城市道路低碳化設(shè)計(jì)技術(shù)綜述

曹 玫,魏雅萍,蔡 玲

(江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,南京 210005)

0 引 言

城市交通碳排放量在城市總碳排放中所占比重很大,碳排放量?jī)H次于電力產(chǎn)業(yè)和石油化工等能源產(chǎn)業(yè)所占的比重[1]。因此,加強(qiáng)交通節(jié)能減排將成為緩解我國(guó)能源環(huán)境壓力的必然選擇之一。

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了很多低碳城市建設(shè)的探索,多集中于戰(zhàn)略規(guī)劃的研究以及示范城市、示范園區(qū)或示范項(xiàng)目的探討。研究現(xiàn)狀集中在低碳發(fā)展政策,或低碳視角下的城市規(guī)劃、城市環(huán)境研究。文獻(xiàn)1探索了中國(guó)現(xiàn)階段高速城市化與低碳目標(biāo)的協(xié)調(diào)與契合。文獻(xiàn)2結(jié)合杭州交通發(fā)展現(xiàn)狀,將低碳交通作為低碳城市 “六位一體”的組成部分,在今后5～10年里必須盡快編制以低碳為特征的新一輪交通發(fā)展規(guī)劃[2]。

目前低碳交通研究還停留在理論層面,缺少實(shí)質(zhì)性的示范性工程,缺少?gòu)木唧w的工程設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就以低碳交通為視角研究一系列有效的工程措施。在政策與框架研究已經(jīng)較為成熟的前提下,本文對(duì)地方實(shí)行低碳道路示范性工程可利用技術(shù)做出綜述。

1 道路斷面與道路線形優(yōu)化

城市道路的橫斷面設(shè)計(jì)受制于道路紅線寬度、交通量、沿線用地性質(zhì),為保證道路使用質(zhì)量與低碳化運(yùn)作,設(shè)計(jì)中要處理好行車(chē)道與慢性交通、綠化帶寬度之間的關(guān)系。根據(jù)交通量與道路功能定位確定行車(chē)道寬度,結(jié)合沿線景觀條件、相交道路橫斷面布置,合理設(shè)置慢性交通與綠化帶,除了機(jī)動(dòng)車(chē)道,沒(méi)有必要一條道路一種橫斷面方案,可以結(jié)合自然地形,在行車(chē)道以外充分利用空間,在道路左右兩側(cè)靈活調(diào)整綠化帶或慢性交通道路寬度,為慢性交通提供良好交通條件,結(jié)合沿線地形設(shè)置自然變化的景色,從而整合自然景觀與人工景觀,形成一定的道路休憩功能,另外還可在自行車(chē)道引入彩色瀝青路面 (見(jiàn)圖1),突出慢行系統(tǒng)的通勤功能和標(biāo)識(shí)性,促進(jìn)人們使用較為低碳的出行方式。

2 路面新材料的引入

2.1 溫拌瀝青路面

相比熱拌瀝青路面,溫拌瀝青節(jié)能減排原理如下：

圖1 彩色瀝青路面

(1)溫拌瀝青技術(shù),無(wú)論是瀝青加熱、石料加熱還是混合料拌和,其施工溫度都低于熱拌瀝青混合料。在同樣原材料條件下,其拌和溫度一般為110℃～130℃(針對(duì)普通瀝青而言,改性瀝青的拌和溫度稍高),一般比熱拌溫度低30℃～60℃,減少能源的消耗。

(2)熱拌瀝青混合料由于在生產(chǎn)和施工的過(guò)程中溫度較高,會(huì)排放出大量的廢氣和粉塵,這些氣體中的有害成分主要有CO、CO2、SO2以及NOx類(lèi)等,除了嚴(yán)重污染周?chē)h(huán)境以及大氣環(huán)境之外,對(duì)操作人員的身體健康也存在較大威脅。溫拌瀝青技術(shù)的應(yīng)用,降低施工溫度,減少有害物質(zhì)的排放。

(3)熱拌瀝青混合料的拌和與施工溫度較高,在此過(guò)程中,瀝青會(huì)發(fā)生一定程度的老化。而溫拌瀝青混合料由于溫度相對(duì)較低,可減小瀝青短期老化的影響,延長(zhǎng)路面使用壽命,減少后期養(yǎng)護(hù)造成的能源消耗。

(4)熱拌瀝青在低溫下不得進(jìn)行路面施工,但是在溫拌技術(shù)的作用下,瀝青混合料的溫度散失慢,更容易壓實(shí),減少了施工的組織成本,同時(shí)在降低溫度之后能減少機(jī)械設(shè)備的老化問(wèn)題,間接的減少了施工所消耗的成本。

2.2 功能性路面—排水路面

排水路面可以將路表積水迅速排出,減輕積水在行駛車(chē)輛的作用下的飛濺、打滑及水霧現(xiàn)象,提高行駛車(chē)輛自身以及周邊車(chē)輛與行人的安全。另外,排水路面可以在一定程度上降低行車(chē)噪音,提高沿線居民生活質(zhì)量,從而具有顯著的環(huán)境和社會(huì)效益。

3 智能交通

交通堵塞是各大城市普遍存在的交通問(wèn)題,并直接導(dǎo)致整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)效率降低,造成社會(huì)資源的浪費(fèi),極為不低碳不經(jīng)濟(jì)。智能交通從 “低碳出行”的角度出發(fā),目標(biāo)應(yīng)理解為：(1)平滑交通流。車(chē)輛停車(chē)次數(shù)的降低,也意味減少換擋帶來(lái)的汽車(chē)零部件磨損,從而降低汽車(chē)尾氣排放。通過(guò)規(guī)范駕駛者駕駛行為,達(dá)到節(jié)能減排的目的。(2)最大程度降低客貨車(chē)的行駛延誤,減少社會(huì)資源浪費(fèi)。

最后通過(guò)沿線設(shè)置的可變情報(bào)板,引導(dǎo)車(chē)輛按合理的路徑行駛,減少車(chē)輛擁堵,減少車(chē)輛繞行,從系統(tǒng)上達(dá)到減少碳排放的目標(biāo)。實(shí)測(cè)交通量可通過(guò)沿線布設(shè)的交通參數(shù)采集設(shè)備獲取,城市道路正常段落適用的車(chē)輛檢測(cè)器有微波與視頻車(chē)輛檢測(cè)器,交叉口轉(zhuǎn)向交通量在上海等一些大城市已可通過(guò)信號(hào)控制機(jī)參數(shù)直接提取,進(jìn)一步地,還可以設(shè)置少量環(huán)境參數(shù)檢測(cè)設(shè)備,直接監(jiān)測(cè)碳排放量。

控制噪聲污染是低碳交通的重要組成部分,城市道路平交口相對(duì)于基本路段來(lái)說(shuō)噪聲污染尤為明顯,為重點(diǎn)防治平交口噪聲,可考慮在平交口設(shè)置噪音檢測(cè)器和發(fā)布一體機(jī) (見(jiàn)圖2)。

圖2 噪音檢測(cè)發(fā)布一體機(jī)

4 道路照明

4.1 光 源

傳統(tǒng)的道路照明光源為高強(qiáng)度氣體放電燈,首選為高壓鈉燈。高壓鈉燈具有壽命長(zhǎng)、光效高、質(zhì)量穩(wěn)定而且能滿(mǎn)足交通道路照明指標(biāo)要求的特點(diǎn)。但是高壓鈉燈的光線是向四處發(fā)射的,有很大一部分光無(wú)法到達(dá)路面,使得高壓鈉燈實(shí)際使用效率不高。

作為光源,LED優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面：節(jié)能、環(huán)保和長(zhǎng)壽命。LED不依靠燈絲發(fā)熱獲取光源,能量轉(zhuǎn)化效率高,理論上只有白熾燈能耗的10%、熒光燈能耗的50%。從而使LED在道路照明中的應(yīng)用成為可能,并成為適合低碳工程的綠色光源。

4.2 電 源

傳統(tǒng)箱式變電站供電能耗較高。太陽(yáng)能獨(dú)立照明系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：利用光伏電池組件提供電能,科技含量高、無(wú)污染、節(jié)約能源,符合環(huán)保要求;設(shè)備簡(jiǎn)單、使用安全方便;不需要交納電費(fèi)和鋪設(shè)用電設(shè)施,節(jié)約了人力、物力、財(cái)力;管理費(fèi)用少、使用年限長(zhǎng),是綠色照明的重要組成部分。如項(xiàng)目所在區(qū)域太陽(yáng)能資源不盡豐富時(shí),可采用風(fēng)光互補(bǔ)的照明供電方案 (見(jiàn)圖3)。特別注意,由于風(fēng)力發(fā)電需要安裝粗大的桿件,只適合在寬闊的地面使用。

圖3 風(fēng)光互補(bǔ)路燈

5 植物碳匯

通過(guò)合理種植、養(yǎng)護(hù)和補(bǔ)植,避免出現(xiàn)碳的迅速釋放;有意識(shí)地增加樹(shù)木在綠地中的比重,將不同根系種類(lèi)、根系深度的植物配置在一起,使單位面積植物的固碳量最大化;模擬自然地帶性植被的特征,并按有關(guān)植物固碳研究的成果,建立起具有多樣性特征比較明顯的群落,達(dá)到低碳高效的目的,增強(qiáng)植物景觀的減排功能。將不同樹(shù)齡的樹(shù)木進(jìn)行混栽,保持植物碳匯的穩(wěn)定性,減少除草和清除落葉等不必要的養(yǎng)護(hù),發(fā)揮自然式叢林及其土壤固碳能力的優(yōu)勢(shì),以保證綠地碳匯的穩(wěn)定。

6 效益評(píng)估計(jì)算方法與參數(shù)

上述技術(shù)均為降低道路交通碳排放貢獻(xiàn)不同程度的效益。溫拌瀝青低碳效益評(píng)估主要從如下幾個(gè)方面測(cè)算：(1)降低油耗;(2)降低現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)設(shè)備成本;(3)設(shè)備損耗;(4)施工組織消耗;(5)緩解路面短期老化,節(jié)省養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。其中,(3)(4)(5)難以量化計(jì)算,前兩種計(jì)算依據(jù)及方法如下。

(1)降低油耗。①集料和水分?？紤]到瀝青混合料拌和應(yīng)用的季節(jié)和拌和廠料棚搭建的實(shí)際情況,集料(包括其中所含的水分在內(nèi))加熱前的溫度統(tǒng)一取25℃,集料的比熱容取為 920J/(kg?K)。計(jì)算過(guò)程中選定集料的含水量為4%,綜合考慮到水分蒸發(fā)吸熱以及水蒸氣散失帶走熱量的情況,其所消耗的能量按該水分在130℃時(shí)全部蒸發(fā)出去計(jì)算,并統(tǒng)一選取水的比熱容為4190J/(kg?K);②加熱過(guò)程參數(shù)。拌和樓加熱過(guò)程中所用燃料選定為柴油并且燃燒效率可達(dá)到90%,柴油的發(fā)熱量為82.5×106J/kg,滾筒熱交換率選為60%。③油石比。各類(lèi)混合料的油石比按5%計(jì)算。

(2)降低現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)設(shè)備成本。施工溫拌瀝青路面的施工過(guò)程中,可以節(jié)省1臺(tái)大噸位膠輪壓路機(jī)臺(tái)班費(fèi),每天約合2000元/臺(tái)班。

(3)其他無(wú)法量化的節(jié)耗。主要從如下幾個(gè)方面測(cè)算：①拌和廠中溫拌、熱拌瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中有害氣體排放量的比較,重點(diǎn)在CO2、SO2以及NOx等氣體;②施工現(xiàn)場(chǎng)溫拌 、熱拌瀝青混合料在攤鋪過(guò)程分別產(chǎn)生的瀝青煙等氣體排放量比較;③噪聲污染的減少可參考國(guó)際上已檢測(cè)過(guò),且具有一定權(quán)威性的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明問(wèn)題。

道路照明低碳效益評(píng)估主要通過(guò)計(jì)算電費(fèi)與常規(guī)照明方式進(jìn)行比較,據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明,每節(jié)約1度電,就相當(dāng)于節(jié)約了0.4千克標(biāo)準(zhǔn)煤,同時(shí)減少污染排放0.272千克碳粉塵,0.997千克二氧化碳,0.03千克二氧化硫,0.015千克氮氧化物。

綠化減排測(cè)算[3]：①固碳制氧：研究資料表明：1hm2闊葉林每年能吸收二氧化碳1000 kg,釋放氧氣730 kg,凈化空氣1800萬(wàn)m3。②凈化二氧化硫和粉塵。根據(jù) 《中國(guó)生物多樣性國(guó)情研究報(bào)告》資料,1hm2闊葉林每年能吸收二氧化硫88.65 kg,而1hm2針葉林每年能吸收二氧化硫215.60 kg,綠色植物還對(duì)HF、Cl2等污染物有較強(qiáng)的吸收作用。此外,城市空氣中的懸浮固體物質(zhì)含量大,對(duì)人體呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重傷害,綠色植物尤其是復(fù)合型綠地具有很強(qiáng)的滯塵功能,1hm2闊葉林每年滯塵10.2t,1hm2針葉林每年滯塵33.2t。

7 結(jié)語(yǔ)與展望

在國(guó)內(nèi)關(guān)于低碳城市交通政策與框架研究已經(jīng)較為成熟的前提下,本文結(jié)合相關(guān)研究成果,對(duì)地方實(shí)行低碳道路示范性工程可利用技術(shù) (道路設(shè)計(jì)、路面新材料、智能交通以及道路照明城市綠化)做出了綜述,并提出相應(yīng)評(píng)價(jià)方法。文中其他許多降低碳排放量的措施都屬于間接措施,例如,有效的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)降低車(chē)輛擁堵與降低碳排放量之間的關(guān)系、減少停車(chē)次數(shù)與降低碳排放量之間的關(guān)系、減少車(chē)輛延誤從而削減社會(huì)資源浪費(fèi)、節(jié)約電費(fèi)對(duì)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響以及低碳交通帶來(lái)人民生活質(zhì)量的提高等都值得深入研究。展望未來(lái),低碳交通經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)是一個(gè)綜合性的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。要從低碳交通對(duì)環(huán)境保護(hù)、社會(huì)生活水平、對(duì)周邊設(shè)施產(chǎn)業(yè)的影響等多個(gè)方面制定因子,從而量化計(jì)算出低碳交通關(guān)鍵技術(shù)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

[1]顧朝林.建設(shè)低碳城市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展—低碳城市規(guī)劃發(fā)展模式[J].城鄉(xiāng)建設(shè),2009,(11)：70-72.

[2]茅林.杭州市低碳交通 “十二五”發(fā)展規(guī)劃基本問(wèn)題的思考[J].公路,2010,(8)：183-184.

[3]劉鋒,陳瓊琳,唐賢鞏.基于低碳理念的瀟湘南大道濱水景觀概念規(guī)劃[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2010,36(2)：120-123.