低碳公路建设评价指标体系研究

交 通 运 输 节 能 减 排 重 点 研 究 项 目申 请 书项目名称： 低碳公路建设评价指标体系研究 申请单位： 交通运输部公路科学研究所 （公章）申请日期： 2012 年 6 月 15 日基 本 信 息 表项目名称 低碳公路建设评价指标体系研究申请单位 交通运输部公路科学研究所联 系 人 黄颂昌 联系电话 要研 究内 容从 节 能 的 角 度 客 观 全 面 地 比 较 和 分 析 公 路 工 程 （ 路 基 、 路 面 、桥 梁 、 隧 道 、 交 通 工 程 设 施 ） 从 原 材 料 生 产 、 公 路 建 造 到 维修 养 护 全 寿 命 周 期 的 能 源 消 耗 ， 提 出 低 碳 公 路 建 设 评 价 指 标 体系 和 公 路 工 程 节 能 技 术 和 推 广 政 策 建 议 。（100 字以内）主 要技 术经 济指 标建 立 公 路 工 程 全 寿 命 周 期 能 源 消 耗 评 价 方 法 ， 建 立 基 于 材 料 、结 构 及 施 工 工 艺 的 能 耗 三 元 矩 阵 数 据 库 ， 提 出 低 碳 公 路 建 设 评价 指 标 体 系 ， 低 碳 化 技 术 及 推 广 政 策 措 施 建 议 ， 为 交 通 运 输 部节 能 决 策 提 供 强 有 力 的 技 术 支 撑 。（ 100 字 以 内 ）创新点及可能获得的成果和知识产权创新点：（1）基于材料类型、结构形式及施工工艺的公路工程能耗三元矩阵基础数据库（2）公路工程全寿命周期能耗评价分析模型（3）低碳公路建设评价指标体系成果形式：（1）低碳公路建设评价指标体系研究报告（2） 公路工程建设能耗测试和评价方法（3）公路工程节能政策建议书经费预算 总投资 180 万 申请拨款 180 万完成年限 2013-12-31 申请日期 2012-6-151一、背景和必要性公 路 工 程 ， 既 是 关 系 国 民 经 济 和 社 会 发 展 全 局 的 民 生 工 程 ， 又 是 能 源消 耗 和 资 源 占 用 大 户 。 公 路 工 程 的 节 能 ， 是 交 通 运 输 行 业 节 能 降 耗 的 重 要环 节 ， 是 实 现 交 通 运 输 行 业 可 持 续 发 展 的 重 要 领 域 。为 减 少 公 路 工 程 建 设 和 养 护 过 程 中 的 能 源 消 耗 ， 公 路 界 研 究 开 发 了 温拌 沥 青 混 合 料 技 术 、 沥 青 路 面 冷 再 生 技 术 等 低 能 耗 筑 养 路 技 术 ， 并 在 工程 实 践 中 逐 步 推 广 应 用 ， 有 些 公 路 部 门 通 过 技 术 改 造 隧 道 的 供 配 电 系 统 、照 明 系 统 和 通 风 系 统 取 得 节 能 的 良 好 经 济 效 果 。 但 总 的 来 说 ， 公 路 工 程建 设 中 的 能 耗 仍 缺 乏 量 化 评 价 手 段 ， 低 碳 施 工 技 术 的 节 能 效 果 评 价 一 直停 留 在 概 念 上 ， 制 约 了 其 在 工 程 上 的 推 广 应 用 。此 外 ， 传 统 的 公 路 环 境 影 响 评 价 一 般 是 针 对 公 路 建 设 过 程 的 社 会 环 境 、生 态 环 境 、 声 环 境 、 水 环 境 和 空 气 环 境 进 行 的 预 评 价 ， 对 于 公 路 整 个 寿 命周 期 的 资 源 、 能 源 消 耗 问 题 ， 国 内 鲜 有 分 析 。 公 路 工 程 的 设 计 与 施 工 主 要是 从 技 术 和 经 济 角 度 做 出 决 策 ， 没 有 将 能 耗 问 题 纳 入 考 量 范 畴 。因 此 ， 系 统 研 究 公 路 工 程 寿 命 周 期 内 的 能 耗 评 价 方 法 ， 对 公 路 工 程 寿命 周 期 内 的 能 耗 进 行 评 价 分 析 ， 系 统 掌 握 公 路 工 程 全 寿 命 周 期 内 各 环 节 的能 源 消 耗 情 况 ， 从 能 耗 角 度 对 公 路 工 程 的 设 计 和 施 工 进 行 优 化 ， 减 少 公 路工 程 全 寿 命 周 期 内 的 能 源 消 耗 ， 在 低 碳 经 济 全 球 化 与 中 国 低 碳 转 型 的 时 代背 景 下 显 得 尤 为 重 要 和 迫 切 。二、工作基础2.1 国内外研究现状分析与评价工 程 建 设 行 业 的 能 源 使 用 和 温 室 气 体 排 放 近 年 来 越 来 越 引 起 社 会 的 关2注 ， 诸 如 “低 碳 ”、 “可 持 续 发 展 ”、 “环 境 影 响 ”、 “能 源 有 效 性 ”、 “全 球 变 暖 ”、“温 室 气 体 ”、 “生 态 有 效 性 ”等 术 语 日 益 被 认 可 和 使 用 。 美 国 绿 色 建 筑 委 员会 （ USGBC） 开 展 了 能 源 与 环 境 设 计 认 证 （ LEED, Leadership in Energy and Environmental Design） 工 作 。 LEED 评 级 系 统 以 对 环 境 影 响 最 小 化 为 出 发点 ， 可 以 辅 助 完 成 建 筑 设 计 和 施 工 。 对 于 社 区 发 展 的 LEED-ND 系 统 则 包括 一 些 对 路 面 工 程 多 角 度 的 考 量 (U.S. Green Building Council, 2008)。美 国 的 “绿 色 道 路 ”系 统 （ The Greenroads Rating System） ， 是 道 路 设 计和 施 工 项 目 可 持 续 性 的 评 价 系 统 。 通 过 输 入 路 面 设 计 和 施 工 的 可 持 续 性参 数 ， 该 系 统 可 以 帮 助 业 主 和 承 包 商 做 出 决 策 。 该 系 统 定 义 了 路 面 可 持 续性 的 属 性 ， 提 供 了 路 面 可 持 续 性 的 评 价 体 系 ， 包 括 可 持 续 设 计 和 施 工 的 一些 案 例 。 该 系 统 包 括 11 个 项 目 要 求 （ 环 境 保 护 计 划 、 寿 命 周 期 费 用 分 析 、寿 命 周 期 清 单 、 施 工 质 量 控 制 、 减 噪 计 划 、 废 旧 物 管 理 计 划 、 污 染 预 防 计划 、 路 面 管 理 系 统 等 ） 。 对 于 使 用 温 拌 、 冷 拌 和 低 噪 音 路 面 技 术 的 项 目 应给 予 加 分 ， 其 它 加 分 也 可 加 入 产 生 最 终 的 “绿 色 道 路 ”系 统 得 分 。 该 分 数 用于 跟 踪 和 评 价 路 面 项 目 和 系 统 的 可 持 续 性 (Greenroads, 2009)。巴 斯 夫 （ BASF） 公 司 开 发 了 一 种 生 态 有 效 性 的 分 析 方 法 。 该 方 法 从6 个 方 面 考 虑 和 评 价 一 个 系 统 ， 包 括 原 材 料 、 土 地 使 用 、 能 耗 、 排 放 、 潜在 毒 性 和 潜 在 风 险 ， 可 用 于 评 价 不 同 路 面 工 艺 （ 包 括 热 拌 沥 青 混 合 料 加 铺层 、 微 表 处 和 碎 石 封 层 ） 的 生 态 有 效 性 （ Wall, 2004） ， 研 究 发 现 相 比 热 铺的 碎 石 封 层 ， 冷 拌 系 统 （ 如 微 表 处 ） 消 耗 更 少 的 能 量 ， 更 具 有 生 态 有 效 性 。Chappat & Bilal (2003)详 细 分 析 了 20 种 不 同 路 面 类 型 每 生 产 一 顿 材料 所 消 耗 的 能 量 和 排 放 的 温 室 气 体 ， 结 果 表 明 水 泥 路 面 需 要 最 多 的 能 源 ，其 次 是 热 拌 沥 青 路 面 。 该 报 告 也 表 明 就 地 冷 再 生 是 能 耗 最 少 的 施 工 工 艺 。3Zapata, P. & J.A. Gambates (2005) 评 价 了 沥 青 路 面 和 水 泥 路 面 的 能 耗 。研 究 表 明 服 务 寿 命 相 同 的 条 件 下 ， 水 泥 路 面 在 路 面 寿 命 周 期 内 的 前 3 个阶 段 （ 原 材 料 获 取 、 生 产 和 施 工 ） 耗 能 更 大 。 整 个 寿 命 周 期 内 的 能 耗 取 决于 当 地 条 件 、 使 用 和 养 护 情 况 。 研 究 还 表 明 ， 沥 青 的 生 产 比 水 泥 的 生 产 耗能 较 少 。 水 泥 的 生 产 占 钢 筋 混 凝 土 路 面 从 生 产 到 摊 铺 全 部 耗 能 的 近61%， 如 果 水 泥 能 被 工 业 废 品 （ 如 粉 煤 灰 ） 代 替 一 部 分 将 能 大 大 减 少 水 泥路 面 的 能 耗 ； 而 沥 青 的 萃 取 与 生 产 占 沥 青 路 面 从 生 产 到 摊 铺 全 部 耗 能 的40%。 沥 青 路 面 的 主 要 能 耗 发 生 在 集 料 的 烘 干 与 混 合 料 的 拌 和 阶 段 。 集 料的 储 存 方 式 以 及 烘 干 工 艺 的 改 变 可 大 大 降 低 沥 青 路 面 的 能 耗 。有 研 究 表 明 ， 生 产 低 温 沥 青 混 合 料 可 大 大 减 小 能 耗 ， 温 拌 沥 青 混 合 料可 减 少 能 耗 达 15%， 半 温 拌 沥 青 混 合 料 能 减 少 约 50%的 能 耗 （ Olard, F.,et al., 2008） 。 也 有 研 究 表 明 温 拌 沥 青 混 合 料 可 减 少 能 耗 11-35%， 对 于 低 能耗 沥 青 混 合 料 如 冷 拌 沥 青 混 合 料 或 者 半 温 拌 沥 青 混 合 料 减 少 能 耗 可 达50%（ DANGELO, J., et al., 2008） 。 如 果 使 用 泡 沫 沥 青 混 合 料 可 以 进 一 步 减少 能 耗 ， 因 为 集 料 不 需 要 加 热 ， 在 低 温 或 湿 润 的 情 况 下 可 与 泡 沫 沥 青 混 合（ Muthen, K. M, 1998） 。加 拿 大 施 工 协 会 出 版 的 “加 拿 大 道 路 建 造 者 道 路 修 复 节 能 指 南 ” (Canadian Construction Association, 2005)提 供 了 道 路 施 工 和 养 护 过 程 中 节能 的 方 法 ， 并 提 供 了 拌 和 楼 操 作 和 现 场 施 工 操 作 时 如 何 节 能 的 一 些 建 议 。Dorchies (2008)根 据 路 面 材 料 类 型 和 数 量 采 用 软 件 量 化 了 不 同 路 面 结构 的 能 耗 和 温 室 气 体 排 放 。 Terrel and Hicks (2008)分 析 了 就 地 热 再 生 的 能耗 ， 发 现 该 工 艺 比 热 拌 沥 青 混 合 料 路 面 的 耗 能 较 少 。 Miller & Bahia (2009)在 一 个 关 于 可 持 续 性 路 面 的 报 告 中 指 出 ， 提 前 养 护 是 最 好 的 节 能 方 法 ， 因为 这 样 可 以 以 很 小 的 代 价 改 善 路 面 结 构 和 表 面 层 。 同 时 ， 作 者 认 为 冷 补 工4艺 和 表 面 处 治 最 节 能 。 Jim Chehovits & Larry Galehouse（ 2010） 研 究 了 沥青 路 面 维 护 工 艺 对 能 耗 和 温 室 气 体 排 放 的 影 响 。 结 果 表 明 ， 不 同 维 护 工 艺的 能 耗 不 同 ， 新 建 、 大 修 、 薄 沥 青 加 铺 层 以 及 就 地 热 再 生 的 能 耗 最 高 ， 碎石 封 层 、 稀 浆 封 层 、 微 表 处 和 裂 缝 填 充 能 耗 较 低 ， 封 缝 和 雾 封 层 能 耗 最 低 ，该 研 究 中 能 耗 评 价 标 准 为 能 耗 除 以 单 位 面 积 和 路 面 的 延 长 寿 命 。国 内 一 些 学 者 从 宏 观 角 度 研 究 中 国 如 何 在 资 源 与 环 境 可 承 受 的 条 件 和约 束 下 保 证 经 济 社 会 “又 好 又 快 ”的 发 展 ， 选 择 一 条 适 合 中 国 国 情 的 低 碳 之路 ， 并 提 出 相 应 的 政 策 建 议 (国 家 发 展 和 改 革 委 员 会 能 源 研 究 所 课 题 组 ，2009； 刘 卫 东 等 ， 2010)。在 沥 青 路 面 领 域 ， 一 些 学 者 比 较 了 温 拌 沥 青 混 合 料 与 热 拌 沥 青 混 合 料能 耗 和 排 放 效 果 。 秦 永 春 （ 2009） 的 研 究 表 明 ， 在 生 产 阶 段 ， 基 于 乳 化平 台 的 温 拌 沥 青 混 合 料 可 比 相 应 的 热 拌 沥 青 混 合 料 节 能 22.9%， 温 拌 改 性沥 青 混 合 料 可 比 相 应 的 改 性 热 拌 沥 青 混 合 料 节 能 28.7%。 程 玲 等 （ 2010）对 温 拌 沥 青 混 合 料 摊 铺 节 能 减 排 效 果 进 行 了 定 量 化 研 究 ， 研 究 表 明 每 吨 沥青 混 合 料 制 备 可 节 约 能 耗 22.4%。在 交 通 工 程 设 施 方 面 ， 何 挺 （ 2011） 报 道 了 福 建 高 速 公 路 监 控 厦 门分 中 心 对 高 速 公 路 厦 门 大 帽 山 隧 道 供 配 电 系 统 、 照 明 系 统 和 通 风 系 统 进行 节 能 技 术 改 造 ， 取 得 了 节 能 的 良 好 经 济 效 果 。综 上 可 知 ， 发 达 国 家 从 政 策 、 规 范 、 评 价 系 统 等 方 面 对 节 能 都 有 较深 刻 的 认 识 ， 对 路 面 工 程 领 域 的 能 耗 研 究 也 比 较 广 泛 而 深 入 。 国 内 对 公 路工 程 领 域 的 节 能 减 排 也 越 来 越 重 视 ， 但 这 方 面 的 研 究 仍 非 常 少 ， 部 分 研 究还 不 够 深 入 ， 没 有 提 出 公 路 工 程 寿 命 周 期 内 能 耗 的 评 价 方 法 和 模 型 。 针对 具 体 公 路 工 程 项 目 ， 没 有 具 体 的 指 导 性 节 能 措 施 和 能 耗 评 价 指 标 体 系和 标 准 。52.2 研究单位工作基础交 通 运 输 部 公 路 科 学 研 究 所 ， 是 交 通 运 输 部 直 属 的 公 路 交 通 科 研 机 构 ，设 有 “道 路 结 构 与 材 料 交 通 运 输 部 重 点 试 验 室 ”， “国 家 道 路 与 桥 梁 质 量 监 督检 验 中 心 ”； 承 担 了 多 项 国 家 和 省 部 级 重 点 科 研 课 题 ， 负 责 编 制 和 修 订 了诸 多 国 家 和 行 业 标 准 规 范 ， 拥 有 一 大 批 技 术 权 威 和 中 青 年 技 术 专 家 队 伍 ，拥 有 先 进 的 试 验 和 测 试 仪 器 设 备 。 近 两 年 来 ， 我 所 完 成 国 家 重 大 科 技 攻 关项 目 13 项 ， 交 通 运 输 部 下 达 的 重 大 科 研 任 务 20 项 ， 承 担 国 家 与 部 级 交通 行 业 标 准 规 范 的 制 定 、 修 订 工 作 及 研 究 课 题 73 项 。 我 所 承 担 的 “公 路养 护 关 键 技 术 及 系 列 装 备 的 研 究 ”项 目 于 2005 年 获 国 家 科 技 进 步 二 等 奖 。交 通 运 输 部 公 路 科 学 研 究 所 一 直 积 极 从 事 路 面 的 可 持 续 利 用 以 及 低 耗能 路 面 技 术 的 研 究 ， 在 温 拌 沥 青 混 合 料 和 沥 青 再 生 利 用 技 术 方 面 做 了 许 多研 究 和 推 广 工 作 。在 温 拌 沥 青 技 术 领 域 ： （ 1） 2004 年 开 始 温 拌 沥 青 混 合 料 技 术 研 究 ，是 国 内 最 早 开 展 温 拌 技 术 研 究 的 单 位 ， 2005 年 铺 筑 国 内 首 条 温 拌 沥 青 混合 料 试 验 路 ； （ 2） 2006 年 至 今 ， 承 担 交 通 运 输 部 西 部 项 目 “温 拌 沥 青 混合 料 应 用 技 术 研 究 ”； （ 3） 2005 年 至 今 ， 作 为 技 术 依 托 单 位 在 北 京 、 河北 、 山 西 、 江 西 、 甘 肃 、 吉 林 等 10 多 个 省 市 铺 筑 了 100 余 段 包 括 高 速 公路 、 城 市 快 速 干 线 在 内 的 温 拌 沥 青 试 验 路 和 应 用 工 程 ， 包 括 在 北 京 铺 筑 的全 球 第 一 条 改 性 沥 青 SMA 温 拌 沥 青 试 验 段 、 北 京 长 安 街 大 修 工 程 的 温 拌沥 青 路 面 、 北 京 奥 运 场 馆 周 边 道 路 温 拌 沥 青 路 面 等 ； （ 4） 主 持 和 参 与 了北 京 、 青 海 等 多 个 省 市 温 拌 沥 青 技 术 地 方 标 准 的 起 草 工 作 。在 沥 青 再 生 技 术 领 域 ： 对 乳 化 沥 青 材 料 、 泡 沫 沥 青 材 料 、 冷 再 生 混 合料 等 低 能 耗 材 料 开 展 了 大 量 研 究 ， 主 持 编 写 交 通 运 输 部 公 路 沥 青 路 面6再 生 技 术 规 范 （ JTG F41-2008） 、 北 京 市 道 路 材 料 再 生 利 用 技 术 指 南 ，完 成 了 国 内 首 条 使 用 乳 化 沥 青 的 沥 青 路 面 就 地 冷 再 生 工 程 营 口 至 大 石桥 一 级 公 路 改 造 ， 为 京 津 塘 高 速 公 路 的 就 地 热 再 生 工 程 、 沪 昆 高 速 （ 江 西段 ） 就 地 冷 再 生 工 程 等 提 供 技 术 服 务 。 与 浙 江 省 公 路 局 等 单 位 合 作 ， 对 冷再 生 沥 青 路 面 的 节 能 减 排 效 果 进 行 了 初 步 研 究 。目 前 ， 交 通 运 输 部 公 路 科 学 研 究 所 正 积 极 与 世 界 顶 级 理 工 大 学 之 一 的荷 兰 代 尔 夫 特 理 工 大 学 在 路 面 工 程 能 耗 测 试 与 评 价 方 面 开 展 国 际 合 作 ， 为本 项 目 的 实 施 奠 定 了 有 利 基 础 。 综 上 可 知 ， 以 往 研 究 成 果 为 本 项 目 的 开 展 奠 定 了 扎 实 的 理 论 和 实 践 基础 。2.3 参考文献1、 Von Devivere, M., W. Barthel, and J.P. Marchand. Warm Asphalt Mixes by Adding a Synthetic Zeolite. Proceedings of the 22nd World Road Congress, PIARC, Durban, South Africa, 2003.2. U .S. Environmental Protection Agency. “Clean Air Interstate Rule.” Accessed from /interstateairquality/ October 2006.3、 余 海 龙 ， 顾 卫 ， 卜 崇 峰 环 境 价 值 在 高 速 公 路 建 设 方 案 选 择 中 的 应 用 研 究J 公 路 交 通 科 技 ， 2009， 26( 7) : 153- 158.4、 张 彤 炬 ， 傅 大 放 公 路 环 境 影 响 评 价 中 方 案 比 选 的 费 用 效 益 分 析 J 公 路 交通 科 技 ， 2007， 24 ( 4) : 155- 158.5、BSI. PAS 2050: 2008, Specification for the Assessment of the Life Cycle Greenhouse Gas Emission of Goods and ServiceS.6、BSI. Guide to PAS 2050，How to Assess the Carbon Footprint of Goods And ServicesM.7、Canadian Construction Association. Road Rehabilitation Energy Reduction Guide 7for Canadian Road BuildersM. CCA-Ontario. 2005. 8、Chappat, M. & Bilal, J. The Environmental Road of the Future: Life Cycle Analysis, Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions. Colas Group. 2003. 9、Zapata, P., and J.A. Gambates. 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