《Resources, Conservation and Recycling》：An integrated life cycle assessment framework for bike share systems incorporating battery swapping and data-driven rebalancing modeling
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•开发了一个综合性的生命周期评估（LCA）框架，纳入了电池更换、站点能源使用以及数据驱动的再平衡运营。•电池更换贡献了系统总排放量的9%–12%。•将电池更换与再平衡整合后，碳强度可降低约4%。引言共享单车系统在全球范围内快速增长。截至2024年12月，全球共有2145个共享
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开发了一个综合性的生命周期评估（LCA）框架，纳入了电池更换、站点能源使用以及数据驱动的再平衡运营。
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电池更换贡献了系统总排放量的9%–12%。
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将电池更换与再平衡整合后，碳强度可降低约4%。
引言
共享单车系统在全球范围内快速增长。截至2024年12月，全球共有2145个共享单车系统在运营，拥有共计9,278,605辆自行车。共享单车系统已覆盖除南极洲以外的所有大洲上的92个国家、超过1700个城市（O'Brien et al., 2025）。这种快速增长反映了其作为一种可持续交通方式得到广泛认可，这得益于其依赖人力驱动和共享使用的特点。然而，支撑这些系统运行需要专门的基础设施，包括自行车、站点和车桩，以及再平衡、电池更换、能源消耗和报废管理等运营活动（Chen et al., 2023; Luo et al., 2019; Zhang and Mi, 2018）。这些组成部分会带来环境影响，可能会抵消骑行本身带来的直接环境效益。
量化共享单车系统的环境影响需要对其系统组成和生命周期过程进行全面理解，这要求进行生命周期评估（LCA）。LCA提供了一种系统化的框架，用于评估从原材料开采、生产、运输、使用阶段到报废管理全生命周期的环境影响（Rebitzer et al., 2004）。现有针对共享单车系统的LCA研究主要关注与基础设施相关的影响，包括自行车、站点和车桩的生产与维护（Bonilla‐Alicea et al., 2020; Chen et al., 2020）。近期研究开始将运营活动纳入考量，特别是单车再平衡，这已被识别为显著的排放来源（Chen et al., 2023）。此外，一些研究通过考虑交通方式替代所避免的排放来评估净环境效益（Chen et al., 2022; Kou et al., 2020; Luo et al., 2019）。
然而，尽管取得了上述进展，现有LCA研究仍未能完整表征共享单车系统使用阶段的影响。若干关键运营过程仍被遗漏或量化不足。首先，最新证据表明，共享单车系统往往需要超出站点光伏（PV）供电能力以外的额外电网电力，因而需要进行频繁的电池更换操作（Li et al., 2023）。平均而言，芝加哥Divvy共享单车系统的每个站点每年需要超过70次电池更换，而这些电池通过卡车运输，运输过程会产生额外排放。然而，这些电池更换活动在以往LCA分析中大多被忽视，这将低估共享单车系统的环境影响。其次，既往LCA研究要么忽略了站点能源消耗的影响（Bonilla‐Alicea et al., 2020; Sun and Ertz, 2022），要么假设所有站点仅使用光伏（PV）电力，这将高估其环境效益（Luo et al., 2019）。第三，单车再平衡的环境影响通常使用简化系数而非实证数据进行估算（Bonilla‐Alicea et al., 2020; Luo et al., 2019; Mao et al., 2021）。尽管大多数学者发现再平衡对环境影晌贡献显著，但他们的估算并未基于特定系统的数据，导致主观性和不确定性（关于现有文献的更详细讨论见第2节）。
现有文献的这些局限性表明，需要一个更加全面的框架来更好地评估共享单车系统的环境影响，尤其是来自运营活动的影响。为应对这一需求，本研究提出了一个综合性LCA框架，明确纳入了关键运营因素，包括电池更换行程、站点能源消耗和再平衡行程。以芝加哥Divvy共享单车系统为案例研究，该框架在多个影响类别下量化了全生命周期的环境影响。通过捕捉这些被忽视的运营过程，所提框架提高了共享单车系统环境影响估算的完整性和准确性，并为明智且可持续的系统规划与管理提供了更坚实的基础。
章节摘要
文献综述
现有针对共享单车系统的LCA研究通常考虑了两个方面：1）基础设施在整个生命周期中的环境影响，包括站点、车桩和自行车的制造、使用和报废；2）来自运营活动的环境影响，包括再平衡、能源消耗和电池更换行程（表1）。大多数研究一致纳入了基础设施相关影响，而运营
数据与系统信息
我们选择芝加哥Divvy共享单车系统作为案例研究，因其站点位置、规模和用户需求的多样性。Divvy共享单车系统于2013年启动，是美国规模最大的共享单车系统之一，在站点数量、自行车数量、用户数量和交易量方面均处于领先地位（"Divvy," n.d.）。截至2019年，Divvy运营超过5100辆自行车和611个站点。单车站点遍布芝加哥全境，主要集中在中央商务区（CBD）。为了估算
电池更换与再平衡行程的距离分布和季节变化规律
电池更换行程的总距离约为再平衡行程的一半，使其成为整体运营负担的重要组成部分。当电池更换独立进行时，2019年全年需要总行驶距离为136,311公里，相当于每自行车-公里行驶0.0129公里（表2），表明存在不可忽略的运营负担。将电池更换整合进再平衡行程后，该距离大幅减少至95,318公里
讨论
结果表明，在芝加哥Divvy系统等大型站点式共享单车系统中，电池更换行程是运营温室气体排放和环境影晌的一个重要来源。这种影响在空间覆盖范围广泛、需求强度高且站点集群密集的系统尤为显著，在这些系统中，有限的现场太阳能发电，特别是在高层建筑密集的城市核心区域或有树木遮挡的区域，会增加对电网的
结论
本研究提出了一个综合性的生命周期评估框架，明确纳入了以往共享单车系统评估中大多被忽视的运营活动，特别关注电池更换、站点能源消耗和再平衡操作。以芝加哥Divvy共享单车系统为案例研究，结果表明电池更换行程是运营行程和温室气体排放的一个重要来源，
CRediT作者贡献声明
Yue Shirley Li： 写作——审阅与编辑，写作——原稿撰写，可视化，验证，软件，方法论，调查研究，形式化分析，数据整理。Yiming Liu： 验证，软件，方法论，调查研究，形式化分析。Hua Cai： 写作——审阅与编辑，监督，概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
Yue Shirley Li|Yiming Liu|Hua Cai
