对于110m跨径梁桥，其比值约为35倍。这主要是源于钢材的可回收性，而混凝土不具备这个性能。并且相同质量的钢材和混凝土相比，钢材的材料性能也更加优越。在能源消耗和碳排放方面，混凝土桥比钢桥的优势大。对于40m跨径简支梁桥，钢桥的能源消耗约为混凝土桥的2．4倍，碳排放约为6．4倍。但是随着跨径的增大，这种优势变得不明显，甚至出现反超。对于110m跨径连续梁桥，钢桥的能源消耗约为混凝土桥的0．70倍，碳排放约为1．57倍。这主要是由于在跨径较小时，占主导的因素是钢材生产所需消耗的能源和碳排放比混凝土高得多，而当跨径增大以后，钢材优越的材料性能弥补了这方面的不足。

作者：王琼单位：同济大学桥梁工程系