基于LCA的钢筋混凝土连续刚构桥的环境影响分析

肖鸿舰

摘 要：对于世界各国来说，土木工程的可持续发展显得越来越重要，而这对中国的桥梁来说更是具有非常重要的意义。近些年来，我国基础设施工程（尤其是桥梁工程）发展迅速，桥梁数量已经占到全世界桥梁总数的30%～50%。而随着全世界对桥梁可持续研究的重视，全生命周期评价（Life cycle assessment，简称LCA）作为一种定量分析桥梁建设的环境影响的方法已经开始在桥梁工程领域得到应用。因此，本文从桥梁建设的全生命周期出发，采用环境影响评价中的生态指标法进行桥梁生命周期环境影响分析。

关键词：全生命周期评价；预应力；钢筋混凝土

中图分类号：U445 文献标志码：A

1 LCA基本理论

我国对产品或工程全生命周期环境影响评价的研究起步较晚，但是世界各国也研究较少，而且各大组织机构对其的定义也有许多种。比如：美国环保局将LCA定义为最初从地球上获取生产原材料开始，到最终废弃物质返归地球为止的产品、工程或人类活动所造成的污染物排放进行环境影响进行估测的方法。

2 LCA计算方法与步骤

目前，生命周期的研究包括4个阶段：（1）确定评价的目的和范围；（2）清单计算；（3）环境影响计算；（4）结果解释。以上4个步骤两两之间的过程为交替反复进行的过程，第（4）步结果解释之后便直接应用到产品开发与改进、战略规划、公共政策的制定和营销等。由于计算者各自的专业水平不同，计算所用的系数不完全相同以及对结果的精确度要求不同，导致不同阶段的各种选择都会出现一系列的差别。比如：在第（2）步清单分析的过程中可能会出现新的阶段，需要计算者重新回到第（1）步目的和范围确定，并将此过程囊括在整个评价计算结果中。最后可以推测出清单分析和影响评价及结果解释中都会加入新的分析内容，这在一定程度上会改变计算分析既定的目的，有时要求分析者重新界定进行环境影响分析的目的。

2.1 目的和范围的确定

生命周期评价的第一步是根据该项目的研究背景、研究目的等确定桥梁环境影响评价的目的，并按照评价目的划分研究的范围，包括评价系统的定义、边界的确定、假定条件以及特殊情况说明等，这也是整个生命周期评价的一个重要环节，它直接影响到整个评价工作程序和最终的研究结论的精确度。通常，评价目的不能仅仅只局限于评价单个的产品或流程，往往是评价产品或流程的系统。研究范围的确定应保证最终能实现研究目的，而且研究范围可能需要多次重复修改。功能单位是在生命周期评价研究中用来作为参照单位的量化的产品系统性能，是不同产品进行横向比较的标准。

2.2 清单分析

清单分析是整个LCA研究中最耗时的阶段，是LCA对功能单位、系统边界、数据要求、基本假定和限制因素等基本数据进行收集和整理的过程，是进行LCIA的基础，是对整个生命周期资源、能源的消耗和对环境排放的量化分析。清单数据主要包括系统在全生命周期过程中输入的资源、能源及污染物排放的种类和数量。

2.3 环境影响评价

生命周期环境影响评价是在完成目的和范围确定、清单分析这两个步骤之后，进行的数据计算和分析工作，需要根据上一步骤清单分析提供的各类消耗物和排放物，再对这些物质各个方面的环境影响进行定性的评估。环境影响评价共包括3个步骤：特征化计算、标准化计算、权重计算。特征化是对清单分析结果进行单位统一，这一过程用特征化系数进行计算。标准化的目的是为了比较各个类别的环境影响，这一过程用标准化系数进行计算。权重计算是对分属各个环境影响类型的参数结果进行转化，必要时加以合并，这一过程用权重系数进行计算。

3 案例分析

白果渡嘉陵江特大桥位于国道212线四川武胜（川渝界）至成都合川高速公路上，桥全长1433.78m，采用10×40m+130m+230m+130m+13×40m跨径布置，其中主桥长490m，为三跨预应力混凝土连续刚构，引桥为23跨40m预应力混凝土T梁。

经分析，案例桥梁的范围是生产阶段、施工阶段与桥梁运营维护阶段的环境影响评价。然后进行清单分析，进行实践调研，发现生产阶段的材料用量见表1。

依据工程概预算表，得施工阶段材料运输情况见表2。在计算量化过程中做如下基本假定：（1）砂密度设为1.65t/m3，石子密度为1.50 t/m3；（2）采用载重量为40t的斯太尔自卸车，并考虑往返车程，假设其平均百公里耗油量为32L。根据以上数据计算可以得出，在桥梁施工阶段共消耗汽油63664L。

按照本节介绍的桥梁环境影响分析过程，对清单进行特征化、标准化和权重化。

白果渡嘉陵江特大桥为钢筋混凝土连续刚构桥，对养护维修解雇阶段做如下假定：在其设计使用年限内，共翻新桥面铺装10次，每次铺装面积占桥梁总面积的25%。假设正常使用阶段每天交通流量为15000辆，平均每辆车百公里耗油12L。由于维护施工采用半通半闭的轮流作业方式，造成每天交通流量减少为3000辆，若每次施工时间持续30天，则共减少交通流量12000×30=360000辆，折合成全封闭式施工时间为360000/15000=24天。依据当地交通情况，当桥梁实行全封闭期间，车辆需绕行8.7km，由此计算得出全生命周期内由于车辆绕行消耗的汽油量480300L。由于缺乏相关数据，类比其他同等规模桥梁维修阶段工程量，假设每次桥面铺装所需材料及資源清单见表3。

最后根据计算后的桥梁3个生命阶段的环境影响权重值汇总，见表4。

结语

本文基于桥梁生命周期环境影响终点破坏模型进行了实例评价分析，具体阐述了桥梁全生命周期环境影响量化分析的过程，经过分析计算，得出桥梁生命周期环境影响总值为285capita·yr，生命周期中桥梁生产阶段对环境的损伤最大。对于研究桥梁，土木工程行业的环境影响评价意义重大。

参考文献

[1]武文杰.基于不确定性的钢筋混凝土桥梁量化可持续性评价[D].北京交通大学，2013.

[2]杨朋超.考虑不同加固方法的桥梁全生命周期环境影响评价[D].北京交通大学，2013.

[3]贾晓娟.沥青混凝土生命周期环境影响评价研究[J].新型建筑材料，2014，41 （11） ：26-28.