1.本发明涉及铁路选线设计领域，具体涉及一种铁路选线设计阶段的碳排放量预测方法。
背景技术：2.铁路作为国家重要基础设施和国民经济大动脉，在国民社会经济发展中起着不可替代的全局性支撑作用。
3.铁路选线设计是通过选择其最优空间位置、几何配置和基础设施部署，从源头上保证铁路经济、安全与环保的核心关键。但目前对铁路绿色低碳选线的研究还处于起步阶段，尤其缺乏在铁路选线设计阶段对于铁路线路全生命周期的碳排放预测研究。
4.综上所述，急需一种在铁路选线设计阶段对于铁路线路的碳排放量的预测方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现要素：5.本发明针对铁路选线设计过程中生成的线路方案，根据铁路全生命周期的施工建造阶段、运营管理阶段和养护维修阶段的特点，提出了一种铁路选线设计阶段的碳排放量预测方法，具体技术方案如下：
6.一种铁路选线设计阶段的碳排放量预测方法，具体如下：
7.s1：预测铁路全线施工建造阶段产生的碳排放量，具体是：
8.s1-1：根据建造过程中建筑材料生产和建设设备运转产生的碳排放量分别预测铁路全线桥梁、隧道、路基以及轨道的碳排放量；
9.s1-2：根据铁路路基征地面积和铁路桥梁征地面积预测铁路全线征地的碳排放量；
10.s2：预测运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量；
11.s3：预测铁路养护维修阶段产生的碳排放量；
12.s4：对步骤s1-s3预测的碳排放量结果求和，得到铁路选线设计阶段的碳排放总量，其表达式如下：
13.e
total
＝e
const
+e
opera
+e
maint
；
14.其中e
total
为铁路选线设计阶段的碳排放总量；e
const
为铁路选线施工建造阶段的碳排放总量；e
opera
为铁路选线运营管理阶段的碳排放总量；e
maint
为铁路养护维修阶段的碳排放总量。
15.优选的，所述步骤s1之前还包括：根据铁路选线设计桥梁子模型、隧道子模型、路基子模型以及轨道子模型并组成用于铁路全线施工建造阶段的碳排放量预测模型；所述步骤s1具体是：分别对桥梁子模型、隧道子模型、路基子模型以及轨道子模型进行铁路全线施工建造阶段产生的碳排放量预测，其其表达式如下：
16.eco
nst
＝e
bri
+e
tun
+e
sub
+e
tra
+e
req
17.其中，e
req
为因占用土地而损失的植被碳汇量；e
bri
为铁路全线桥梁的碳排放量；e
tun
为铁路全线隧道的碳排放量；e
sub
为铁路全线路基的碳排放量；e
tra
为全线轨道的碳排放量。
18.优选的，所述步骤s1中的步骤s1-2具体是：根据所述碳排放量预测模型因占用土地而导致不同类型植被损失面积预测植被碳汇量损失，所述植被碳汇量损失等同于因铁路征地产生的碳排放量，其表达式如下：
[0019][0020]
其中，cm为第m类植被单位面积年碳汇量，m＝1,2,3，且1代表林地，2代表草地，3 代表耕地；t为铁路使用年限；为桥梁征地造成的各类植被损失面积；为铁路路基征地造成的各类植被损失面积。
[0021]
优选的，所述步骤s1中根据所述桥梁子模型预测铁路全线桥梁的碳排放量，其表达式如下：
[0022][0023]
其中，g
conc
为混凝土碳排放因子；g
rebar
为钢筋碳排放因子；为第i座桥梁混凝土用量；为第i座桥梁钢筋用量；n
bridge
为桥梁总数；为建设桥梁所需建设设备运转产生的碳排放量。
[0024]
优选的，所述步骤s1中根据所述隧道子模型预测铁路全线隧道的碳排放量，其表达式如下：
[0025][0026]
其中，为第i
′
座隧道衬砌所需的混凝土用量；n
tunnel
为隧道总数；为建设隧道所需建设设备运转产生的碳排放量。
[0027]
优选的，所述步骤s1中根据所述路基子模型预测铁路全线路基的碳排放量，其表达式如下：
[0028][0029]
其中，为每延米土方材料使用平均碳排放量；为建设每延米路基所需建设设备平均碳排放量；l
sub
为铁路全线路基长度。
[0030]
优选的，所述步骤s1中根据所述轨道子模型预测铁路全线轨道的碳排放量，其表达式如下：
[0031][0032]
其中，g
steel
为钢材碳排放因子；为轨道板和底座的混凝土用量；铺设钢轨的钢材用量；为建设轨道所需建设设备运转产生的碳排放。
[0033]
优选的，所述步骤s2具体是：根据碳排放量预测模型进行铁路牵引运行仿真模拟实验，搜集仿真模拟数据，根据仿真模拟数据预测运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量，其表达式如下：
[0034][0035]
其中，n为线路划分区段数量；为第个区段的总能耗；ge为电力排放因子；ηe为机电效率；n为列车最大通过能力；d为车站每年运营天数；为铁路使用年限。
[0036]
优选的，所述步骤s3具体是：根据碳排放量预测模型预测铁路中的路基以及轨道养护维修阶段产生的碳排放量，其表达式如下：
[0037][0038]
其中，为铁路全线路基段养护维修碳排放量；为铁路全线路基段养护维修碳排放量。
[0039]
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
[0040]
(1)本发明针对铁路选线设计阶段生成的铁路线路方案，根据铁路全生命周期的碳排放特点，建立了施工建造、运营管理、养护维修阶段碳排放量化预测模型，提出了一种铁路选线设计阶段的碳排放量预测方法，弥补在铁路选线设计阶段量化评估铁路全生命周期碳排放内容的缺失，推动了铁路绿色低碳选线技术的发展。
[0041]
(2)本发明在施工建造阶段针对桥梁、隧道、路基、以及轨道，根据工程经验，构建了相应建材生产和施工建造过程中产生的碳排放量化预测模型；基于铁路沿线路基和桥梁征地造成的林地、草地和耕地的植被损失情况，建立了铁路全线植被碳汇预测模型。
[0042]
(3)本发明中在运营管理阶段，提出了运营管理阶段铁路线路电力牵引系统碳排放预测模型。
[0043]
(4)本发明在养护维修阶段，根据结构物生命周期和工程经验，研制了全线路基结构物养护维修和轨道更换碳排放预测方法。
[0044]
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0045]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0046]
图1是本发明总流程示意图；
[0047]
图2是预测铁路全线施工建造阶段产生的碳排放量的流程示意图；
[0048]
图3是预测运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量流程示意图；
[0049]
图4是线路区段划分示意图；
[0050]
图5是列车运行能耗及时间费用随速度变化示意图；
[0051]
图6是预测铁路养护维修阶段产生的碳排放量流程示意图。
具体实施方式
[0052]
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0053]
实施例1：
[0054]
参见图1，一种铁路选线设计阶段的碳排放量预测方法，具体如下：
[0055]
根据铁路选线设计桥梁子模型、隧道子模型、路基子模型以及轨道子模型并组成用于铁路全线施工建造阶段的碳排放量预测模型，参见图2；
[0056]
s1：预测铁路全线施工建造阶段产生的碳排放量，具体是：
[0057]
分别对桥梁子模型、隧道子模型、路基子模型以及轨道子模型进行碳排放量预测，其表达式如下：
[0058]econst
＝e
bri
+e
tun
+e
sub
+e
tra
+e
req
ꢀꢀ
1)；
[0059]
其中，e
req
为因占用土地而损失的植被碳汇量；e
bri
为铁路全线桥梁的碳排放量；e
tun
为铁路全线隧道的碳排放量；e
sub
为铁路全线路基的碳排放量；e
tra
为全线轨道的碳排放量；e
const
为铁路选线施工建造阶段的碳排放总量。
[0060]
s1-1：据建造过程中建筑材料生产和建设设备运转产生的碳排放量分别预测铁路全线桥梁、隧道、路基以及轨道的碳排放量；具体是：
[0061]
根据所述桥梁子模型预测铁路全线桥梁的碳排放量，其表达式如下：
[0062][0063]
其中，g
conc
为混凝土碳排放因子；g
rebar
为钢筋碳排放因子；为第i座桥梁混凝土用量；为第i座桥梁钢筋用量；n
bridge
为桥梁总数；为建设桥梁所需建设设备运转产生的碳排放量。
[0064]
预测第i座桥梁混凝土用量表达式如下：
[0065][0066]
其中，为第i座桥梁桥跨结构混凝土用量；为第i座桥梁桥墩混凝土用量。
[0067]
第i座桥梁桥跨结构混凝土用量表达式如下：
[0068][0069]
其中，s
bs
为桥跨结构横截面积；为第i座桥桥长；为桥跨结构混凝土容重。
[0070]
第i座桥梁桥墩混凝土用量表达式如下：
[0071][0072]
其中，为第i座桥的桥墩数量；为第i座桥第n
′
个桥墩的高度；为桥墩混凝土容重；s
bp
为桥墩底面积；l为桥梁跨径。
[0073]
预测第i座桥梁钢筋用量表达式如下：
[0074][0075]
其中，为第i座桥梁桥跨结构钢筋用量；为第i座桥梁桥墩钢筋用量。
[0076]
预测第i座桥梁桥跨结构钢筋用量表达式如下：
[0077][0078]
其中，c
bs
为桥跨结构截面周长；b
bs
为截面宽度；s为箍筋间距；为桥跨配筋率；为桥跨配箍率；为桥跨纵筋容重；为桥跨箍筋容重。
[0079]
预测第i座桥梁桥墩钢筋用量表达式如下：
[0080][0081]
其中，c
bp
为桥墩截面的周长，b
bp
为截面宽度，为桥墩配筋率；为桥墩配箍率；为桥墩纵筋容重；为桥墩箍筋容重。
[0082]
预测建设桥梁所需建设设备运转产生的碳排放量表达式如下：
[0083][0084]
其中，为建设每延米桥梁建设设备平均碳排放量。
[0085]
进而得到建设铁路全线桥梁所产生的碳排放量，表达式如下：
[0086][0087]
根据所述隧道子模型预测铁路全线隧道的碳排放量，其表达式如下：
[0088][0089]
其中，为第i
′
座隧道衬砌所需的混凝土用量；n
tunnel
为隧道总数；为建设隧道所需建设设备运转产生的碳排放量。
[0090]
预测第i
′
座隧道衬砌所需的混凝土用量表达式如下：
[0091][0092]
其中，为第i
′
座隧道的长度；r为隧道开挖毛洞半径；d1为初期喷层混凝土厚度； d2为二次衬砌混凝土厚度；ρ
c1
为初期喷层混凝土容重；ρ
c2
为二次衬次混凝土容重；π为圆周率。
[0093]
预测建设隧道所需建设设备运转产生的碳排放量，表达式如下：
[0094]
[0095]
其中，为建设每延米隧道建设设备平均碳排放量。
[0096]
进而得到建设铁路全线隧道所产生的碳排放量，表达式如下：
[0097][0098]
根据所述路基子模型预测铁路全线路基的碳排放量，其表达式如下：
[0099][0100]
其中，为每延米土方材料使用平均碳排放量；为建设每延米路基所需建设设备平均碳排放量；l
sub
为铁路全线路基长度。
[0101]
根据所述轨道子模型预测铁路全线轨道的碳排放量，其表达式如下：
[0102][0103]
其中，g
steel
为钢材碳排放因子；为轨道板和底座的混凝土用量；铺设钢轨的钢材用量；为建设轨道所需建设设备运转产生的碳排放。
[0104]
预测轨道板和底座的混凝土用量表达式如下：
[0105][0106]
其中，s
tra
为截面积；l
tra
为轨道长度；ρ
conc
为混凝土容重。
[0107]
预测铺设钢轨的钢材用量表达式如下：
[0108][0109]
其中，ρ
steel
为钢轨类型。
[0110]
建设轨道所需建设设备运转产生的碳排放量，表达式如下：
[0111][0112]
其中，为建设每延米轨道所使用建设设备平均碳排放。
[0113]
进而得到建设铁路全线轨道所产生的碳排放量，表达式如下：
[0114][0115]
s1-2：根据铁路路基征地面积和铁路桥梁征地面积预测铁路全线征地的碳排放量；具体是：
[0116]
根据所述碳排放量预测模型因占用土地而导致不同类型植被损失面积预测植被碳汇量损失，所述植被碳汇量损失等同于因铁路征地产生的碳排放量，其表达式如下：
[0117][0118]
其中，cm为第m类植被单位面积年碳汇量，m＝1,2,3，且1代表林地，2代表草地，3 代表耕地；t为铁路使用年限；为桥梁征地造成的各类植被损失面积；为铁路路基征地造成的各类植被损失面积。
[0119]
碳排放量预测模型占用土地分为铁路路基征地面积以及铁路桥梁征地面积；
[0120]
根据铁路路基征地面积预测各类植被损失量，表达式如下；
[0121][0122]
其中，nm为占用第m类绿地的断面数量；kk为第k个断面里程；wk为第k个断面用地宽度。
[0123]
根据铁路桥梁征地面积预测各类植被损失量，表达式如下：
[0124][0125]
其中，为桥梁跨越第m类绿地的长度；l为桥梁跨径；s
bp
为桥墩底面积。
[0126]
s2：预测运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量，参见图3；具体是：
[0127]
根据碳排放量预测模型进行铁路牵引运行仿真模拟实验，搜集仿真模拟数据，根据仿真模拟数据预测运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量，其表达式如下：
[0128][0129]
其中，n为线路划分区段数量；为第个区段的总能耗；ge为电力排放因子；ηe为机电效率；n为列车最大通过能力；d为车站每年运营天数；为铁路使用年限；e
opera
为铁路选线运营管理阶段的碳排放总量。
[0130]
铁路运营管理阶段产生的碳排放主要由列车电力牵引供电系统产生，可由列车运行能耗及相应的电力碳排放因子计算获得；列车单位距离运行能耗主要与其所受阻力大小有关，包括基本阻力w0和附加阻力wj。
[0131]
w(v)＝w0+wjꢀꢀ
2-2)；
[0132]
基本阻力与线路方案无关，主要受列车运行速度影响，单位基本阻力计算公式如下：
[0133]
w0＝a+bv+cv2ꢀꢀ
2-3)；
[0134]
其中，v为列车运行速度，a,b,c为试验常数，a主要受与列车重量有关阻力的影响，包括轴颈与轴承间的摩擦阻力、车轮与钢轨的滚动摩擦阻力；b主要受车轮在钢轨上的滑动摩擦阻力、轨道不平顺与车轮踏面擦伤等引起的冲击和振动阻力影响；c则主要受空间阻力影响。
[0135]
附加阻力与线路方案密切相关，取决于线路情况，主要包括坡道附加阻力wi、曲线附加阻力wr和隧道空气附加阻力ws，各相应单位附加阻力计算公式如下：
[0136]
wj＝wi+wr+ws[0137][0138]ws
＝0.00013ls[0139]
其中，为坡度值(
‰
)，上坡为正；r为曲线半径；ls为隧道总长度。
[0140]
因此，高速列车运行阻力计算公式如下：
[0141]
[0142]
其中，m为列车的质量；g为重力加速度；
[0143]
本技术中还运用了一种高效的列车运行速度曲线优化方法，可获取使列车运行能耗及时间费用综合最低的优化运行速度曲线，准确计算该速度曲线下的列车运行能耗及时间费用，具体步骤如下：
[0144]
第一步：进行铁路牵引运行仿真模拟，得到列车v-s(速度与路程)，t-s(时间与路程) 曲线数据；
[0145]
第二步：计算线路加算坡度并对线路划分区段；
[0146]
根据单位坡道附加阻力计算加算坡度，将线路视为一条无隧道的直线，即将曲线附加阻力和隧道附加阻力分别视为由坡度ir和is产生的阻力，即令
[0147][0148]
其中，ir为附加阻力换算坡度；is为隧道附加阻力换算坡度。
[0149]
加算坡度ij是指线路纵断面上坡度与该坡道上的曲线、隧道附加阻力换算坡度之和，其表达式如下：
[0150]
ij＝i+ir+is＝i+2000/r+0.00013lsꢀꢀ
2-7)；
[0151]
为保证列车准确停靠在线路终点位置，需要计算列车停车制动点位置；假设列车在制动阶段采用最大制动加速度a
max
制动，通过下式计算列车停车制动点位置：
[0152][0153]
其中，v
bra
为制动速度，即制动时列车的运行速度控制为列车牵引特性曲线中恒力矩和恒功率转换点位置的速度；l
bra
为列车以最大制动加速度a
max
由v
bra
降至0所需的运行距离；l为线路长度；s
bra
为停车制动点位置。
[0154]
然后，根据加算坡度及停车制动点位置对线路进行划分，停车制动点前每个具有相同加算坡度的坡段分别为一个子区段，停车制动点后(包括停车制动点所在坡段)为最后以一个子区段，参见图4；
[0155]
求解各子区段目标速度：
[0156]
在恒定加算坡度上匀速行驶时，列车的运行能耗与运行阻力相关，可由列车运行阻力与运行距离计算，则单位距离铁路线路(如1km)列车运行能耗e(v)计算公式如下：
[0157][0158]
w0＝a+bv+cv2[0159]
进而，列车运行能耗费用可由单位列车能耗与单位能耗费用c
energy
计算，公式如下：
[0160]cenergy
(v)＝e(v)
·cenergy
ꢀꢀ
2-10)；
[0161]
在匀速运行情况下，列车运行单位距离所需的时间t可由运行速度计算，公式如下：
[0162]
t＝1/v 2-11)；
[0163]
进而，旅客时间费用可由单位运行时间和单位时间费用c
time
计算，公式如下：
[0164]ctime
(v)＝t
·ctime
ꢀꢀ
2-12)；
[0165]
即可得到单位距离铁路线路(如1km)列车运行能耗及时间费用与运行速度的关系式，速度越高，列车运行能耗费用越高，旅客时间费用越低，表达式如下：
[0166][0167]
其中，v为列车运行速度；a,b,c为试验常数；c
energy
为单位能耗费用；c
time
为单位时间费用。
[0168]
对v求导数，可计算得到使列车运行能耗及时间费用达到最低的运行速度v
opt
，参见图 5，表达式如下：
[0169][0170]
除最优速度外，各子区段目标速度还受线路均衡速度和限制速度约束；因此，各子区段的目标速度v
tar
为最优速度v
opt
，均衡速度v
ava
和限制速度v
lim
三者中的最小值，表达式如下：
[0171][0172]
限制速度v
lim
为保障下坡路段列车运行安全所允许达到的最高速度，均衡速度v
ava
主要受机车牵引功率和列车运行阻力影响；当列车所受合力为0时(即牵引力与运行阻力大小相同)，所对应的列车运行速度即为均衡速度。
[0173]
根据各子区段目标速度指导列车牵引运行，获得优化的列车运行速度曲线；
[0174]
列车运行模式包括加速运行、匀速运行、惰力运行和制动运行，列车在进入各子区段时根据其当前运行速度和各子区段的目标速度自动转换运行模式，具体如下：
[0175]
i.当时，列车先加速运行，当达到该子区段目标速度后转换为匀速运行，直至该子区段结束；
[0176]
ii.当时，列车匀速运行，直至该子区段结束；
[0177]
iii.当时，列车先惰力运行，当达到该子区段目标速度后转换为匀速运行，直至该子区段结束；
[0178]
iv.当列车达到停车制动点或运行速度达到限制速度并且列车运行阻力与运行方向相同时，采用制动运行。
[0179]
基于列车v-s，t-s仿真数据计算列车运行能耗；
[0180]
计算列车运行一个区段牵引力做的功；
[0181]
在不同的运行模式下，列车行驶相同距离所需能耗和时间存在显著区别。
[0182]
在加速度模式下，列车牵引加速度大小可通过列车所受合力计算，并且为保证乘客的舒适度及行车安全，牵引加速度应不超过0.2g，计算公式如下：
[0183][0184]
其中，a
ava
(v)为列车运行速度为v时的加速度；f(v)为列车运行速度为v时的牵引力， w(v)为列车运行速度为v时的运行阻力。
[0185]
则列车运行速度每提高1m/s所需的能耗e
tra
(v)，表达式如下：
[0186][0187]
当运行速度达到目标速度后，切换运行模式至匀速运行，在此模式下，列车运行能耗 e
cru
(v)取决于列车运行阻力及运行距离，表达式如下：
[0188]ecru
(v)＝w(v)
×
l
cru
ꢀꢀ
2-18)；
[0189]
当列车运行速度高于目标速度时，采用惰力运行。在惰力运行模式下，列车只受运行阻力作用，牵引力大小为0；因此，惰力运行模式下的列车运行能耗为0。
[0190]
当列车运行速度超过限制速度且其所受运行阻力方向与其运行方向相同时，需采用制动运行模式；制动力用来克服列车阻力，并维持列车速度限制直至区段结束；当采用制动运行模式时，列车通过再生设备存储能量，即不产生能耗。
[0191]
基于上述公式可获得不同运行模式下列车运行能耗。通过进行给定速度间隔(采用 1m/s)下的列车运行仿真，即可获得列车沿线路单方向运行一次的能耗。
[0192]
最后该线路上所有列车运营一年牵引供电产生的碳排放量，进而得到运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量。
[0193]
s3：预测铁路养护维修阶段产生的碳排放量，参见图6；具体是：
[0194]
根据碳排放量预测模型预测铁路中的路基以及轨道养护维修阶段产生的碳排放量，其表达式如下：
[0195][0196]
其中，为铁路全线路基段养护维修碳排放量；为铁路全线轨道更换碳排放量；e
maint
为铁路养护维修阶段的碳排放总量。
[0197]
路基段养护维修主要是每50年加固一次边坡防护结构，即在铁路使用年限内进行两次加固维修；根据京沪高铁工程数据可确定每延米路基养护维修碳排放量进而计算铁路全线路基段的养护维修碳排放量，表达式如下：
[0198][0199]
其中，为每延米路基日常维修所产生的碳排放量；l
sub
为路基长度。
[0200]
其次，由于钢轨在使用过程中会发生折断、裂纹等其他影响钢轨和限制钢轨使用性能的伤损，为考虑行车安全，在铁路使用年限内需要定期进行轨道更换；
[0201]
根据轨道的生命周期计算轨道在铁路使用年限内需要更换的次数，表达式如下：
[0202]nreplace
＝t/t
tra-1
ꢀꢀ
3-3)；
[0203]
其中，n
replace
为轨道更换次数；t
tra
为轨道的生命周期年限。
[0204]
轨道更换时，考虑钢轨在运输和施工过程中的磨损率，计算铁路全线轨道更换碳排放量，计算公式如下：
[0205][0206]
其中，为铺设钢轨用量；w为钢轨磨损率；g
steel
为钢材碳排放因子。
[0207]
进而得到铁路中的路基以及轨道养护维修阶段产生的碳排放量，其表达式如下：
[0208]
s4：对步骤s1-s3的预测的碳排放量结果求和，得到铁路选线设计阶段的碳排放总
量，其表达式如下：
[0209]etotal
＝e
const
+e
opera
+e
maint
ꢀꢀ
4)；
[0210]
其中，e
total
为铁路选线设计阶段的碳排放总量。
[0211]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种铁路选线设计阶段的碳排放量预测方法，其特征在于，具体如下：s1：预测铁路全线施工建造阶段产生的碳排放量，具体是：s1-1：根据建造过程中建筑材料生产和建设设备运转产生的碳排放量分别预测铁路全线桥梁、隧道、路基以及轨道的碳排放量；s1-2：根据铁路路基征地面积和铁路桥梁征地面积预测铁路全线征地的碳排放量；s2：预测运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量；s3：预测铁路养护维修阶段产生的碳排放量；s4：对步骤s1-s3预测的碳排放量结果求和，得到铁路选线设计阶段的碳排放总量，其表达式如下：e
total
＝e
const
+e
opera
+e
maint
；其中，e
total
为铁路选线设计阶段的碳排放总量；e
const
为铁路选线施工建造阶段的碳排放总量；e
opera
为铁路选线运营管理阶段的碳排放总量；e
maint
为铁路养护维修阶段的碳排放总量。2.根据权利要求1所述的碳排放量预测方法，其特征在于，所述步骤s1之前还包括：根据铁路选线设计桥梁子模型、隧道子模型、路基子模型以及轨道子模型并组成用于铁路全线施工建造阶段的碳排放量预测模型；所述步骤s1具体是：分别对桥梁子模型、隧道子模型、路基子模型以及轨道子模型进行铁路全线施工建造阶段产生的碳排放量预测，其其表达式如下：e
c
o
nst
＝e
bri
+e
tun
+e
sub
+e
tra
+e
req
；其中，e
req
为因占用土地而损失的植被碳汇量；e
bri
为铁路全线桥梁的碳排放量；e
tun
为铁路全线隧道的碳排放量；e
sub
为铁路全线路基的碳排放量；e
tra
为全线轨道的碳排放量。3.根据权利要求2所述的碳排放量预测方法，其特征在于，所述步骤s1中的步骤s1-2具体是：根据所述碳排放量预测模型因占用土地而导致不同类型植被损失面积预测植被碳汇量损失，所述植被碳汇量损失等同于因铁路征地产生的碳排放量，其表达式如下：其中，c
m
为第m类植被单位面积年碳汇量，m＝1,2,3，且1代表林地，2代表草地，3代表耕地；t为铁路使用年限；为桥梁征地造成的各类植被损失面积；为铁路路基征地造成的各类植被损失面积。4.根据权利要求2所述的碳排放量预测方法，其特征在于，所述步骤s1中根据所述桥梁子模型预测铁路全线桥梁的碳排放量，其表达式如下：其中，g
conc
为混凝土碳排放因子；g
rebar
为钢筋碳排放因子；为第i座桥梁混凝土用量；为第i座桥梁钢筋用量；n
bridge
为桥梁总数；为建设桥梁所需建设设备运转产生的碳排放量。5.根据权利要求2所述的碳排放量预测方法，其特征在于，所述步骤s1中根据所述隧道
子模型预测铁路全线隧道的碳排放量，其表达式如下：其中，为第i
′
座隧道衬砌所需的混凝土用量；n
tunnel
为隧道总数；为建设隧道所需建设设备运转产生的碳排放量。6.根据权利要求2所述的碳排放量预测方法，其特征在于，所述步骤s1中根据所述路基子模型预测铁路全线路基的碳排放量，其表达式如下：其中，为每延米土方材料使用平均碳排放量；为建设每延米路基所需建设设备平均碳排放量；l
sub
为铁路全线路基长度。7.根据权利要求2所述的碳排放量预测方法，其特征在于，所述步骤s1中根据所述轨道子模型预测铁路全线轨道的碳排放量，其表达式如下：其中，g
steel
为钢材碳排放因子；为轨道板和底座的混凝土用量；铺设钢轨的钢材用量；为建设轨道所需建设设备运转产生的碳排放。8.根据权利要求2所述的碳排放量预测方法，其特征在于，所述步骤s2具体是：根据碳排放量预测模型进行铁路牵引运行仿真模拟实验，搜集仿真模拟数据，根据仿真模拟数据预测运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量，其表达式如下：其中，n为线路划分区段数量；为第个区段的总能耗；g
e
为电力排放因子；η
e
为机电效率；n为列车最大通过能力；d为车站每年运营天数；为铁路使用年限。9.根据权利要求1所述的碳排放量预测方法，其特征在于，所述步骤s3具体是：根据碳排放量预测模型预测铁路中的路基以及轨道养护维修阶段产生的碳排放量，其表达式如下：其中，为铁路全线路基段养护维修碳排放量；为铁路全线轨道更换碳排放量。
技术总结本发明提供了一种铁路选线设计阶段的碳排放量预测方法，具体如下：S1：预测铁路全线施工建造阶段产生的碳排放量；S2：预测运营管理阶段铁路线路牵引供电系统产生的碳排放量；S3：预测铁路养护维修阶段产生的碳排放量；S4：对步骤S1-S3的预测的碳排放量结果求和，得到铁路选线设计阶段的碳排放总量。本发明针对铁路选线设计过程中生成的线路方案，根据铁路全生命周期的施工建造阶段、运营管理阶段和养护维修阶段的特点，提出了一种铁路选线设计阶段的碳排放量预测方法，推动铁路绿色低碳选线技术的发展。术的发展。术的发展。
技术研发人员：蒲浩 蔡玲 宋陶然 李伟 张洪 彭利辉 严伟 钟晶 蒲柏文 谢春玲
受保护的技术使用者：湖南中大设计院有限公司 高速铁路建造技术国家工程实验室
技术研发日：2022.04.06
技术公布日：2022/7/5
