一种公路建养全过程碳减排的管理方法

1.本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种公路建养全过程碳减排的管理方法。

背景技术：

2.公路绿低碳发展对促进交通基础设施与生态空间协调至关重要，其建设养护施工活动对水泥、钢材、沥青等建筑材料以及化石燃料驱动施工机械使用量大，碳排放强度高，是碳排放控制和减少的关键。未来公路建设里程持续增加，已建道路养护任务也日益繁重，减排形势不容乐观。
3.目前国家级行业重大战略文件均要求“从公路设计、建设、养护等全寿命周期进行全过程减碳”。而目前公路建养全过程减碳管理多注重政策制度建设，针对建设主体、管理主体、项目、施工、结构等多主体多尺度的实际参与者或者碳排放源头缺乏量化、层次不清、边界不明、治理缺乏抓手。已有的碳排放管理方法也侧重在工业、建筑领域，对于具有线域跨时空特点的公路交通适应性有限，不利于针对性解决公路建养复杂全过程减碳问题。

技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的公路建养全过程碳减排的管理方法解决了现有的碳排放管理方法不利于针对性解决公路建养复杂全过程的减碳问题。
5.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种公路建养全过程碳减排的管理方法，包括以下步骤：
6.s1、核算公路建养活动碳排放；
7.s2、基于碳排放核算结果进行碳排放溯源；
8.s3、针对溯源结果，对公路建养活动碳排放进行评价；
9.s4、基于评价结果，根据溯源结果对公路建养减碳方案进行优化，并基于优化结果进行碳减排管理。
10.进一步地，所述步骤s1具体为：
11.s11、采集公路建养活动水平数据a；
12.s12、获取公路建养活动碳排放产生源的排放系数b；
13.s13、基于采集的活动水平数据a和排放系数b，核算公路建养活动的多尺度碳排放e＝a
×
b；其中，多尺度碳排放为碳排放总量或碳排放强度。
14.进一步地，所述步骤s2具体为：
15.分别以公路建养活动的碳排放总量和碳排放强度为计算结果，从公路建养活动的各尺度中确定碳排放主要贡献源，进而识别公路建养活动的碳排放总量和碳排放强度的热点和冷点；
16.其中，公路建养活动的尺度包括主体、结构、分部、分项、工序、材料和机具。
17.进一步地，所述步骤s3具体为：
18.s31、基于碳排放溯源结果，选择对应的低碳技术；
19.s32、确定碳排放评价指标；
20.s33、基于确定的碳排放评价指标，对公路建养活动碳排放中的低碳技术进行评价。
21.进一步地，所述步骤s32中确定的碳排放评价指标为单一指标，其为碳排放；
22.所述步骤s33具体为：
23.将各低碳技术的碳排放和基础碳排放进行比较，将碳排放减少的各低碳技术的碳排放进行比较，进而评价各低碳技术的碳减排效果。
24.进一步地，所述步骤s32中确定碳排放评价指标为综合指标评价体系，其评价指标包括性能、成本、碳排放、水污染以及大气污染；
25.所述步骤s33具体为：
26.s33-1、基于确定的评价指标构建综合指标评价体系；
27.s33-2、对于每个低碳技术，确定对应的每个评价指标的菲尔德分数；
28.s33-3、对各评价指标赋予权重，进而计算每个低碳技术在各评价指标下的得分。
29.进一步地，所述步骤s4具体为：
30.s41、根据碳排放溯源结果，针对公路建养不同尺度的碳排放热点产生特征进行低碳技术匹配；
31.s42、基于低碳技术匹配结果，考虑多种低碳技术的适用性，进行低碳技术应用在公路建养不同尺度碳排放源头的组合；
32.s43、基于不同的低碳技术组合，进行各公路建养减碳方案的比选；
33.s44、基于比选结果，采用全局优化方法对公路建养减碳方案进行迭代优化，获得最终的公路建养减碳方案，进而进行碳减排管理。
34.进一步地，所述步骤s43具体为：
35.s43-1、计算不同的低碳技术组合下，分析对象的碳排放；
36.s43-2、基于公路建养活动碳排放时选取的评价指标，计算各低碳技术组合下的评价指标得分，进而确定各低碳技术组合下公路建养减碳方案的效果，实现方案比选。
37.本发明的有益效果为：
38.(1)本发明提供了一种公路建养全过程碳减排的管理方法，通过提供具备“核算-溯源-评价-优化-决策”完整流程的碳排放管理体系，可确保公路建养复杂环节、多个主体、多个阶段、多元要素等多层级碳排放相关对象的碳排放都能实现可量化、可核查、可对比，使得公路建养减碳尺度更加精准，减碳更深度。
39.(2)本发明旨在满足“碳达峰、碳中和”新要求下公路建设多主体协同和多环节共抓的治理需求，有效提升公路建设减碳治理能力，保证落实公路建设行业双碳目标。
40.(3)本发明提出的管理方法使得公路建养减碳流程更清晰、可标准化、抓手更有力，可提高碳管理效率。
附图说明
41.图1为本发明提供的公路建养全过程碳减排的管理方法流程图。
具体实施方式
42.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
43.本发明实施例提供了一种公路建养全过程碳减排的管理方法，如图1所示，包括以下步骤：
44.s1、核算公路建养活动碳排放；
45.s2、基于碳排放核算结果进行碳排放溯源；
46.s3、针对溯源结果，对公路建养活动碳排放进行评价；
47.s4、基于评价结果，根据溯源结果对公路建养减碳方案进行优化，并基于优化结果进行碳减排管理。
48.本发明实施例的步骤s1具体为：
49.s11、采集公路建养活动水平数据a；
50.s12、获取公路建养活动碳排放产生源的排放系数b；
51.s13、基于采集的活动水平数据a和排放系数b，核算公路建养活动的多尺度碳排放e＝a
×
b；其中，多尺度碳排放为碳排放总量或碳排放强度。
52.本实施例的步骤s11中，活动水平为公路建养施工活动所消耗的材料用量、施工机械的台班数、运输车辆的台班数、沥青拌合设备的耗电量、施工机具的耗油量等，也可为分部、分项、工序等工程数量，例如，对于某一分部工程桥梁面层，其活动水平数据为沥青混凝土面层3000m3，通常可通过工程估算、概预算文件、决算文件、工程量清单、施工台账获取，或需配合《公路工程估算定额》、《公路工程概算定额》、《公路工程预算定额》等文件查阅计算获得。
53.本实施例的步骤s12中，通过能耗转换计算方法或现场测试的方法获取公路建养活动中所涉及的材料、机具、运输车辆、装备的不同公路类型、作业条件、运行工况等情景下的碳排放系数。
54.本实施例的步骤s13中，采用“自上而下”的方法完成公路建养不同尺度对象的碳排放核算，碳排放核算结果可以为碳排放总量也可以为碳排放强度，例如，总量计算，分部工程碳排放为其包含的所有分项工程碳排放之和，各分项工程碳排放为其包含的所有工序碳排放之和。强度计算，不同尺度碳排放总量除以该尺度物理统计总量，公路总里程为2000车道公里，碳排放总量为400000吨，则该公路的碳排放强度为200吨/车道公里。
55.本实施例中，以碳排放总量为核算结果的计算方法为：
56.(1)确定公路建养活动的建设参数，包括分析周期、结构构成以及活动要素；
57.(2)基于建设参数，构建公路建养活动碳排放总量核算的系统边界；
58.其中，系统边界包括：
59.层次一：包括材料加工和能源使用的直接碳排放；
60.层次二：为在层次一的基础上的材料生产过程的碳排放；
61.层次三：为在层次二的基础上的能源生产过程碳排放；
62.层次四：为在层次三的基础上的机具、车辆生产过程碳排放。
63.(3)基于构建的系统边界，构建分析对象的多尺度碳排放核算数字化模型；
64.其中，构建的碳排放核算数字化模型中：
65.分析对象在分析周期内层次一的总碳排放为：分析对象在分析周期内层次一的总碳排放为：为分析对象在层次一中时间t内的碳排放为层次一内各分部、分项、工序以及工艺结构的碳排放累计之和，
66.分析对象在分析周期内层次二的总碳排放为：放为：为分析对象在层次二中时间t内的碳排放为层次二内各分部、分项、工序以及工艺结构的碳排放累计之和，
67.分析对象在分析周期内层次三的总碳排放为：分析对象在分析周期内层次三的总碳排放为：为分析对象在层次三中时间t内的碳排放为层次三内各分部、分项、工序以及工艺结构的碳排放累计之和，
68.分析对象在分析周期内层次四的总碳排放为：分析对象在分析周期内层次四的总碳排放为：为分析对象在层次四中时间t内碳排放为层次四中内各分部、分项、工序以及工艺结构的碳排放累计之和，
69.其中，n为分析周期内时间区间划分数。
70.具体地，层次一～层次四对应的施工作业层碳排放核算公式依次为式中，为材料加工碳排放，为能源使用碳排放，为材料生产碳排放，为能源生产碳排放，为机具、车辆运输生产碳排放，i,j,k为不同的分部、分项、工序、工艺结构编号；
71.由此得到，在任一层次中碳排放e的计算公式为：e＝a
×
b，a为活动水平数据即对应活动要素的消耗量，b为碳排放系数即系统边界中单位要素的碳排放量。
72.本发明实施例的步骤s2具体为：分别以公路建养活动的碳排放总量和碳排放强度为计算结果，从公路建养活动的各尺度中确定碳排放主要贡献源，进而识别公路建养活动的碳排放总量和碳排放强度的热点和冷点；其中，公路建养活动的尺度包括主体、结构、分部、分项、工序、材料和机具。
73.本实施例中，以碳排放总量为计算结果，识别碳排放总量的热点和冷点的方法具体为：
74.(1)基于计算的各个层次的碳排放量；
75.(2)采用k-means聚类方法对不同层次的聚类样本进行分配，获得聚类样本分配结
果；
76.(3)基于聚类样本分配结果、各个层次的碳排放量，确定碳排放总量的热点和冷点。
77.具体地，利用利用样本均值法更新各个分配类的中心向量，直至各个聚类样本与各个类的中心向量的距离d
ijz
小于设定距离阈值，更新聚类样本的分类数k，得到最优聚类参数k
′
，基于最优聚类参数k
′
，根据各个分配类排序，确定各层级碳排放量的热点和冷点。在确定碳排放热点和冷点的过程中，判断标准以聚类的分类以及聚类的离散情况来进行确定，对于离散性较小的分类，可取碳排放量较高的分类数前30％的为热点；后30％的为冷点。对于离散性较大的分类，可取碳排放量较高的分类数前20％的，为热点；后20％的为冷点。具体取值受样本碳排放量特征影响；基于此确定原则为，贡献了大量的碳排放的分类为热点，反之为冷点。
78.本发明实施例的步骤s3具体为：
79.s31、基于碳排放溯源结果，选择对应的低碳技术；
80.s32、确定碳排放评价指标；
81.s33、基于确定的碳排放评价指标，对公路建养活动碳排放中的低碳技术进行评价。
82.本实施例的步骤s32中确定的碳排放评价指标为单一指标，其为碳排放；
83.本实施例的步骤s33具体为：
84.将各低碳技术的碳排放和基础碳排放进行比较，将碳排放减少的各低碳技术的碳排放进行比较，进而评价各低碳技术的碳减排效果。
85.例如，若低碳技术1碳排放较与基础碳排放量减少，则技术1具备低碳效果，若低碳技术2碳排放减少量高于低碳技术1，则以碳排放为评价指标，低碳技术2优于低碳技术1；具体地，其中低碳技术1可以为零碳水泥，低碳技术2可以为氢能源摊铺机。
86.本实施例的步骤s32中确定碳排放评价指标为综合指标评价体系，其评价指标包括性能、成本、碳排放、水污染以及大气污染；
87.本实施例的步骤s33种采用菲尔德法结合综合权重进行评价，如表1所示，具体为：
88.s33-1、基于确定的评价指标构建综合指标评价体系；
89.s33-2、对于每个低碳技术，确定对应的每个评价指标的菲尔德分数；
90.s33-3、对各评价指标赋予权重，进而计算每个低碳技术在各评价指标下的得分。
91.表1：菲尔德法结合综合权重评价表
[0092][0093]
以表1中内容为例，低碳技术1和低碳技术2的性能指标，低碳技术1优于技术2；对于成本指标，低碳技术1优于低碳技术2；对于碳排放指标，低碳技术2优于低碳技术1；对于水污染指标，低碳技术2优于低碳技术1；对于大气污染指标，低碳技术2优于低碳技术1，则最终低碳技术2与低碳技术1的优劣判决，通过构建综合指标评价体系，用菲尔德法结合权重建立综合评分计算方法完成评价。
[0094]
本发明实施例的步骤s4具体为：
[0095]
s41、根据碳排放溯源结果，针对公路建养不同尺度的碳排放热点产生特征进行低碳技术匹配；
[0096]
s42、基于低碳技术匹配结果，考虑多种低碳技术的适用性，进行低碳技术应用在公路建养不同尺度碳排放源头的组合；
[0097]
s43、基于不同的低碳技术组合，进行各公路建养减碳方案的比选；
[0098]
s44、基于比选结果，采用全局优化方法对公路建养减碳方案进行迭代优化，获得最终的公路建养减碳方案，进而进行碳减排管理。
[0099]
本实施例的步骤s41中，基于所述的匹配方法，得到低碳技术1，低碳技术2，低碳技术3，低碳技术4是在符合条件下针对工序1的低碳技术，低碳技术2，低碳技术1，3，5，6是在符合条件下针对工序2的低碳技术，低碳技术1，2，7，8，9是在符合条件下针对工序3的低碳技术。
[0100]
本实施例的步骤s41中的碳排放热点产生特征是指产生高碳排放的原因，具体包括设计参数、材料选择、工序组织、工艺操作、机具选择等
[0101]
本实施例的步骤s42中，基于所述的组合方法，某分项工程包含工序1，工序2，工序3，则对不同工序的低碳技术进行组合，可能结果出现组合1＝{技术1，技术3，技术7}，组合2＝{技术1}，组合3＝{技术3，技术7}等。
[0102]
本实施例的步骤s43具体为：
[0103]
s43-1、计算不同的低碳技术组合下，分析对象的碳排放；
[0104]
s43-2、基于公路建养活动碳排放时选取的评价指标，计算各低碳技术组合下的评价指标得分，进而确定各低碳技术组合下公路建养减碳方案的效果，实现方案比选。
[0105]
本发明实施例中，提供了基于上述获得公路建养减碳方案进行公路建养全过程碳减排的管理决策过程：
[0106]
(1)构建基于步骤s1-s4的碳排放管理机制，该机制包括公路建养不同主体在多尺度碳排放过程中数据采集、监测、核算、溯源、评价、优化、监管等完整流程中的运行机制；
[0107]
(2)基于建立的管理机制，构建包含公路建养不同主体在多尺度碳排放过程中数据采集、监测、核算、溯源、评价、优化、监管等完整流程中的制度，规范范围、要求及责权；
[0108]
(3)基于建立的管理机制和管理规范，建立从数据采集、监测、核算、溯源、评价、优化到监管全方位立体化的标准规范，实现科学管理和提高管理效率。
[0109]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

技术特征：

1.一种公路建养全过程碳减排的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、核算公路建养活动碳排放；s2、基于碳排放核算结果进行碳排放溯源；s3、针对溯源结果，对公路建养活动碳排放进行评价；s4、基于评价结果，根据溯源结果对公路建养减碳方案进行优化，并基于优化结果进行碳减排管理。2.根据权利要求1所述的公路建养全过程碳减排的管理方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：s11、采集公路建养活动水平数据a；s12、获取公路建养活动碳排放产生源的排放系数b；s13、基于采集的活动水平数据a和排放系数b，核算公路建养活动的多尺度碳排放e＝a
×
b；其中，多尺度碳排放为碳排放总量或碳排放强度。3.根据权利要求2所述的公路建养全过程碳减排的管理方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：分别以公路建养活动的碳排放总量和碳排放强度为计算结果，从公路建养活动的各尺度中确定碳排放主要贡献源，进而识别公路建养活动的碳排放总量和碳排放强度的热点和冷点；其中，公路建养活动的尺度包括主体、结构、分部、分项、工序、材料和机具。4.根据权利要求2所述的公路建养全过程碳减排的管理方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：s31、基于碳排放溯源结果，选择对应的低碳技术；s32、确定碳排放评价指标；s33、基于确定的碳排放评价指标，对公路建养活动碳排放中的低碳技术进行评价。5.根据权利要求4所述的公路建养全过程碳减排的管理方法，其特征在于，所述步骤s32中确定的碳排放评价指标为单一指标，其为碳排放；所述步骤s33具体为：将各低碳技术的碳排放和基础碳排放进行比较，将碳排放减少的各低碳技术的碳排放进行比较，进而评价各低碳技术的碳减排效果。6.根据权利要求4所述的公路建养全过程碳减排的管理方法，其特征在于，所述步骤s32中确定碳排放评价指标为综合指标评价体系，其评价指标包括性能、成本、碳排放、水污染以及大气污染；所述步骤s33具体为：s33-1、基于确定的评价指标构建综合指标评价体系；s33-2、对于每个低碳技术，确定对应的每个评价指标的菲尔德分数；s33-3、对各评价指标赋予权重，进而计算每个低碳技术在各评价指标下的得分。7.根据权利要求3所述的公路建养全过程碳减排的管理方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：s41、根据碳排放溯源结果，针对公路建养不同尺度的碳排放热点产生特征进行低碳技术匹配；
s42、基于低碳技术匹配结果，考虑多种低碳技术的适用性，进行低碳技术应用在公路建养不同尺度碳排放源头的组合；s43、基于不同的低碳技术组合，进行各公路建养减碳方案的比选；s44、基于比选结果，采用全局优化方法对公路建养减碳方案进行迭代优化，获得最终的公路建养减碳方案，进而进行碳减排管理。8.根据权利要求7所述的公路建养全过程碳减排的管理方法，其特征在于，所述步骤s43具体为：s43-1、计算不同的低碳技术组合下，分析对象的碳排放；s43-2、基于公路建养活动碳排放时选取的评价指标，计算各低碳技术组合下的评价指标得分，进而确定各低碳技术组合下公路建养减碳方案的效果，实现方案比选。

技术总结

本发明公开了一种公路建养全过程碳减排的管理方法，包括：S1、核算公路建养活动碳排放；S2、基于碳排放核算结果进行碳排放溯源；S3、针对溯源结果，对公路建养活动碳排放进行评价；S4、基于评价结果，根据溯源结果对公路建养减碳方案进行优化，并基于优化结果进行碳减排管理。本发明通过提供具备“核算-溯源-评价-优化-决策”完整流程的碳排放管理体系，可确保公路建养复杂环节、多个主体、多个阶段、多元要素等多层级碳排放相关对象的碳排放都能实现可量化、可核查、可对比，使得公路建养减碳尺度更加精准，减碳更深度。减碳更深度。减碳更深度。