基于LCA的沥青路面节能减排评价体系★

张海涛 孟 良

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



基于LCA的沥青路面节能减排评价体系★

张海涛 孟 良

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

考虑了沥青路面在全寿命周期中对节能减排的影响因素，以资源利用指标、环境影响指标、技术指标、节能减排综合指标作为一级指标及26个二级指标，并结合层次分析法和模糊综合评价法，确定了评价指标的权重和评价体系，在此基础上，提出了利用评价体系的具体流程，建立了较完整的沥青路面节能减排评价体系。

沥青路面，节能减排，层次分析法，模糊综合评价法

0 引言

随着基础建设的不断完善，我国的公路建设不断实现很大的发展，目前我国新建公路的主要路面形式为沥青路面，而沥青路面的建设过程中将会消耗大量的能源并排放出大量的有害气体，对于周边环境造成不可逆的影响。目前能源枯竭，环境恶化，一系列的自然灾害在影响着我们人类的生存。公路建设过程中能源大量消耗和污染物的大量排放产生了严重的生态负效应，交通建设过程和矿产资源开发引起的生态破坏已成为生态环境恶化的主要原因之一[1]。在我国建设环境友好型社会的倡导下，我国的公路建设不应该仅仅以公路的性能指标以及经济指标和通行能力来衡量，而应该适应时代的要求将其对于生态环境的影响考虑进来，而沥青路面对于环境的影响主要体现在能源消耗和排放污染两个方面，目前我国对于沥青路面并没有关于节能减排方面的评价体系。所以本文将基于层次分析法和模糊综合评价建立沥青路面节能减排评价体系。

1 沥青路面节能减排评价体系的构建

1.1 构建的原则

沥青路面在整个寿命周期中对于环境的影响因素有很多，因此，评价指标的选择显得至关重要，本文的评价指标主要以下列几个原则来确定：

1)全面性：评价体系选择的指标要涵盖沥青路面在全寿命周期中对于节能减排的影响，其评估结果更加精准科学且有代表性。

2)定性与定量指标相结合：在沥青路面全寿命周期中其影响因素有很多，并不能全部量化，对于某些指标采取定性的原则，定性之后利用科学的方法赋予相应的量化的值，这样包括的指标就会比较全面，更好的评价沥青路面的节能减排的结果。

3)有效性：选取的指标应该能够有效的代表沥青路面在全寿命周期中对于节能减排的影响，避免选取的目标过于太多，增加不必要的困难。

选择评价指标时应结合现有的评价指标建立评价体系，还应考虑区域的差异，不同的层次。在选取完评价指标，应该向专家请教，进行完善和改正。

1.2 构建的解释

在沥青路面的全寿命周期中，本文选取了资源利用指标、环境影响指标、技术指标、节能减排综合指标作为一级指标，和一级指标下的26个二级指标建立的评价体系。

1)资源利用指标：资源的利用与节能减排息息相关，沥青路面的全寿命周期中将耗费大量的资源，包括沥青，集料，再生材料，汽柴油等燃料，电力等等，多数都是不可再生资源。目前资源枯竭的问题越来越严重，所以说沥青路面在全寿命周期中节约资源就显得十分重要。

2)环境影响指标：在沥青路面的全寿命周期中会产生大量的污染气体及固体垃圾，对于周围的环境产生了一定的影响，目前世界范围不断爆发由于人们的社会活动导致的各种污染事件，雾霾，海平面上升，酸雨等等恶劣事件都在影响着我们的生活，所以说环境影响对于节能减排起着关键性作用。

3)技术指标：目前沥青路面领域也出现了很多新的技术，可以在一定程度上节能减排，所以说技术指标对于节能减排的效果也是有着相当一部分的影响的。

4)节能减排综合指标：该指标主要是指在管理上对于节能减排的重视，当管理层面上对于节能减排的相关政策比较完善，对于节能减排的影响也是相当显著的，也能达到节能减排的目的。

2 沥青路面评价体系的建立

2.1 沥青路面节能减排评价指标权重的确定

权重的大小决定了评价指标对于节能减排的影响程度，权重确定的适当才会保证沥青路面节能减排评价体系的合理性和科学性。权重的确定方法包括系统动力学、层次分析法、平均值法、神经网路法等多种方法[2]。采用层次分析法来确定权重，层次分析法可以将复杂的问题简化为不同层次，将整个的思维过程数学化从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。所以对于沥青路面节能减排评价体系是非常适合的。层次分析法主要包括构造判断矩阵、计算优化矩阵、计算权重三个步骤。构造判断矩阵主要是根据专家意见确定重要性标度。本文根据专家意见建立了的判断矩阵如表1所示。

表1 专家打分表

判断矩阵确定过后，应进行一致性检验，防止个别指标出现过度重要的问题，并且当判断偏离一致性过大时，排序权向量计算结果作为决策依据会出现问题，利用Matlab计算λmax，得到λmax=4.22。一致性检验步骤如下。

计算一致性指标C.I.，C.I.计算公式见式(1)：

(1)

其中，n为判断矩阵的阶数。

一级指标为4个，所以查表得到R.I.=0.89，计算得到一致性比例C.R.其计算公式为式(2)。

(2)

因此，得到一级指标的判断矩阵的一致性可以接受，最大特征值λmax所对应的特征向量通过Matlab计算得到：

W1=(0.792 1,0.591 3,0.14,0.058 6)。

将其进行归一化为：

W2=(0.501,0.374,0.088,0.037)T。

从而得到一级指标的各个权重为：

(0.501,0.374,0.088,0.037)。

其权重的分配也比较符合大家的认知，节能减排主要就是体现在能源的利用和环境的影响上。同理得到二级指标的最大特征值，经过一致性检验均符合要求，从而得到各个指标权重见表2。

表2 评价指标

2.2 沥青路面节能减排评价体系

以模糊综合评价建立沥青路面节能减排评价体系，可以考虑系统内的多个因素，根据各因素的重要程度和对它的评价结果，把原来的定性评价定量化，较好地处理信息系统多因素、模糊性以及主观判断等问题。沥青路面节能减排评价体系模糊评价的过程如下：

1)结合模糊综合评判法将沥青路面节能减排评价体系的评价因子分为x个互不相交的子集U={u1，u2，…，ux}，第一层次的因子ui(i=1，2，…，x)由第二层次中的n个因子决定，即ui={ui1，ui2，…，uin}。

2)参照一些评价方法，将沥青路面生命周期节能减排的效果分为优、良、中、合格、差5个等级，分别以ν1,ν2,ν3,ν4,ν5表示。建立备择集V={ν1，ν2，ν3，ν4，ν5}，为便于评价可对各影响因子分别赋值20,40,60,80,100，即V={20，40，60，80，100}。

3)对于定量评价指标分值，可根据指数法计算出单因子评价结果，再根据德尔菲法(Delphi法)确定，对于定性评价指标分值则直接采用德尔菲法确定[3]。引入升降半梯形方法建立评价指标隶属函数：

评价因子对于νk的隶属函数：

(3)

评价因子对于νk+1的隶属函数：

(4)

其中,r(x)为隶属函数；x为评价指标分值。

4)根据评价因子U={u1,u2,u3,…,ui}和备择集V={ν1,ν2,ν3,…,νi}组成关系矩阵P：

(5)

其中，pij为评价因子ui对于νj的隶属度。

再进行综合评价运算:

(6)

其中，Y为综合评价结果;wi为评价因子所占权重；⊕,⊗均为模糊算子。

根据基于模糊理论结合层次分析法建立的沥青路面节能减排评价体系，较全面的考虑了沥青路面在全寿命周期节能减排的影响因素，并且结合定性，定量的指标可以比较合理的对于沥青路面节能减排进行评价。

2.3 沥青路面节能减排评价的流程

1)调查阶段。对于沥青路面实际项目进行相关指标的调查，并对相关定量指标计算，对定性指标给出判断。由于项目的差异，邀请专家对于项目进行打分，对于判断矩阵进行相应的调整，从而使得评价结果更加准确。

2)评价阶段。根据调查结果结合模糊综合评价进行评价，计算隶属度，从而得到综合评价结果。得到该项目沥青路面节能减排的分级结果。

3)建议阶段。当项目得到结果较为理想时，总结该项目的优点以供其他项目参考，当项目结果不太理想时，应对于该项目的定量指标进行审查，尤其对于资源利用指标和环境影响指标，因为其权重较高对于项目的节能减排的评价结果有着关键性作用，并对于关键环节进行整改。

3 结语

本文结合层次分析法和模糊综合评价方法建立以资源利用指标、环境影响指标、技术指标、节能减排综合指标为4个一级指标和25个二级指标的沥青路面节能减排评价体系，评价指标较为全面体现了沥青路面节能减排的影响因素，通过两种评价方法较好地解决了沥青路面节能减排影响因素多与外延不确定等因素的影响。利用该评价体系可以较全面科学地对于沥青路面项目进行节能减排的评价，对于沥青路面的绿色化、低碳化提供了一定技术指导意见。

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[10] 曹炳元.应用模糊数学与系统[M].北京：科学出版社，2005.

Asphalt pavement evaluation system for energy conservation and emissions reduction based on LCA★

Zhang Haitao Meng Liang

(College of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Considering the asphalt pavement in the full life cycle for the influence factors of energy conservation and emissions reduction, resource utilization, environmental impact, technical index, comprehensive index as the primary index, energy saving and emission reduction and its secondary index, combining analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation method to determine the weights of evaluation indexes and using the evaluation system of the process. The evaluation system for energy conservation and emissions reduction of asphalt pavement are established.

asphalt pavement, energy saving and emission reduction, analytic hierarchy process, fuzzy comprehensive evaluation method

1009-6825(2017)12-0186-03

2017-02-17★:黑龙江省交通运输厅重点项目

张海涛(1963- )，男，教授

U416.217

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