（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）基于lca的船舶环境影响评价方法研究与应用.pdf

武汉理人学硕士学位论文 摘要 面对日益严重的全球性的环境压力，传统的末端治理的环境管理模式，逐 渐变得穷途末路。而生命周期评价( l c a ) 方法已经被纳入i s 0 1 4 0 0 0 环境管理 体系，成为最有效的环境管理工具之一，并己得到广泛的应用。 船舶是一个复杂的大系统产品，涉及的内容繁多。船舶从制造、营运、维 护到最后的拆解回收，整个生命周期内各个生命周期的阶段都会对环境产生相 应的影响。我国船舶工业的造船能力、科技实力和国际竞争力不断增强，国际 地位显著提高，已成为具有重要影响力的世界造船大国。而2 1 世纪是一个发展 与环保的新世纪，国际竞争具有浓烈的绿色背景，航运业和造船业正在全球范 围内发起一场新的绿色革命，造船企业的竞争将不仅是产品性能、服务质量、 营销手段方面的竞争，还包括环境保护方面的竞争。同时，旨在减少船舶造成 环境污染的国际法规及国家和地区标准也已陆续推出并不断提高要求。因此， 开展船舶的生命周期评价已迫在眉睫。 本文在综合国内外生命周期评价方法的相关研究的基础上，尝试将l c a 应 用于船舶的全生命周期评价，验证了l c a 方法在船舶生命周期评价中的适用性。 主要的工作包括以下几个方面： ( 1 ) 较全面的介绍了国内外l c a 方法的研究现状和问题，论述了基于 i s 0 1 4 0 0 0 标准的l c a 的实施步骤，并以e c o i n d i c a t o r 9 9 方法为例说明了l c a 方法在产品生命周期评价中的应用。 ( 2 ) 通过对l c a 方法的分析，尝试将l c a 方法应用于船舶全生命周期环 境影响评价中，明确了评价实施的流程框架，应用中国环境影响类型和当量基 准对船舶营运阶段的环境影响进行评价，并提出了船舶清单分析实施方案。 ( 3 ) 在借鉴国内外l c a 评价软件的设计思想的基础上，指出了船舶生命 周期评价软件系统的设计目标和特点及系统的模块要求。 ( 4 ) 在传统的层次分析法的基础上，应用改进的模糊层次分析法，简化了 用层次分析法确定权重的计算过程，并用实例验证了其有效性。最后，将粗糙 集理论用于船舶的环境影响评价中，通过粗糙集理论来确定权重，应用了一种 船舶环境影响评价的权重确定的新方法，并用实例验证了该方法在船舶环境影 响评价中的权重确定上的适应性和有效性。 关键词：l c a ；船舶；环境影响；层次分析法；粗糙集 a b s t r a c t w i t ht h ep r e s s i n gp r e s s u r eo fg l o b a le c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n ti s s u e s ，t h er o a d o fe n do fp i p ec o n t r o li s b e c o m i n gn a r r o w e ra n dn a r r o w e r a so n eo ft h eb e s t e n w r o n m e n tm a n a g e m e n tt o o l s ，l i f ec y c l ea s s e s s m e n tm e t h o d o l o g yh a sb e e n b r o u g h t i n t oi s oi4 0 0 0e n v i r o n m e n tm a n a g e m e n ts y s t e ma n db e e nd i f f u s e l yu s e d t h es h i pi sac o m p l i c a t e da n dg i a n ts y s t e mw i t hv a r i o u sp a r t s ，e q u i p m e n t s ， m a t e r i a l sa n ds oo n e n v i r o n m e n tl o a dc o m e si n t ob e i n gi nt h ew h o l el i f ec y c l eo f t h e s h i p ，w h i c ha r em a n u f a c t u r es t a g e ，o p e r a t i o n a ls t a g e ，m a i n t e n a n c e s t a g ea n d s c r a p p m gs t a g e s ot h el c am e t h o d o l o g yi st h eb e s tc h o i c et o r o u n d l ya n d s y s t e m i c a l l ya s s e s st h es h i pl o a dt oe n v i r o n m e n t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs h i p m a n u f a c t u r ea b i l i t y , t e c h n o l o g yl e v e la n di n t e r n a t i o n a lc o m p e t i t i v e n e s s c h i n ah a s b e e no n eo f t h eb i g g e s ts h i pb u i l d i n gc o u n t r i e si nt h ew o r l d d e v e l o p m e n ta n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nh a sb e e np r o p o s e df o r w a r di nt h e21t h c e n t u r ya n di n t e r n a t i o n a lc o m p e t i t i v e n e s sp a y sm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt o t h e e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n t h ec o m p e t i t i v e n e s sa m o n gs h i p b u i l d i n gc o r p o r a t i o n si sn o t o n l ya b o u ts h i pp e r f o r m a n c e s ，s e r v i c eq u a l i t ya n ds a l e p r o m o t i o n b u ta l s o e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o ni s s u e s i n t e r n a t i o n a l r e g u l a t i o n sa n dn a t i o n a ls t a n d a r d s a g a i n s tp o l l u t i o nf i = o ms h i p sa r eb e c o m i n gs t r i c t e r t h e r e f o r et h en e e do fl i f ec y c l e a s s e s s m e n to ns h i p si sp r e s s i n g b a s e do ni n t e g r a t i o no fd i s s e r t a t i o na th o m ea n da b r o a d ，as i m p l i f i e dl i f ec y c l e a s s e s s m e n ti sc a r r i e do u tf o ras h i po p e r a t i o n a ls t a g et og a i ne x p e r i e n c ew h i c hh a s d e m o n s t r a t e dt h a tl c ai sa p p r o p r i a t et oe v a l u a t ee n v i r o n m e n ti m p a c t sc a u s e db v s h i p s t h em a i ne f f o r t sa n dc o n t r i b u t i o no ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) t h er e s e a r c hs t a t u sa n ds h o r t a g e so nl c aa r ed e t a i l e d l yi n t r o d u c e d a n e x a m p l eu s i n ge c o - i n d i c a t o r 9 9m e t h o db a s e do ni s o14 0 0 0s t a n d a r di sa d o p t e dt o i l l u s t r a t et h el c a m e t h o d o l o g y ( 2 ) af r a m e w o r ki si n t r o d u c e dt oe v a l u a t es h i pe n v i r o n m e n tp e r f o r m a n c eb yl c a m e t h o db a s e do nc h i n ae n v i r o n m e n t i m p a c tc a t e g o r i e sa n de q u i v a l e n tb e n c h m a r k a n j l e x a m p l ei sa l s oa d o p t e dt od e m o n s t r a t et h a tt h em e t h o di s f e a s i b l e t h es c h e m eo f s h i pi n v e n t o r yi n v e s t i g a t i o ni sa l s op r o p o s e d f o r w a r d r 3 ) as o f t w a r ef r a m eo fl c a o ns h i p si sb r o u g h tf o r w a r dr e f e r r i n gt oo u t s t a n d i n g l c at o o l s t h ed e m a n da n df u n c t i o nm o d u l e so f t h es o f t w a r es y s t e mi sc o n f i r m e d ( 舢a na d v a n c e df u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) m e t h o di sp r o p o s e d w h i c hi m p r o v e so nt h ea r i t h m e t i co ft r a d i t i o n a la h p m e t h o di nw e i g h tc a l c u l a t i o n r o u g hs e t sm e t h o d o l o g yi sa p p l i e di nw e i g h td e c i s i o n ，w h i c h i san e wm e t h o di n l c af o rw e i g h td e c i s i o n e x a m p l e sa r ea l s op r o p o s e d t od e m o n s t r a t em e t h o d s k e y w o r d s ：l c a ，s h i p ，e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n t ，a h p , r o u g h s e t s 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学和其它教育机构的学位和证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所作的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示了感谢。 签名：牡日期：互坶 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留交向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：冈毫锋导师( 签名) ：寥武日期。1 f ，弓7 武汉理t 大学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的背景和意义 8 0 年代末以来，随着全球环境问题的同益严重、可持续发展战略的提出以 及人们环境意识的增强，产品绿色性能越来越受到重视，绿色产品的生产制造 和消费己成为大家关注的热点。但是由于缺乏相关的规则和标准，绿色产品往 往良莠不齐，开展产品的绿色评价成为一个迫切的问题。随着绿色认证制度在 世界各国蓬勃开展、绿色产品的不断开发，如何更好地评价绿色产品，使其比 同类产品有更好的环境性能，世界各国都在丌展深入的研究。 l c a ( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ) 方法是其中应用很广泛的一个方法。目前， l c a 方法的基本框架已经形成标i s 0 1 4 0 0 0 准系列；国外欧美同等发达国家l c a 技术应用较为普遍，已经成为产品丌发、环境认证、规避贸易壁垒等的重要手 段；部分软件工具已经形成商品化，并有广泛的应用基础。 据统计，造成环境污染的排放物有7 0 以上来自制造业，它们每年约产生 出5 5 亿吨无害废物和7 亿吨有害废物。在过去，把保护环境的重点更多地放在 了对污染物的“末端治理”上，而忽略了对污染物的全过程控制和预防。要想 彻底解决环境污染问题，必须从源头上进行治理。具体到船舶业，就是要求考 虑产品整个生命周期对环境的影响，最大限度地利用原材料、能源，减少有害 废物的排放量，减轻对环境的污染。随着环境问题的同益严重，船舶工业绿色 设计与制造的思想也r 益受到重视。 我国船舶工业的造船能力、科技实力和国际竞争力不断增强，国际地位显 著提高，已成为具有重要影响力的世界造船大国。同时，世界造船能力继续扩 大，国际造船市场供大于求的态势不变，生产过剩量有扩大的趋势，因此，世 界造船市场竞争将更为激烈。此外，随着船舶工业的快速发展及环保问题的全 球化，整个造船行业也感受到了肩上所承担的环境责任。从国际上来看，继防 止船舶造成污染的m a r p o l 公约及其6 个附则的相继生效，i m o 又出台了控 制船舶有害防污底系统国际公约、控制和管理船舶压载水和沉积物国际公 约，此外还将于2 0 0 9 年出台国际安全与环境无害化拆船公约。联合国为应 对全球气候变化也出台了联合国气候变化框架公约、联合国气候变化框架 武汉理上人学硕十学位论文 公约京都议定书以及2 0 0 7 年1 2 月于印度尼西亚通过了“巴厘岛路线图”等。 种种迹象表明，2 1 世纪是一个发展与环保的新世纪，国际竞争具有浓烈的绿色 背景，航运业和造船业正在全球范围内发起一场新的绿色革命，造船企业的竞 争将不仅是产品性能、服务质量、营销手段方面的竞争，还包括环境保护方面 的竞争。 船舶工业是典型的综合加工装配工业，有“综合工业之冠”的美称，其关联面 广、关联度高，是一个复杂大系统的产品。船舶从制造、营运、维护到最后的 拆解回收，整个生命周期内各个生命周期的阶段都会对环境产生相应的影响。 因此，只有采用生命周期评价法才能全面、系统地反映出船舶的环境影响。 但是，目前国内外对基于l c a 的船舶环境影响的研究还比较少，究其原因， 主要有以下几方面：( 1 ) 船舶是一个非常复杂庞大的系统，包括各种系统、机 械设备，材料等；( 2 ) 船舶从设计到建造、营运、拆解回收等整个生命周期阶 段其所处的场所、产生环境影响的方式、大小等都发生很大的变化；( 3 ) 根据 其船型、吨位、航线等的不同，船舶对环境影响的大小和类型难以固定并量化。 因此，本文希望在基于l c a 的船舶环境影响评价方法方面做一些探讨，无 疑具有较大的理论意义和现实意义。 1 2 国内外研究文献综述 1 2 1 国内外关于l c a 的研究 随着各国政府和社会各界的同益重视、环境立法的逐渐完善和相关研究的 深入，人们开始研究产品在其整个生命周期中的环境问题，并研究如何在产品 设计时来避免和减少环境污染。其中产品生命周期评价( l c a ，l i f ec y c l e a s s e s s m e n t ) 技术是其中研究最为活跃、目前应用最广泛的一项技术。有关l c a 评估方法和数据库的研究，几个比较权威的组织包括：s e t a c ( s o c i e t yo f e n v i r o n m e n t a lt o x i c o l o g yc h e m i s t r y ) 、u n e p ( 联合国环保署) 、i s o ( 国际标准 化组织) 。另外比较权威的研究机构包括：荷兰l e i d e n 大学c m l 实验室有关c m l 方法的研究；d e l f t 大学的d f s 研究中心有关i d e m a t 材料数据库的研究；p r e 公 司的e c o i n d i c a t o r 9 9 方法研究组；瑞典c h a l m e r su n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y 的c p m 中心有关e p s 方法的研究；月麦工业大学i p t 研究所的a l t i n g 小组有关e d i p 方法的研究；英国的b o u s t e a d 咨询公司有关数据库模型的研究；美国的c a r n e g i e 2 武汉理j 二人学硕十学位论文 m e l l o n 大学的绿色设计研究中心有关e i o l c a 的研究等【1 1 。m 多 t - 有很多企业都 开展了l c a 的相关研究和应用【2 】，相关情况见表l 一1 。 表1 1国外一些企业所开展的生命周期研究工作 实施 序号企业名称主要研究内容 国家 l惠普公司美国 有关打印机和计算机的能源效率和废弃物研究 2a t & t 公司美国 生命周期方法论研究，商业电话生命周期评价示范研究 3i b m 公司美国 磁盘生命周期评价示范研究，计算机报废及能源效率 生命周期评价方法研究，电子数字设备部件的生命周期 4数字设备公司美国 评价 5施乐公司美国产品部件报废研究 6两i 、j 子公司德国各种产晶生命周期结束后的有关问题的研究 生命周期评价方法研究，空气清洁器生命周期评价示范 7 奔驰公司德国 研究 8 l o e w e - o p t a 德国彩色电视机生命周期评价 91 5 利浦公司荷兰j “泛开展了各种产品的生命周期评价 l o菲呃特公司意大利汽乍发电机生命周期评价示范研究 l la b b 集团瑞典人规模的环境管理示范研究 v o l v o 汽车公 1 2 瑞典生命周期评价方法论研究 司 1 3爱立信公司瑞典无线电系统生命周期评价示范研究 生命周期评价方法论研究：机电设备、电冰箱、彩色电 1 4 b a n g & o l u f e e n 丹麦 视机、高压清洗器等产品的生命周期评价 近年来，l c a 已被广泛应用于工业部门的战略规划、产品或工艺的设计或 改进、政府部门的行动规划等方面。如欧盟在n 0 8 8 0 9 0 法规中明确规定：“对 每类在欧洲销售的绿色标志产品标准的制定必须采用生命周期方法”【3 1 。 l c a 框架目i i i 已经形成i s 0 1 4 0 0 0 系列国际标准，但环境影响的评估方法还 未达成共识，表1 2 列出了几种主要的评估方法，表1 3 列出了常用的l c a 评 估工具。 武汉理t 大学硕士学位论文 表1 2 几种主要的l c a 评估方法 评估方法 研究单位 说明 l e i d e nu n i v e r s i t y 定量评估，有详细的特征化和标准化值， c m l 方法 ( 荷兰)符合i s 0 1 4 0 0 0 e c o i n d i c a t o r p r ec o n s u l t a n t 公司( 荷兰) 定量评估，可用于复杂模型，评估模型复 方法杂，符合i s o l 4 0 0 0 定餐评估，有详细评估模型，可用于复杂 t e c h n i c a lu n i v e r s i t yo f e d i p 方法产品，符合i s o l 4 0 0 0 ，目前暂时缺少相应 d e n m a r k 和d a n i s he p a 软件工具 瑞士、挪威、德国 e c o - p o i n t 方法 定量评估，包装材料数据多 联合研究 c p m ，c h a l m e r su n i v e r s i t y e p s 方法环境负荷打分系统，定量化，应用不广泛 及v o l v o 公司( 瑞典) c a r n e g i em e l l o nu n i v e r s i t y 通过输入输出物流平衡定量评估产品环 e i o l c a 方法 ( 美国)境影响，应用较少 m e c o 方法 欧盟 常用的定犁化评估方法，不准确 m e t 方法 a t & t 公司 常用定性化环境影响评估方法，易于掌握 各公司针对具体产品和上厂具体情况制 c h e c k l i s t 各公司内部定，易于掌握，定性，对产品设计有一定 方法 帮助 目前的研究主要集中在评估方法和数据库的进一步完善上。丹麦工业大学 l a l t i n g 等采用l c a 方法对三种工业产品( 电冰箱、电视机和泵) 的环境性能 进行分析，给出了如何进行绿色产品丌发的有关准则【4 1 。a a z a p a g i c 等将线性规 划方法l p ( l i n e a rp r o g r a m m i n g ) 、多目标优化方法与l c a 方法相结合，用于分 析和管理与产品有关的环境问题，解决了l c a 中清单分析阶段环境负担分配的 问题，也可使产品的环境性能最优化【5 】。s k o n g 等以打印机为例提出了一种半 定量化的产品生命周期预评价工具，采用这种方法可以快速而方便的评价复杂 产品的环境影响1 6 1 。 4 武汉理丁大学硕士学位论文 表1 3l c a 工具汇总 影响能否片；j 于 l c a 工具开发者类型 评价复杂产品 b o u s t e a dm o d e lb o u s t e a dc o n s u l t i n g ( 英国) 数据库工具无能 i d e a m a td e l f tu n i v e r s i t y ( 荷兰)量化t 具 无能 l c a i n v e n t o r y c h a l m e r si n d u s t r i t e c n i k 量化工具无 能 t b o l ( 瑞典) l i m s c h e ms y s t e m ( 美国) 量化工具无不能 t e a me c o - b i l a n ( 法国)量化工具有能 i n s t i t u t ef o rp o l y m at e s t i n g g a b i量化工具 有 能 a n ds c i e n c e i p k ( 德国) e c o p r oe m p a ( 瑞十)量化丁具有能 l m su m w e l ts y s t e m e c o i n v e n t o r yt o o l 量化工具有能 ( 奥地利) o e k o - b a s e m i g r o n s ( 瑞十) 量化工具有不能 d e m sp i r ai n t e r n a t i o n a l ( 英国) 量化j ：具有能 e c oa s s e s s o rp i r ai n t e m a t i o n a l( 英国) 量化工具 有 不能 s i m a p r op r ec o n s u l t i n g ( 荷兰)量化t 具 有 能 i n s t i t u u tv o o r t o e g e p a s t e p l a量化- t 具有能 m i l i c o e c o n o m i c ( 荷兰) i n s t i t u t ef o rp r o d u c t e d i pt o o l 量化工具有能 d e v e l o p m e n t ( 丹麦) s w e d i s he n v i r o n m e n t a l e p s t o o l量化t 具有能 i n s t i t u t e i v l ( 瑞典1 c u m p ! a n d a i m l e r - b e n z ( 德国)量化t 具有能 m a t r i xa p p r o a c h a t & t ( 关国)? f 量化一l ：具有能 p r e l c at o o l b a t t e l l e d i g i t a l ( 美国) ? f 量化工具有能 e d g a rg h e r t w i c h 针对目前虽然已经有多种方法用于评价和比较产品在生命 周期过程中所产生的环境负担和资源消耗，但效果都不理想的现状，比较了六 种不同评价方法的结构和性质，这六种方法是层次分析法a h p ( a n a l y t i c a l h i e r a r c h yp r o c e s s ) 、单位服务的材料输入法m i p s ( m a t e r i a li n p u tp e rs e r v i c e u n i t ) 、瑞士生态点法s e p ( s w i s se c op o i n t ) 、持续过程指数法s p i ( s u s t a i n a b l e 武汉理工人学硕十学位论文 p r o c e s si n d e x ) 、环境毒理和化学学会的生命周期评价法s e t a c l c a ( s o c i e t yo f e n v i r o n m e n tt o x i c o l o g ya n dc h e m i s t r y sl i f e c y c l e i m p a c ta s s e s s m e n t ) 和环境有 限系统方法e p s ( e n v i r o n m e n tp r i o r i t ys y s t e m ) 。尽管这六种方法的目的相同， 但由于考虑的影响不同、分析深度不同、使用的影响衡量方法不同，最终得到 的结果也不同。其结果对不同评价目的选择不同评价方法提出了指导性建议 】。 此外，还有大量的文献资料从产品的拆卸性、回收性和经济性等方面对产 品绿色性能从不同的侧面进行了评价，并提出了有意义的评价指标体系和评价 音、津【8 】 9 1 【1 0 【l l 】 x 2 l j1 二 o 在国内，l c a 研究工作尽管起步较晚，但发展很快，并得到了国家有关部 门的高度重视。如国家环保总局早在1 9 9 7 年印发的国家环保局关于推行清洁 生产的若干意见的通知中就要求对清洁产品的环境标志认证管理，要逐步实 行产品生命周期评价，即评价产品在预料选用、工艺技术、生产过程、消费使 用、直至报废后处理处置的全过程中的环境影响，促使企业在开展清洁生产的 基础上，使其产品获得环境标志。另外，国家自然科学基金委员会己批准了多 项有关生命周期评价与管理的研究项目。如“我国企业环境行为生命周期管理 对策研究”( 杨建新，1 9 9 8 ) ；“考虑环境因素的产品生命周期评价理论与实践研 究 ( 张群，1 9 9 9 ) ；“木薯酒精汽车的全生命周期3 e 评估和多目标优化”( 浦耿 强，2 0 0 1 ) 等。国家“8 6 3 ”高科技项目中也设立了有关生态材料生命周期评价 的课题。合肥工业大学刘光复、刘志峰课题组在产品拆卸回收方面的研究，对 产品的可拆卸性设计方法、评价指标体系进行了系统研究，并开发了绿色产品 评价计算机支持原型系统【l3 】；上海交大蔡建国课题组有关产品可拆卸性的研究； 重庆大学刘飞、徐宗俊、张根宝等人有关绿色制造系统和产品寿命周期分析的 研究；清华大学汪劲松、段广洪课题组有关绿色设计理论方法的研究；其他如 徐滨士等人关于再制造工程的研究；华中科技大学李成刚等人、北京理工大学 宁汝新等人关于面向拆卸回收的设计的研究均取得了较大的进展1 2 】。 总之，l c a 在我国已逐渐从方法论和思想的介绍，发展到系统的研究和应 用实践。如复旦大学王寿兵在中国首次完成了一辆轿车整车的生命周期评价和 七种主要工业材料( 钢铁、铸铁、铝材、铜材、橡胶、汽车玻璃和塑料) 的生 命周期评价【3 8 】；同济大学黄志甲对建筑物能量系统生命周期评价模型的研究， 并开发出建筑物能量系统清单分析软件( b e s l c a ) 5 j ；黄志甲博士、李兵峰完 成了美国能源基金会资助的科研项目一f c v 氢能源生命周期评价1 1 4 1 。相信在不 6 武汉理工人学硕士学位论文 久的将来，l c a 会进入更广泛的实际应用阶段。 1 2 2 国内外关于船舶环境影响生命周期评价的研究 如前所述，l c a 方法目前在各种工业产品的环境影响评价方面应用同趋广 泛，但是，目前基于l c a 的船舶环境影响的研究却较少。 挪威船级社和a a l e s u n dc o l l e g e 领衔的“l i f ec y c l ee v a l u a t i o no fs h i p t r a n s p o r t a t i o n l 页目，将简化的l c a ( s i m p l i f i e dl c a ) 方法用在m vc o l o rf e s t i v a l 上以获得用现有工具( e c o i n d i c a t o r9 5 ) 对船舶进行l c a 评估的经验。该研究 显示，n o x 和s o x 是船舶的主要的污染排放物，对环境影响最大，且船舶营运 阶段相对于其它生命周期的阶段对环境的影响更大。但是，以上的评价过程没 有考虑一系列毒性物质的环境影响且船舶的拆卸回收阶段未考虑，这些有可能 会增加船舶在建造、维护及拆卸回收阶段的环境影响。这一项目证明了l c a 方 法在船舶全生命周期环境影响的评估中是适用的【l6 1 。 欧盟支持的“t h ee n e r g ye f f i c i e n ts h i p ”项目将l c a 方法应用于船舶设计过 程，开发了相应的计算机软件，以帮助设计者减少船舶在整个生命周期的能量 消耗及主要污染物的排放，该工具主要应用于客渡船、集装箱船及渔船的设计 中【3 9 】。 r 本国家海事研究所k a m e y a m am i c h i h i r o 等对船舶的建造阶段和营运阶段 进行了详细的清单调查，开发了针对这两个生命周期阶段的清单分析软件【l 7 1 。 挪威船级社( d e tn o r s k e v e f i t a s ，d n v ) 也已推出基于环境影响的船舶分级 规则，对船舶设计及营运的相关方面进行规范，以降低船舶对环境的影响，保 证船舶的环境友好性。该规则包括三个方面的要求：大气污染物排放、正常操 作排放( 入海) 及事故排放( 入海) 。该规则包括“c l e a n ”及“c l e a nd e s i g n ” 两个层次的要求，而后者的要求更严格。其中，“c l e a n ”规则主要适用于深海 航行船舶( 其它船舶也可以用) ，而“c l e a nd e s i g n ”规则主要适用于沿海或 近海船舶，特别是旅游船和渡船。“c l e a nd e s i g n ”规则对于就地排放有着非 常严格的规定( 包括操作排放和事故排放) ，其理想的目标就是实现“零排放”。 首条满足“c l e a nd e s i g n ”的m i l l e n n i u m 号( 隶属于r o y a lc a r i b b e a n i n t e r n a t i o n a l ，r c i ) 也已成功下水。该船采取了一系列先进的技术措旋，包括使 用低n o x 排放的燃气轮机、先进的废弃物管理处置系统、燃料舱特别保护、使 用不含t b t 的防污涂料等【l 引。 7 武汉理工大学硕士学位论文 国内关于船舶环境影响的研究更少。蔡薇对绿色船舶的概念和内涵进行了 深入的研究，深化了对绿色船舶的认识，详细分析了绿色船舶的技术先进性、 环境协调性和经济合理性这三大基本要素和特点，提出了船舶绿色度的概念， 建立了船舶绿色度评价指标体系，并采用简化生命周期的价值分析方法计算船 舶的绿色度，得出了有益的结果【i9 】【2 0 l 。蒋春林采用模糊层次分析法建立了船舶 绿色度评价的递阶层次结构模型，并对船舶的绿色度进行了定量计算【2 。贺召 强基于船舶绿色度的概念，应用模糊层次分析法建立了拆船的绿色度评价指标 体系，运用物元法求得各指标的相对权重，最终得出了拆船的绿色度值，对船 舶的拆解有一定的指导意义1 2 2 。而国内基于先进的l c a 方法的船舶环境影响生 命周期评价方法的研究则处于空白状态，本论文将在这一方面做一些探讨。 1 3 全生命周期环境影响评价研究中的问题 综合分析目前有关产品全生命周期环境影响评价的几种主要方法可以得到 以下几点结论【2 3 】【2 4 】： ( 1 ) 一些评价方法没有遵照i s 0 1 4 0 0 0 环境标准系列的规定，造成结果难 以理解和进行比较，缺乏说服力； ( 2 ) 所采用的环境影响类型不全面，分类片面化。类型的选择有较大的随 意性，分析者往往主观选择几种可能有重大环境影响的类型，如水污染、空气 污染、固体废弃物、噪声等几项指标，其后果是可能忽视了实际上是重大的环 境影响类型； ( 3 ) 对产品系统环境影响的空间关注不够：空间因素对环境影响的作用实 际上是十分重大的，不同的区域对环境影响的敏感程度存在较大的差异，现有 的评价模型往往不能有效地解决这一问题； ( 4 ) 各种环境影响评价模型基本没有把时间因素考虑在内。时间因素也是 环境影响评价的一个重要方面，如c 0 2 的排放造成温室效应，在较长时问段内 的环境影响和在较短时间内的环境影响有很大的不同，又如，同样数量的环境 排放，在较短时间的释放其环境影响效果往往要大于在一个较长时间段的排放 效果； ( 5 ) 各种环境影响评价模型往往不能用一个全面的单一结论进行说明。虽 然i s 0 1 4 0 0 0 标准未要求环境影响评价的结果有单一结论，但在实际运用中，某 武汉理1 ：大学硕士学位论文 些决策者往往有这样的要求，例如产品的设计者很难从几种方案中做出取舍， 他们可能更希望有一个简单明确的、易选择的结论； ( 6 ) 固定的加权方法缺乏柔性难以动态调节。 综上所述，一个理想的环境影响评价模型应该具有以下特征【2 5 】【2 6 】： ( 1 ) 通用性：符合i s 0 1 4 0 0 0 系列国际通用标准； ( 2 ) 全面性：所考虑的环境影响因素分类应该尽量全面； ( 3 ) 时空特性：充分考虑环境影响的空间因素并将时问因素考虑在内； ( 4 ) 动态性：评价的机制应该具有一定的柔性，以能够及时反映科学和技 术的进步的需要，同时可以反映在空间和时间范围内不同的敏感人群的合理要 求和j 下确认识； ( 5 ) 社会特性：环境影响评价除了反映技术和科学领域的特性外，其本质 是在社会领域反映人们对不同环境问题的价值取向，因此一个理想的评价模型 应该能够充分反映人类对不同环境问题的合理判断。 1 4 本文主要研究内容 本文共分五章，其主要内容如下： ( 1 ) 第l 章：主要介绍了本文的研究背景，l c a 评价方法及基于l c a 的 船舶环境影响的国内外研究和应用现状； ( 2 ) 第2 章：介绍了l c a 评价方法相关的基本概念，深入分析l c a 评价 方法的内涵、特征、实施步骤，重点介绍了目前应用广泛的e c o i n d i c a i t o r 9 9 方 法，并用e c o i n d i c a i t o r 9 9 方法对某船用产品完成了生命周期分析； ( 3 ) 第3 章：在总结国内外相关研究成果的基础上，提出基于l c a 的船 舶环境影响评估的实现方法，并用实例验证了方法的可行性；探讨了船舶生命 周期评价软件系统的功能及模块需求； ( 4 ) 第4 章：首先介绍了传统的层次分析法计算权重的方法和步骤，随后 提出了改进的模糊层次分析法，该方法在计算过程的简便可靠、结果的有效性 等方面比a h p 方法有一定的提高。最后提出了基于粗糙集理论的权重计算方法， 并用实例计算说明了该方法的有效性和可靠性，并编制了计算机程序，提高了 计算的效率和准确性； ( 5 ) 第5 章为总结与展望。 9 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章产品全生命周期环境影响评价方法分析 产品生命周期评价( l c a ) 己被纳入即将全面推行的i s 0 1 4 0 0 0 环境管理体 系将成为2 1 世纪最有效的环境管理工具之一。根据i s 0 1 4 0 4 0 ( l c a 原理与框 架) 的规定，生命周期评价包括目的与范围确定、清单分析、影响评价和生命周 期解释4 个阶段，并均已形成了相关标准，即i s 0 1 4 0 4 1 ( 目的与范围确定及清 单分析) 、i s 0 1 4 0 4 2 ( 影响评价) 和i s 0 1 4 0 4 3 ( 生命周期解释) 。由于环境评价 问题的复杂性，i s 0 1 4 0 0 0 系列标准认为“影响评价的方法学和理论框架尚在发 展之中，各种环境影响类别模型也还处于不同的形成阶段。目前尚不存在普遍 接受的方法在清单数据和具体的潜在环境影响之问建立一致、准确的联系”。【7 】 因此，l c a 研究不存在一种统一模式，组织应保持灵活性，按照i s o 标准提供 的原则与框架，并根据具体的应用意图和用户要求，实际地予以实施。在以上 i s o l 4 0 0 0 系列标准和s e t a c 全生命周期评价框架的指导下，国内外大量的研 究机构进行了有关全生命周期影响评价方法及其体系的研究。他们的不同点主 要集中在环境影响类型选择及其特征化表述存在差异，因此所采用的标准化参 考因子也相应不同。另外，关于各种环境影响的机理，各种评价方法采用的模 型也有所区别。 2 1 基本概念 产品全生命周期是指产品从原材料获取、产品设计、加工制造、包装运输、 流通销售、使用维护，直到报废回收处理、处置的整个过程。在整个过程中 产品系统从外界得到原材料、能源等输出产品和副产品，同时产生固体、液体 和气体排放。总之，产品的整个生命周期就是一个产品系统和周围环境不断交 互的过程。 实施绿色设计和绿色制造的关键是要对不同设计方案的环境影响进行综合 的分析和评价，产品全生命周期评价( l c a ) 技术j 下在成为绿色设计和绿色制 造实施的重要工具。 l o 武汉理工人学硕士学位论文 2 1 1 产品全生命周期评价( l c a ) 的定义 ( 1 ) 根据1 9 9 3 年美国环境毒理及化学学会( s o c i e t yo fe n v i r o n m e n t a l t o x i c o l o g yc h e m i s t r y , s e t a c ) 的定义，产品全生命周期评价是在确定和量化某 个产品及其过程或相关活动的材料、能源、排放等环境负荷基础上，评价其对 环境的影响，并进而找出和确定改善环境影响的方法和机会。评价的内容应该 包括产品、过程或相关活动的整个生命周期，包括原材料的获取、加工制造、 运输和排放使用重用维护、回收及最后的处理等生命周期阶段【l 儿2 7 j 。 ( 2 ) 根据i s o 的定义，产品全生命周期评价是对某一产品系统全生命周期 的输入、输出及其潜在环境影响进行评价的过程。此处的产品系统是指由特定 功能的单元过程按照材料流和能量流联系起来的过程集合。图2 1 是一个产品系 统示例，表示了产品系统包括单元过程、通过系统边界( 无论是输入或输出) 的基本流和产品流以及系统内部的中间流。即此处的产品系统就是描述产品整 个生命周期的各过程。产品系统可进一步划分为一组单元过程1 2 引。 基本流：在给定产品系统中为实现单位功能所需的过程输入输出量。 单元过程：组成产品系统的基本单位。单元过程之间通过中间产品流和( 或) 待处理的废物相联系，与其他产品系统之问通过产品流相联系，与环境之间通 过基本流相联系，如图2 2 所示。 系统边界 原材料软取l i 其他系统 + 一 杀拾 醐9 【、7r 叫 乍产 再循环 使，h 基本流 - - 基本流一 1r 能景供应 使用 - f 其他系统 叫 废物处理 图2 1全生命周期中产品系统概念示例 武汉理- t 人学硕士学位论文 基本流输入卜叫单元过程i - 一叫基本流输出 基本流输入基本流输出 基本流输入i - 叫