公路碳排放计算研究的发展

李广辉++龙婷

摘 要：介绍了高速公路建设期和运营期的碳排放研究，分析了碳排放计算模型，以期为今后低碳公路的建设提供参考和借鉴。

关键词：公路；碳排放量；计算模型；碳足迹

中图分类号：U491 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.068

1 公路碳排放

截至2014年，我国的高速公路已达1.12×105 km；2015年，我国的高速公路将达到1.23×105 km。在此情况下，公路交通行业的温室气体减排任务越来越重。因此，公路碳排放计算已逐渐成为相关人员的研究热点之一。

2 国外的碳排放研究

2.1 碳排放方面

2.1.1 澳大利亚

澳大利亚维多利亚公路局的Helen Murphy博士对旗下管理的米克勒姆公路进行了碳足迹估算。该研究主要关注了公路建设期的碳排放，并对公路建设过程中的碳排放单元进行了详细分解。研究发现，该公路建设期的碳足迹为730 t/km（以CO2计算）。其中，73%来源于路用材料、24%来源于交通运输。在路用材料的碳排放中，37%来源于混凝土、29%来源于水泥、21%来源于集料、7%来源于沥青、6%来源于钢材。由此可见，采用混凝土结构的构筑物是公路建设期碳排放的主要贡献因子。

2.1.2 英国

英国Staffordshire大学的Jon Fairbum对M6收费公路进行了碳足迹估算。M6收费公路建成于2003-12，全长43.45 km。其建设期的温室气体排放量为1.2167×105～1.869×105 t。其中，公路绿化和路域植被修复降低了10%～15%的排放量.依据道路交通量和机动车排放标准计算，2006-07，M6收费公路营运期机动车的碳排放量为50 000 t，公路管理和维护的碳排放量为2 221 t。由此可见，该公路营运期的碳排放量主要取决于机动车的流量。

2.1.3 韩国

韩国的Kwangho Park等人用生命周期评价法对高速公路碳足迹进行了估算。其从能源消耗角度，将高速公路的生命周期分为4个阶段，即路用材料生产阶段、建设阶段、修补/维护阶段和处置阶段。经计算得出，标准的4车道高速公路产生的碳足迹为2 438.5 t/km（以CO2计算）。其中，路用材料生产阶段的碳足迹为1 391.4 t/km，施工阶段能源消耗的碳足迹为41.7 t/km，营运阶段的碳足迹为976.5 t/km（以生命周期为20年计算），处置阶段的碳足迹为28.9 t /km。由此可见，材料生产阶段的能源消耗量最大，排放的温室气体也最多。该研究对营运期碳足迹的估算仅考虑了修补和维护工作，未将营运车辆的碳排放纳入模型中。

2.2 计算模型方面

目前，国外已建立了一些基于生命周期理论的公路碳足迹核算模型，且已在实际工程中进行了检验和应用，具有代表性的有国际公路联合会的Changer模型、美国的Roadway Construction Emissions Model、苏格兰运输部的Carbon Management System.

Changer模型是国际公路联合会研发的专门用于计算道路基础设施项目温室气体排放量的模型。该模型与联合国政府气候变化委员会指定的国家温室气体清单指南完全兼容，且易于操作，可监测和评估在公路工程建设不同阶段排放的温室气体。目前，Changer模型包括施工准备、路基和路面工程、防撞工程、交通信号工程、机电工程（智能交通设计）、废物处置、隧道和桥梁工程等模块。

Roadway Construction Emissions Model是以Spreadsheet为基础的模型，其可在Excel中描述和展开需要解决的问题，并建立数学模型，从而进行预测、决策、模拟、优化等工作。该模型易于操作，只需将工程的相关基础信息（工程类型、工程的占地面积和工期等）输入模型，即可估算温室气体的排放量。值得注意的是，该模型属于建设期的排放模型，其将建设期分为场地清理、挖掘、平场、路基、排水、公用工程、路面工程等阶段，不仅可预测公路工程建设过程中温室气体的排放量，还可预测CO、氮氧化物和颗粒物等的排放量。

Carbon Management System是苏格兰运输部研发的碳管理系统，其碳计算器可精确、可靠地估算交通运输活动中的碳足迹，具有灵活、快捷的特点，可指导建设单位的路面设计和路用材料的选择等工作。

3 我国的碳排放研究

2011年，吴军伟对国内的碳排放计算模型进行了分析，对国外开发的碳排放量计算模型在实际工程案例中的应用进行了介绍，并指出了开发我国道路工程碳排放计算模型的研究方向；2013年，焦双健等人将全寿命周期公路分为5个阶段，即建设前期、施工期、运营期、维养期和拆除期，并对每一个阶段建立了碳计量模型。利用这些模型能计算上述阶段的碳排放量和碳排放总量。

2012年，针对公路运输的碳排放问题，余艳春提出了以下3种核算方法：①基于燃料消耗的量化方法。基于燃料消耗的CO2排放清单是基于碳平衡原理而创建的，即燃料在发动机中燃烧前的碳质量与燃烧产生气体的碳质量相等。该方法在交通运输温室气体排放清单领域的应用较为广泛，是《2006年IPCC国家温室气体清单指南》推荐的方法。②基于车辆的量化方法。该方法基于机动车的保有量、行驶里程、单位距离的排放因子建立排放清单，并参考了COPERT（ComputerProgram to calculate Emissions from Road Transport）的计算原理，先后应用于多个城市的温室气体排放估算中。比如，新加坡基于每五年一次的交通调查数据进行了全国交通CO2排放估算，墨西哥、哥伦比亚分别使用该方法计算了快速公交系统的碳排放情况。③基于交通流的量化方法。该方法根据公路断面年平均日交通量、公路里程与排放因子的乘积估算温室气体的排放量，应用较为广泛。比如，由美国环保局开发的MOBILE 6.2模型在综合考虑公路等级、车龄分布、平均温度、燃油蒸汽压等因素对碳排放量的影响的基础上，以年平均行驶里程为权重，对不同车辆在各种工况下的CO2排放因子加权后得到综合排放因子。

4 结束语

根据国务院批准的《国家公路网规划（2013—2030年）》调整后的国家高速公路相比2011年底再增33 000 km。由此可见，高速公路建设和运营的碳排放将成为环境保护研究的重点。虽然我国的碳排放研究取得了一些成果，但在碳排放清单、计算模型和应用研究等方面仍与发达国家有一定的差距。因此，相关研究人员应继续努力，从而提高我国公路碳排放研究的实际应用水平。

参考文献

[1]焦双健，宋会，李彦伟，等.基于VB6.0公路工程碳计量体系的开发研究[J].公路，2003（03）.

[2]吴军伟.道路工程碳排放量计算与分析模型的发展与应用[J].城市道桥与防洪，2011（07）.

[3]余艳春，虞明远，宋国华.我国公路运输温室气体排放清单研究[J]. 汽车运输，2012（03）.

〔编辑：张思楠〕