（材料学专业论文）材料生命周期分析网络数据库的研究与开发.pdf

摘要 摘要 材料在创造社会文明的同时，也带来一系列的资源、能源及环境问题，这逐 渐成为制约材料工业可持续发展的关键因素。生命周期评价( l i f ec y c l e a s s e s s m e n t ，简称l c a ) 作为可以有效定量评价材料生产所带来环境影响的方法， 已成为通用的环境管理工具。但是l c a 评价的顺利完成依赖大量的基础数据， 且这些数据表现出很强的地域性。因此，世界各国都积极建设符合本国实际状况 的l c a 网络数据库，并取得了很好的效果，而我国的l c a 数据库的建设则相对 滞后。基于这种现状，本文选取资源及环境问题较为突出的建材行业作为研究对 象，从生产数据出发，自主开发符合我国材料工业状况的材料生命周期分析网络 数据库。 首先，在技术路线的选取上，本文系统阐述了当前常用的a s p 、p h p 、j s p 及a s p n e t 四种网络数据库开发技术，通过比较分析它们系统平台的适用性、 程序开发的难易程度、安全性能及系统扩展性等方面的优势与不足，最终确定选 取a s p n e t 技术作为网络数据库系统的开发技术，以a c c e s s 数据库作为数据 存储的服务器，v b n e t 语言作为编程语言，开发网络数据库系统。 其次，通过分析和借鉴国外较为成熟的l c a 网络数据库，结合我国自身的 材料工业的状况，完成了材料生命周期分析数据库的结构设计和各数据表的详细 设计，主要包括存储材料生产过程中资源能源消耗及废弃物排放的流程清单数 据，代表材料行业整体水平的行业标准数据及用于收集企业基础生产数据的采集 数据表。在生命周期评价技术体系下，本文以水泥、玻璃、陶瓷及墙体材料四个 建材品种的企业调研数据为基础，通过数据处理、分析及生命周期清单计算，得 到各企业材料生产对应的生命周期清单数据，并按照生命周期分析数据库的组织 结构入库，建立起适用于我国材料工业的生命周期分析数据库。具体而言，包括 1 1 5 家建材企业、2 3 4 个研究对象总计5 7 4 4 条生命周期清单记录，其中水泥企业 3 7 家、9 6 个研究对象、总计1 9 6 3 条生命周期清单记录，玻璃企业1 2 家、4 2 个 研究对象、总计1 2 1 2 条生命周期清单记录，陶瓷企业2 8 家、5 8 个研究对象、 总计1 9 2 3 条生命周期清单记录，墙体材料企业3 8 家、3 8 个研究对象、总计6 4 6 条生命周期清单记录。 最后，基于建立的生命周期分析数据库，采用a s e n e t 技术研发我国材料 工业可用的生命周期分析网络数据库，该系统具备流程清单检索、能耗、碳排放 信息检索及数据采集等功能，其中流程清单检索除可以获取产品系统特定流程的 生命周期清单数据外，还可以检索得到用于生命周期评价的辅助信息，如企业概 况、行业概况及生产线描述等。能耗检索与碳排放检索则提供企业与行业整体水 平之间的比较分析，在线采集可进一步扩展生命周期分析数据库的内容，为建立 北京工业大学工学硕士学位论文 具有完整材料品种的综合性生命周期分析数据库提供了条件。 材料生命周期分析网络数据库的建立，一方面可为我国材料工业的生命周期 评价提供数据支持，在一定程度上满足我国材料工业生命周期评价研究对数据的 需求，另一方面为各l c a 研究机构的生命周期数据交流提供了良好的平台，有 利于我国生命周期评价研究的开展与深入。 关键词材料工业；生命周期评价；环境影响；网络数据库；a s p n e t i i a b s t r a c t a b s t r a c t m 1 e nt h em a t e r i a l sk r et h eb a s eo fs o c i a lc i v i l i z a t i o n t 1 1 e ya l s ob r o u g h tal o to f r e s o u r c e s ，e n e r g ya n de n v i r o n m e n tp r o b l e m sw h i c hg r a d u a l l yb e c o m et h ek e yf a c t o r s t l l a tr e s t r i c tm a t e r i a li n d u s t r i a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t a sm e t h o d sw h i c hc a l l q u a n t i t a t i v ee v a l u a t et h ee n v i r o n m e n t a li m p a c tt h r o u g ho u tm a t e r i a l sp r o d u c t i o n ，l i f e c y c l ea s s e s s m e n th a sb e c o m eag e n e r a le n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tt 0 0 1 b u tl i f e c y c l ea s s e s s m e n t su s u a l l yn e e dm a n yb a s i cd a t a ，w h i c hh a v ev e r ys t r o n gr e g i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s om a n yc o u n t r i e sa l lo v e rt h ew o r l dh a v eb u i l tt h e i rl c ad a t a b a s et o s t o r ea n dm a n a g e m e n tt h el o c a ll c ad a t a b u td a t a b a s ec o n s t r u c t i o ni nc h i n aa b o u t l c ai sr e l a t i v e l yb a c k w a r d b a s e do nt h i ss i t u a t i o n t a k i n gb u i l d i n gm a t e r i a l sf o rt h e r e s e a r c ho b je c t m a t e r i a l sl i f e c y c l ea n a l y s i sn e t w o r kd a t a b a s et h a ta c c o r d s 、析也 c h i n e s em a t e r i a l si n d u s t r ys i t u a t i o ni sd e v e l o p e di n d e p e n d e n t l yi nt h i sp a p e r f i r s t l y , a b o u tt h et e c h n i c a lr o u t e ，f o u rt e c h n o l o g i e st h a ta r eu s e dt od e v e l o p n e t w o r kd a t a b a s ei se x p o u n ds y s t e m a t i c a l l y , w h i c ha r ea s p , p h p , j s pa n da sp n e t c o m p a r i n gt h e i ra d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g ea b o u ta p p l i c a t i o no fs y s t e mp l a t f o r m ， d i f f i c u l t yd e g r e et od e v e l o pp r o g r a m ，s a f e t yp e r f o r m a n c e ，a n ds y s t e me x p a n s i b i l i t y a n ds oo n a s e n e th a sb e e na p p l i e dt od e v e l o pt h en e t w o r kd a t a b a s e a n dm i c r o s o f t a c c e s si su s e da sd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，m i c r o s o f tv b n e ti su s e da s p r o g r a m m i n gl a n g u a g e ，w h i c hl a y sat e c h n i q u ef o u n d a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to f n e t w o r kd a t a b a s e s e c o n d l y , b yi n v e s t i g a t i n gf o r e i g nl c an e t w o r kd a t a b a s e ，c o m b i n i n gc h i n e s e m a t e r i a l si n d u s t r ys i t u a t i o n ，s t r u c t u r ed e s i g no f1 i f ec y c l ea n a l y s i sd a t a b a s ea n d d e t a i l e dd e s i g no fa l lt 1 1 ed a t at a b l e sa r ec a r d e do u ti nt h i sp a p e r , w h i c hc o m p r i s eo f f l o w s h e e ti n v e n t o r yd a t aa b o u tr e s o u r c ec o s ta n dw a s t ed i s c h a r g e t h ei n d u s t r y s t a n d a r dd a t at h a tr e s p e c t i v et h ew h o l e1 e v e lo fm a t e r i a l si n d u s t r ya n dt h ed a t at a b l et o c o l l e c tc o m p a n yb a s i cp r o d u c t i o nd a t a i nt e r m so ft h et e c h n i c a ls y s t e mo fl c a ，t h e i n t e r r e l a t e dd a t a m a i n l yd a t ao fr e s o u r c ec o n s u m p t i o na n dw a s t ed i s c h a r g ei nt h e p r o d u c i n gp r o c e s so fb u i l d i n gm a t e r i a l s ，i n c l u d i n gc e m e n t ，g l a s s ，c e r a m i c sa n d w a l l i n gm a t e r i a la r et r e a t e d 。a n a l y z e da n dc a l c u l a t e d t h e n1 i f ec y c l ei n v e n t o r yo fa l l t l l er e s e a r c h e sa r ea c q u i r e d a f t e ri m p o r t i n gt h ed a t ai n t ol i f ec y c l ea n a l y s i sd a t a b a s e a c c o r d i n gt oi t ss t r u c t u r e ，c h i n e s em a t e r i a l sl i f ec y c l ea n a l y s i sd a t a b a s ei sb u i l t i na 1 1 5 7 4 4r e c o r d sc o v e r e d1 15b u i l d i n gm a t e r i a lc o r p o r a t i o n sa n d2 4 4r e s e a r c ho b j e c t sa r e i n v o l v e di nt h ed a t a b a s ei n c l u d i n g19 6 3c e m e n tr e c o r d so f3 7c o r p o r a t i o n sa n d9 6 r e s e a r c ho b je c t s ，1212g l a s sr e c o r d so f12c o r p o r a t i o n sa n d4 2r e s e a r c ho b je c t sa n d 1 9 2 3c e r a m i cr e c o r d so f 2 8c o r p o r a t i o n sa n d5 6r e s e a r c ho b j e c t s a sw e l la s6 4 6w a l l m a t e r i a lr e c o r d so f3 8c o r p o r a t i o n sa n d3 8r e s e a r c ho b j e c t s i nt h ee n d ，t a k e nt h el i r ec y c l ea n a l y s i sd a t a b a s et h a th a sb u i l da sd a t as o u r c e m i c r o s o f ta s p ：n e tw a su s e dt od e v e l o pt h en e t w o r kd a t a b a s ew h i c hc a nb eu s e di n i i i 北京t 业大学工学硕士学位论文 c h i n e s em a t e r i a l si n d u s t r y t h e r ea r es e v e r a lf u n c t i o n si nt h en e t w o r kd a t a b a s e ，s u c h a s s e a r c h i n go ff l o w s h e e ti n v e m o r yd a t a , s e a r c h i n go fe n e r g y c o s ta n dc a r b o n e m i s s i o na n dd a t ac o l l e c t i o n i nt h es e a r c h i n go ff l o w s h e e ti n v e n t o r yd a t a b a s e 1 i f e c y c l ei n v e n t o r yo ft h ef l o w s h e e tc a l lb es e a r c h e d s o m ea u x i l i a r yi n f o r m a t i o nt l l a t u s e di nl i f ec y c l ea s s e s s m e n ta l s oc a nb es e a r c h e d ，s u c hc o m p a n yi n f o r m a t i o n ， i n d u s t r yi n f o r m a t i o na n dd e s c r i p t i o na b o u tp r o d u c t i o nl i n ea n ds oo n c o m p a r i s o no f e n e r g yc o n s u m p t i o na n dc a r b o ne m i s s i o nb e t w e e nc o m p a n yl e v e la n di n d u s t r yl e v e l c a nb ec a r r i e do u ti nw e b s i t et ob ei n t u i t i v e l yd i s p l a y e dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e m ， a n dt h ec o n t e n to fl i r ec y c l ea n a l y s i sd a t a b a s ew i l lb ee x t e n d e db yd a t ac o l l e c t i o n t h r o u g ht h ei n t e m e t ，a n dc o m p r e s s i v el i f ec y c l ea n a l y s i sd a t a b a s et h a tc o m p r i s eo f d i f f e r e n tm a t e r i a l sw i l lb eb u i l di nt h ef u t u r e g e n e r a l l y , t h e r ea r et w oa d v a n t a g e sf o rb u i l d i n gu p1 i f ec y c l ea n a l y s i sn e t w o r k d a t a b a s e o nt h eo n eh a n d ，i tc a np r o v i d ed a t at oc h i n e s el i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，a n d s a t i s f yt h en e e da b o u tl i r ec y c l ei n v e n t o r yu s e di nl i f ec y c l ea s s e s s m e n to fc h i n e s e m a t e r i a l s i n d u s t r y o n t h eo t h e rh a n d ，i tc a np r o v i d eag o o dp l a t f o r mf o r c o m m u n i c a t i n gl c a d a t ab e t w e e nl c ar e s e a r c hs o c i e t i e se f f e c t i v e l y , a n dp r o m o t i n g t h ed e v e l o p m e n ta n df u r t h e ra p p l i c a t i o no f1 i f ec y c l ea s s e s s m e n ti nc h i n a k e y w o r d sm a t e r i a l si n d u s t r y ；l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ；e n v i r o n m e n t a li m p a c t ；n e t w o r k d a t a b a s e ；a s p n e t i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个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，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：呈拯星互日期：竺2 ：篁：歹 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：；煎瑙导师签名：矬日期趔 第1 章绪论 第1 章绪论 作为社会经济发展的物质基础，材料的生产和使用贯穿了整个人类社会发 展的全过程。一方面，材料工业为人类社会创造了灿烂的文明，但另一方面也 给环境留下了深刻的印迹。可以说，材料既是社会生产力发展的推动者，也是 资源和环境问题的主要承担者。当前，材料工业带来的一系列资源及环境的问 题，不仅制约了材料工业的持续快速发展，还对人类的正常生活构成危害。如 何在材料研究、开发和生产中摒弃单纯追求使用性能的传统观点，而将绿色、 环保的思想引入其中，已逐渐成为世界各国材料工作者的共识。 1 1 背景分析 1 1 1 我国建材工业的发展现状 在我国材料工业中，建材工业是其中重要的组成部分，也是资源能源消耗 及环境污染较为严重的工业品种，本文则以此作为研究对象，通过对我国建材 工业中量大面广的水泥、玻璃等品种的实际生产的考察来展开研究。 近年来，我国建材工业发展迅速，产业规模稳居世界前列，以水泥为例， 2 0 0 7 年我国水泥产量高达1 3 6 亿吨，同比增长9 9 ，占到世界水泥产量的 5 0 3 7 。此外，我国建材工业通过产业结构持续优化、技术装备水平的不断提 高，提升了自身在世界市场的竞争力，不断涌现出海螺集团等建材工业的大企 业、大集团，成为世界建材中的一支重要力量。 但是，建材工业本身是资源、能源依赖型产业，在巨大产能的要求下，必 然带来对矿产资源和能源的巨大消耗，并带来严重的污染物排放，这与当前资 源能源短缺及环境污染严重的现实构成尖锐的矛盾，逐渐成为制约建材工业进 一步发展的重要因素 1 1 。 建材工业对不可再生资源依存度相当高，其生产的大部分原料直接来自不 可再生的天然矿物原料。据统计，我国每年为生产建材消耗的矿产资源多达7 0 多亿吨，其中大部分是不可再生矿石和化石类资源。矿产资源的消耗一方面降 低了矿产资源的使用年限，另一方面对土地资源也构成了严重的破坏。此外， 建材工业是耗能大户，其能源消耗仅次于电力行业与冶金行业。统计数据表明， 2 0 0 7 年我国建材工业能源消耗总量达1 9 5 亿t 标准煤，同比增长2 0 ，约占全 国能源消耗总量和工业部门能源消耗总量的7 和1 0 。从万元增加值能耗上 看，2 0 0 7 年建材工业万元增加值能耗则为5 i t 标准煤，同比下降9 7 4 1 2 3 】。虽 然从时间序列上看，建材工业的万元增加值能耗呈下降趋势，但是，从整体上 看，建材工业仍是高能耗的行业之一。 在生产的末端，建材工业向外排放大量的废气及固体废弃物。据统计，在 北京工业大学工学硕士学位论文 建材工业生产和能耗总量增长的推动下，2 0 0 6 年建材工业废弃排放总量达5 4 7 万亿标准立方米，同比增长1 2 5 。建材工业特别是其中的水泥制造业带来巨 大的烟粉尘排放，仅2 0 0 6 年其烟粉尘排放就达6 3 3 万吨。2 0 0 6 年建材工业二 氧化硫、氮氧化物和二氧化碳气体排放量分别达1 7 7 万吨、8 3 5 万吨和9 0 4 亿 吨，其中二氧化硫和二氧化碳排放量分别同比增长4 3 和1 3 8 t 2 引。这些污染 物的排放给生态环境带来了严重的影响，且随着建材工业总量的增长呈扩张趋 势，如果不采取有效措施予以遏制，将对生态环境的健康和安全构成严重威胁。 1 1 2 我国建材工业的环境影响评价研究 综合我国建材工业的发展现状可知，近年来我国建材工业整体而言取得了 长足的进步，不管是在产业规模还是在企业发展理念上都有很大的提升，但是 由于起步晚和中小型企业较高比例的存在，我国建材工业资源能源消耗及环境 负荷严重的局面仍未得到根本改善，与发达国家相比仍差距明显。 随着人们越来越理性的看待工业粗放式的增长带来环境方面的各类问题， 材料工作者也开始将生态环保的意识融入到材料的设计、研发和生产中【4 j 。对 于建材工业中水泥、玻璃、陶瓷等高消耗重污染的材料生产，世界各国都展开 了深入的研究，通过识别出生产过程中消耗的资源、能源类型和排放的废弃物 种类及数量，来研究其给环境带来的影响，以寻求能改善材料生产过程的环境 表现的方法。在研究过程中，生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，l c a ) 和 物质流分析( m a t e f i a l sf l o wa n a l y s i s ，m f a ) 是材料工作者通常采用的方法。 以水泥为例，其环境影响评价研究包含了其工艺类型、窑炉系统和清洁生 产指标体系等各个方面。中国科学院生态环境研究中心以我国目前采用的立窑 和新型干法窑两大主要生产工艺为基础，利用通用的生命周期评价思想和物质 流分析方法对我国2 0 0 0 2 0 0 5 年水泥生产过程中的物能代谢和环境负荷状况进 行了定量评价。刘艳霞和富丽等人对水泥窑系统中不烧废弃物和焚烧废弃物两 种工况的环境影响展开评价研究，论述了水泥窑处理废弃物的可行性，并制定 生态水泥生命周期评价的相关标准，为我国生态水泥的研究提供了典型范例， 同时对形成我国生态水泥的企业标准和行业标准提供技术基础【5 j 。在水泥环境 影响的案例研究基础上，郝庆军等通过对国内外清洁生产指标体系构建方法、 确定原则的研究，结合我国现有工业企业清洁生产指标体系的选取方法和水泥 工业的特点，提出了水泥企业污染物排放、能源消耗、资源综合利用、产品品 质和清洁生产管理等计4 0 余项指标的评价基准值【6 】。采用层次分析法，指标赋 权等方法综合数据、专家意见和分析者的判断，为水泥工业清洁生产进行科学、 有效的评价奠定了技术基础，更好的服务于水泥企业清洁生产发展的实践。 这些研究建立起定量评价水泥生产带来的环境影响的技术体系，采用的 l c a 方法也逐渐成熟为定量评价材料生产环境负荷的有效方法，成为国内外常 第1 荦绪论 用的有效环境管理工具。下面本文将具体介绍l c a 的概念、发展过程、应用状 况及其局限性。 1 2 生命周期评价概述 1 2 1 生命周期评价的概念与发展历程 生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，简称l c a ) 方法，又称为环境协调 性评价、生命周期评估等，是评价材料环境性能的重要方法。根据s e t a c 的描 述，l c a 方法是通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃 物排放，来评估某一产品、过程或事件的环境负荷的方法。l c a 通过定量评价 这些能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响来辨别和评估改善环境的 机会。评价过程应包括产品、过程或时间的寿命全过程，这个过程包括原材料 的提取与加工、制造、运输和销售、使用、在使用、维持、循环回收直至最终 的废弃，历经了“从摇篮到坟墓 的物质转化的各个周期【7 】。 对于其技术框架，根据i s 0 1 4 0 4 0 标准，l c a 评价过程由目的与范围的确 定、清单分析、影响评价和结果解释四个步骤组成，如图1 1 所示。具体而言， 首先需要选定评价所期望达到的目标，设定评价的系统边界及作为基准值的功 能单元，其次分析出边界内所包含的输入输出类别及数量，以功能单位为基准 进行计算得到生命周期清单，在此基础上选用一定的环境影响评价方法计算出 其环境影响，最后根据所获得环境影响计算结果对评价对象展开论述，辨识出 主要的环境热点问题。 厂 生命周期评价技术框架 、 么接应用 、 目标与范围的确定 忙 产品开发与改进 方案决策 千 结果 公共政策匍定 ： 清单分析 导 解释 市场营销 千 其他 影响评价k ，t 图1 1l c a 的评估过程及技术框架 f i g 1 1t h ea s s e s s m e n tp r o c e s sa n df r a m e w o r ko fl c a 从l c a 的起源到今天的广泛开展，l c a 走过了一段漫长的过程【8 1 1 i 。早期 的l c a 研究主要着眼于具体过程原材料的利用或废弃物的处置，此后l c a 研 究主要应用于产品的能源消耗上，这与当时石油危机导致的能源短缺是密切相 关的，该时期的“净能量分析”( n e te n e r g ya n a l y s i s ) 与“生态衡算方法 ( e c o b a l a n c e ) 都为l c a 研究积累了丰富的案例。在2 0 世纪7 0 年代初期，l c a 方法的应用研究主要集中在包装品及废弃物的问题方面，大多数的研究主要采 北京工业大学工学硕士学位论文 曼! ! ! i：=：i i ! 曼曼曼曼曼! ! ! 曼曼! 曼曼曼曼 用能源分析方法，对产品着重进行能源消耗分析的同时，对环境排放也进行了 有限的评估。至此，l c a 的研究涵盖了材料生产、加工制造和废弃物排放的主 要过程，相应的理论比较成熟，相关的研究对l c a 方法学的发展起到了极大的 推动作用。 2 0 世纪8 0 年代末期，在全球环境问题日益突出，社会可持续发展的理念 深入人心的影响下，发达国家开始推行环境报告制度，并催生了临界体积法 ( c r i t i c a lv o l u m em e t h o d ) 和生态稀缺值法( e c o l o g i c a ls c a r c i t ym e t h o d ) ，环境 优先级法( e n v i r o n m e n t a lp r i o r i t ys t r a t e g i e s ，e p s ) 等环境影响评价方法的发展 与成熟，为l c a 方法学的应用和发展领域的拓展奠定了基础。在2 0 世纪9 0 年 代以后，由于环境问题向国际政治、经济、贸易和文化各个领域的渗透，l c a 在全球范围内得到更大规模的发展与应用，集中表现为环境毒理会和化学学会 ( s e t a c ) 和国际标准化组织( i s o ) 两大国际组织对l c a 的定义以及指导性 研究框架的制定，这为l c a 的规范化提供了重要的依据，对其方法论的发展、 完善和应用做出了巨大的贡献。此外，欧洲和美国、日本等国家还制定了一些 促进l c a 应用的政策和法规，如“生态标志计划”、“生态管理和审计法规”、 “包装及包装废物管理准则”等。这些都极大的促进了l c a 方法成为一种广泛 应用的产品环境特征分析和决策工具。 1 2 2 生命周期评价的应用及其局限性 与传统的材料研究相比，l c a 兼顾了材料在环境协调性方面的研究，有助 于缓解材料生产给自然资源和环境带来的巨大压力，同时可促进材料产业和社 会生产及生态环境和谐发展，因此该方法广泛应用于工业企业部门、政府环境 管理部门、国际组织及消费组织【l2 1 ，这在发达国家体现的尤为明显。随着l c a 方法技术体系的标准化和案例研究的逐渐丰富完整，着眼于全生命周期的l c a 应用于材料研究，能良好反映材料生产在其原材料提取、产品生产、加工制造、 使用及其废置阶段所带来的环境表现，这极大的促进了l c a 在材料领域内的应 用1 3 ，1 4 1 。目前，l c a 已广泛应用于冶金【1 5 】、化工【1 6 ，17 1 、建材、建筑、家居 18 1 、 农业种植及废物管理【1 9 2 0 】等多个方面，构成了一个完整而丰富的体系。 但是，无法回避的是，l c a 本身仍具有很大的局限性，表现在：首先，l c a 方法中环境影响的定性和定量计算带有很强的主观性，受地域、观念和习惯影 响较大，对于不同的评价者而言，不同类别的资源消耗或污染物排放所带来的 环境影响受评价者的主观意识直接影响，这在很大程度上损害了评价结果的客 观性。其次，一个完整的l c a 案例分析需要大量的基础数据，而数据收集的数 量或精度的问题 2 1 _ 2 5 1 、工业及研究机构之间l c a 数据的交流的障碍【2 6 2 7 】等方 面的原因导致l c a 研究中实际可用的数据短缺，严重影响了评价结果的准确性， 这在很大程度上阻碍了l c a 方法在更宽的材料领域得到实际应用。此外，l c a 男1 章绪论 曼曼曼曼! 曼曼曼! 曼曼曼曼皇! 曼! ! ! ! 曼! 曼曼曼曼! 皇曼! 曼! i i i i ii ；i 曼曼! 曼! 曼! 曼曼! 曼曼曼曼皇曼! 曼苎曼皇曼曼! 皇曼曼蔓! 寰 涉及到大量的环境影响的识别和计算，要求研究者熟悉材料的制造工艺和l c a 评价的操作流程，评价过程相当费时，制约了l c a 成为便捷有效的实用工具。 1 。2 3 生命周期评价与数据库 在l c a 评价的过程中，定量化评价的基础数据来自材料生产的实际过程， 包括全生命周期内资源、能源消耗及污染物排放的种类及数量等。事实上，处 于特定区域的特定材料生产过程通常具有自身的工艺类型及生产特性，这使得 不同区域内的资源、能源消耗及污染物排放情况并不一致，即用于l c a 评价的 生命周期清单数据具有一定的地域性，此外，由于材料生产技术水平的变化， 生命周期清单数据在不同时间段内也不一样，具有一定的时间性。开展完整的 l c a 评价，不仅需要大量的生命周期清单做支撑，而且这些数据必须能反映研 究对象的实际情况。因此，世界各国都致力于建立符合自身生产情况的数据库， 以保证本国材料生产的l c a 评价之用。 此外，经济全球化的今天使得各国的经济和文化交流日益频繁。通常某种 产品的最终形成需要用到来自世界各地的原材料或部件，此时，对于某产品的 l c a 评价来说，获得该区域的原材料或部件的生命周期清单数据显得非常重要。 因此，各国的l c a 研究机构或技术人员除了建立本国的生命周期评价数据库 外，还致力于开发本国的生命周期分析网络数据库。生命周期评价网络数据库 一方面以其充足的容量、灵活高效的管理机制及高度的安全性可实现对数据的 有效管理【2 引，另一方面依托互联网快捷有效的访问机制，可实现用户对数据库 的快速有效访问。生命周期评价网络数据库的开发，将促进l c a 案例及其生命 周期清单数据的共享和交流，推动l c a 技术的发展和实用化。 1 3 论文的选题依据 1 3 1 国内外研究现状 在欧美，日本等发达国家，由于l c a 研究起步较早，案例积累相对较为丰 富，相应的l c a 软件2 9 州1 和数据库3 2 - 3 5 】也发展的比较完善，基于w e b 的生命 周期评价数据库也基本成形，许多国家都建设了自身的生命周期评价网络数据 库，这其中以瑞士的e c o i n v e n t 【3 6 数据库、瑞典国家l c a 数据库s p i n e c p m l 3 7 、 美国的生命周期评价数据库【3 8 1 、欧洲的l c ad a t a 3 9 比较典型。对比这些数据库 可以发现，他们大都以案例为基本单位、案例中包含了完整的基础清单数据， 方法学数据、工艺流程信息和时间、地域及功能描述信息等。一般的检索方式 可分为简单检索和高级检索两种方式，检索的关键词集中在工艺过程和产品系 统、输入输出的物质名称、影响评价的方法等几种，可根据自身数据库的设计 方式予以细分，检索得到具有指定属性的数据集，描述一个完整的l c a 案例。 以s p i n e c p m 数据库为例，其操作模式如下：首先是用户根据注册的用 北京工业大学t 学硕士学位论文 户名和密码进行登录，系统验证用户名和密码的输入与匹配情况，以保证数据 库访问的有效性。简单检索分为按原料输入输出检索、按单元过程和产品系统 检索两种检索方式，前者又分为产品输出、原料或能量输出和原料输入三种， 后者分为工艺过程名称、运输方式、系统边界及影响区域四种，也可进行组合 关键字进行检索。检索得到由工艺过程名称、工艺过程类型、产品或服务名称 等表征的案例数据集，每条记录代表了一个特定的l c a 案例，案例中的具体数 据可通过下载或是购买获得。选择其中一个特定的案例，则可得到由技术系统、 流数据、管理信息、系统边界组成及清单相关组成的数据集内容，这些信息描 述了一个完整的，从目标与范围确定、环境影响评价到结果解释的l c a 研究过 程。e c o i n v e n t 数据库、u s l c i 数据库和e u r o p e a nl c id a t a 等几个数据库实现 了和s p i n e c p m 类似的功能，区别在于关键字的选取和自身数据库设计时属 性的设置有关，检索得到的数据描述信息也由数据库数据的存取方式决定，一 般适合其数据的文档格式是保持一致的，如s p o l d 、e c o s p o l d t 4 0 】等格式。 目前国内的网络数据库大都应用于电子商务、科技检索等方面，服务于材 料工业研究的相对极少，其中又以重庆大学建立的镁合金数据库系统【4 l 】和北京 化工大学开发的材料腐蚀数据库( 网络版) 【4 2 】较为典型。l c a 研究方面，北京 工业大学生态生态环境研究所已初步建立了较为完整的环境影响评价的技术体 系，完成了部分特征化因子和权重化因子的计算，并进行了钢铁，水泥、玻璃 等几个基础材料的l c a 研究，取得了6 万多条环境负荷数据、方法学数据等， 并在此基础上建立起第一个包含环境协调性评价相关数据的s q l 数据库【4 3 1 ， 但是基于w 如的生命周期评价数据库应用仍有待研究。 1 3 2 研究意义 我国建材工业发展至今，由于其高消耗重污染的特点，使得其在满足国民 生产和生活需要的同时，也消耗了大量的自然资源、能源，并带来巨大的污染 物排放，给生态环境带来不可修复式的破坏。因此，应用l c a 方法对建材行业 展开l c a 研究，特别是其中环境负荷严重的水泥、玻璃、陶瓷及墙体材料四大 行业，是降低建材行业物耗、能耗及污染物排放的有效措施，也是实现建材行 业可持续发展的重要步骤。 基于以上考虑，本文采用l c a 方法的技术体系，以建材行业所涉及的资源、 能源消耗及废物状况为基础展开分析研究，建立起可用于我国材料行业的生命 周期评价数据库，并利用互联网的优势，开发出材料生命周期分析网络数据库。 一方面可实现材料生命周期清单数据的有效收集和管理，为材料l c a 研究提供 基础数据；另一方面可促进生命周期清单数据在l c a 研究机构间的有效交流， 促进l c a 研究的有效推广。 第1 童绪论 1 4 论文的主要研究工作 1 4 1 论文研究的总体框架 本论文依存于“十一五”国家8 6 3 项目“材料全生命周期环境负荷研究及 应用示范”及国家科技支撑计划“建筑材料绿色制造共性技术研究”，以建材行 业为考察对象，目标在于建立符合我国材料生产状况的材料生命周期分析数据 库及其网络数据库，为后续的生命周期评价研究提供基础数据。论文的总体框 架如图1 2 所示。 论文的总体框架 、j 数据库的结构设计l c i 数据的计算与入库生命周期分析网络数据库的开发 l 笠尘心 流行采基生 生 能碳 程业集 础命命 流程清单数据检索 耗 排 清标数数 周周 至 信放 苴 准据据期期 息信 数表表的清分 分生综 检息 据采 苴 析 类命 厶 r - 1 索检 表集 计 数 检周信 与索 分算 据 索期息 分与 析库 清检 析分 的 萱 索 析 建 检 索 立 图1 2 论文的总体框架图 f i g 1 - 2t h er e s e a r c hf r a m e w o r ko f t h e s i s 1 4 2 论文的主要研究内容 论文的主要内容包括以下三个部分： 北京工业大学工学硕上学位论文 ( 1 ) 生命周期分析数据库的总体设计；完成材料生命周期分析数据库的结 构设计及其数据表的详细设计，内容包括反映材料生产过程的资源、能源消耗 和废弃物排放状况的流程清单数据、代表材料生产环境负荷状况的行业标准数 据及用于采集材料生产基础数据的采集数据。 ( 2 ) 生命周期清单数据的计算与建立；以建材工业作为研究对象，基于 l c a 的技术体系，通过对调研得到的水泥、玻璃、陶瓷、墙体材料的基础数据 进行分析与计算，得到生命周期清单数据，然后按照数据库的结构完成数据的 入库，建立起完整的材料生命周期分析数据库。 ( 3 ) 网络数据库的开发；以业已建立好的材料生命周期分析数据库为后台 数据库，采用a s e n e t 语言开发出材料生命周期分析网络数据库，实现流程清 单检索、能耗信息检索与分析、碳排放信息检索与分析及数据采集功能。 第2 章网络数据窿概述及技术分析 ! _ _ mv ：- - mm m m 。l 曼! 皇曼蔓曼曼皇曼曼 第2 章网络数据库概述及技术分析 随着i n t e m e t 技术的快速发展，网络数据库技术由于兼具数据库及网络的优 势，已经成为数据存储和数据处理的主流和核心技术。它一方面可管理日益增 长的海量数据信息，另一方面利用网络无距离传输的特性，实现信息的广泛交 流，真正实现了数据库与w e b 的无缝结合，这在信息爆炸及世界交流日益广泛 的现在显得尤为重要。因此，网络数据库技术自问世以来，迅速发展，广泛应 用于电子商务、文献检索及网络教育m 4 5 j 等社会生活的各个领域。 2 1 网络数据库概述 网络数据库技术是伴随i n t e r n e t 技术的发展而发展的，简单而言，网络数据 库的工作原理是用户经过浏览器端的操作界面以交互的方式经由w e b 服务器来 访问数据库，数据库根据访问的请求反馈相应的结果，其间用户向数据库提交 的信息以及数据库返回给用户的信息皆以网页的形式显示。 与传统的数据库访问与管理模式不一