基于LCA理论半刚性基层沥青路面人体健康损害评价

边亚东，豆康健，李 力，王克俭

（中原工学院，郑州 450007）

随着城镇化快速发展，城市规模不断扩大，带动了城市道路建设爆发性增长。“十三五”规划提出2020年城镇化率达到60%，人均拥有道路面积15.6 m2，较2010年同比增长18.2%[1]。半刚性基层沥青路面结构是城市道路工程主要的路面形式，路面工程生命周期过程中排放的SO2、NO2和PM10等，进入呼吸系统时刺激呼吸道，造成不可逆转的损害。长期吸入吸附在颗粒物上的SO2，可促使肺组织发生纤维性病变，导致肺气肿、支气管哮喘[2]。

当前，关于人体健康损害评价的研究主要集中于环境毒理学领域，建筑、化工、煤矿行业健康损害研究评价体系已经开展[3-5]。道路工程人体健康损害评价研究较少，基础数据地域性差异大，难以为多数研究者借鉴。

本文依据LCA理论，采用定额法、SimaPro软件定量评价路面工程生命周期中的环境污染排放，分析其对人体健康损害的社会支付意愿值，结合郑州市工程实例，针对性地提出改善的建议和方法。

1　基于LCA理论人体健康损害评价

1.1　目标和范围的确定

本文将路面工程中的基层和面层作为一个完整的产品生命周期进行研究，分为原材料生产、建造、养护拆除三个阶段，对各阶段中产生的污染物对人体健康损害做评价。废弃物资源的重复利用、日常维护产生的能耗和排放不在研究范围之内。

道路几何尺寸指道路的长度、宽度和行车道数，反映道路实际的规模，在施工机械设备配合使用、原材料组成分析等方面，匹配相应的实际工程项目规格和规模进行数值模拟。依据实例项目情况规定铺筑长度1 km、宽3.75 m路面结构为5 cm AC-16+8 cm AC-25面层+34 cm基层+18 cm底基层为1功能单位，路面结构如图1所示。道路翻修方案是将原有沥青路面铣刨，并重新铺筑新的沥青面层。路面养护方案为铣刨5 cmAC-16面层，并重新铺筑，道路拆除时旧路基、路面全部刨除，日常维护、废弃材料再生技术、新路面铺筑不在考虑范围内。

图1　道路结构

1.2　清单分析

清单分析是生命周期评价的重要环节，为实现研究目的对所需数据的收集，本研究材料生命周期时效清单数据采用狄向华、丁宁、刘夏璐、徐小宁、欧洲沥青协会和SimaPro软件数据库等，经计算得出非金属资源开采、化石能源供应、电力能源模块、沥青、水泥、砂子、不同粒径规格碎石、柴油的研究数据，为下文软件模拟、人体健康损害评价提供定量化数据支持[6-10]。

1.3　影响评价

依据目标和范围，确定影响类型并进行定义，将清单分析中的污染物排放划分到相应影响类型中，并应用评估工具将污染物潜在的影响进行分析，量化成相同形态或单位比较。本文研究人体健康损害主要分析呼吸系统疾病损害，路面工程生命周期过程中排放的SO2、NO2和PM10，导致人体健康损害，进而诱发心脑血管等疾病。为确定污染物与损害终端的当量关系，采用归宿、效应、损害分析过程，将污染物量转化为健康损害类型指标值，最终通过货币化分析，对比污染物健康损害大小[3]。

1.3.1归宿分析

归宿因子FF是指研究空间范围内污染物浓度增加量与污染物排放量的比值，如式（1）所示。

式中，Ci为污染物i在空间中的浓度增加值，µg/m3；Mi为污染物i年排放量，µg/a。

据中国环境监测总站和郑州市环境统计年报数据可得，SO2、NO2和PM10的FF值如表1所示。

表1　SO2、NO2和PM10的FF值

1.3.2效应分析

效应因子指研究空间内污染物单位浓度增加造成某种损害效应发病例数的增加值，如式（2）所示。

式中，EFij为污染物i导致效应终端j的效应因子，case/（µg/（m3/a））；Pd为空间内人口密度，P/m2；S为空间内面积，m2；URij为单位风险因子，人一生（70 a）暴露于单位浓度污染物i增加造成效应终端j的病例增加数，case/（µg/m3）；Lt为空间内人群的平均寿命，a。

损害效应的发病率的本底值（Incidence Rate，IR）与发病率的相对增加率（Relative Risk，RR）乘积是损害效应发病率的年增加值，单位风险因子（Unit Rate，UR）计算如式（3）所示[3]。

污染物浓度和病例增加值的关系已得到卫生学研究证明[11-12]。根据郑州市统计年鉴，郑州市辖区总面积7 446 km2，人口密度1 306人/km2，则SO2、NO2和PM10的EF值如表2所示。

表2　SO2、NO2和PM10的EF值

1.3.3损害分析

本文为表示损害因素对人体健康的损害而选用伤残调整健康损失年（Disability Adjusted Life Years，DALY）指标，将不同的损害终端发病例数转化为同一量纲、同一类型指标表示的健康效应[13]。

DALY包括因早逝所致寿命损失年（Years of Life Lost，YLL）和失能或病后伤残所致的健康生命损失年（Years of Life with Disability，YLD），如式（4）所示，单位为a/case。

YLD由伤残持续时间L和伤残权重D确定，伤残权重取值范围为0～1，以评估不同伤残状态健康损害程度，0表示健康，1表示死亡，如式（5）所示。

YLL取决于标准期望寿命损失年，即研究区域一年中受损害效应终端导致各年龄组预期生命损失年总和除以受损害效应终端导致的死亡人数，如式（6）所示。

式中，DRij为年龄组i的死亡率；PRi为年龄组i人口占总人口比重；LEi为年龄组i期望寿命。

根据现有病理学研究成果，呼吸系统疾病住院伤残权重及发病具体持续时间为0.050 0、0.002 7，则YLD值为1.35E-04a，呼吸系统疾病急性死亡YLL值为13.70 a[14]。

1.3.4货币化分析

本文路面工程生命周期健康损害评价体系采用货币化法确定健康损害类型的权重，能直观地反映出人体健康损害水平。

依据人力资本法成果，采用购买力平价法（Purchasing Power Parity，PPP）间接地计算出我国居民单位DALY的WTP值（Value of Life Year，VLY）[15]。据世界银行数据显示，美国居民生命价值为500万～1 200万美元，2016年中美两国按PPP衡量人均国民总收入为15 470美元和58 700美元。据此得出中国居民生命价值为132.8万～316.2万美元，取中间值224.5万美元，推算出中国居民VLY值为3.207万美元，即1.924E+05元。

通过健康损害评价模型，得到单位质量污染物健康损害社会支付意愿值，如表3所示。

2　实例分析与评价

笔者将已经建立的健康损害评价体系、功能单位生命周期清单数据、单位质量污染物社会支付意愿值、SimPro软件应用到工程实例分析中，得到实际工程的呼吸系统健康损害表现。实例选取郑州市某道路工程——城市1级道路，全长14.12 km，双向八车道。基于功能单位清单分析，实例分析不考虑道路流水施工等影响，工程清单数据等同于113个功能单位进行分析与评价。

本研究数据来源主要采用定额数据及工程资料，基于定额量化预估方法研究道路工程生命周期的资源、能源消耗。道路材料运距如表4所示，道路建设阶段能源的使用，参考《公路工程机械台班费用定额》中机械设备台班消耗数据，依据《公路工程预算定额》确定资源消耗量，如表5所示，每功能单位建造和养护拆除阶段能源消耗如表6、表7所示。

表3　污染物社会支付意愿值

表4　道路材料运距

表5　每功能单位路面结构生命周期原材料消耗

表6　每功能单位建造阶段能源消耗

表7　每功能单位养护拆除阶段能源消耗

通过能源折算系数折算得到，养护拆除阶段能耗为566 211.13 MJ，建造阶段能耗为910 295.67 MJ，占比62%。其中，建造阶段原材料和固废运输消耗的资源较大，沥青混合料拌和阶段能耗高于水泥稳定混合料能耗，其主要原因在于沥青混合料加热消耗大量的能源。

由表3单位质量SO2、NO2和PM10造成的WTP分别为0.116 3元/a、0.166 3元/a和0.945 0元/a。污染物造成呼吸系统疾病住院和急性死亡的WTP为6.37E-04和1.227元/a。运用SimaPro软件模拟实例工程生命周期污染物排放量，如表8所示，则可得各个阶段的社会支付意愿值。

社区矫正将地点设定在社区，其初衷是希望犯罪人员能够通过与社区人员、环境的接触，借助社会的力量尽早融入社区生活。而实践中，社会力量较少参与社区工作，这与社区矫正的初衷背道而驰。司法所不仅要对社区服刑人员加强法制宣传，更要对广大社区居民进行社区矫正宣传，提高他们对社区矫正工作的认可度，号召大家参与社区矫正工作，帮助服刑人员尽快回归社会。

表8　生命周期污染物排放及造成的支付意愿值

评价结果显示，该路面结构生命周期健康损害WTP为247 899.56元/a。其中，PM10造成的健康损害最高，为189 000元/a，其次是NO2和SO2。原材料生产阶段是生命周期过程中造成健康损害最高的阶段，为228 404.96元/a，占全部的92.13%。

因此，在路面工程生命周期过程中，降低原材料生产污染物排放成为重点，水泥稳定混合料考虑使用经过处理的再生骨料，增加材料循环次数，降低污染物排放。在原材料加工制备、道路工程施工等过程中增加扬尘污染物抑制设备，降低颗粒物对人体的健康损害。

3　结语

对于半刚性基层沥青路面结构生命周期过程产生的典型污染物SO2、NO2和PM10进行呼吸系统健康损害评价，采用定额法结合工程资料，定义路面结构功能单位，计算每功能单位资源、能源消耗，通过SimPro软件模拟计算得出各个阶段的污染物排放量。通过归宿、效应、损害、货币化分析，将污染物对人体呼吸系统造成的潜在影响用货币化形式表达。结合郑州市某典型道路，对其路面结构进行健康损害评价研究，结果表明，PM10造成的健康损害最高，其次是NO2和SO2；原材料生产阶段造成健康损害最高，占比达92.13%；呼吸系统疾病的最大健康威胁为急性死亡。