樊 婧

同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201804

1 概況

日趨嚴(yán)峻的能源短缺、環(huán)境惡化問(wèn)題，使“低碳”成為全球發(fā)展的目標(biāo)。在國(guó)家做出減排承諾下，道路交通行業(yè)承擔(dān)起減排重任，而在“低碳目標(biāo)倒逼與交通需求保障”雙重約束下，仍面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。從供給側(cè)的角度思考減排策略成為挖掘道路交通減排潛力的突破口。為了分析比較不同施工技術(shù)或策略所帶來(lái)的減排效益，我們需要一套科學(xué)的測(cè)算方法為決策者提供依據(jù)。

自2012年，發(fā)達(dá)國(guó)家相繼發(fā)布對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期能耗排放的研究成果。隧道是公路交通低碳與安全的“咽喉”，據(jù)已有研究，在高速公路建設(shè)期中，隧道工程產(chǎn)生了較大的碳排放量[1]。

交通碳排放測(cè)算方法有“自上而下”和“自下而上”兩大類。“自上而下”的測(cè)算方法，以總體能源消耗量為測(cè)算依據(jù)，結(jié)合能源排放因子，綜合得出交通領(lǐng)域的碳排放量。“自下而上”的測(cè)算方法，即過(guò)程分析法，通過(guò)生命周期清單進(jìn)行分析，得到研究對(duì)象的輸入和輸出數(shù)據(jù)清單，匯總得出總的交通行業(yè)碳排放量[2]。

近年來(lái)，部分學(xué)者[3]采用生命周期分析方法，測(cè)算各項(xiàng)工程的碳排放量。Abolhasani[4]根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究施工機(jī)械的碳排放；Frey[5]對(duì)使用石化柴油與生物柴油的碳排放差異做了比較；Chang和Kendall[6]對(duì)一條高速鐵路進(jìn)行生命周期碳排放的評(píng)估。Ahn[7]在隧道前期規(guī)劃階段，對(duì)盾構(gòu)隧道施工設(shè)備能源消耗造成的碳排放進(jìn)行了估算。李興華等[8]對(duì)中國(guó)西部某礦山法施工的公路隧道施工時(shí)每延米碳排放進(jìn)行了計(jì)算與對(duì)比，僅考慮施工時(shí)由于含碳能源消耗造成的直接碳排放。

2 地下基礎(chǔ)設(shè)施施工碳排放計(jì)算模型

本文提出以地下基礎(chǔ)設(shè)施施工為主體的施工周期碳排放分析框架（圖1），將隧道施工周期劃分為材料生產(chǎn)、材料運(yùn)輸、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行、施工廢棄物拆除回收4個(gè)階段，將碳排放源分為內(nèi)源性和外源性，采用定額法和排放因子法，搜集施工周期各階段的數(shù)據(jù)清單，建立適應(yīng)各階段的碳排放量化模型，以上海北橫通道工程某標(biāo)段為案例，對(duì)各階段進(jìn)行碳排放核算（圖2）。

圖1 生命周期碳排放分析框架

2.1 隧道外源性的碳排放

隧道外源性的碳排放可以分為原材料生產(chǎn)加工階段及原材料運(yùn)輸階段。

原材料生產(chǎn)加工階段的碳排放，可通過(guò)概算表列出的原材料清單，統(tǒng)計(jì)各類原材料使用量及對(duì)應(yīng)的碳排放系數(shù)，將各原材料使用量與碳排放系數(shù)相乘得出該項(xiàng)碳排放，此時(shí)使用考慮回收率的碳排放系數(shù)。計(jì)算公式如下：

圖2 隧道施工周期CO2排放量計(jì)算流程

式中：Qc1——隧道施工期所需的原材料加工生產(chǎn)的總碳排放量；

Qc1i——生產(chǎn)原材料i的碳排放量，其中i表示原材料的編號(hào)，n表示所有使用的原材料總種類數(shù)；

mi——i類原材料的使用量；

在曲的文化定位方面，朱權(quán)、賈仲明也均承襲元人理念。賈仲明尊稱元代作家為“前輩諸賢大夫名公士”[13](P98)，朱權(quán)則稱之為“元之老儒”[11](P11)，反映出他們接續(xù)了元代文人曲家的自我身份認(rèn)同傾向。此外，朱權(quán)還更多強(qiáng)調(diào)“雜劇者，太平之勝事”[11](P43)，是“太平之盛，人心之和”被“諸賢形諸樂(lè)府”的文學(xué)呈現(xiàn)[11](P11)，明顯承接了元人雜劇風(fēng)教一脈的文化認(rèn)同構(gòu)筑。并在列舉“知音善歌者，三十六人”時(shí)，明確標(biāo)注“娼夫不取”[11](P45)，完全繼承了元人對(duì)良家子弟與倡優(yōu)樂(lè)工的身份分野。

Fi——生產(chǎn)i類原材料的考慮拆除回收率的碳排放系數(shù)。

原材料運(yùn)輸階段的碳排放，可以選用各項(xiàng)運(yùn)輸方式的碳排放系數(shù)與運(yùn)輸距離的乘積進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中：Qc2——隧道施工中所有原材料運(yùn)輸階段產(chǎn)生的總碳排放量；

Qc2i——原材料i運(yùn)輸階段所產(chǎn)生的碳排放量，其中i表示原材料的編號(hào)，n表示所有使用的原材料總種類數(shù)；

Mi——i類原材料的運(yùn)輸量；

Fj——j類運(yùn)輸方式的碳排放系數(shù)，其中j表示運(yùn)輸方式的編號(hào)，z表示使用所有運(yùn)輸方式的總類數(shù)；

Lij——i類原材料采用j類運(yùn)輸方式的運(yùn)輸距離，km；

2.2 隧道內(nèi)源性的碳排放

隧道建設(shè)施工期內(nèi)源性的碳排放，主要是在各項(xiàng)土建、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中直接產(chǎn)生，可以通過(guò)將各種施工過(guò)程的機(jī)械所消耗的能源轉(zhuǎn)化為碳排放量來(lái)量化測(cè)量，具體公式如下：

式中：Qc3——所有機(jī)械施工產(chǎn)生的碳排放；

Qc3q——使用q類能源的機(jī)械施工產(chǎn)生的碳排放，q為能源的編號(hào)；

Uq——q類能源的消耗量，kJ；

Fq——q類能源的碳排放系數(shù)；

A——機(jī)械設(shè)備的使用效率，%。

綜上所述，隧道施工建設(shè)期間的碳排放量公式如下：

因此，隧道建設(shè)施工周期內(nèi)的碳排放量，主要受各類原材料生產(chǎn)、原材料運(yùn)輸方式、施工過(guò)程耗費(fèi)的電、油等能源用量以及施工過(guò)程中原材料的使用量、消耗能源的碳排放系數(shù)等因素的影響。各原材料用量在施工詳細(xì)工程量表上有記載，計(jì)算碳排放時(shí)，本文主要使用考慮回收的碳排放系數(shù)，可以通過(guò)查詢有關(guān)資料或?qū)嶋H計(jì)算獲取[9-10]。

3 隧道施工生命周期碳排放測(cè)算

本文研究對(duì)象為上海北橫通道施工中某隧道施工的一標(biāo)準(zhǔn)段（長(zhǎng)1 km）。北橫通道全長(zhǎng)約19.10 km，其中隧道長(zhǎng)度約10.20 km，包括7.75 km盾構(gòu)段、2.45 km明挖段，是國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的盾構(gòu)法雙層隧道。

根據(jù)隧道施工時(shí)期的工程量表（表1、表2），列出碳排放清單，對(duì)隧道建設(shè)期的碳排放進(jìn)行測(cè)算分析。

根據(jù)所列出的隧道施工階段的工程量清單，確定所需主要材料的使用量，結(jié)合各典型材料的排放系數(shù)，可根據(jù)模型計(jì)算得出隧道建設(shè)施工周期各原材料生產(chǎn)階段的碳排放量及碳排放總量，由于該階段使用考慮回收的碳排放系數(shù)，鋼材碳排放系數(shù)取值參考文獻(xiàn)[11-12]，原材料生產(chǎn)階段碳排放計(jì)算結(jié)果明顯優(yōu)于其他同類研究。

由施工方案可知材料基站位置，得出材料運(yùn)輸?shù)钠骄嚯x為15 km，運(yùn)輸方式為公路運(yùn)輸，根據(jù)美國(guó)國(guó)家環(huán)保署的文件規(guī)定，經(jīng)過(guò)單位換算得到公路運(yùn)輸?shù)奶寂欧乓蜃訛?.016 kg CO2/（kg·km）。

根據(jù)工程量清單，得到單位工程量實(shí)施需要的設(shè)備及運(yùn)行時(shí)間，查閱《全國(guó)統(tǒng)一施工機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額》，確定了各種常用的施工機(jī)械工作臺(tái)班所消耗的動(dòng)力原料類型和用量，并分別對(duì)應(yīng)于表1所確定的各能源的碳排放系數(shù)，取機(jī)械設(shè)備的平均利用率為70%，計(jì)算出隧道機(jī)械設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的碳排放量。

由計(jì)算結(jié)果（表3）可知，在隧道施工周期內(nèi)，施工原材料生產(chǎn)制備過(guò)程中的碳排放是主要的排放源，平均占到了整個(gè)施工期碳排放的88.64%。如果使用不考慮施工建材回收率的碳排放因子，則原材料生產(chǎn)階段的碳排放將高達(dá)90%?，F(xiàn)場(chǎng)施工階段的碳排放僅占10.04%。

表1 隧道施工涉及的典型材料用量和碳排放系數(shù)

表2 隧道施工的典型設(shè)備清單

表3 隧道施工周期內(nèi)各階段CO2排放量

4 結(jié)語(yǔ)

本文以上海北橫通道某標(biāo)段隧道施工為例，將隧道建設(shè)階段劃分為原材料生產(chǎn)、原材料運(yùn)輸和機(jī)械施工階段，并考慮施工廢棄物拆除回收對(duì)排放因子的影響，梳理各階段CO2排放計(jì)算方法，并通過(guò)施工概算表獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行排放量估算。最后應(yīng)用案例詳細(xì)計(jì)算分析考慮回收率下的單位標(biāo)段隧道施工各階段CO2排放、各自構(gòu)成及所占比例。結(jié)果顯示：總CO2排放中，原材料生產(chǎn)階段占比88.64%，原材料運(yùn)輸階段占比1.32%，機(jī)械施工階段占比10.04%，原材料生產(chǎn)階段CO2排放量占比明顯下降，鋼模板施工可提高回收率，具有良好的減排效益[13-15]。

將本文計(jì)算結(jié)果與已有研究進(jìn)行對(duì)比，李興華等[8]利用案例計(jì)算得出隧道機(jī)械施工階段CO2排放約3 t/m，王賢衛(wèi)等[1]得出結(jié)果約5 t/m，本文得出結(jié)果為6.3 t/m，這是由于工程所處地質(zhì)以及具體實(shí)施工藝和使用材料、機(jī)械等多方面差異造成的，盡管如此，計(jì)算結(jié)果仍在同一數(shù)量級(jí)上。