生命周期评价法(LCA)与环境效率分析

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.05.003 第22卷第5期 北京科技大学学报 Vol.22 No.5 2000年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2000 生命周期评价法(LCA)与环境效率分析 王波)张群) 1)北京航空航天大学经管学院，北京1000832)北京科技大学管理学院，北京100083 摘要对LCA方法进行了分析，建立了产品一般的生命周期流程图，构造了环境效率评价和 改进的DEA模型，并用一个案例进行了说明. 关键词生命周期评价：环境效率：线形规划；DEA 分类号F205:F224.3 文献标识码：A 考虑产品整个寿命周期的环境影响评价 原材料 能源 LCA是在90年代由环境毒素与化学学会SET~ AC(The Society of Environmental Toxicology and 原材料的提取」： Chemistry)和美国环保局EPA(Environmental 批量加工（初级） Protection Agency)的专家小组共同提出并得到 工程与专用材料÷ 迅速发展 和 + 废 产品制造 再循环 多 1LCA的定义与应用 他装与运卷打 1.1LCA定义 使用与服务 用 LCA是通过识别与定量化所使用的能源和 处理 另 原材料以及向环境释放的废物来评价与产品、 废品回收品 工艺和活动有关的环境负荷及它们的环境影 品 ·表示运输 再循环 响，研究有利于环境改善的机会.LCA考虑的是 产品的整个生命周期（从摇篮到坟墓），包括原 图1典型的产品生命周期流程图 材料的提取与加工、制造、运输与流通、使用、重 Fig.1 Flow chart of product life cycle 复使用、保养、再循环和最终处理， 2LCA的技术框架分析 1.2LCA的应用范围 LCA可用于公共和企业组织.其主要的应 一个完整的LCA方法包括下列内容：目标 用范围包括：产品设计、产品开发与改进R&D、 定义和范围：数据清单分析：影响评价；改进评 污染防护、战略计划、评价与减少可能的责任、 价. 制定政策与法规、评价和改进环境法规、个人和 2.1目标定义和范围 组织的购买、环境标签、市场开发战略、环境管 目标定义主要是识别LCA研究结果用于 理体系/环境行为评价等. 什么目的以及预期的使用，应说明进行研究的 1.3典型的产品生命周期流程图 原因与结果，如何使用以及包括那些行动. LCA考察产品的整个生命周期，在进行 范围是定义研究的边界、假设条件.这一阶 LCA时，必须构造所评价的产品的生命周期流 段同时要定义功能单位并确定数据收集和保证 程图.下面给出产品生命周期的一般流程图如 数据质量的方法和步骤 图1. 2.2清单分析 清单分析是生产系统物质和能量的衡算 2000-03-03收稿王波男，38岁，博士生 (即生态平衡)，包括整个系统的物质与能源的 ★国家自然科学基金资助课题(No.79970101)

第 2 2 卷 第 5 期 2 0 0 0 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u rn a l o f U n iv e rs i ty o f S e i e n e e a n d l ’e c h n o l o gy B e ij i n g V b l 一 2 2 N 0 . 5 O C L 2 0 0 0 生命周期评价法 ( L C A ) 与环境效率分析 王 波 ` , l )北京航空航天大学经管学院 , 北京 10 0 0 8 3 张 群 2 , 2 )北京科技大学管理学院 ,北京 10 0 0 83 摘 要 对 L C A 方 法进 行 了分析 , 建立 了产 品一般 的 生命周 期流 程 图 , 构造 了环 境 效率评 价 和 改进 的 D E A 模 型 , 并 用一 个案例 进行 了说 明 . 关键 词 生命 周 期评 价 : 环境 效 率 ; 线 形规 划 ; D E A 分 类号 F 2 05 ; F 2 2 .4 3 文献 标识 码 : A 考 虑 产 品 整 个 寿 命 周 期 的 环 境 影 响 评 价 L C A 是 在 9 0 年 代 由环境 毒 素 与 化 学 学 会 S E T - A C ( hT e S o e i e yt o f E vn ir o unr e n at l oT x i e o l o gy an d C h e m i s ytr ) 和 美 国 环 保局 E PA ( E n v ior nm e n at l P r o t e e ti o n A g e n e y ) 的专家 小 组 共 同提 出并 得到 迅速 发展 . 1 L C A 的定义 与应用 L l L C A 定义 L C A 是 通过识 别 与定 量化所使用 的 能 源和 原材料 以及 向环 境释放 的 废物 来评价与产 品 、 工 艺 和 活 动 有 关 的 环境 负荷及 它 们 的 环 境 影 响 , 研究有利于 环境 改善 的机会 . L C A 考虑 的是 产 品 的整 个 生 命周 期 ( 从摇篮 到 坟墓 ) , 包 括 原 材料的提取 与加工 、 制造 、 运输与流通 、 使用 、 重 复使用 、 保养 、 再循 环和 最 终处 理 . 1 . 2 L C A 的应 用范围 L C A 可用 于 公 共和 企业组 织 . 其主 要 的应 用 范 围 包 括 : 产 品 设 计 、 产 品开 发 与 改进瓜& D 、 污 染 防 护 、 战略计 划 、 评价 与 减少 可 能的责任 、 制 定政策与法规 、 评价和 改进环境法规 、 个人和 组 织的购买 、 环 境标签 、 市场 开 发战 略 、 环 境管 理 体系 /环 境行为评 价等 . 1 .3 典型的产品生命周期流程 图 L C A 考 察产 品 的整个 生 命 周 期 , 在进行 L C A 时 , 必 须构造所评 价 的产 品 的 生 命周 期流 程 图 . 下 面 给 出产 品 生 命周 期 的 一 般流程 图如 图 1 . 2 0 0 0 一 03 一 0 3 收稿 王波 男 , 3 8 岁 , 博 士 生 * 国家 自然科学 基金 资助 课题 ( N o . 79 9 701 01 ) 一 表示运输 再循环 : 鱿 原材料 的提取 批量加工 (初级 ) 废 物 工程 与专用材料 产 品制造 包装与运输 卜 使用与服务 处理 另下 系 若统 废 品 口口 图 1 典型的产 品生命 周期流程 图 F i g . 1 F l ow e h a rt o f Pro d u e t li fe cy e le 2 L C A 的技术框架 分析 一 个完 整的 L C A 方法包 括下 列 内容 : 目标 定 义 和 范 围 ; 数据 清单分析 ; 影 响 评价 ; 改 进评 价 . .2 1 目标定义和 范 围 目标定 义 主 要 是 识别 L C A 研 究结果 用 于 什么 目的 以及 预 期的使用 , 应说 明进 行研究 的 原因 与结 果 , 如何使用 以及包括那 些行动 . 范 围是 定义研究 的边界 、 假设条件 . 这一 阶 段 同 时要 定义功能单位并确定 数据收集和 保证 数据 质量 的 方法和 步 骤 . .2 2 清单分析 清 单分 析 是 生 产 系 统物 质 和 能 量 的 衡 算 ( 即 生 态平衡 ) , 包括整 个系统 的物 质与 能源 的 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 05. 003

Vol.22 No.5 王波等：生命周期评价法LCA)与环境效率分析 ·401· 需求，生产的产品、副产品，以及排放到环境中 3效率评价与改进的DEA模型 的排放物的数量.利用功能单位和投入一产出 分析技术，确定穿过每一个子系统边界的投入、 DEA是评价一个决策单元相对有效性的一 产出量并进行加总，建立一个数据清单表. 种有效工具，决策单元具有多个输入与输出， 2.3影响评价 DEA根据有限个决策单元的输入输出数据，通 影响评价将数据清单表的排放物转变成潜 过判断决策单元是否处在生产前沿面上而判断 在的环境影响.产品潜在的环境影响由资源消 决策单元的有效性， 耗、人类健康影响和生态影响组成.不同物质对 将产品的整个生命周期看作为一个产品系 不同环境影响的数据都需要.影响评价主要由 统，这是一个多投入多输出的系统，决策单元 以下成分构成：选择和定义影响目录：分类：特 DMU表示不同的生产方案.设x=(x,x)ER: 征化：标准化和评估. 为投入变量，y=y,y)∈R”为输出变量，定义 分类是将数据清单的结果按环境影响目录 产生可能集T=(xy以由输入x可以产出y},一 进行分类.文献[2]给出了潜在环境影响目录， 般要求T满足凸性，即（化，yx',y∈T和0≤4 一般情况都根据此目录进行分类，也可以根据 ≤1，有4(x,+(1-四)(x,y)∈T.如x2x→(x'y) 不同的决策目标和影响重点进行分类. ∈T,则称为输入可自由处理的；如果 特征化典型方法是利用等量因子，将数据 y2y→(c,y)∈T,则称为输出可自由处理的.若 清单中每一项（一般为排放物）对各影响目录所 (xy)∈T,1≥8>0→(x,y)ET,则称为输入弱可 产生的影响定量化，通常采用下面的公式计算 自由处理的，这时输入变量都按相同比例变 I=∑EFX 化（增加或减少）.定义Ly)={xy∈R”x能够产 其中，I,表示系统对第i种环境影响的总和，EF 出y}为输入可能集，对于环境问题来说，产品 表示数据清单中第j项排放物相对于第i种环境 系统的产出包括废品和污染物，用b=(b, 影响等量因子的相对量，X,为第种排放物质量. b2,…,b)∈R“来记产出的废品和污染物，统称为 标准化是将系统每一项环境影响量除以一 环境残余物，而y只表示有用的输出. 个参考值，通常这个参考值是在一定范围内对 对于LCA来说，产品产出方案DMU是环 影响目录所给出影响的总值.例如某一地区或 境有效率，指由功能单位解释的产品和副产品 某一时间内对某一影响目录的总影响值.其目 以尽可能小的环境负担来生产，既以最小的原 的是使来自不同影响目录的影响值具有可比 材料和能源消耗来生产产品，同时使向环境的 性，同时为评估打下基础.评估是对不同特征的 排放物最少，即保持产出y的前提下，使x,b最 环境影响给予权重，影响目录相互间的权重是 小，这样有效率的DMU就实现了环境保护与经 根据其对环境的相对危害程度来确定，权重反 济发展的双赢. 映了社会价值和偏好，可通过专家打分、危害的 假设在LCA中有K个DMU,廿k∈K,记x= 货币价值和相关的环境标准给出.实际上，确定 (x6x2,…,xmt,bE=(bt,bk,…,bd）,Jg=y1y2,…ymt) 权重最科学的方法是结合多属性价值函数理 分别为DMU对应的输入、环境残余物和有用 论，针对具体的产品来进行，我们将在另一篇文 输出向量，将环境残余物b作为决策单元的输 章中进行论述， 入变量，这样可以构造评价有效决策单元的 2.4改进评价 DEA模型.这时生产可能集为T=(c,by):可以产 改进评价主要研究减少环境负担的所有可 出y}.X为K个输入向量x(k=1,2,",K)值组成 能方案，识别改进的可能性.改进评价方法的研 的K×n阶矩阵，B是由K个输入向量b:值组成 究刚刚起步，目前多用主因素分析法，对影响最 的K×u阶矩阵，Y是由K个y值组成的K×m阶 大的因素进行识别与改进，但由于环境问题的 矩阵，当输入满足可自由处理时，输入可能集为 复杂性和我们对环境影响知识的局限性，以及 L(y)=(x,b)CR:2X≤xB≤b,12y. 数据收集误差，使这种方法应用受到极大的限 文献[5]和[6]对第k1≤k≤K)个DMU:来说， 制.我们利用评价生产函数效率前沿的方法，建 在保持有用的输出不减少的情况下，资源消耗 立了两种改进评价模型. 和环境残余物最少效率评价模型为：

V b l . o 2 2 N . 5 王 波等 : 生命 周期评 价法住C A ) 与 环境 效率 分析 一 1 4 0 . 需 求 , 生 产 的 产 品 、 副 产 品 , 以及排 放到环境 中 的排放物 的数量 . 利用功 能单位和 投入 一产 出 分析 技术 , 确 定穿过每 一 个子系统边界 的投入 、 产 出量并进 行加 总 , 建立一 个 数据清单表 . 2 .3 影 响评价 影响 评价将数据清 单表 的排放物转变成潜 在 的环境 影响 . 产 品潜在 的 环境 影 响 由 资源 消 耗 、 人类健康 影响 和 生 态影 响 组成 . 不 同物 质对 不 同环 境影 响 的数 据都 需 要 . 影 响 评价主 要 由 以下 成分构成 : 选 择和 定 义影 响 目录 ; 分类 ; 特 征 化 ; 标准化和 评估 . 分类 是将 数据清单 的结果按环 境影响 目录 进行分类 . 文 献 昨」给 出 了潜在 环 境影 响 目录 , 一 般情况 都根据 此 目录进 行分 类 , 也 可 以 根据 不 同 的决策 目标和 影 响 重点 进行 分 类 . 特征 化 典型方 法是利 用 等量 因 子 , 将 数 据 清单 中每一 项 ( 一 般为排放物 ) 对各影 响 目录 所 产生 的 影 响 定量化 , 通常采 用 下 面 的 公 式计算 五= 艺 E F 。戈 其中 , 不表示系统对第 i 种环境影响 的总和 , E jzF 表示数据 清单中第 j 项排放物相 对于 第 i 种环境 影响等量 因子 的相对量 , Xj 为第 j 种排放物质量 . 标准化是 将系统每一项 环境 影响 量除 以一 个参考值 , 通常这个 参考值 是 在一 定 范 围 内对 影 响 目录所给 出 影 响 的 总 值 . 例 如 某 一地 区 或 某 一 时 间 内对 某一影 响 目录 的总 影 响 值 . 其 目 的是 使来 自不 同 影 响 目录 的影 响值 具 有可 比 性 , 同时为评估打下 基础 . 评估是 对不 同特征 的 环 境影 响给 予 权重 , 影 响 目录 相 互 间 的权 重 是 根据 其对环境 的相对危 害程度 来确定 , 权 重 反 映 了社会价值 和偏 好 , 可通过专家打 分 、 危 害 的 货 币价值和 相 关 的环 境标准给出 . 实际上 , 确 定 权 重 最科 学 的 方 法 是 结 合 多 属 性 价值 函 数 理 论 , 针对具 体 的产 品 来进行 , 我们 将在另 一 篇文 章 中进行论述 . 2 .4 改进评价 改进 评价主要研 究减 少环 境负担 的 所 有可 能方案 , 识别 改进 的可 能性 . 改进评价方法 的研 究刚刚起 步 , 目前 多用 主 因素分析法 , 对影 响 最 大 的 因素进 行识别与 改 进 . 但 由于 环境 问 题 的 复杂性和 我们 对环境 影响 知 识 的 局 限性 , 以及 数据 收集 误差 , 使 这种方法 应 用 受到 极 大 的 限 制 . 我们 利用 评价 生产 函 数效率前沿 的方 法 , 建 立 了两 种 改进评价模 型 . 3 效率评价 与改进的 D E A 模型 D E A 是 评价一个决策单元相对有效性 的一 种 有效 工 具 , 决策单 元具有 多个 输入 与输 出 , D E A 根据有 限个 决策 单 元的 输入输 出 数据 , 通 过判 断决策单元是 否 处在生 产前沿面上而判 断 决 策单元 的 有效性 . 将产 品 的整个 生命 周 期 看作为 一个产 品系 统 , 这 是 一 个 多投 入多输 出 的 系统 , 决策单元 D M I J 表示 不 同 的生 产方案 . 设 x 二 x( , , … 几)任 骤 为 投入变量 , y 二 伽 l , … 占) 任馏 为输 出变量 , 定 义 产生 可 能集 T 二 x( 少) : 由输入 x 可 以产 出y } , 一 般要 求 T 满足 凸性 , 即 V x( , 力x( 沙今任 T 和 0簇产 毛 1 , 有产(x ,力+( 1一川 ’(x , ’y ) E T . 如 x 爸x ” (x 切) 任 T , 则 称 为 输 入 可 自 由 处 理 的 ; 如 果 y’ 妙冷 (x , y 今任 T , 则 称为 输 出 可 自由处理 的 . 若 x( 功 e T , 1之 咨> 0 冷 (叔 ,刃任 T , 则称为输入 弱可 自由 处 理 的 , 这 时 输入 变量 都 按相 同 比例 变 化(增 加 或减少 ) `1] . 定 义 L 伽) = x{ :y 任卿 x 能 够产 出 y }为输入 可能集 . 对 于 环境 问题来 说 , 产 品 系 统 的 产 出 包 括 废 品 和 污 染 物 , 用 b = b( l, 瓦 , … , bu ) 任砒 来 记产 出 的废 品 和 污染物 , 统称为 环境残 余物 , 而 y 只 表示 有用 的输 出 . 对于 L C A 来 说 , 产 品 产 出方案 D M U 是环 境 有效 率 , 指 由功能单位解 释的产 品和 副产 品 以尽可 能小 的环 境负担来 生产 , 既 以最 小 的 原 材料和 能源消耗来 生 产产 品 , 同 时使 向环境 的 排放物 最少 , 即 保 持产 出 y 的前提 下 , 使 x , b 最 小 , 这样 有效率 的D M I J就实现 了环境保护与经 济发展 的双赢 . 假设 在 L C A 中有 K 个 D M毛J , V k 任 K , 记 瓜 二 X( 1* , x Z* , … , 戈 k) , b * = ( b ,* , b , , … , b习 ,必 = 伽 1*办 , … 孤k) 分别 为 D M U * 对应 的输入 、 环 境残余物 和 有用 输 出 向 量 , 将 环境残余 物 b 作为 决 策 单元 的输 入变 量 , 这 样 可 以构 造评 价有 效 决策 单 元 的 D E A 模型 . 这 时 生 产可 能集 为 T = (x ,b 少 ) : 可 以产 出 y } . X 为 K 个输 入 向量戈 k( = 1 , 2 , …大) 值组 成 的 xK n 阶矩 阵 , B 是 由 K 个 输入 向量 b * 值组 成 的 K “ “ 阶矩 阵 , Y 是 由 K 个 外 值 组成 的 K ` m 阶 矩 阵 , 当 输入满足可 自由处理时 , 输入可能集为 L 知) = x(, b) c 皿户又$ 三戈这丑` 拟 F全少 . 文 献 【5] 和 6[ 〕对第权 1` k` 幻个 D M U 无 来说 , 在 保持 有用 的输 出 不 减少 的情 况下 , 资源 消耗 和 环境残 余物最 少效 率评价模 型 为 :

·402· 北京科技大学学报 2000年第5期 (mine=H:(x,b.y) 含松驰变量形式为 s.t2X≤0x4 mine=H.(x,b.y) (VP)HB≤0b (1) s.t AX+S=0x 2y: 1B+S2=60b 1=(亿，…，x,≥0,1≤i≤K (VP:)AY-Si-y. (2) 含松弛变量形式为 1=(0,…,,120,1≤i≤K min0=H:(x,by) S,Si≥01≥6>0 s.t AX+S=0x 由于模型中有乘积项6日，因此不是线形规 1B+S2=8b. (VP)aY-Si=y. (1) 划模型，为了求解方便，考虑到日是一个不超过1 的值，因此不失普遍性，可令6=1，这时模型2为： 2=(,…),20,1≤i≤K (min0=H.(x,by) S:,S2,S120 st2X≤e 定理1对于模型VP,最优解g=H(x,b, (VP2)AB=0b (3) y)≤1. AYzy 证明注意到当取8=12=1而入=0，i≠k时， 1=(0,…,),120,1≤i≤K 日和1=(，…)为VP,的可行解.当H(x,by)=1 H与H,提供了两种效率评价值，记C=亮，由于 时，称DMU是弱有效的，若Hx,b,y)=1且 S=S=S=O时，称DMU:为有效的.当DMU ≤，所以景≤1.C提供了一个由于环境残 不为有效时，它不在有效前沿面上，通过将它投 余物b不满足可自由处理时资源效率的可能损 影到前沿面上的方法可使DMU得到改善. 失，例如C=景-95%，则由于环境我余物6弱 对于环境残余物b来说，当(x,b,y)∈T,而 处理限制使资源多消耗了5%. b2b时，不能推出，(x,by)∈T即环境残余物b 不一定满足输入可自由处理.可定义b是弱可 4算例 自由处理的，由于x是可自由处理的，这时为输 入可择中处理，输入可能集为： 下面以9个造纸厂为为例，它们的技术水 LGy)=(x,b)∈R:X≤x,B=b,1Y≥y. 平相当，同时都生产某一纸制品，对其生产这一 这时评价DMU,效率的模型为： 产品的效率进行分析.选定制厂的输入为资金、 min0-H(x,by） 纤维素、能源，分别用x,2和表示：环境残余 s.tX≤0x 物为生物需氧量(BOD)、总悬浮物(SS)、氧化硫 1B=66b: (SO)和颗粒物，记作b,b2,b和b;产出为纸制 (VP2) aY2≥y: (2) 品，用表示，具体的数据见表1. 2=(0,…,),420,1≤i≤K 利用模型(VP)(VP)计算出不同工厂的效 1≥8>0 率H,与H见表2.从表2可以看出，当输入可 表1造纸厂输入输出数据与变量 Table 1 Variables and data of input and output 输入 输出 环境残余物 资金(x)纤维投入()能源(x) 纸制品y)BODb) 总悬浮物b,)氧化硫(b)颗粒物(b) 万元 ta- ta ta ta-1 ta-i ta- ta 工厂13914.73 50424.52 51477.5950027.29 1433.20 805.00 1444.47 167.65 工厂2 3351.30 55805.31 52088.34 58975.99 1592.75 822.43 1400.65 164.87 工厂3 4169.68 50740.64 45837.47 53821.06 1639.98 948.96 1401.11 142.85 工厂4 4336.85 55487.61 48738.64 60335.63 1657.94 998.67 1320.69 157.69 工厂5 4218.06 50435.69 43524.53 50526.40 】537.77 821.09 1218.40 175.08 工厂6 4007.81 58281.28 49846.33 46339211672.78 879.00 1336.01 172.66 工厂7 3803.93 55022.68 41072.3652009.201488.36 938.41 1170.90 161.63 工厂8 4285.83 53699.47 49737.9046349.20 1363.53 981.45 1544.42 172.33 工厂93769.04 49443.84 48583.8659478.041500.72 799.55 1531.47 183.68 注：纤维（标准浆）：能源（标准煤）

· 4 0 2 - 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 5 期 2 0 0 m i o n = 马 (x , b 少) .s t 几丫` o xk 含松弛变量形式为 ( V P z ) {妞` o b * 又r 全少 * 又= 以 , , … x)/ , 凡全 0 , 1` 迷 K ( 2 , ) 含松弛变量形式为 (钟 ;) … m in o 二 丛 x( ,b必 .st 几丫十 -lS 二 叙 毛 只丑+ 又 = 0b * ( 1) _ _ ( ` P”… 1 m i n s = wH x( , b 少) s .t 丈丫+ g = 去去 又召+ -zS = 占s b * 又r 一 g = 外 又二 仅 l , … 肋 , 凡七 0 , 1` 达 K S 厂 , g 之 0 田 1七 咨> 0 只r 一 g 二必 ( l ’ ) 由于模 型 中有乘积项占0 , 因 此不 是 线形规 划模 型 , 为了 求解方便 ,考 虑 到0 是一个不超 过 1 的值 , 因此不失普遍性 ,可令 咨= 1 , 这 时模型 2 为 : 只= 以 1 , … 只k) , 兄 i七 0 , l ` i` K 瑟 ,凡 ,又七 O m in o = rH x(, b功 .s t 之X生叙 止 定 理 1 对 于 模 型 V P I , 最 优 解犷 = rH x( ,b y ) ` 1 . 证 明 注意到 当取 犷 二 1只 * 二 1而 凡= ,0件 k时 , 犷 和又= 以 1 , …只J 为 V P , 的可 行解 . 当从伙 , b的 二 1 时 , 称 D M U , 是 弱 有 效 的 , 若 拭仕 , b功 = 1且 瑟 = 凡 二 g = 0 时 , 称 D M U , 为有 效的 . 当 D M I J k 不 为有效 时 , 它不在有效前沿面上 , 通过将它投 影到前 沿面上 的方法可使 D M U , 得到 改善 . 对 于 环境残余物 b 来说 , 当 x( ,b 少阵 T , 而 b 乞 b 时 , 不 能推 出 , x(, b沙)任 T即环 境残余物 b 不 一 定满足输入 可 自由处 理 . 可定义 b 是 弱可 自由 处理 的 , 由于 x 是可 自由处 理的 , 这时 为输 入可 择 中处理 , 输入 可能 集 为 : L ’ 妙) = x( , 句任皿犷 , : 又Y生为 妞 二 b8, 又 y之少 . 这 时评 价 D M U 无 效率 的 模型 为 : (V P Z ) 4妞 b0 * ( 3 ) 又儿沙 止 只= 以 l , … 劫 , 凡之 0 , 1` 达K rH 与wH 提供 了两种效率评价值 , 记 C 一 普 , 由于 。 二二 , 所 以会 : , · c 提供 了 一 个 由于 环境残 余物 b不 满足可 自由处 理 时 资源 效率 的可 能损 失 , 例 如 c 一 单 一 9 5 % , 则 由于环境残 余物 。 弱 / 、 ’ 四 ~ 一 wH 一 “ ` ” ’ 六” 囚 J 一 ” , 从 J/ 、 叨 “ 口。 处 理限 制 使资源 多消耗 了 5% . 4 算例 m in s = wH x(, b少 ) .s t 几 Y生没钧 (V P Z ) 只丑 = 咨 s b * y全扒 = 以 1 , …只办 , 凡之 0 , 1` 达 K ( 2 ) l 七 占> 0 下 面 以 9 个造 纸厂为 为 例 , 它们 的 技术水 平 相 当 , 同 时都 生产某一 纸制 品 , 对其生 产这一 产 品 的 效率进行分析 . 选定 制厂 的输入 为 资金 、 纤 维素 、 能源 , 分别 用 xl , 两 和 与 表示 ; 环境 残余 物 为生 物 需氧量 (B O D ) 、 总 悬浮 物 ( 5 5) 、 氧化 硫 ( 5 0 ) 和 颗 粒物 , 记作 阮 , 瓦 , b , 和 b ; ; 产 出为纸 制 品 , 用 y , 表 示 , 具体 的数据 见表 1 . 利用模 型 ( V P I ) (V P办计算 出不 同工 厂 的效 率 凡 与 wH 见 表 2 . 从表 2 可 以看 出 , 当输入 可 表 1 造纸厂输入输 出数据与变最 aT b le 1 Va r i a b les a n d d a at o f in P u t a n d o u tP u t 输入 输 出 纸制品伪 ) 环 境 残 余 物 工厂 资金 x(, ) 纤维投入 x( 2 ) 能源 xa( ) B O D (b : ) 总悬浮物 ( b Z ) 氧化硫 (b 3 ) 万元 .t a 一 l t · a 一 l ` ~ 一 1 t · a 一 l 颗粒物 (b 4 ) t · a 一 l 工厂 1 工厂 2 工厂 3 工厂 4 工厂 5 工厂 6 工厂 7 工厂 8 工厂 9 3 9 14 , 7 3 3 3 5 1 . 3 0 4 1 6 9 . 6 8 4 3 3 6 . 8 5 4 2 1 8 . 0 6 4 0 0 7 . 8 1 3 803 . 9 3 4 2 85 . 8 3 3 7 6 9 . 04 5 0 4 2 4 . 52 5 5 8 0 5 . 3 1 50 7 4 0 . 64 5 5 4 87 . 6 1 5 0 4 3 5 . 6 9 5 8 2 8 1 . 2 8 5 5 02 2 . 68 5 3 69 9 . 4 7 4 9 4 4 3 . 8 4 5 1 4 7 7 . 59 5 2 0 8 8 . 3 4 4 5 8 37 . 4 7 4 8 7 3 8 . 64 4 3 5 2 4 . 5 3 4 9 84 6 . 3 3 4 1 07 2 . 3 6 4 9 7 3 7 , 9 0 4 8 5 8 3 . 8 6 5 0 0 27 . 29 5 8 9 7 5 . 9 9 5 3 8 2 1 . 06 6 0 3 3 5 . 6 3 5 0 5 2 6 . 4 0 4 6 3 3 9 . 2 1 52 0 09 . 20 4 6 3 4 9 . 2 0 5 9 4 7 8 . 04 14 3 3 . 2 0 1 5 9 2 . 7 5 1 6 3 9 . 9 8 1 65 7 . 9 4 1 5 3 7 . 7 7 1 6 7 2 . 7 8 1 4 8 8 . 3 6 1 3 6 3 . 5 3 1 5 0 0 . 7 2 80 5 . 0 0 8 2 2 . 4 3 9 4 8 . 9 6 9 9 8 . 6 7 8 2 1 . 0 9 8 7 9 . 0 0 9 38 . 4 1 9 8 1 4 5 7 9 9 . 5 5 1 4 4 4 . 4 7 1 4 0 0 . 6 5 1 4 0 1 . 1 1 1 32 0 . 6 9 1 2 1 8 . 4 0 1 3 3 6 . 0 1 1 17 0 . 9 0 1 5 4 4 . 4 2 1 5 3 1 . 4 7 167 . 6 5 1 6 4 . 8 7 1 4 2 . 8 5 1 5 7 . 6 9 1 7 5 . 0 8 1 7 2 . 66 1 6 1 . 6 3 1 7 2 . 3 3 1 83 . 6 8 注 : 纤维 (标准 浆 ) : 能源 (标 准煤 )

VoL.22 No.5 王波等：生命周期评价法(LCA)与环境效率分析 ·403· 表2相对效率值 Table 2 Productive efficiency measures 参数 工厂1 工厂2 工厂3 工厂4 工厂5 工厂6 工厂7 工厂8 工广9 H 0.8848 1.0000 0.9847 1.0000 0.9534 0.7954 1.0000 0.8577 1.0000 H 0.9191 1.0000 1.0000 1.0000 1.00001.0000 1.0000 1.0000 1.0000 C 0.9627 1.00000.9847 1.0000 0.95340.79541.0000 0.85771.0000 自由处理时工广2、工厂4、工厂7和工厂9的效 入，LCA必将成为一种国际性的环境标准.目前 率数为1，且所有的S,S2S均为零，它们均处在 LCA的研究正处在发展中，研究范围主要集 生产前沿面上，因此这些工厂是环境有效率的： 中在：(I)重点分析，即识别LCA结果起主要作 其他工厂的效率数均小于1，所以它们不是有 用的生命周期阶段和工艺：(2)有关数据和方法 效率的。通过将它们投影到生产前沿面上，即 假设的灵敏度和不确定性分析：(3)根据不同当 令： 量因子和地区差别，开发更加有效、简洁且对数 无=0x4-S=21,万=8b4-S= 据要求较低的评价方法等方面 ,b,元=0+S=y 参考文献 可使其达到有效率， 1盛昭瀚，朱乔，吴广谋.DEA理论、方法与应用.北 当环境残余物b只满足弱处理时，工厂2， 京：科学技术出版社，1996 3,4,5,6,7,8和工厂9的效率数为1，这时 2 Consoli F,Bousted I.Guideline for Life Cycle Assessment: SS,S均为零，即这些工厂均为有效率的，工 A Code of Practice.Society of Environmental Toxicology 厂1不是有效率的.而对于工厂1,3,5,6,8，由 and Chemistry Workshop Report.Sesimbra:PORTUGAL, 1993 于C≠1，它们效率不可能像输入可自由处理那 3 Miettinen P,Hamalainen R P.How to Benefit from Deci- 样获得改进，即相对于输入可自由处理来说，它 sion Analysis in Environmental Life Cycle Assessment. 们消耗了更多的资源，例如工厂1多消耗3.13% European.Journal of Operational Research,1997,102: 的资源， 279 4 Barnthouse L,Fava J,Hunt R,et al.Life-cycle Impact As- 5结论 sessment:the State-of-the-art.Society of Environmental Toxicology and Chemistry(SETAC),1997 对全新的环境管理工具一生命周期评价 5 Fare R,GrosskopfS.Measuring Output Efficiency.Euro- 法(LCA)进行了分析与讨论，并构造了评价与 pean Journal of Operations Research,1983,13:173 改进其效率的数学模型，通过一个具体的案例 6 Fare R,Grosskopf S,Pasurica C.Effects on Relative Effi- 进行说明.ISO已将LCA作为环境标准写入ISO ciency in Electric Power Generation Due to Environmental 一14042的环境管理中.随着可持续发展的深 Controls.Resource and Energy,1986(8):167 Analysis of Product Life Cycle Assessment and Environmental Efficiency WANG Bo,ZHANG Oun 1)Management School,University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,China 2)Management School,UST Beijing,Beijing100083,China ABSTRACT The concept and method of Life Cycle Assessment are Analyzed.A general product life cycle flow chart and product environmental efficiency evaluation and improvement mathematics model were es- tablished,which is explained with a case. KEY WORES Life Cycle Assessment;environmental efficiency;linear programming;DEA

V匕1 一 2 2 N O 一 5 王 波等 : 生命 周期 评价法压 CA )与 环境 效率 分析 . 4 0 3 . 表 2 相对效 率值 aT b l e 2 P r o d u e iVt e e if e i e n yC m e a s u res 参数 工 厂 1 0 . 8 84 8 0 . 9 1 9 1 0 . 9 62 7 工厂 2 1 . 00 0 0 1 . 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 工厂 3 0 . 9 84 7 1 . 0 0 0 0 0 . 9 84 7 工厂 4 1 . 00 0 0 1 . 0 0() 0 1 . 0 0() 0 工厂 5 0 . 9 5 3 4 1 . 0 0 0 0 0 . 9 5 3 4 工厂 6 0 . 7 9 5 4 1 . 0 0 0 0 0 . 79 5 4 工厂 7 1 . 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 1 0 0 0 0 工厂 8 0 . 85 7 7 1 . 000 0 0 . 85 7 7 工厂 9 1 . 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 从wHc 自由 处理 时 工 厂 2 、 工 厂 4 、 工 厂 7 和 工 厂 9 的 效 率数 为 1 , 且所有 的 g , -zS , g 均为零 , 它 们 均 处 在 生产前沿面上 , 因此这些工厂 是环境有效率 的 ; 其他 工 厂 的效率数均 小于 1 , 所 以它 们 不 是 有 效率 的 . 通 过将它们 投影 到 生 产前沿面 上 , 即 令 : 兄 = 0为一 S 厂一 艺凡xl , b , = o b一凡 = 入 , L C A 必 将成为一 种 国际 性 的环境标准 . 目前 L C A 的 研究 正 处在发 展中 `们 , 研 究范 围 主要集 中在 : ( l) 重 点分析 , 即识 别 L C A 结果起 主要 作 用 的生命周 期 阶段和 工 艺 ; (2) 有 关数据和 方法 假 设的 灵 敏度 和 不确 定性分析 ; ( 3) 根据不 同 当 量 因子和地 区差别 , 开 发更加有效 、 简洁且对 数 据 要求较低 的 评价方法 等方面 . 艺凡反 , 环二 o y +k s 犷二 艺凡iy 可 使 其达到 有 效率 . 当环 境残余物 b 只 满足 弱 处 理 时 , 工 厂 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 和 工厂 9 的效率数 为 1 , 这 时 g ,凡 , g 均 为零 , 即 这些 工 厂 均 为有 效率的 , 工 厂 1 不 是有 效率 的 . 而对于 工 厂 1 , 3 , 5 , 6 , 8 , 由 于 C 井 1 , 它们 效率不 可 能像输入可 自由处 理 那 样获得改进 , 即 相对于 输入 可 自由处 理来说 , 它 们消耗 了更 多的资源 , 例如工 厂 1 多消耗 3 . 13 % 的 资源 . 5 结 论 对全 新的 环境管理工 具— 生 命周 期 评价 法 ( L C A ) 进行 了 分析与讨 论 , 并构 造 了评价 与 改进其效率 的数学模 型 , 通过 一个 具 体 的案例 进 行说 明 . 15 0 已将 L C A 作为环境标准写 入 15 0 一 14 04 2 的环境 管理 中 . 随着可持 续发展 的深 参 考 文 献 1 盛昭瀚 , 朱 乔 , 吴 广谋 . D E A 理论 、 方法 与应 用 . 北 京 : 科 学技 术 出版 社 , 19% 2 C o ns o 1i F, B o u s et d I . G u i d e 1i n e of r L i fe C y e l e A s s e s s m ent : A C od e o f P r a c t1 e e . S o e i eyt o f nE v i r o mn e n at 1oT x i e o l o gy an d C h e m i s t yr W b ksr h o P eR op rt . S e s i m bar : P O RT U G A L , 19 93 3 M i e t in e n P, H a们。 a l a in e n R R Ho 、 v t o B en e ift fr o m D e e i - s i o n A n a ly s i s in Evn ir o mn e n at l L i fe C y e l e A s s e s s m e nt . E ur o P e an . J o unr ia o f OP e r a ti o n a l R e s e ar e h , 199 7 , 1 02 : 2 7 9 4 B aJ 刀ht o us e L , F va a J , H u n t R , e t a l . L i fe 一 e y e l e lm P ac t A s - s e s s m e n t : ht e S at e 一 o -f ht e 一 art . S co i e yt o f E vn ior nm e n at l oT x i e o l o gy an d C h e m i s ytr ( S E I ’A C ) , 19 9 7 5 F aer 凡 G or s s k o Pf S , M e as u r l n g o u t P ut E if e i e nc .y E u r o - P e an J o urn a l o f o pe rat i o n s 助 s e arc h , 19 83 , 1 3 : 1 7 3 6 F ar e 民 G or s s k o Pf S , P as iur e a C . E fe c st o n eR lat i v e E if - e i e n e y in E l e e itr e P ow e r 价 n e art i o n D u e ot E n v ir o nr e n t a l C o n tr o l s . eR s o cur e an d E ne 堪男` 19 86( 8 ) : 1 6 7 nA a l y s i s o f P r o du e t L ife C y e l e A s s e s s m e n t an d E vn i r o n m e n t a l E if c i e n c y 恻刀G B o , ), Zl lA N G Q u n Z, l )M an 铭 e m e n t S e h o l , U O i v e rs ity o f A e or n a u t l c s an d sA otr n au ti e s , B e ij in g 1 00 0 8 3 , C h in a 2 )M an a g e m e nt S e h o l , U S T B e ij in g , B e ij in g l 0 0 0 83 , Ch i n a A B S T R A C T hT e e on e e Pt an d m e ht o d o f L ife C y e l e A s s e s sm e n t are nA a ly z e d . A g e n e r a l P r o du e t li fe e y e l e fl o w e h art an d rP o du e t e vn ir o run e ant l e if e i e n e y e v a l atU i o n an d im Por v e m e nt m aht e m iat e s m o de l w e re e s - t ab li s h e d , w hi e h 1 5 e xP l a i n e d w iht a e a s e . K E Y W O R E S L i fe C y e l e A s s e s sm e nt : e vn l r o 川m e n at l e if e i e n e y : lin e ar P r o gr a ll ll l l in g : D E A