绿色隧道评价体系研究

蒋振雄， 薛 鹏， 马 欣， 谢静超， 刘加平, 3

(1. 江苏省交通工程建设局， 江苏 南京 210001； 2. 北京工业大学 绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室， 北京 100124； 3. 西安建筑科技大学 西部绿色建筑国家重点实验室， 陕西 西安 710055)

0 引言

截至2020年末，我国公路隧道总长度达到2 199. 93万m[1]； 近10年来，公路隧道里程年均增长率为15%。我国已是世界上公路隧道里程最长、规模最大、发展最快的国家[2]。与此同时，在迈向公路隧道强国的过程中，“低碳节能”和“舒适便捷”已成为隧道工程承载的时代新使命，对公路隧道的绿色度评价是隧道建设和引领绿色交通发展目标的必经之路。

目前，国内外已形成相对完善的绿色公路理念及评价体系，而绿色隧道理念及评价体系则鲜有人研究。以美国、加拿大、日本[3]为首的发达国家最先对绿色公路评价体系开展了系统研究； 我国交通运输部于2018年出版的行业标准《绿色交通设施评估技术要求 第1部分： 绿色公路》[4]中，明确定义了绿色公路，并指出绿色公路为人们提供安全、舒适、便捷、美观的行车环境。由于隧道是半封闭式建筑，需要进行全天候的主动环境营造，因此，其评价体系的建立还可以借鉴建筑行业。20世纪90年代，英国、美国、加拿大、日本等[5]先后制定了符合本国国情的建筑评价体系；我国于2019年发布了最新版《绿色建筑评价标准》[6]，从安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居5大方面对民用建筑全寿命周期内绿色性能进行评价。

总结现有隧道评价标准、规范，可以看出，其中“以人为本”理念体现不够，服务“可感知”性略有欠缺，没有考虑人工环境特点以及让使用者感受到隧道在健康、舒适、提高质量等方面的优势，在追求“合格率”向“满意度”跃升中体现不够，现有隧道评价标准对新技术、新理念响应性不强。为响应当前隧道交通科技新理念、新技术发展，契合新时代绿色交通高质量发展需求，本文以绿色隧道理念为立足点，围绕安全、舒适、便捷、节能、环保等要素，分析绿色内涵，明确绿色隧道定义，构建全过程、全方位的绿色隧道评价体系，确定绿色度评价等级。

1 绿色隧道理念

1.1 绿色公路内涵的起源

现有绿色公路内涵的发展可以从建设理念和评价理念转变2个方面归纳。绿色公路相比传统公路，其建设理念已由侧重公路的功能因素和强调经济效益转变为注重长远利益，即统筹规划设计、建设、运营、管理、养护的整个寿命过程，整体考虑区域经济、环境和社会综合系统的可持续发展。绿色公路评价理念也已经从单纯注重公路经济合理性、技术可行性的传统评价体系转变为综合资源、生态、环保、品质、安全、人性化、可持续发展的多层次多目标的评价体系。

1.2 绿色隧道内涵与外延

对公路隧道而言，在建设过程中要求对隧道外部环境的影响降至最低，对隧道内部系统进行优化。在运营阶段，除了要保障附属设施安全适用，还要考虑司乘人员在特长隧道驾驶过程中，对隧道内光环境、声环境、热湿等环境的感受，这种半封闭环境特点与公路截然不同，现有的绿色公路理念与内涵并不完全适用于绿色隧道。

基于隧道的人工环境特性，结合“以人为本”的核心理念，提出绿色隧道需要建立友好流动空间的本质与要求。这里的“友好”主要指隧道对周围环境的“友好”以及隧道环境对人的“友好”，意在表达促进人、车、隧道、自然协调发展。“流动”是指隧道空间相对于人运动，环境会在时间和空间分布上呈现动态变化，这些都受隧道外环境、隧道系统运行、交通量的动态影响。

基于以上阐述，绿色隧道定义为： 立足隧道建设全寿命周期理念，聚焦结构安全、行车舒适、通行便捷、节约资源、保护环境的核心需求，打造“以人为本”的友好流动空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量公路隧道。

2 公路隧道绿色度评价

2.1 评价体系框架构建

在全过程、全方位评价的要求下，构建“五横三纵”的绿色隧道评价体系框架，如图1所示。

图1 绿色隧道“五横三纵”评价体系框架

2.1.1 “五横”内涵解读

1)结构安全耐久： 包括安全性与耐久性。安全性是结构在各种作用下防止破坏和倒塌的能力，包括构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性等。耐久性是考虑结构在使用环境中性能退化条件下满足设计使用年限的能力。

2)行车安全舒适： 包括热湿环境、通风与防排烟、光环境、声环境、给排水与消防、电力等内容。其中，热湿环境会影响施工人员身心健康、施工效率、施工机械故障率、结构安全性、电控箱运行、汽车故障率；通风用于稀释隧道内有毒有害物质、改善隧道内的高温高湿环境； 光环境对驾驶人员的视觉、心理等因素产生影响，进而影响隧道事故发生率； 声环境严重影响行车安全与舒适；水系统需有效快速排出废水、雨水、结构渗漏水等，并提供完整的消防水系统；电力系统需使各机电系统之间协调一致，以保证隧道安全运行并有效应对突发情况。

3)通行疏散便捷： 包括行车便捷与疏散救援便捷。隧道车流量大，通行节奏快，加之半封闭空间特点，一旦发生火灾等突发状况，救援及时性、手段多样性等均与公路有一定差距，因此，通行疏散便捷的考量对于隧道评估必不可少。隧道内可靠的交通工程设计，能充分发挥高质量、高效率交通运输的作用，为人们提供安全快捷的出行保障，并促进区域经济快速发展。绿色隧道对智慧交通技术、监控管理平台等应用提出更高要求，以提高司乘人员通行及运营管理中心救援疏散便捷程度。

4)资源节约利用： 包括节地、节能、节水、节材。节约土地资源，是指提高单位面积的土地适用效率，减少对于土地的扩张浪费。节约能源，是指提高用能设备或工艺的能量利用效率，通过积极采用节能技术，推广光伏发电、太阳能等清洁能源的一系列措施。节约水资源，是指科学、合理、有计划、有重点地用水，提高水资源的利用率，避免浪费。节约材料，是指在满足功能条件下最大限度地节约材料，提高废弃材料回收利用率。

5)生态环境保护： 包括大气污染防治、噪声污染防治、水污染防治、生态环保。大气污染防治是对隧道在施工和运营过程产生的粉尘、机械和汽车尾气等废气进行治理。噪声污染防治对象包括隧道洞口的噪声、行驶时的交通噪声、附属设施噪声等，需降低噪声以减小对司乘人员及周围环境敏感区的影响。水污染防治是指采取措施处理隧道施工、消防和维修产生的污废水等，防止其对隧道周围水环境产生不可逆的影响。生态环保是指减少隧道施工和运营期给周围的植被、土壤及江水等生态环境造成破坏。

2.1.2 “三纵”核心内容

对上述5个方面的评价可在全过程周期内的各阶段进行评价，每阶段核心评价内容如下。

1)设计阶段，应对隧道的主体结构、路面、防排水等土建工程与通风、照明、交通监控、供配电、消防等运营设施进行综合设计，同时要考虑项目将在施工、运营过程中对环境带来的破坏，采取科学设计[7]。设计应符合国家现行标准及规定，并贯彻国家有关技术经济政策，积极稳妥地采用新技术、新材料、新设备和新工艺。设计阶段作为绿色隧道建设的策划环节，为实现绿色发展目标树立了明确导向。

2)施工阶段，按照设计方案对隧道开展规划、勘察、测量、施工、竣工等各项技术工作，完成工程实体及其附属设施安装[8]。此外，施工应在保证质量与安全的前提下最大限度地节约资源，强化节能减排和污染防治，并关注施工人员安全与健康，加强施工组织管理，优化施工方法，全力推进绿色隧道建设。施工阶段作为绿色隧道建设的落实环节，为实现绿色发展目标提供了强劲动力。

3)运营阶段，应依据隧道运营标准、养护技术规范等要求，对隧道土建结构、附属设施进行监管维护，对机电设施配置与能耗功效进行优化，同时考虑对隧道内外环境保护与综合治理[9]。运营要兼顾系统性的技术提升与管理优化，促进人、车、隧道、环境协调发展。运营阶段作为绿色隧道建设的实践环节，为实现绿色发展目标确定了长久模式。

2.1.3 “五横三纵”框架的合理性

基于已有公路隧道评价标准的内容，建立绿色隧道标准框架，从5大属性维度出发，确定各属性维度在设计、施工、运营阶段的评估重点。同时，开展行业内意见征集及专家咨询，构建绿色隧道“五横三纵”的评价体系框架。

在充分梳理公路隧道工程5大属性维度的基础上，基于国家对绿色公路的实施要求，结合现有标准研究成果，确立覆盖绿色隧道全方位、全过程周期的评价指标，形成绿色隧道指标体系。

在评价过程中，首先考虑隧道的5大属性，再从各自的全过程周期出发，保证整体评价过程全面且紧密。本研究将5大属性定为准则层，每个准则层下进一步细分为一级指标层(即每个属性所包含的主要内容)，而二级指标层为一级指标内容自身的全过程评价(即设计、施工、运营3个阶段)。以结构安全耐久性为例，其指标体系如表1所示。

表1 绿色隧道结构安全耐久性指标体系

2.2 评价指标体系建立

根据“五横三纵”评价体系框架，紧扣5大方面，查阅并梳理隧道全过程建设、运营现有技术及提升隧道整体绿色程度的相关研究资料，遵循系统性、科学性、可操作性和目标导向性原则，遴选各属性维度的评价指标，确保所选指标能充分体现绿色隧道的本质内涵以及全过程、全方位评价特征。

本研究基于专家调查法，以线上及线下发放问卷的形式，向业内专家广泛征求指标重要程度及选取的意见，按不同专业领域共计发放72份问卷，收回有效问卷64份，有效率达到89%，收集专家反馈意见与建议共计94条。问卷人员中隧道设计单位占40%，施工单位占23%，科研单位占23%，咨询单位占14%。

根据专家意见，对指标内容进行适当修改，再进行重要程度打分，直至专家意见基本达成一致。最终，绿色隧道评价体系及指标为： 目标层为绿色隧道评价A，准则层B包含结构安全耐久B1、行车安全舒适B2、通行疏散便捷B3、资源节约利用B4、生态环境保护B5； 一级指标层包括安全性C1、耐久性C2等18个指标；二级指标层包括64个控制项指标和73个评分项指标，由于控制项是必须达到的要求，不涉及指标权重计算，故只针对评分项编号D1—D73，便于后文权重计算。

层次分析法源于美国运筹学家Saaty于20世纪70年代提出的多目标定性定量结合的综合评价方法，借助这种方法可以将专家的经验判断定量化，从而实现最优化[10]。本研究结合专家对各级评价指标相对重要程度打分结果，采用层次分析法确定各级指标权重值。

2.2.1 建立层次结构模型

利用yaahp软件构造层次结构模型，如图2所示。层次结构分为目标层A、准则层B、一级指标层C、二级指标层D。

图2 绿色隧道评价层次结构模型

2.2.2 构造判断矩阵

通过比较两因素重要性获得判断矩阵A=(aij)n×n，其中，aij表示因素i相对因素j的重要性大小,由双因素比例标度表中的重要性级别确定，如表2所示。

表2 双因素比例标度

2.2.3 权重计算及其一致性检验

通过对判断矩阵进行权重计算，得到最大特征值λmax，并对结果进行一致性检验，见式(1)—(4)。

1)因素权重计算，

(1)

式中：Wi为归一化后某个因素的权重；i、j为因素；n为因素数目。

2)计算判断矩阵的最大特征值

(2)

式中：λmax存在且唯一；W为组合权重向量。

3)计算一致性比率CR。通过计算一致性指标CI，得到一致性比率CR。

(3)

(4)

式中RI为平均随机一致性指标，可参照表3选取。

表3 平均随机一致性指标RI

一般情况下，如果CR<0.1，则认为该判断矩阵通过一致性检验，否则不具有满意一致性。以5大方面权重计算为例，判断矩阵计算结果如表4所示。

表4 绿色隧道评价准则层权重

2.2.4 绿色隧道评价指标体系

按照此方法计算一级指标及二级指标评分项的相应权重。其中，二级指标评分项的最高分值依据权重值和设定百分制评分标准确定，二级指标控制项结论为是否符合或通过。此外，评价指标体系单独设置加分项，作为鼓励隧道采用绿色技术措施的自选指标，具备创新性强、难度大、绿色度高的特点。若申报单位凭借相关创新设计资料向评审方提出加分需求，经认证通过后，方可获得加分项的设置资格，加分项具备一项加2分，上限为20分。最终建立的绿色隧道评价指标体系如表5所示。

表5 绿色隧道评价指标体系

表5(续)

表5(续)

2.3 绿色度评价等级确定

隧道绿色评价是一个多层次、多维度的指标体系评价，在实际评价中，可通过总评分确定绿色等级。

(5)

式中：Q为评价得分；n为指标数目；Wi(i=1， 2， …， 18)为一级指标权重，根据表5中权重值选取；Vi(i=1，2，…，18)为一级指标总评分，由二级指标评分值累计得出；Jz为加分项指标总分值，由项目出具的加分项指标评分表得出。

绿色隧道应满足全部的控制项要求，并依据评分项与加分项的总得分情况对项目的绿色评价等级进行合理划分，拟将评价等级分为基本级、一星级、二星级、三星级4个级别，具体的等级划分如表6所示。

表6 绿色隧道评价体系等级划分

星级等级应按下列规定确定： 1)当满足全部控制项要求时，绿色隧道等级应为基本级； 2)一星级、二星级、三星级3个等级的绿色隧道均应满足本评价体系全部控制项的要求，且每类指标的评价分值不应小于其评价项满分值的30%； 3)一星级、二星级、三星级3个等级的绿色隧道均应进行全装修，全装修工程质量、选用材料及产品质量应符合国家现行有关标准的规定； 4)当评价满足全部控制项，且符合全部标准规定、技术要求时，绿色隧道等级按判定标准分别为一星级、二星级、三星级。在隧道项目完成评价后，可以为达到相应星级的项目颁发“绿色隧道”的标识。

3 结论与建议

在国家交通强国战略、碳中和与碳达峰等政策背景下，本文将“以人为本”作为核心要求，同时结合绿色公路与绿色建筑理念，提出友好流动空间概念，明确了绿色隧道定义，根据专家调研结果采用层次分析的权重计算方法，初步构建了全过程、全方位“五横三纵”绿色隧道评价体系；同时，研究发现采用星级打分制评价隧道绿色度，有利于扩大绿色隧道覆盖面，促进隧道行业实现“普遍绿”。

公路隧道具有复杂性，如何科学地选取能表征绿色内涵同时兼具时代特征的评价方面及指标有一定难度。随着隧道建设、运营、养护等技术的快速发展，该评价体系涉及的内容及权重也必将会不断更新。绿色隧道评价作为行业内的一种激励机制，其建设与推广需要国家政策的支持。通过实行政策鼓励措施，可以提高从业者参与绿色隧道建设的积极性，有助于不断完善绿色评估体系。