張新潔， 馬思思

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

在應(yīng)對(duì)全球變暖和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的背景下，交通運(yùn)輸業(yè)遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，這意味著必須將綠色低碳發(fā)展理念融入交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展中去，以此來推動(dòng)公路的綠色發(fā)展[1]。而設(shè)立在公路沿線的，為司乘人員提供休息、餐飲、住宿等服務(wù)的高速公路服務(wù)區(qū)就是一個(gè)巨大的突破口。目前存在的主要問題是圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能差、綠色化水平低等，這使得服務(wù)區(qū)在運(yùn)營階段的能耗和碳排放量是整個(gè)生命周期中最高的，造成了大量的能源浪費(fèi)。因此，要重點(diǎn)關(guān)注高速公路服務(wù)區(qū)運(yùn)營階段如何實(shí)現(xiàn)“零碳”，以此來推動(dòng)高速公路以及整個(gè)交通運(yùn)輸行業(yè)的綠色化發(fā)展。

高速公路服務(wù)區(qū)的綠色建設(shè)是實(shí)現(xiàn)“零碳”目標(biāo)的起步階段，服務(wù)區(qū)“零碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)在滿足駕乘人員出行需求的基礎(chǔ)上，起到促進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的作用?！陡咚俟肪G色服務(wù)區(qū)建設(shè)指南》(DB34/T 3272—2018)中對(duì)服務(wù)區(qū)建設(shè)特點(diǎn)和運(yùn)營特點(diǎn)進(jìn)行了分析，也對(duì)綠色服務(wù)區(qū)的建設(shè)方法和技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了討論[2]。很多學(xué)者也從服務(wù)區(qū)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，主要分析了如何從節(jié)能優(yōu)化、清潔能源利用、節(jié)水系統(tǒng)等方面實(shí)現(xiàn)綠色服務(wù)區(qū)的建設(shè)[3-5]。除了對(duì)服務(wù)區(qū)綠色建設(shè)的研究，學(xué)者們還從不同角度出發(fā)對(duì)其評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了研究，主要是從選址和土地利用、建筑的節(jié)能、水資源的利用、室外環(huán)境、清潔能源利用、污水和垃圾處理等方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)來評(píng)估高速公路綠色服務(wù)區(qū)的綠色水平[6-7]。

由此可見，過去許多研究的關(guān)注點(diǎn)在于服務(wù)區(qū)的綠色建設(shè)和綠色評(píng)價(jià)，而對(duì)于高速公路服務(wù)區(qū)運(yùn)營期間零碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，以及如何將服務(wù)區(qū)建設(shè)成為零碳服務(wù)區(qū)缺少關(guān)注。這對(duì)零碳服務(wù)區(qū)的發(fā)展有一定的阻礙作用。因此，本文從零碳運(yùn)營的角度對(duì)高速公路服務(wù)區(qū)展開研究，通過借鑒低碳建筑、綠色服務(wù)區(qū)等建設(shè)要點(diǎn)和評(píng)價(jià)體系，對(duì)服務(wù)區(qū)如何實(shí)現(xiàn)零碳目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。同時(shí)在遵循高速公路零碳服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇原則的前提下構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，助力高速公路服務(wù)區(qū)運(yùn)營階段零碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 高速公路零碳服務(wù)區(qū)的概念及建設(shè)要點(diǎn)

1.1 零碳服務(wù)區(qū)的概念

零碳服務(wù)區(qū)是指在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)融入“碳中和”的設(shè)計(jì)理念，建設(shè)時(shí)選用綠色建筑材料，采取低碳建造措施，最大限度開發(fā)清潔能源。服務(wù)區(qū)中主體建筑的能耗水平應(yīng)當(dāng)符合現(xiàn)行近零能耗建筑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。運(yùn)營期間服務(wù)區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)全部依靠服務(wù)區(qū)自身產(chǎn)生的可再生能源提供，能夠達(dá)到相對(duì)零碳。

1.2 高速公路服務(wù)區(qū)實(shí)現(xiàn)“零碳”的關(guān)鍵技術(shù)

運(yùn)營期間實(shí)現(xiàn)零碳排放，除了要控制高速公路服務(wù)區(qū)碳排放外，還應(yīng)當(dāng)加大碳吸收。最主要的是控制碳源，從建筑和能源等方面進(jìn)行節(jié)能減排，對(duì)建筑進(jìn)行低碳化改造，使用可再生能源系統(tǒng)，倡導(dǎo)低碳出行。其次是加大服務(wù)區(qū)的碳吸收，對(duì)服務(wù)區(qū)的林業(yè)碳匯進(jìn)行提升，對(duì)景觀進(jìn)行改造。同時(shí)還要利用智慧管控系統(tǒng)，對(duì)服務(wù)區(qū)內(nèi)使用的各類能源數(shù)據(jù)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)和智慧管控。

1)可再生能源利用系統(tǒng)。高速公路服務(wù)區(qū)占地面積大，可以利用空置場(chǎng)地多，如屋頂、車位、邊坡等位置。因此，在可再生能源的建設(shè)和利用方面服務(wù)區(qū)具有很大的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和服務(wù)區(qū)的車流量等情況來選擇適合的可再生能源系統(tǒng)。

2)建筑低碳化改造。降低建筑碳排放量的主要方式是建筑進(jìn)行低碳改造，從根源上減少能源的消耗。在進(jìn)行建筑的節(jié)能改造時(shí)，要遵循“被動(dòng)優(yōu)先減少需求、主動(dòng)優(yōu)化提高能效”的理念，通過對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、建筑外遮陽技術(shù)、自然通風(fēng)改造、電器節(jié)能改造等關(guān)鍵部位進(jìn)行節(jié)能改造，讓建筑在減少能耗使用的同時(shí)保證室內(nèi)的舒適度。

3)林業(yè)碳匯提升。服務(wù)區(qū)具有發(fā)展植物碳匯、減少碳排放量的潛力，這主要是因?yàn)樗h(yuǎn)離市區(qū)和占地面積大。服務(wù)區(qū)因其所處位置及地形地貌不同，各類植物的碳匯能力表現(xiàn)各不相同。在服務(wù)區(qū)的林業(yè)碳匯提升工程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)服務(wù)區(qū)的特點(diǎn)來選擇適當(dāng)?shù)闹参?，以此來增加服?wù)區(qū)的綠地覆蓋率，加大碳吸收。除此之外還應(yīng)當(dāng)注重服務(wù)區(qū)景觀與周圍環(huán)境的融合度，提升其景觀效果。

4)智慧運(yùn)維系統(tǒng)。智慧運(yùn)維系統(tǒng)主要是通過物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)智慧化、集中化、一體化的綜合管理相關(guān)設(shè)施和設(shè)備。智慧運(yùn)維系統(tǒng)主要是對(duì)人員、停車場(chǎng)、能源能耗、安防、設(shè)備、運(yùn)營等情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，基于監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，對(duì)服務(wù)區(qū)內(nèi)所有的能耗進(jìn)行綜合、全面的精細(xì)化管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)服務(wù)區(qū)內(nèi)用能設(shè)備的異常，通過優(yōu)化設(shè)備操作流程和提高人員管理效率，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)持續(xù)節(jié)能的目標(biāo)。

2 高速公路零碳服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)體系

2.1 構(gòu)建原則

遵循以下原則來制定高速公路零碳服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)體系：①要符合高速公路服務(wù)區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，在零碳服務(wù)區(qū)的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用；②突出高速公路服務(wù)區(qū)運(yùn)營期的特點(diǎn)和關(guān)于碳排放評(píng)價(jià)的相關(guān)指標(biāo)，盡量選擇可量化的碳排放指標(biāo)，并客觀反映出該服務(wù)區(qū)碳排放；③將評(píng)價(jià)對(duì)象高速公路服務(wù)區(qū)當(dāng)作整體，選取一些典型的、具有代表性的指標(biāo)，也要避免不同指標(biāo)內(nèi)容之間的相似性，以此來全面反映評(píng)價(jià)對(duì)象的水平。

2.2 高速公路零碳服務(wù)區(qū)碳排放核算模型

針對(duì)服務(wù)區(qū)運(yùn)營階段CO2的排放量進(jìn)行核算，需要明確計(jì)算范圍，分析運(yùn)營期間的碳排放源。高速公路零碳服務(wù)區(qū)CO2排放計(jì)算范圍如圖1所示，數(shù)據(jù)獲取方式見表1。碳排放計(jì)算范圍應(yīng)包括服務(wù)區(qū)內(nèi)建筑及配套設(shè)施在運(yùn)營期間使用煤炭、石油、天然氣等化石燃料燃燒活動(dòng)，以及因使用外購的電力和熱力等所產(chǎn)生的CO2排放量和可再生能源的減碳量。其中，建筑的碳排放量計(jì)算范圍包括照明、制冷、制熱、炊事等服務(wù)活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放量；配套設(shè)施的碳排放量計(jì)算范圍主要包括路燈照明、衛(wèi)生間照明、車輛維修站、加油站、加氣站及充電樁等服務(wù)設(shè)施產(chǎn)生的碳排放量。

圖1 高速公路零碳服務(wù)區(qū)CO2排放核算邊界

表1 碳排放統(tǒng)計(jì)核算內(nèi)容及數(shù)據(jù)獲取方式

核算碳排放量的重要參數(shù)是各類能源的碳排放因子，它將各類能源使用和其所排放的溫室氣體建立了聯(lián)系，是零碳服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)進(jìn)行零碳認(rèn)定的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在進(jìn)行碳排放核算時(shí)，采用排放因子法來計(jì)算各種能源所產(chǎn)生的碳排放量的總和，涉及到的能源消費(fèi)種類包括電力、煤炭、天然氣、汽油、柴油等。其碳匯系數(shù)見表2。

表2 碳排放系數(shù)和碳匯固碳系數(shù)

2.3 高速公路零碳服務(wù)區(qū)的評(píng)價(jià)程序

零碳服務(wù)區(qū)的評(píng)價(jià)程序主要包括零碳認(rèn)定和零碳服務(wù)區(qū)等級(jí)評(píng)定。零碳認(rèn)定為控制項(xiàng)，結(jié)果為達(dá)標(biāo)或不達(dá)標(biāo)，是為了考察參與評(píng)定服務(wù)區(qū)的碳排放情況；服務(wù)區(qū)等級(jí)為評(píng)分項(xiàng)，結(jié)果為分值，目的是判斷零碳服務(wù)區(qū)在運(yùn)營期間的建筑能耗、可再生能源利用、管理措施、經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合表現(xiàn)情況。

2.3.1 零碳認(rèn)定

服務(wù)區(qū)的碳排放量能夠直接反映服務(wù)區(qū)零碳水平，因此，將零碳認(rèn)定作為評(píng)價(jià)零碳服務(wù)區(qū)控制項(xiàng)。當(dāng)服務(wù)區(qū)物理邊界范圍內(nèi)的碳排放量小于等于零時(shí)，認(rèn)定結(jié)果為達(dá)標(biāo)；當(dāng)碳排放量大于零，則認(rèn)定結(jié)果為不達(dá)標(biāo)，不達(dá)標(biāo)的服務(wù)區(qū)不能參與后續(xù)零碳服務(wù)區(qū)等級(jí)評(píng)定。

2.3.2 零碳服務(wù)區(qū)等級(jí)評(píng)定

零碳服務(wù)區(qū)等級(jí)評(píng)定工作是對(duì)零碳認(rèn)定中達(dá)標(biāo)的服務(wù)區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)分?jǐn)?shù)來判斷零碳服務(wù)區(qū)所屬的等級(jí)，這樣能夠直觀準(zhǔn)確地反映零碳服務(wù)區(qū)運(yùn)營期間建筑能耗、可再生能源利用、管理措施、經(jīng)濟(jì)性等方面的情況。

評(píng)價(jià)總分為100分，開展評(píng)價(jià)時(shí)采用綜合評(píng)價(jià)的方法，參考《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50378—2019)中對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的表述方式[8]，評(píng)價(jià)等級(jí)劃分見表3，其中，A、B、C級(jí)零碳服務(wù)區(qū)表示在建筑低碳、可再生能源利用、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合表現(xiàn)較好、建設(shè)質(zhì)量較高的零碳服務(wù)區(qū)，被評(píng)價(jià)的服務(wù)區(qū)具體存在哪些問題，需要根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)得分具體分析，這3類服務(wù)區(qū)可以成為其他零碳服務(wù)區(qū)建設(shè)的參考對(duì)象；D級(jí)零碳服務(wù)區(qū)表示被評(píng)價(jià)的服務(wù)區(qū)滿足零碳服務(wù)區(qū)的基本條件，但其是在可再生能源利用或經(jīng)濟(jì)性等方面存在較大問題、在管理措施上不完善的零碳服務(wù)區(qū)，這類服務(wù)區(qū)在零碳建設(shè)方面還有較大的改進(jìn)潛力；E級(jí)零碳服務(wù)區(qū)表示普通服務(wù)區(qū)，即被評(píng)價(jià)的服務(wù)區(qū)雖然滿足服務(wù)區(qū)零碳認(rèn)定的基本條件，但其在建筑低碳建設(shè)、可再生能源的合理利用等多方面存在較大的問題，該水平的服務(wù)區(qū)需要對(duì)各項(xiàng)服務(wù)設(shè)施和管理措施進(jìn)行升級(jí)后再次進(jìn)行評(píng)價(jià)，達(dá)到相應(yīng)的分?jǐn)?shù)要求后方可被認(rèn)定為零碳服務(wù)區(qū)。

表3 零碳服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)的等級(jí)劃分

2.4 高速公路零碳服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)體系

通過使用頻度調(diào)查法來對(duì)高速公路零碳服務(wù)區(qū)進(jìn)行指標(biāo)的篩選，以現(xiàn)行的綠色建筑和綠色服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為前提，從服務(wù)區(qū)運(yùn)營期的特點(diǎn)和服務(wù)區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，遵循評(píng)價(jià)原則，使用正確的評(píng)價(jià)方法，借鑒國際上認(rèn)可度較高的(近)零碳建筑、(近)零碳示范區(qū)等評(píng)價(jià)體系，同時(shí)參照各類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)者的相關(guān)研究，建立評(píng)價(jià)體系(圖2)。該評(píng)價(jià)體系包括建筑低碳、可再生能源與節(jié)能環(huán)保措施、碳排放與環(huán)境監(jiān)測(cè)措施、管理措施、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)。

圖2 高速公路零碳服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 高速公路零碳服務(wù)區(qū)綜合評(píng)價(jià)模型

3.1 基于AHP確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

層次分析法 (AHP)在實(shí)踐中，對(duì)于一些數(shù)學(xué)模型無法解決的問題，可以起到很好的作用，可以對(duì)定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)進(jìn)行分析。運(yùn)用該方法需要進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)建、指標(biāo)相對(duì)權(quán)重的計(jì)算和矩陣一致性的判斷等步驟[9]。

對(duì)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行分析和研究時(shí)選擇層次分析法主要是因?yàn)樵u(píng)價(jià)體系中存在定性指標(biāo)較多和樣本數(shù)據(jù)獲取較難的指標(biāo)[10]。為了保證計(jì)算結(jié)果的精確性，選取層次分析法軟件yaahp進(jìn)行計(jì)算。該軟件的使用步驟主要包括：①在該軟件中錄入所構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系，形成層次結(jié)構(gòu)模型，錄入后的結(jié)果如圖3所示；②將專家學(xué)者的調(diào)查問卷結(jié)果輸入到該軟件中，輸入結(jié)果如圖4所示；③使用該軟件進(jìn)行計(jì)算，得到指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果，如圖5所示；④對(duì)一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，并計(jì)算判斷矩陣的CI、RI值，最終得到評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)權(quán)重，見表4。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

圖3 錄入后的層次結(jié)構(gòu)圖

圖4 專家問卷調(diào)查結(jié)果匯總

圖5 計(jì)算結(jié)果

3.2 高速公路零碳服務(wù)區(qū)模糊層次綜合評(píng)價(jià)模型

評(píng)價(jià)體系中的一些指標(biāo)具有一定的不確定性，沒有絕對(duì)的肯定和否定，在構(gòu)建高速公路零碳服務(wù)區(qū)評(píng)價(jià)模型時(shí)選擇的模糊綜合評(píng)價(jià)法正是一種基于模糊數(shù)學(xué)而產(chǎn)生的，用于定量分析具有一定模糊性的對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)方法[11]。

3.2.1 建立評(píng)價(jià)因素集

根據(jù)構(gòu)建的評(píng)級(jí)體系，所得模糊綜合評(píng)價(jià)因素集如下：

U=(B1,B2,B3,B4,B5)

(1)

B1=(C1,C2,C3,C4,C5)

(2)

B2=(C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13)

(3)

B3=(C14,C15,C16,C17,C18)

(4)

B4=(C19,C20,C21,C22,C23,C24)

(5)

B5=(C25,C26)

(6)

3.2.2 確定評(píng)語集

用M表示評(píng)語集，評(píng)語等級(jí)量化向量用N表示。將評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為X1,X2,X3,X4,X5。組成等級(jí)集M={X1,X2,X3,X4,X5}，分別對(duì)應(yīng)A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)、E級(jí)，對(duì)應(yīng)分值評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)集N=(100,90,80,70,60)。

3.2.3 創(chuàng)建隸屬度向量矩陣R

在進(jìn)行評(píng)價(jià)結(jié)果時(shí)，用隸屬度rij來表示，每個(gè)指標(biāo)指定的隸屬度向量形成矩陣R。

(7)

3.2.4 確定模糊權(quán)向量W

采用層次分析法得到模糊權(quán)向量W。

3.2.5 計(jì)算模糊評(píng)價(jià)結(jié)果向量

由上述得到的矩陣R與集合W，計(jì)算出模糊評(píng)價(jià)結(jié)果的向量P。根據(jù)Pi=Wi×Ri，計(jì)算一級(jí)指標(biāo)的綜合向量評(píng)價(jià)，從而得出一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)因素集U對(duì)應(yīng)的判斷矩陣P。

(8)

即可得到模糊評(píng)價(jià)結(jié)果向量Z，即

Z=W×P=(Z1,Z2,Z3,Z4,Z5)

(9)

3.2.6 計(jì)算綜合評(píng)價(jià)得分

利用評(píng)語等級(jí)的量化向量N，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，得到各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)項(xiàng)得分E和最終綜合評(píng)分F。

E=P×NT,F=Z×NT

(10)

4 案例分析

津南服務(wù)區(qū)作為天津的首個(gè)零碳服務(wù)區(qū)，在可再生能源利用方面具有很強(qiáng)的代表性，在空置的屋頂和車棚等場(chǎng)地綜合運(yùn)用了光伏等新能源。該服務(wù)區(qū)是經(jīng)過改造成為零碳服務(wù)區(qū)的，在這個(gè)過程中運(yùn)用的主要建造技術(shù)是綠色低碳，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營過程中的零碳。因此，以津南服務(wù)區(qū)為例，對(duì)其零碳水平進(jìn)行認(rèn)定。

該公路服務(wù)區(qū)已經(jīng)被認(rèn)定為天津首個(gè)零碳服務(wù)區(qū)，因此不再對(duì)該服務(wù)區(qū)進(jìn)行零碳認(rèn)定，直接開展服務(wù)區(qū)零碳排放綜合評(píng)價(jià)。借助網(wǎng)絡(luò)問卷進(jìn)行相關(guān)問卷調(diào)查，通過對(duì)回收問卷的統(tǒng)計(jì)，共計(jì)回收123份相關(guān)專業(yè)的專家學(xué)者、服務(wù)區(qū)的工作人員、司乘人員等相關(guān)人員的問卷。其中，相關(guān)專家學(xué)者93份，服務(wù)區(qū)工作人員18份，司乘人員12份，利用模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行表示并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總計(jì)算。具體計(jì)算分值與結(jié)果見表5。

表5 一級(jí)指標(biāo)的計(jì)算分值與結(jié)果

由表5中的數(shù)據(jù)可得服務(wù)區(qū)的綜合模糊矩陣為

結(jié)合權(quán)重向量W=[0.184 4 0.328 0 0.083 1 0.045 7 0.358 9]，進(jìn)行模糊矩陣的復(fù)合運(yùn)算并進(jìn)行歸一化處理，可得Z=W×P=[0.211 8 0.305 5 0.283 0 0.213 2 0.047 4]。

最終，服務(wù)區(qū)的模糊綜合評(píng)價(jià)得分為

因此，津南服務(wù)區(qū)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為B級(jí)零碳服務(wù)區(qū)，這說明該服務(wù)區(qū)是在各方面綜合表現(xiàn)較好、建設(shè)質(zhì)量較高的零碳服務(wù)區(qū)，這類服務(wù)區(qū)可以成為其他零碳服務(wù)區(qū)建設(shè)的參考對(duì)象。