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基于LCA-LCCA的沥青道路结构设计优化
| 论文题名： | 基于LCA-LCCA的沥青道路结构设计优化 |
| 关键词： | 沥青道路;结构设计;环境评估;成本评估;全寿命周期 |
| 摘要： | 公路运输作为综合运输体系中的重要组成部分，在全寿命周期中需要耗费大量化石能源，导致了大量温室气体(GHG)、光化学烟雾、酸性气体、固体颗粒等污染物的排放；同时，公路建设项目投资巨大，随着交通运输网络的建成，运营与维护成本也逐年攀升。因此，可持续的、环保的绿色公路的相应需求随之增长，同时随着新公路的建设与保有公路的运营维护，探索可持续的、投资合理的公路显得十分重要。 首先，本文以全寿命周期环境评估(Life cycle assessment,LCA)与全寿命周期成本评估(Life cycle cost assessment,LCCA)为理论基础，建立了LCA-LCCA集成的综合评估模型，将沥青道路的全寿命周期划分为原材料生产阶段、厂拌阶段、施工阶段、运营阶段、维护阶段与寿命终止阶段(End of life,EOL),分别从环境影响与经济因素两个角度来评估沥青道路的完整寿命周期。其次，运用局部敏感型分析对LCA-LCCA模型进行敏感性评估，收集统计了LCA-LCCA模型的568个参数，分别对LCA与LCCA指标进行敏感性分析，分析得到了对环境与成本敏感的因素，并不同道路结构的案例进行局部敏感型分析，并发现了道路结构的环境-成本优化潜能。最后，基于基因算法(Genetic Algorithm,GA)优化理论对道路结构进行优化，以达到降低道路环境影响与经济的目的。基于帕累托最优论与GA的原理建立适应度函数，以Excel的Solver插件为计算工具，使道路全寿命周期环境影响与成本达到了帕累托最优状态，并基于数值模拟对1000个样本进行数据可视化探索出LCA、LCCA与道路结构之间的内在机理。 研究结果表明：（1）沥青道路全寿命周期中，运营阶段产生了最多的环境污染并花费了最多的成本。（2）同时对LCA与LCCA最敏感的参数是年日均车流量(Annual average daily traffic flow,AADT)，而道路结构的改变显示出一定的LCA可变性，和明显的LCCA的优化潜能。（3）优化的主要机理是沥青道路的结构厚度增加，使得维护次数减少与路面服务性能的改善与保持。道路结构发生变化时，降低环境影响会投入极大的成本，反之亦然。 研究结果进一步丰富了沥青道路优化理论，促进了环境保护与投资控制在公路建设领域的交叉融合，具有重要的理论意义。此外，研究成果也为基础建设领域通过设计阶段进行道路结构优化以降低环境影响与节约投资提供了新思路、新方法，具有重要的参考价值。 |
| 作者： | 王之悦 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 乔亚宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2022 |
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