基于层次分析法的全寿命周期低碳公路评价指标体系研究

徐冠军，柴 丽，额吉乐

（1.内蒙古自治区交通建设工程质量监测鉴定站，内蒙古 呼和浩特 010050；2.生态安全屏障区交通网设施管控及循环修复技术交通运输行业重点实验室；3.内蒙古自治区道路结构与材料重点实验室）

1 引言

低碳环保、节能减排、可持续发展已经成为当前世界关注的热点。近年来，我国高度重视低碳减排，国家将生态环境建设纳入国家总体布局统筹推动，把低碳绿色发展理念贯穿到社会发展的全过程。公路项目属于大型基础设施建设，在项目建设施工与后期运营过程中，难以避免对沿线生态环境产生一定的影响。如何有效降低资源消耗，提高产品效能，实现节能减排，是未来低碳环保公路基础设施建设关注的问题。尤其在碳达峰碳中和的大环境下，交通运输行业探索低碳绿色的发展之路已经成为大势所趋。周伟[1]在深入分析我国交通发展面临节能减碳新要求、新形势的基础上，提出了低碳交通运输体系的新理念，论述了其主要发展途径与方式，并依据环境条件和内在需求的情景分析，探讨了科技创新对建设低碳公路运输体系的重要作用。王晋[2]从公路规划设计、建设施工和运营养护等方面入手，构建了绿色低碳公路评价指标体系，并采用层次分析法确定指标权重，通过多级模糊综合评价法判断公路绿色低碳等级，并以工程实例对所选取的指标进行了验证。孟祥涛[3]将传统沥青路面的施工工艺流程与低碳、节能发展理念进行综合分析，并利用SWOT分析法对环保沥青的发展态势进行界定，提出了环保沥青材料在不同内外部环境下发展的应对举措。

本文从绿色低碳公路的可持续发展理念出发，对全寿命周期低碳公路评价指标体系进行研究，根据低碳绿色公路指标体系构建原则，结合层次分析法[4]对经乌高速公路进行模糊综合评价，以期为低碳绿色公路的相关研究提供参考。

2 全寿命周期低碳公路内涵

全寿命周期[5]绿色低碳公路就是把低碳环保思想贯穿于项目建设过程的始终，在项目的规划设计、建设施工、管理养护等阶段都要以节能减排、绿色低碳为根本原则，使得公路建设项目与沿线生态环境达到和谐统一[6]（图1）。随着社会经济的快速发展以及城市化的不断深入，国内公路项目建设的规模也在与日俱增，如果依然采用以往的粗放式建设方法，即使能够完成项目的建设，但所带来的资源消耗和生态环境破坏都可能无法恢复[7]。同时，这种建设理念与现如今国家所倡导的低碳发展理念背道而驰。因此，绿色低碳公路受到越来越多的关注，也得到更多建设部门的重视。

图1 与环境协调的绿色生态高速公路

3 绿色低碳公路指标体系的构建

3.1 指标选取

根据低碳公路指标体系的构建要求及基本原则，采用道路工程理论、可持续发展理论和系统理论来进行指标的选择，从公路生态系统出发，结合沿线环境影响因素及评价实践，对项目规划设计、建设施工、管理养护等阶段的环境保护措施以及新工艺新技术的采用进行系统总结，构建了一个涵盖生态保护、绿色低碳、节能减排及品质建设等多方面的综合评价指标体系。由于绿色低碳公路评价涉及的指标众多，因此在实际应用中要结合工程项目的实际情况、区域特点，考虑主要影响因素忽略次要影响因素，根据体系构建原则，选取与项目区域实际情况相匹配的评价指标。

3.2 评价指标的量化

由于定量指标的计算方法与单位各不相同，因而会有量纲的差别，为了使指标具有统一性，需对定量指标进行无量纲化处理。绿色低碳公路评价定量指标分为成本型指标和效益型指标两种。对于定性指标，为能够得到直观的结果，应将其量化。本文针对定性指标采用评价等级隶属度的方法来进行确定，根据指标隶属的等级标准得出指标的具体分值。

3.3 评价指标体系的构建

公路建设项目具有系统性和复杂性的特点，构建绿色低碳公路指标评价体系时，要以系统性、科学性、普遍性和可操作性为基本原则[8]，同时综合考虑公路项目在规划设计、建设施工、管理养护等全寿命周期内各指标的影响因素，结合现场调研及工程资料进行构建[9]。

在项目的规划设计阶段，本文从社会环境影响、生态环境影响、环境污染防治及设计合理性等4个方面构建了一级指标，再根据调研与整合，共筛选出沿线土地利用、拆迁与安置等11 个二级指标；在建设施工阶段，从施工技术管理、资源节约利用、生态环境影响及施工方案选择等4个方面构建了一级指标，共筛选出标准化施工、新施工工艺的采用、信息化水平等12 个二级指标；在后期运营管理养护阶段，从公路运营情况、沿线服务区及养护管理水平等3个方面构建了一级指标，共筛选出行车安全性、安全设施的维护等9 个二级指标。如图2所示。

图2 绿色低碳公路指标评价体系

3.4 绿色低碳公路模糊综合评价

3.4.1 确定因素集和评语集

3.4.2 指标权重的确定

目前国内外对于指标权重的确定方法主要有层次分析法、序关系分析法、熵值法及德尔菲法[10]，根据这几种常用方法的适用条件，最终选择采用层次分析法来确定指标的权重。对递阶层次结构中各层上的元素分别与相关的上层元素进行比较，建立判断矩阵，并对指标重要性进行赋值。

3.4.3 建立模糊评价矩阵

3.4.4 模糊综合评价

4 工程案例分析

本文以丹锡高速公路克什克腾至承德联络线克什克腾（经棚）至乌兰布统（蒙冀界）段（简称经乌高速）为工程案例进行分析。经乌高速被交通运输部确定为第二批绿色公路建设典型示范工程项目，是内蒙古唯一的部级绿色公路典型示范工程，也是新时期内蒙古交通运输行业探索绿色公路建设的样本。项目路线全长96.151km，设计速度100 km/h，路基宽度26 m（整体式路基）、2×13m（分离式路基），全线采用双向四车道高速公路标准进行建设。全线共设置特大桥3052m/2座，大桥3350m/13 座，涵洞98 道，互通立交5 处、分离立交4处，天桥2 座，服务区2 处，停车区2 处。经乌高速公路在建设过程中采用优化平纵面减少路基挖方、统筹临时用地方案、节能照明工程、植被保护与表土收集、植被恢复技术、搭建信息化管理平台等新材料、新工艺、新技术，全方位打造绿色低碳公路示范工程。

4.1 确定因素集和评语集

将评语集等级划分为：★★★绿色低碳公路、★★绿色低碳公路、★绿色低碳公路、普通公路、粗放型公路5个等级。即评语集=（★★★绿色低碳公路，★★绿色低碳公路，★绿色低碳公路，普通公路，粗放型公路）=（1，2，3，4，5）。

4.2 确定指标权重

根据赋值原理在综合考虑各指标的资源节约利用、生态环境影响及考核难度等因素后得到基础数据，再应用层次分析法的计算公式得到各指标的权重。若通过一致性检验，即可以接受判断矩阵求得的权重系数，通过计算得到绿色低碳公路评价指标权重计算结果，见表1。

表1 绿色低碳公路评价指标权重

表1 绿色低碳公路评价指标权重（续表）

4.3 建立评价矩阵

利用绿色低碳公路评价指标隶属度建立评价矩阵（表2），数据处理中，定量指标通过查阅工程资料获得，定性指标采取专家打分法获得，将评价指标分为5 个等级。定性指标评价由专家打分得出，专家组由从事公路工程、环境工程等相关科研工作者和施工管理的工程技术人员组成，共10 位专家。评价矩阵专家打分情况见表3。

表2 绿色低碳公路评价指标隶属度

表3 专家打分数据

B1规划设计阶段评价矩阵如公式（1）所示。

B2建设施工阶段评价矩阵如公式（2）所示。

B3管理养护阶段评价矩阵如公式（3）所示。

各阶段绿色低碳公路指标权重集矩阵如公式（4）～公式（6）所示。

4.4 模糊综合评价

根据建立的评价指标矩阵，得到综合模糊评价矩阵如公式（7）～公式（9）所示。

根据最大隶属度原则，可以得到经乌高速公路属于★★★绿色低碳公路项目。

5 结语

对全寿命周期的低碳绿色公路评价指标体系进行研究，基于层次分析法对公路的规划、设计、施工及运营管理等阶段低碳绿色公路指标进行综合模糊评价，并结合具体工程案例经乌高速公路项目进行分析，结果表明该项目属于★★★绿色低碳公路项目，与该项目被交通运输部确定为第二批绿色公路建设典型示范工程项目相匹配，能够为类似工程项目提供理论方面的指导。

由于经乌高速公路正处于建设施工期，评价指标主要来源于项目建设资料，且专家打分主要依据项目施工方案，本文仅对绿色低碳公路指标体系构建、综合模糊评价进行了初步探索，具体效果还需项目通车后做进一步检验。