公路隧道建设碳排放计量与预测研究

张诗豪

摘要：近年来，学者们针对公路隧道温室气体排放进行了相关研究。基于全生命周期视角，分析了隧道施工各个阶段碳排放来源，探究了隧道建设碳排放机理。采用ＬＣＡ理论对盾构隧道施工设备温室气体排放进行了估算。

关键词：公路隧道；建设碳排放；计量预测

1公路隧道碳排放计算

1.1碳排放计算方法

隧道领域碳排放核算研究还处于探索阶段，碳排放计量范围、清单数据采集和量化标准不一致，导致不同学者建立的计量模型间存在较明显的差异，同时计量单位和评价指标没有规定统一，造成不同学者的计量结果与评价结论无法横向对比和不具有普遍性。

目前国际上普遍使用的碳排放核算方法可以归纳为排放因子法、物料平衡法和实测法３种。实测法是最基础的方法，即通过工具和实验对碳排放源进行直接监测从而获得数据，该方法受到地域、成本等的限制，适用于测量已建成项目或者特定生产过程的碳排放系数；物料平衡法遵循质量守恒规律，即投入等于产出，可以用于估算排碳量、检验其他计算方法结果的准确性；排放因子法的应用非常广泛，既适用于单体建筑，也可以用于宏观尺度的建筑领域核算，由于不同地区的排放因子存在差异，导致存在不确定的因素，在使用过程中需要对主要数据的选用进行匹配。碳排放因子是与人材机消耗量同等重要的数据，缺少碳排放因子或碳排放因子数据不准确则无法运用排放系数法准确计量公路隧道工程碳排放。现有的能源、建材、施工台班碳排放因子数据并不可用，核心原因是不同研究机构和学者所给的碳排放因子计量范围不相同并且数据未及时更新，而且数据的当地性不足。

1.2碳排放计算模型

公路隧道建设阶段的碳排放包括自建筑材料的碳排放，来自运输机械的碳排放和来自工程机械的碳排放。建设阶段碳排放计时间边界为项目开始起至项目验收。碳排放测定清单数据分为前景数据和背景数据。展望资料以材料及能源消耗量从勘察设计资料，设计资料，技术手册或有关机关的统计资料等中提取。背景数据包括材料和能量排气物质。其中，预算书中记录了材料和能源的详细消耗，可作为公路隧道建设阶段碳排放量计量的前景数据。

公路隧道建设期间一生建筑者再生产过程中,排出的碳排放量,建材运输,建设界的碳排放量,并归纳为,单位建筑再生产建材运输,建设界的碳排放量得出后,建立的碳排放模式是基于碳排放系数法,排出的二氧化碳量计算。

1.3定额碳排放系数计算

碳排放计算首先需要得到项目工程量清单，确定建材定额消耗的种类及数量、工程机械设备的型号规格及数量。本文的工程定额编号、名称及单位等资料参照定额工程量计算，而建材及机械所耗用的材料的单位及数量来源于相关工程量计算的定额消耗量。

第二,各建筑材料、机械作业一定要确定碳排放因子,从而计算模式按照各任务的单位碳排放量计算的,综单位配额的碳排放数据,计算结果,最终获得建设过程的总碳排放量。本文章所使用的建筑材料碳排放因子数据主要来自国内外文献，机械对半碳排放因子主要查找建设机械的消费柴油、汽油、电量进行进一步计算。燃料碳排放因子可以从目前一些国际机构和官方机构公布的数据中获得，通过一些项目组和个人的研究，综合建筑材料碳排放因子获得。

2公路隧道碳排放计算信息化方法

2.1公路隧道信息化

碳排放计算通常需要涉及大量的工程资料及工程数据，再通过详细的清单分析统计材料用量及能源消耗，其中碳排放计量涉及大量计算需要与数字化技术紧密结合，结果分析也需要借助数字化的手段，呈现简化、直观的碳排放计量结果。

依托公路隧道碳排放计算分析系统对公路隧道碳排放进行分析评价，可以使繁琐的清单数据收集、分析工作以及后继的影响评价工作大大简化，将调查收集的数据组织为数据库的形式。基于数字化平台开发的公路隧道碳排放计量分析系统，将可以用于指导不同情况下新建公路隧道寿命周期评价。

目前的碳排放计算软件存在以下问题：（１）不同国家不同地区所依赖的基础数据库都是基于当地的行业的平均数据，而由于区域之间资源分布的不平衡、科技水平层次的不同、能源结构的不对称，材料或产品在整个寿命周期中的碳排放存在很大差异，因此不能直接应用于其他地区的开发；（２）多数软件系统只能提供寿命周期内某一个阶段的支持和评价，仅少数系统实现了几个阶段的集成；（３）多数软件系统针对某一具体的问题或特定类型的产品进行开发，适应面狭窄，通用性差，应用于公路隧道的专用软件很少。

公路隧道碳排放计算分析系统通过对公路隧道建设期进行建模、清单分析、影响评价和解释评价，实现公路隧道建设阶段碳排放计量分析，以期达到以下目标：（１）采用定量方法对公路隧道寿命周期碳排放进行计算；（２）系统具有一定的数据存储和处理能力，数据信息更新方便，系统安全可靠；（３）能够快速、方便地实现对公路隧道各阶段各分项碳排放进行查询、检索和输出等功能；（４）具备灵活的用户机制，评价人员能根据实际条件的不同，对产品评估范围和阶段做相应修改和定义，实现评价模型的自适应性和动态性；（５）系统接口兼容基础设施智慧服务系统（ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅＳｍａｒｔＳｅｒｖｉｃｅＳｙｓｔｅｍ，ｉＳ３）数据协议；（６）服务性：能够为用户提供决策性信息咨询服务。

2.2公路隧道碳排放计算分析系统

公路隧道碳排放计量分析系统按照ＬＣＡ（ＬｉｆｅＣｙｃｌｅＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）的流程建立系统模块结构，同时实现各模块的相互联系，具有碳排放寿命周期评价的信息化管理功能，建立公路隧道产品系统和相关产品的结构模块。本文根据ＬＣＡ的框架组成以及软件功能，将软件系统分为五个模块：系统管理模块、算法模块、图表显示模块、数据库模块和解释评价与改善模块，系统总体结构设计如图１所示。

图１公路隧道碳排放计算分析系统

3高速公路建设碳排放预测模型

为方便从业者快速估算公路隧道建设期间碳排放量，本文通过调查研究，收集了大量案例，选择了西部地区２７条公路隧道作为研究对象，隧道主要分布于重庆、四川、陕西。根据前文碳排放计量模型，计算出各个公路隧道建设期间碳排放量（见表1）。对数据进行拟合，运用ｅｖｉｅｗｓ软件进行回归分析，得到隧道建设期间碳排放与隧道长度的一元回归模型。

表1公路隧道建设期碳排放汇总表

4结语

这些研究主要基于全寿命周期的综合分析，着眼于公路隧道建设阶段的碳排放情况尚不清楚，且缺乏具有针对性的公路隧道碳排放预测模型。

参考文献

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