基于价值工程的全寿命周期低碳公路的管理研究

焦双健，陈玉娇

（中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100）

1 引言

据国际能源署（IEA）一份关于不同经济部门CO2排放的统计数据显示，碳排放最高的前三名依次是公共电力和发热、制造业和建筑业、交通运输。全球二氧化碳排放量约有25%来自交通运输。亚洲发展银行预计，在未来25年内，全球交通源二氧化碳排放将增加57%，而由于发展中国家的汽车行业迅速发展，其排放也将占到80%。

国家把交通行业列为节能减排的重要领域来抓，而公路部门又是交通行业实现节能目标的重要环节。2010年年底，全国公路总里程突破400万km，达400.82万km。在设计、施工及运营过程中的能源消耗以及排放的大量温室气体成为一个严峻的问题，给环境带来了巨大的威胁。面对环境与发展的压力，顺应当今的减排形势，建设绿色公路、低碳公路、生态公路，保持人类社会的可持续发展，已经成为公路建设的共识。

目前，在研究领域更偏重于公路碳排放量的计算和对低碳公路设计及推广方面的研究，较少运用经济学原理对低碳公路进行系统分析。如何实现碳排放量与经济的协调发展，真正做到节能减排实现低碳经济，越来越受关注。

2 价值工程原理及应用目标

价值工程是通过研究产品或系统的功能与成本之间的关系来改进产品或系统，以提高其经济效益的现代管理技术。价值工程中的“价值”不同于政治经济学中的价值，它是单位成本实现的功能。

价值工程的表达式为V＝F／C，式中V为价值系数（Value），F为功能系数（Function），C为成本系数（Cost）［1］。

价值工程与当前低碳公路发展目标相契合，低碳公路发展目标就是在公路的全寿命周期，贯彻低碳理念以实践低碳经济，坚持从降低能源消耗、减少环境污染等方面做起，以在实现满足碳排放量减少的前提下成本最低。合理的低碳发展就是力求正确处理好功能与成本的关系，提高它们之间的比值，使资源得到更有效的利用。

3 全寿命周期低碳公路概念

全寿命周期低碳公路是在公路设计、建设、运营直至拆除的整个生命周期内，通过设计方案、施工组织和运营管理的优化，应用新技术、新能源和新材料，达到在资源、能源、材料的使用时减少消耗数量、提高使用效率，降低二氧化碳排放量的目标［2］。它分为5个阶段：建设前期、施工期、运营期、维养期和拆除期。

4 价值工程在全寿命周期低碳公路管理的应用

4.1 建设前期

建设前期是公路工程决策阶段，包括了公路的投资决策、勘察设计等环节，投资决策和优选方案是建设前期应用价值工程的主要方面。虽然建设前期公路的碳排放量很小，但是规划和设计是低碳公路中控制低碳的重要因素，它制约着项目设计后期的建设、运营、管理的各个阶段二氧化碳的排放量［3］。

在进行设计时，必须对公路碳排放量减少的功能进行明确定位和鉴别，在立足于充分实现基本功能的基础上，减少耗能严重但非必要的功能。公路路线设计应在保证路线走向的前提下，因地制宜，顺应地形，在考虑平面走向、路基高度、横断面填挖的基础上，综合考虑路基防护排水、结构物设置、取弃土场、互通立交设置的位置等因素，降低运输成本，减少能源消耗和温室气体的排放［4～6］。

确定设计方案后，可以利用价值工程原理对设计方案进行经济比较，通过对方案实行科学决策，对工程设计进行优化，提高设计项目的产品质量［7］。

4.2 施工期

公路进入施工阶段以后，其功能基本定型，主要的工作是在价值和成本方面优化。可以进行两类问题。其一，对施工方案进行价值分析，优化施工方案，减少公路的碳排放量。其二，保持功能不变的情况下，对材料进行价值分析，代替成本更低的材料，从而节约成本提高价值。

施工方案是施工组织设计的重点，是对施工方案耗用的劳动力、材料、机械、费用以及工期等在合理组织的条件下，进行技术经济的分析，力求采用新技术，从中选择最优方案。制定技术先进、经济合理的施工方案后，通过运用价值工程对施工方案采用多方案评比的方法，从可行性、经济性、对环境和交通的影响等方面综合比较，最后选择最具经济性和环保性的施工方法，提高施工的经济效益和工程质量，降低工程成本，减少对环境的污染。

对于施工机械，要结合施工方案，进行机械设备选型，确定最合适的机械设备使用方案。最重要的是日常机械维护和施工便道管理，要加强对筑路机械的整体状况、耗油量、燃油的燃烧率进行评估检测，把那些机械状况差、耗油量严重超标、燃油燃烧率低及没有修理价值的机械进行报废处理，更换一些目前比较先进的设备，以达到施工机械的节能减排［8］。

价值工程就是在保证产品质量的基础上充分应用成本控制的节约原则，节约人力、物力、财力的消耗，在各施工段的施工过程中减少材料的发生，以达到降低施工项目成本的目的。可以通过执行绿色建筑标准，应用新材料、新能源、新工艺，如在道路工程中提倡采用温拌沥青技术，增加沥青混合料施工的可操作性，降低对路面造成的负面影响；在保证公路质量的情况下对老路路面进行合理的资源回收再利用，不仅降低工程造价，更是很大程度上减少对环境的污染。

4.3 运营期和维养期

高速公路的运营是高速公路使用过程中的非常重要的一个环节，运营期产生的碳排量占高速公路全寿命周期碳排量一半以上，是节能减排最为显著的一个阶段，做好这一阶段的运营和养护管理是提升公路效益的关键。

建立智能管理系统，在事故多发路段设置监控设施，提供监控信息和图像。利用智能管理系统，交通管理部门可进行合理的交通疏导、控制和事故处理，从而改善交通拥挤和阻塞，切实提高管理效率，降低管理成本。

积极推广ETC（Electronic Toll Collection）电子不停车收费系统的应用，做好长大纵坡路段车辆的通行顺畅，减少车辆的滞留可有效做到节能减排。同时做好收费站和服务区采光、照明及供暖新能源的利用［9］。

（1）积极采用低碳环保的养护新技术，例如世界领先的路面就地热再生技术。

（2）结合路面结构类型及不同的病害分别采用不同的新材料进行科学养护，利用冷补料、乳化沥青混合料等进行灌缝、裂缝养护，利用沥青再生养护剂、钢纤维、焊接钢筋网用于桥面维修和加固桥梁。

（3）采用先进的养护机械设备，如沥青铣刨机代替空压机、挖掘机进行路面挖补。最重要的是要及时做好高速公路的养护工作，维修高速公路路面的凸、凹情况，保证路面的平整，这样就可以有效地降低汽车运营中油的消耗，减少碳排放的同时节约了成本［10，11］。

4.4 拆除期

拆除期是整个公路全寿命周期的最后一个阶段，公路的使用寿命已经结束，但资源却可以回收再利用，在这一阶段将通过运用新技术和新工艺来达到资源的再生利用。如将旧水泥路改成沥青路，采用泡沫沥青冷再生技术等［12］。

5 价值工程在全寿命周期低碳公路的应用实例

根据价值工程的基本原理定义碳排放量指数、成本指数，进而定义低碳公路经济指数（简称经济指数）［13］。

5.1 碳排放量指数

首先定义一个表示某方案中公路碳排放量占所有方案碳排放量的比值，称为碳排放量指数。

碳排放量指数＝ 某方案碳排放量／所有方案总的碳排放量。

5.2 成本指数

成本指数＝ 某方案成本／所有方案的总成本。

5.3 经济指数

价值工程中价值是效用与费用的比值，运用价值工程的基本原理，将低碳公路的碳排放量指数看成是工程的效用，将低碳公路经济指数（以下简称为经济指数）定义为碳排放量指数与成本指数的比值，即：

经济指数＝ 碳排放量指数／成本指数。

某公路工程地处平原地貌，路线全长15.87km，设计速度为80km／h，按一级公路标准设计，现有3个设计方案。根据已有的公路碳计量方法 可以计算得到这3种设计方案的碳排放量及碳排放量指数见表1，各方案的成本及成本指数见表2，经济指数见表3。

表1 各方案成本指数

表2 碳排放量指数

由表3可以得出方案2是最优的，其低碳公路经济指数的值接近1。

表3 经济指数

6 结语

在低碳公路的全寿命周期管理过程中，通过应用价值工程可以更加合理地实现碳排放量的减少与经济的协调，而不是仅仅为了适应减排的政策和口号，盲目地以消耗大量的经济为代价。低碳公路在当前还是一个比较新的领域，其管理也还没有形成一套完整的体系，没有现成的路径可以参照，这就需要公路行业内注重公路全生命周期的低碳发展，相关行业积极推广应用新能源新材料，国家通过宏观调控扶植公路低碳发展是我国公路低碳发展的合理路径，建立一个“低碳公路”发展的体系，为国家节能减排和公路行业的健康永续发展作出应有的贡献。

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