第2章生命周期评价发展及概念.docx
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第2章生命周期评价发展及概念
第2章生命周期评价发展及概念
2.1生命周期评价的起源和发展
生命周期评价是一种评价产品整个生命周期（即从摇篮到坟墓）的环境影响和资源消耗的方法。
生命周期评价最初是在物质和能量流分析的基础上发展而来的。
世界上的第一个生命周期评价的案例是1969年美国中西部研究所（MRI）
对可口可乐的饮料瓶进行的从最初的原材料采掘到最终的废弃物处理的全过程跟踪和定量分析，这是公认的生命周期评价研究开始的标志，也给目前的生命周
期清单分析方法确定了基础。
20世纪70年代早期，美国和欧洲的其他一些公司也完成了类似的生命周期清单分析。
这种把产品资源利用和环境排放量化的过程逐渐被认为是“资源和环
境纲要分析（ResourceandEnvironmentaiProfileAnalys，REPA”，在美国已经得到实践证实。
这种过程在欧洲被称为生态平衡（Ecobalanee）
20世纪70年代到80年代，生命周期评价还仅在很小的范围内展开，而且评价考虑的因素很少。
到了20世纪80年代以后，欧美从事工艺研究和环境评价的一些大学和顾问公司发展了生命周期评价这一方法，把“物质能量流平衡方法”引入到工业产品整个寿命周期的分析中，以考察工艺过程的各个环节，即原料的
开掘、制造、运输与分发、使用、循环使用，直至废弃的整个过程对环境的综合影响，并逐渐在企业中得到了应用，但由于方法的不规范，以致评价的结果很难达成一致，所以并没有广泛地展开。
20世纪90年代以后，国际环境毒理学和化学学会组织（SETAC在有关生命周期评价的国际研讨会上首次提出了“生命周期评价（LifeCycleAssessment
LCA”的概念。
经过20多年的实践，在国际环境毒理学和化学学会组织和国际标准组织（ISO的共同努力下，生命周期评价方法论的国际标准化取得了重要进展，于
1997至2000年相继推出了ISO14040-ISO1404等相关标准。
2.2生命周期评价的概念
目前，生命周期评价的定义有很多种提法，政府、企业和一些机构站在各自
的立场对它都有一番描述，如：
（1）美国环保局的定义：
对自最初从地球中获得原材料开始，到最终所有的残留物质返归地球结束的任何一种产品或人类活动所带来的污染物排放及其环境影响进行估测的方法；
（2）国际环境毒理学和化学学会（SETAC的定义：
是一个评价与产品、工艺或行动相关的环境负荷的客观过程，它通过识别和量化能源与材料使用和环境排
放，评价这些能源与材料使用和环境排放的影响，并评估和实施影响环境改善的机会。
该评价涉及产品、工艺或活动的整个生命周期，包括原材料提取和加工，生产、运输和分配，使用、再使用和维护，再循环以及最终处置；
（3）美国3M公司的定义：
在从制造到加工、处理乃至最终作为残留物有害废物处置的全过程中，检查如何减少或消除废物的方法；
（4）P&G公司的定义：
显示产品制造商对其产品从设计到处置全过程中所造成的环境负荷承担责任的态度，是保证环境确实而不是虚假地得到改善的定量方法;
（5）国际标准化组织GB/T24040-1999（ISO14040-1997:
）对在一个产品系统的生命中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价。
（6）联合国环境规划署（UNEP的定义：
生命周期评价是评价一个产品系统生命整个阶段一从原材料的提取和加工，到产品生产、包装、市场营销、使用、再使用和产品维护，直至再循环和最终废物处置一的环境影响的工具。
其中以国际环境毒理学和化学学会（SETAC和国际标准化组织（ISO）的定义最有权威性。
将这些概念归结起来，可以将生命周期评价表述为：
它是对产品的生命周期全过程（包括原料的采集、加工、生产、包装、运输、消费和回收以及最终处理等）的环境影响评价的一种思想和方法。
它首先辨识和量化整个生命周期阶段中能量和物质的消耗以及环境的释放，然后评价这些消耗和释放对环境的影响，最
后辨识和评价减少这些影响的机会，生命周期评价是注重研究系统在生态健康、人类健康和资源消耗领域内的环境影响的一种评价方法。
2.3生命周期评价的基本框架
图2.1生命周期基本框架
根据ISO14040标准所定义的生命周期评价技术框架，LCA的评价过程包括4
个有机联系的部分：
目的与范围的确定（GoalandScopeDefinition）生命周期清
单分析（LifeCycleInventoryAnalys）、生命周期影响评价（LifeCycleImpactAssessmen）和生命周期解释（LifeCycleInterpretation），如图2.1所示。
2.3.1目的与范围的确定
目的与范围的确定是生命周期评价的第一个环节，其重要性在于它将决定所进行生命周期评价的目的以及阐述所要研究对象的系数和数据形式。
它是生命周期评价的出发点和立足点，影响着研究方向的广度和深度。
生命周期评价的目的应根据研究的具体对象来确定，应明确阐述其使用意图、开展研究的理由及它的使用对象。
研究的目标分为三类：
观念的、初步的和完全的产品生命周期评价。
①观念的产品生命周期评价用于解决产品一环境系统的基本问题，主要向消费者描述环境标志产品应有的品质。
②初步的产品生命周期评价为半定量或定量地确定产品存在的主要环境问题，为产品的设计、开发及
企业内部环境管理服务，也可于政府部门的有关环境的决策研究。
③完全的产品生命周期评价则需要大量数据来支持产品环境体系的全面评价，用于环境标志的
认证、企业的外部宣传和政府的法规制定。
研究范围的界定主要是为了保证研究的广度和深度与要求的目标相一致，主
要有功能单位、系统边界、环境影响类型、假定条件、系统条件等。
这些工作虽研究目的的不同会产生很大地变化，没有一个标准的模式可以套用，但必须要反应出资料收集了影响分析的根本方向。
另外，LCA研究是一个反复的过程，根据收集到的数据和信息，可能要修正最初设定的范围来满足研究的目标。
2.3.2清单分析
清单分析是生命周期评价基本数据的一种表达，是进行生命周期影响评价的基础。
生命周期清单分析包括数据的收集和计算程序。
它是对生命周期全过程的物质流和能量流进行汇编和量化的过程。
在所确定的系统中，针对每个单元过程，建立基于功能单位的输入输出系统清单。
在产品系统的每个子系统内，物质和能量都要遵循物质和能量守恒定律。
清单分析既是LCA中影响评价的基础，又可直接于指导实践之用。
清单分析开始于原材料采购直到产品的最终消费和处置，其一般范围如图2.2所示。
清单分析的步骤可以用图2.3简要表示，可以看出它是一个不断重复的过程。
目的与范围的确定
完成的清单
图2.3清单分析程序略
2.3.3影响评价
生命周期影响评价是在完成目标确定及清单分析的基础上进行的，是将生命
周期评价得到的各种排放物对现实环境影响进行定性定量的评价，这是生命周期
评价最重要的阶段，也是最困难的阶段。
到目前为止，还缺乏公认的科学方法。
影响评价是对清单阶段所识别的环境影响压力进行定量或定性的表征评价，即确
定产品系统的物质、能源交换对其外部环境的影响。
国际标准组织（ISO）、环境毒理学与化学学会（SETAC和美国环境保护局（EPA都倾向于把影响评价定义
为一个“三步走”的模型，这三步是：
分类，特征化和量化。
分类是一个将清单分析的结果划分到不同影响类型的过程。
由于清单分析的
结果，即与产品和产品系统相联系的环境交换（输出和输入）因子之间常常存在复杂的因果链关系（图2.4），因此对生态系统和人体造成的环境影响也常常难以归为某一因子的单独作用。
不同环境影响类型受不同环境干扰因子影响，同一干扰
因子可能会对不同的环境影响都有贡献，如氮氧化物，同时对酸化和富营养化都有影响。
由于环境影响所造成的最终结果可能和环境环境干扰的强度及人类关注的程度有关，因此分类阶段的一个重要假设条件是：
环境干扰因子和环境影响类型存在一种线性关系，这在某种程度上是对研究过程的一种简化。
图2.4环境影响因果图
特征化的目的是将每一个影响类别中的不同物质转化和汇总成为统一的影响单元。
特征化的意义在于，选择一种衡量影响的方式，透过特定评估工具的应用，将不同的负荷或排放因子在各环境形态问题中的潜在影响加以分析，并量化
成相同的形态或是同单位的大小。
量化是确定不同环境影响类型的相对贡献大小或权重系数，以求得到总的影
响水平的过程。
经过特征化之后，得到的是单项环境问题类别的影响总值，评价则是将这些不同的各类别环境影响为体给予相对的权重，以得到整合性的影响指
标，并能对各种环境影响类型贡献进行对比，使决策者在决策的过程中，能够完善地捕捉及衡量全部的影响因素。
2・3・4结果解释
生命周期解释是从前三个阶段中的一个或几个得出结论，提出建议。
它是
个系统的过程，可以对结果信息进行识别、判定、检查和评价，并对此加以一定的表述，以满足评价目的和范围所规定的应用要求。
理想化的解释是在前三个步骤完成之后进行的，表现为两种形式：
事前性的
环境设计（DFE和事后性的污染控制，范围确定和清单分析阶段的有些有价值的行为也可在此阶段发挥作用，这是LCA的最终目的。
根据ISO14043标准，生命周期解释主要由以下3个要素组成，如图2.5所示。
（1）基于生命周期评价中清单分析和影响评价得出的结果识别重要问题；
（2）评估，包含完整性、敏感性和一致性检测；
（3）形成结论、提出建议并报告。
图2.5LCA解释阶段的要素和其他阶段之间
2.4生命周期评价的基本方法
生命周期评价的基本方法主要是指LCA第三个阶段即影响评价的评价的方法，这也是目前LCA研究的一个热点、难点，目前正处于探索阶段。
对于上文提到的影响评价“三步走”中的分类和特征化存在的分歧不大，而主要的分歧是针对量化来展开的，这也是目前研究的重点和开发对象。
对于现阶段，主要有两种观点：
环境影响评价是一个涉及政治、经济、社会等诸多因素的主观评价过程，可通过确定各环境影响因子相对重要性的大小（即确定权重），将总的影响表达为一个定量的数值。
由于权重的确定是一个主观的过程，对于相同的研究系统，不同的评价者可能得出不同的甚至截然相反的结论，从而大大影响评价结果的可信
性：
另一种观点认为，为了得到一个客观的评价结果，应尽量避免主观权重的使用或者用客观的单位来对环境影响进行表征。
针对所获得数据的特性，同时针对上述两种量化的观点，可以把LCA方法分为下面三类：
（1）基于确定数据的LCA方法；
（2）基于不确定数据的LCA方法；
（3）基于不完全数据的LCA方法。
（1）基于确定数据的LCA方法，是目前的普遍采用的一种影响评价方法，基本上可分为两步：
①米用当量因子法，对各种环境干扰因子进行标准化：
②米用目标距离原则，即用当前环境效应水平与要求达到的目标水平之间的距离，确定某种环境类型的重要程度即确定权重。
此外，也可采用专家打分、层次分析等确定权重的方法。
（2）基于不确定数据的LCA方法，考虑到指标数据及其重要程度的存在的不确定性，Geldermann等在模糊理论的基础上提出了一种模糊优序评价模型，该方法是多准则评价的一个子群，适用于对模糊数据的评价；但准确确定隶属函数是很困难的，为此，LeTeno等提出用区间数表示数据的不确定性的评价方法。
这两种方法不足之处是都需要确定权重。
为了避免权重确定的主观性，Gonzalez等采用模糊逻辑法对输入数据的不确定性问题进行处理。
该方法不需要专业的环境知识，能够快速、方便地获得产品在生命周期过程中对环境的影响，适用于各种类型企业；其不足之处在于它不如传统定量评价方法获得数据准确，但它能有效识别产品在生命周期过程中产生的主要环境负荷。
（3）基于不完全数据的LCA方法，针对产品信息量少，不具备常规CLA方法特点的体系，Chen等和Park等提出LCA与人工神经网络相结合的评价方法，该方法不需确定权重，它通过对已有的同类产品进行网络训练，从而预测新产品对环境的影响。
为了节省产品生命周期评价的时间和费用，Graedel等提出简式生命周期矩阵评价的方法，它是以生命周期评价为基础，评价产品的环境性能的一种半定量的方法。
它采用二维矩阵的表示方法，一维表示生命周期阶段，另一维表示环境影响类型，对矩阵中每一元素赋予一个数字表示环境影响的程度，然后求和。
该
方法具有简单、快捷、直观及不需确定权重等优点，且能得到较准确满意的评价结果。
然而，这种方法没有考虑到不同影响的重要性程度，随后，叶茂和和Patrie
提出了改进的加权简式生命周期矩阵评价的方法，目的是区别不同影响的重要性
程度，以便取得更好的结果。
2.5生命周期评价的意义和局限性
2.5・1生命周期评价的意义
生命周期评价对于我们的经济社会运行、可持续发展战略、环境管理系统等都带来了新的要求和内容。
归纳起来，生命周期评价的意义有以下几个方面：
（1）生命周期评价克服了传统环境评价的片面性、局部性的弊病，有助于
企业在产品开发、技术改造中选择更加有利于环境的最佳“绿色工艺”；
（2）应用生命周期评价有助于企业实施生态效益计划，促进企业的可持续发展；
（3）生命周期评价能够帮助企业有步骤、有计划地实施清洁生产；
（4）生命周期评价可以比较不同地区同一环境行为的影响，为制定环境政策提供理论支持；
（5）生命周期评价可以为授予“绿色”标签产品的环境标准提供量化依据；
（6）生命周期评价可以对市场行销进行引导，指导“绿色营销”和“绿色消费”
2・5・2生命周期评价的局限性
尽管LCA的研究已取得了一定的进展，可由于起步较晚，目前，LCA的理论和方法仍有很多不成熟之处，可以从以下几点概况：
（1）客观性的局限性，生命周期的评价的实施者对评价方法的理解、对被
评价系统的认识以及自身的知识背景和价值判断，都决定了LCA很难完全避免主观因素的影响。
例如，在确定系统的边界时，会依赖于评价者对评价对象的了解程度以及所确定的评价目的，而在定量的评价中，不同的系统边界会制定出差别较大的评价模型，从而可能导致完全不同的评价结果。
所以，人为的选取环境影响类型及评价模型会给评价结果带来一定的主观性；
（2）信息和数据的限制，由于评价指标的多样性（既有定性、定量指标，又有模糊指标）和不完整性，给产品的生命周期正确合理的评价带来很大的困难，尽管提出的方法很多，但是针对某类信息，还是缺乏一种统一的且被普遍接受的适合不同情况的影响评价的方法；
（3）时间和区域的局限性，生命周期评价是对系统产生的环境效益在时间和空间上的集成，但无论评价所提供的原始数据和评价结果，都无法充分体现时间性和区域性。
此外，传统的LCA仅仅限于对资源、能源和环境因素的分析，即考虑环境友好性，而针对我国国情来说，技术性、经济性等因素的考虑涉及较少，所以评价的结果不能正确反映我国实际的情况。
第3章桥梁建设生命周期阶段的影响分析
近十年来，随着我国交通事业的高速发展，桥梁建设的脚步也走上了一个新的台阶。
大量的桥梁的建设不仅是对资源、能源和人力的巨大消耗，更是对环境承载能力的一个巨大的考验，尤其是对我国目前严峻的环境形势来说，让我们认识这些影响因素更是迫在眉睫。
3.1桥梁建设对环境的有利影响
3.1.1社会环境影响
桥梁建设对国民经济的发展和人民生活质量的提高起着重要的作用，可以在
一定程度上标志着一个国家或者地区社会经济的发展水平。
桥梁作为交通的纽带工程，在平衡区域经济和加强区域合作的方面起到举足轻重的作用，尤其是近年
来我国先后建设的苏通大桥、杭州湾大桥、东海大桥等超大型桥梁为连接桥梁两端的经济发展和平衡做出了突出的贡献。
再者，这些大型桥梁的建设也推进了一个又一个世界先进技术的产生，成就了一批又一批世界领先的桥梁科技人才，造就了一项又一项桥梁的“世界之最”，为我国从世界桥梁大国到世界桥梁强国的发展打下了牢固的基础，这不但是中国桥梁事业的骄傲，也是中华民族的骄傲。
3.1.2生态环境影响
在现代生活中，桥梁在功能上已不再仅仅是作为基础设施而存在，从另一个方面来说它更是一个城市或区域的标志性公共建筑，所以，桥梁建设项目在担负
交通运输的作用之外，还融合了地域的地理环境、人文环境，体验美的感受，营造更好的景观休闲环境，大大提高了区域的知名度，甚至成为了让全世界认识的
“名片”。
而精心设计的与周围环境融合、协调的桥梁工程，因其较高的艺术观赏性、良好的视觉效果和审美价值，自身也成为了旅游风景的一部分。
同时，在施工的过程中，还可以通过绿化、生态补偿等措施恢复或者改善周边区域已经人工化或者破坏的生态系统，发展大桥生态产业。
3.2桥梁建设对环境的不利影响
3.2.1社会环境影响
虽然桥梁建设对推动区域经济的平衡和发展起到了重大作用，可是可带来了
诸如占用耕地、砍伐森林、调整水利设施、拆迁建筑物、居民再安置、景观分割、出行与交通不便等一系列的社会问题。
有的桥梁建设项目使当地居民的生活、文化教育以及基础经济发生了一定的改变；有的桥梁建成后，会增大沿线地区的交通量，从而交通事故的隐患也随之增大；有的桥梁则分割了原有的村庄之间的关系。
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