专利名称：桥梁生命周期环境影响成本分析方法
技术领域：
本发明涉及桥梁工程领域，具体是涉及一种主要用于分析各种桥梁生命周期环境 影响成本分析方法。
背景技术：
在现代桥梁建设中，环境与经济的协调发展是促进桥梁可持续发展的重要问题， 桥梁生命周期环境影响成本分析已成为国内外研究的热点。我国虽然在材料工业、生态产 品等领域开展了生命周期环境影响成本分析研究，但对于桥梁生命周期环境影响成本的研 究尚处于探索阶段，因此，有必要对桥梁生命周期环境影响成本进行系统分析。目前，国内外针对生命周期环境影响成本分析在工业产品领域中主要是基于生命 周期评价理论，分析环境影响成本对总成本的贡献程度；在桥梁工程中，对环境影响的评价 均采用生命周期评价方法。但生命周期评价理论作为桥梁环境属性的评价工具，并未涉及 桥梁建设的经济属性，在实践中不能广泛运用。而桥梁生命周期成本分析也仅针对生命周 期总成本进行研究，并未探讨桥梁在生命周期过程中环境影响的成本，导致桥梁生命周期 成本分析也不够完善。为了实现桥梁的可持续发展，量化桥梁生命周期的环境负荷，桥梁生 命周期环境影响成本分析已成为系统评价桥梁环境影响的趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述桥梁环境影响成本的主要问题，提供一 种针对桥梁工程的桥梁生命周期环境影响成本分析方法，促进桥梁环境效益和经济效益的 平衡，并为实现桥梁的可持续发展提供科学依据。本发明解决其技术问题采用的技术方案是以IS014040提供的生命周期评价理 论及生命周期成本分析理论为依据，将环境影响成本进行分解，在分析桥梁生命周期环境 影响负荷的基础上，资源消耗、水污染、大气污染根据环境影响负荷经济值进行量化，而噪 声污染和固体废弃物污染的量化分别采用享乐价格法、虚拟治理成本方法，最后进行累计 求和得出桥梁生命周期环境影响成本；桥梁生命周期包括设计阶段、原材料生产与加工阶 段、桥梁施工阶段、运营阶段及废弃阶段5个阶段。本发明与现有技术相比具有以下的主要优点
(1)基于桥梁生命周期环境影响因素的多样性和复杂性，获得桥梁生命周期环境影响 成本分析指标的选取方法，为准确全面的分析桥梁生命周期环境影响成本提供理论依据。(2)将生命周期成本分析运用到生命周期评价中，通过桥梁生命周期各阶段不同 环境影响成本指标的计算，建立桥梁生命周期环境成本分析模型，达到经济效益和环境效 益最优化的状态。(3)采用桥梁生命周期环境影响成本分析方法，解决了生命周期评价方法在桥梁 上的应用局限性，综合考虑由于环境污染而带来的经济问题，对桥梁的成本管理具有重要 参考价值。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明。本发明提供的桥梁生命周期环境影响评价方法，具体是以IS014040提供的生命 周期评价理论及生命周期成本分析理论为依据，将环境影响成本分解为资源消耗成本、水 污染成本、大气污染成本、噪声污染成本和固体废弃物污染成本五种类型，在分析桥梁生命 周期环境影响负荷的基础上，资源消耗成本、水污染成本、大气污染成本根据环境影响负荷 经济值进行量化，而噪声污染成本和固体废弃物污染成本的量化分别采用享乐价格法、虚 拟治理成本方法，最后进行累计求和得出桥梁生命周期环境影响成本。其中桥梁生命周期 包括设计、原材料生产与加工、桥梁施工、运营及废弃5个阶段。本发明采用包括以下步骤的方法 1.分解桥梁生命周期环境影响成本
桥梁环境影响成本的分解是构建模型的前提，分解的合理与否制约着模型运用的效 果。根据国内外环境影响成本分类方法，结合桥梁工程的结构特点，从生命周期角度考虑环 境影响成本的界定，可将其分为五类。(1)资源消耗成本桥梁在原材料生产与加工及施工阶段消耗的各种资源的成本， 主要指各阶段消耗的钢材、锰、石灰石以及煤炭、石油、天然气等各种能源成本。(2)水污染成本桥梁在生命周期各阶段中对水环境造成污染的损失，包括生活区 污水的排放和生活垃圾对水体的污染，桥梁施工产生的各种污染物对水体的污染，拌合场、 预制场等施工废水对水体的污染以及桥梁附属设施污水的排放，桥面径流等。废水中的污 染物主要是COD、氰化物和重金属。(3)大气污染成本桥梁在整个生命周期阶段对大气造成环境污染的损失，水泥、 砂石、混凝土等建筑材料运输、装卸产生扬尘污染，灰土拌和、混凝土拌和加工会产生扬尘 和粉尘，以及各种行驶车辆排出的各种废气等。大气污染物主要考虑COx^(^^(^烟尘和粉
/K土。(4)噪声污染成本桥梁生命周期过程中噪声污染所造成的经济损失，包括噪声直 接污染损失和噪声污染控制措施成本。(5)固体废弃物污染成本桥梁在生命周期相关活动中，由于固体废弃物的排放而 造成的经济损失，包括建筑固体废弃物污染损失成本和生活垃圾污染损失成本。2.桥梁生命周期环境影响成本分析模型的基本假定
(1)资源消耗与桥梁在生命周期内产生的污染物质等技术指标可以转换成用货币单位 表示的经济指标，有助于建立统一的标准化数据库。(2)国家制定的环保标准是参照基准，即作为模型中参数取值的基准。(3)桥梁生命周期的不同阶段，资源消耗与桥梁产生污染物质对于环境的影响只 与其资源耗费与产生污染物的数量有关。3.资源消耗成本、水污染成本和大气污染成本的量化
(1)由于桥梁在生命周期阶段中资源消耗、水污染、大气污染所造成环境影响可根据消 耗量及排放量直接量化，因此三者所造成环境影响成本均采用以下计算模型LCElCi ^kiiELit- UECi)(1)
式中￡(7￡Γ 为环境影响成本；i=l 3 ;t为桥梁生命周期清单分析中的各个阶段；k 为贴现系数，当桥梁在原材料生产与加工阶段和施工阶段时，k=l ；当桥梁在运营及废弃阶
sw^=(r rnmrn, ι ^m^) ；ELit ^m^m^irmmmfi^m ；
UECi为桥梁在生命周期中平均单位环境负荷所造成的经济损失。该模型是建立桥梁所在地区相关的环境负荷与环境损失之间的关系方程，得到每 增加单位环境负荷而增加的环境损失量。其中EL在清单分析的基础上根据统计计算获得， 表1列出了桥梁生命周期内环境负荷的经济值转换。4.噪声污染成本的量化
在桥梁生命周期相关活动中，机械使用及车辆行驶等噪声造成的经济损失，采用享乐 价格法(HP法)进行量化，HP法是由于桥梁建设而产生的各类噪声转化为财产损失的成本 量化方法，将房地产价格的浮动作为财产损失的指标。该方法假定房地产价格受到众多因 素的影响，如结构、建筑面积、位置及环境质量等，根据观察收集桥梁周边地区房地产价格 及有关特征信息估计HP方程，估算出噪声对价格的影响，以此来衡量桥梁噪声污染成本。 HP方程如下
lqg(p) = a +ilqg((￡si) +c Iqg(Orea)+d Iog(^ge)+e (2)
式中P为每平米售价，dist为从最近的噪声源到房子的距离，area为住宅单元的平均 面积，age为在销售期内从建设至今的年数，a d表示常数，e为误差项。因此，桥梁在生命周期过程中产生各类噪声造成的污染损失成本为
C4IHa-ftl(3)
式中c41为污染损失成本，P1为同一区域远离桥梁所在地的平均房地产价格，P2为同 一区域桥梁所在地的平均房地产价格。噪声污染的损失成本除了对桥梁所在地区附近房价 的损失，还包括对噪声控制采取相应措施费用C42 (如安装噪声屏蔽设施等)。因此，噪声污染成本LCEIC4为
LCSIC4 = C41+ C42(4)
5.固体废弃物污染成本的量化
桥梁在生命周期过程中产生的固体废弃物主要包括两大类建筑固体废弃物和生活垃 圾。针对固体废弃物对桥梁周边环境造成的污染损失成本，采用虚拟治理成本方法，即为维 护环境不发生退化所需要的治理成本，其实质是治理未达标排放或已经排放的污染物应该 花费的成本，是对环境影响成本的最低估计。①建筑固体废弃物虚拟治理成本C51为
C51 = Ci +Cg(5)
其中，Cs为处置贮存废物的虚拟治理成本，Cs=贮存量X (处置单位治理成本一贮存单 位治理成本);Ce为处置排放废物的虚拟治理成本，Ce=排放量X处置单位治理成本。建筑固体废弃物单位治理成本如表2所示。
②生活垃圾虚拟治理成本C52为
C^2 = + Cr(6)
其中，Cp为无害化处理简易处理的虚拟治理成本，Cp=简易处理量X (卫生填埋单位治 理成本一简易处理单位治理成);Cr为无害化处理堆放垃圾，Cr=堆放量X卫生填埋单位治 理成本。生活垃圾单位治理成本如表3所示。因此，固体废弃物污染成本LCEIC5为
LCEIC5 = C51 + C52(7)
6.建立桥梁生命周期环境影响成本分析模型 LCEJC=^LCEICi
Μ(ΟΛ
■ LCEIC1 + LCEICt + LCEICs + LCEICi + LCEICs、° 7
= K^1 UEqy^ELll-UEC1) + KELh ·UE(Ji) + CCtl + (Jn) + (Cjl + Cn)
式中i=l 5，表示桥梁在生命周期阶段对环境的胁迫种类，ZCfflUi分别为资源消耗
成本、水污染成本、大气污染成本、噪声污染成本和固体废弃物污染成本。上述方法可作如下分析和评价
(1)桥梁生命周期的环境影响成本对桥梁总成本造价的影响分析。(2)不同桥梁的生命周期环境影响成本大小对比分析。下面结合应用实例对本发明作进一步的详细描述。实施例1 武汉市野芷湖大桥生命周期环境影响成本分析
根据野芷湖大桥主要工程数量、施工设备以及交通量等对该桥生命周期各阶段内资源 消耗及各种污染物排放进行调查统计计算，清单结果见表4所示。考虑野芷湖大桥设计使用年限50年，根据银行规定最低贴现率3. 24%，得出k值为 0. 20，将上述清单结果代入模型中计算。武汉市野芷湖大桥生命周期环境影响成本，见表5 所示。野芷湖大桥生命周期的环境影响成本至少为
5
LCEIC= Yj LCEICi =4043. 36 万元
其中原材料生产与加工阶段为2489. 29万元，所占比例为61. 56%;施工阶段为 1320. 98万元，所占比例为32. 67% ；运营阶段为197. 08万元，所占比例为4. 87% ；废弃阶段 为36. 01万元，所占比例为0. 90%。该桥在生命周期过程中原材料生产与加工阶段的环境影 响成本最大，依次为施工阶段、运营阶段和废弃阶段。而在该桥的环境影响成本的类别分析中，资源消耗成本为3247. 04万元，所占比 例为80. 31% ；水污染成本为90. 07万元，所占比例为2. 23% ；大气污染成本为541. 52万元， 所占比例为13. 39% ；噪声污染成本为146. 30万元，所占比例为3. 62% ；固体废弃物污染成 本为8. 43万元，所占比例为0. 45%。根据上述定量计算可知桥梁生命周期资源消耗成本最大，以钢材的消耗为主，这
7一部分主要来源于建筑材料的生产加工过程；其次是大气污染成本，主要表现为COx，在桥 梁运营阶段尤为突出；依次是噪声污染成本，主要是噪声在较长时间的运营期间对周边房 地产价格的影响；然后是水污染成本，以氰化物为主，在桥梁的原材料生产与加工阶段更为 明显；最后是固体废弃物成本，主要是建筑固体废弃物，在桥梁的废弃阶段较多。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。附表
表1环境负荷经济值转换表
表2固体废弃物单位治理成本
表3生活垃圾单位治理成本
表4野芷湖大桥资源消耗及环境负荷清单表(单位kg)
表5野芷湖大桥生命周期环境影响成本(单位万元)
权利要求
一种桥梁生命周期环境影响成本分析方法，其特征是以ISO14040提供的生命周期评价理论及生命周期成本分析理论为依据，将环境影响成本进行分解，在分析桥梁生命周期环境影响负荷的基础上，资源消耗、水污染、大气污染根据环境影响负荷经济值进行量化，而噪声污染和固体废弃物污染的量化分别采用享乐价格法、虚拟治理成本方法，最后进行累计求和得出桥梁生命周期环境影响成本；桥梁生命周期包括设计阶段、原材料生产与加工阶段、桥梁施工阶段、运营阶段及废弃阶段5个阶段。
2.根据权利要求1所述的桥梁生命周期环境影响成本分析方法，其特征是采用以下步 骤的方法第一步，对桥梁生命周期环境影响成本进行分解桥梁环境影响成本的分解是构建模型的前提，从桥梁生命周期角度考虑环境影响成 本，将其分为资源消耗成本、水污染成本、大气污染成本、噪声污染成本和固体废弃物污染 成本5种成本；第二步，量化资源消耗成本、水污染成本和大气污染成本由于桥梁在生命周期阶段中资源消耗、水污染、大气污染所造成环境影响可根据消耗 量及排放量直接量化，因此将三者归结为同一种量化方法；第三步，量化噪声污染成本在桥梁生命周期过程中，噪声造成的经济损失指由于噪声而带来的房地产价格的浮动 和为降低控制噪声污染而采取各种措施的费用，主要采用享乐价格法计算噪声污染成本；第四步，量化固体废弃物污染成本桥梁在生命周期过程中产生的固体废弃物主要包括两大类建筑固体废弃物和生活垃 圾；针对固体废弃物对桥梁周边环境造成的污染损失成本，采用虚拟治理成本方法，即为维 护环境不发生退化所需要的治理成本。
3.根据权利要求2所述的桥梁生命周期环境影响成本分析方法，其特征是所述资源消 耗、水污染、大气污染所造成的环境影响成本均采用以下计算模型LCEICi =^EIit-UECi)式中i=1 3 ;t为桥梁生命周期清单分析中的各个阶段；k为贴现系数，当桥梁在原材料生产与加工阶段和施工阶段时，k=l ；当桥梁在运营及废弃阶段时，A = ^ji ,其中r为贴现率，1为桥梁寿命；ELit为桥梁生命周期各阶段的环境负荷量；UECi为桥梁在生命周 期中平均单位环境负荷所造成的经济损失。
4.根据权利要求2所述的桥梁生命周期环境影响成本分析方法，其特征是采用HP法量 化噪声污染成本，HP法为享乐价格法，HP方程如下log(p) = a+h log(dist)+c log(c2red)+d log(dge)+e式中P为每平米售价，dist为从最近的噪声源到房子的距离，area为住宅单元的平均 面积，age为在销售期内从建设至今的年数，a d表示常数，e为误差项，因此，桥梁在生命周期过程中产生各类噪声造成的污染损失成本为式中=P1为同一区域远离桥梁所在地的平均房地产价格，P2为同一区域桥梁所在地的 平均房地产价格；噪声污染的损失成本除了对桥梁所在地区附近房价的损失，还包括对噪 声控制采取相应措施的费用C42，因此，噪声污染成本LCEIC4为LCEIC, = C41 + C42。
5.根据权利要求2所述的桥梁生命周期环境影响成本分析方法，其特征是针对固体废 弃物对桥梁周边环境造成的污染损失成本，采用以下的虚拟治理成本方法得到①建筑固体废弃物虚拟治理成本 C51 = + q式中cs为处置贮存废物的虚拟治理成本，Cs=贮存量χ (处置单位治理成本一贮存单 位治理成本);ce为处置排放废物的虚拟治理成本，Ce=排放量χ处置单位治理成本；②生活垃圾虚拟治理成本CS2 = Cp +式中cp为无害化处理简易处理的虚拟治理成本，Cp=简易处理量X (卫生填埋单位治 理成本一简易处理单位治理成);Cr为无害化处理堆放垃圾，Cr=堆放量X卫生填埋单位治 理成本；因此，固体废弃物污染成本LCEIC5为
6.根据权利要求2所述的桥梁生命周期环境影响成本分析模型，其特征是桥梁生命周 期环境影响成本分析模型是式中i=l 5，表示桥梁在生命周期阶段对环境的胁迫种类，ZCS/q分别为资源消耗 成本、水污染成本、大气污染成本、噪声污染成本和固体废弃物污染成本。全文摘要
本发明涉及桥梁生命周期环境影响成本分析方法，它以ISO14040提供的生命周期评价理论及生命周期成本分析理论为依据，将环境影响成本进行分解，在分析桥梁生命周期环境影响负荷的基础上，对资源消耗、水污染、大气污染根据环境影响负荷经济值进行量化，而噪声污染和固体废弃物污染的量化分别采用享乐价格法、虚拟治理成本方法，最后进行累计求和得出桥梁生命周期环境影响成本；桥梁生命周期包括设计阶段、原材料生产与加工阶段、桥梁施工阶段、运营阶段及废弃阶段。本发明通过对桥梁生命周期环境影响成本的定量化分析，能够解决桥梁生命周期多阶段多因素的环境影响成本科学评估的问题，具有操作方面、评价准确和应用前景广泛等优点。
文档编号E01D1/00GK101922139SQ201010294180
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者刘沐宇, 卢志芳, 陈方芳 申请人:武汉理工大学