《Science of The Total Environment》：Quantifying environmental impacts through the full life cycle assessment of permeable pavements
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摘要透水铺装可通过雨水下渗缓解城市内涝，还能实现雨水的非饮用用途再利用。然而，对其可持续性的评估往往缺乏涵盖运营成本与收益的全生命周期视角。本研究旨在为结合建筑雨水收集系统的透水铺装构建生命周期评估框架，并通过案例研究对该框架进行验证。研究采用ReCiPe 2016方法，从初始阶
摘要
透水铺装可通过雨水下渗缓解城市内涝，还能实现雨水的非饮用用途再利用。然而，对其可持续性的评估往往缺乏涵盖运营成本与收益的全生命周期视角。本研究旨在为结合建筑雨水收集系统的透水铺装构建生命周期评估框架，并通过案例研究对该框架进行验证。研究采用ReCiPe 2016方法，从初始阶段、运营阶段、维护阶段以及寿命终结阶段对环境影响进行评估，运营阶段共涉及九项可量化的收益与成本。研究对比了三种结合非饮用雨水收集系统的透水铺装方案与一种采用不透水沥青铺装及纯饮用水供应的传统方案，结果表明，在大多数影响类别中，透水铺装与雨水收集系统具有更优的环境性能。全球变暖潜力、生态毒性、毒性、水资源消耗以及富营养化程度均出现显著下降，这主要得益于城市热岛效应的减轻、材料碳化作用、雨水污染物去除以及部分替代饮用水。在整个生命周期中，初始阶段和运营阶段的影响最为显著。在大多数影响类别中，初始阶段对总影响的贡献率为24%至84%，而淡水富营养化、淡水和海洋生态毒性以及水资源消耗方面的影响则主要由运营阶段造成，其贡献率高达71%至99%。尽管研究结果取决于具体案例，但所提出的生命周期评估框架具有通用性，可应用于全球其他地区。这项研究为可持续城市基础设施、水资源管理以及基于证据的城市规划提供了新的理论依据。
引言
根据政府间气候变化专门委员会（IPCC，2021年）的报告，过去几十年来地球平均气温持续上升，其主要原因在于人类活动。人类引发的气候变化还导致了极端天气事件模式的改变，进而影响了这类事件的强度和频率。热浪、极端降水以及干旱等事件便是城市可能面临的后果。由于城市化进程的推进，世界各地的城市这类极端天气现象愈发严重（Liu等人，2025年）。
所有这些因素都凸显出研究城市应对措施的重要性。有一些技术被视作极具潜力的解决方案，比如反射材料、绿色屋顶技术以及透水铺装（Akbari等人，2016年；De Pascale等人，2023年；Wang等人，2021年）。鉴于其特点，透水铺装已被纳入可持续城市排水系统范畴。这类系统以处理本地雨水为核心理念，旨在降低其他不透水区域对现有排水系统的压力。通过这种方式，传统排水系统能够得到辅助，负荷得以减轻，从而减少因排水不畅引发的洪水灾害——随着强降雨频率的增加，这类灾害的发生概率预计还会上升（Zilli等人，2017年）。
评估系统与产品环境影响的常用方法之一是生命周期评估。该框架会全面考量整个生命周期各阶段的环境影响。关于透水铺装的生命周期评估仍是相对较新的研究领域，相关研究仅有不到20年的历史，但近年来越来越受到关注，应用前景也更为广阔（Antunes等人，2018年）。不同类型的铺装都可以相互比较，同时还需要分析每种系统所具备的各种优势及其相关流程，包括材料生产过程和使用阶段的性能表现。近期的生命周期评估研究从不同角度探讨了这些问题。例如，De Pascale等人（2023年）采用了从摇篮到大门的生命周期评估方法，重点分析多孔沥青的材料生产环节所带来的潜在优势。Liu等人（2020年）则在不同交通条件下对比了透水沥青铺装与密级配沥青铺装的效果，研究发现虽然透水沥青的材料成本和维护成本更高，但在其使用寿命期内仍能带来显著的环境效益。
那些将雨水管理功能纳入生命周期评估的研究采用了更宽泛的系统边界。Antunes等人（2020a年）评估了一种用于公共建筑非饮用用途雨水收集的透水铺装系统，结果显示其整体环境影响低于传统的不透水铺装。虽然这项研究明确考虑了雨水收集的优势，但并未涵盖透水铺装的其他潜在好处。同样，Bhatt等人（2019年）对透水铺装和生物滞留系统进行了从摇篮到坟墓的全面评估，发现原材料生产在多个影响类别中占据主导地位，同时水质改善也显著降低了富营养化、毒性和生态毒性相关的影响。
尽管关于透水铺装生命周期评估的研究日益增多，但现有文献表明，这类铺装的诸多特性及其相关优势在生命周期评估框架中仍未能得到充分体现（Vaz等人，2024年）。这种有限的评估范围可能会导致决策出现偏差，或者低估那些对气候变化适应性尤为重要的特性。因此，要准确评估透水铺装的效果，就需要全面考量它们所提供的各种益处。为此，本研究提出要为结合建筑雨水收集系统的透水铺装构建并验证相应的生命周期评估框架。该框架涵盖了整个生命周期的所有阶段，尤其注重详细分析这些铺装在运营阶段所产生的各类收益与成本。本研究将所提出的框架应用于一个案例研究，以此验证其有效性，并对比三种类型透水铺装（沥青混凝土、水泥混凝土以及混凝土铺路块）与传统不透水沥青铺装的环境性能。
章节要点
生命周期评估框架
为评估透水铺装模型相较于传统铺装的可持续性，本研究按照ISO 14040（ISO，2006a年）和ISO 14044（ISO，2006b年）标准对这些系统进行了生命周期评估。本研究涉及的生命周期评估阶段包括：目标与范围界定、清单分析、生命周期影响评估以及结果解读。
结果与讨论
本节展示了在案例研究中应用所提出的生命周期评估框架后所得到的环境效应。补充数据中的表S7和表S8列出了所采用的Ecoinvent数据库中的各项流程，说明了每项流程所属的子系统、功能、组成成分以及对应的数量。
结论
本研究旨在为结合非饮用用途雨水收集系统的透水铺装模型构建生命周期评估框架，并将该框架应用于实际案例研究。本研究系统地整合了这些系统整个生命周期各阶段的收益与成本，尤其重视了以往研究常常被忽视或仅被零散分析的运营阶段。研究结果表明，透水铺装模型在多个方面优于传统铺装。
CRediT作者贡献说明
Lucas Niehuns Antunes：原文撰写、可视化分析、验证、方法设计、研究实施、正式分析、概念构建。Taylana Piccinini Scolaro：原文撰写、可视化分析、概念构建。Enedir Ghisi：原文审阅与编辑、研究指导、概念构建。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
第二作者感谢CNPq（巴西国家科学技术发展委员会）提供的奖学金（编号：152260/2025-0）。
Lucas Niehuns Antunes|Taylana Piccinini Scolaro|Enedir Ghisi
巴西圣卡塔琳娜联邦大学，土木工程系，可持续环境管理研究小组，弗洛里亚诺波利斯，圣卡塔琳娜州
