基于全壽命周期的綠色低碳公路建設(shè)——以云南麻昭綠色低碳公路建設(shè)為例

王 冀，張 毅，陳紹輝

（1.交通運輸部科學(xué)研究院，北京100029；2.云南麻昭高速公路建設(shè)指揮部，云南 昆明650041）

1 全壽命周期理念

產(chǎn)品的全壽命是指從產(chǎn)品原材料提供、設(shè)計生產(chǎn)、營銷、使用與養(yǎng)護、再生循環(huán)、再變?yōu)樵牧贤度氲囊粋€全過程。全壽命周期的核心思想是在產(chǎn)品的全壽命周期內(nèi)盡量降低資源的消耗，提高產(chǎn)品效能。對一個具體的公路建設(shè)項目來說，全壽命周期可以分為規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)、運營管理三個主要階段。

公路建設(shè)全過程是一個系統(tǒng)的整體，每一個環(huán)節(jié)都是系統(tǒng)的一部分。而全壽命周期的思想就是要求把公路建設(shè)過程作為一個整體、一個系統(tǒng)去考慮，把系統(tǒng)全過程的最優(yōu)作為整體的最優(yōu)目標(biāo)來實現(xiàn)，最后以公路的總體性予以表現(xiàn)。以公路全壽命周期的理念來進行綠色低碳公路的建設(shè)，在規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)到運營管理的每個環(huán)節(jié)中實行綠色低碳的系統(tǒng)管理，可以更高質(zhì)、高效地實現(xiàn)綠色低碳公路建設(shè)，以更好地實現(xiàn)建設(shè)低碳交通運輸體系的目標(biāo)。

2 綠色低碳公路的概念

綠色低碳公路，是在全球氣候變化的國際戰(zhàn)略背景下，三低一高（低能耗、低排放、低污染、高效率）的核心價值理念在公路領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。綠色低碳公路建設(shè)，具體體現(xiàn)在通過科學(xué)的規(guī)劃、設(shè)計，在施工過程中采用新材料、新工藝、新方法、新能源，在運營養(yǎng)護階段采用節(jié)能減排措施，達到綠色低碳的目標(biāo)。綠色低碳公路不僅是對環(huán)境舒適度的改善，而且將降低能源成本，實現(xiàn)環(huán)境保護最大化和資源配置最優(yōu)化。

交通運輸是國家節(jié)能減排和應(yīng)對氣候變化的重點領(lǐng)域之一，發(fā)展“低碳公路”是我國低碳交通運輸體系建設(shè)的重要組成部分?！都涌焱七M綠色循環(huán)低碳交通運輸發(fā)展指導(dǎo)意見》（交通運輸部，2013）中明確提出“樹立全壽命周期成本理念，將節(jié)約能源資源要求貫徹到交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、施工、運營、養(yǎng)護和管理全過程”?？梢娫诠啡珘勖芷趦?nèi)開展綠色低碳公路建設(shè)勢在必行。

3 全壽命周期下云南麻昭綠色低碳公路的建設(shè)

3.1 工程概述

云南麻柳灣—昭通高速公路（以下簡稱“麻昭高速公路”）是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中南北縱線G85重慶—昆明高速公路中的一段，起于昭通市大關(guān)縣壽山鄉(xiāng)，接水富至麻柳灣高速公路止點，止于昭通市南，總長約105.76km。沿線社會人文環(huán)境獨特，自然風(fēng)光優(yōu)美，公眾對環(huán)境保護要求高，所處的烏蒙山片區(qū)的戰(zhàn)略定位為“扶貧、生態(tài)與人口統(tǒng)籌發(fā)展創(chuàng)新區(qū)”、“國家重要能源基地”、“面向西南開放的重要通道”、“民族團結(jié)進步示范區(qū)”和“長江上游重要生態(tài)安全屏障”，具有打造成為低碳示范公路的現(xiàn)實需求與基礎(chǔ)。

2012 年12 月云南省交通運輸廳上報《關(guān)于建設(shè)云南省麻昭高速公路低碳示范工程的請示》，經(jīng)交通運輸部審定，將云南麻昭高速公路列為交通運輸節(jié)能減排主題性試點工程。

3.2 工程特點

（1）自然條件差，氣候惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱

擬建公路沿線區(qū)域為山嶺重丘區(qū)，海拔高差大，受地形影響，立體垂直氣候明顯，氣候條件極為多變，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。路線區(qū)域容易形成強度較大的暴雨，水文災(zāi)害頻率高，極易引發(fā)重大地質(zhì)災(zāi)害；秋冬季濃霧、雪天、凍雨、冰凌等不良天氣較常發(fā)生。個別路段冰凍期長達3 個月，連續(xù)冰凍長達40余天，建設(shè)條件極其艱苦。

（2） 地處高原山區(qū)，橋隧比高且橋隧相連，施工難度大

全線橋隧比為48%，其中K0+000～K45+800段橋隧占比高達80%以上，是本項目建設(shè)的難點路段。

（3）地形地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害多

本項目沿線山高谷深、溝壑縱橫，路線沿線各種不良地質(zhì)分布廣泛，存在施工不可預(yù)見性大、潛在的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量多、規(guī)模大、類型多、引發(fā)因素復(fù)雜、施工處置方式多樣、治理難度大等諸多不利因素。

（4）走廊帶狹窄，海拔高差大，長大縱坡多

路線處于山嶺重丘區(qū)，沿線地形陡峭，海拔高差大，路線展線困難，選線復(fù)雜，70km 路程抬升1 500m高差，縱坡控制難度大。

3.3 綠色低碳規(guī)劃設(shè)計

3.3.1 科學(xué)規(guī)劃

本項目貫穿昭通市南北，與云南干線公路有機結(jié)合，形成滇川南北快速大通道。優(yōu)化原有路網(wǎng)，盡可能通過本項目的建設(shè)，達到既最大限度地帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效益，又提高運輸效益，從而降低運輸成本，減少能源消耗和溫室氣體排放的目的。

3.3.2 合理選線

堅持地質(zhì)選線的原則，降低施工難度與工程量，從而大大降低施工能耗，并通過多方案比選，避讓不良地質(zhì)區(qū)域，盡量減少項目區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生對公路施工和運營帶來的影響，避免對直接影響區(qū)域的自然環(huán)境造成破壞；堅持地形選線的原則，路線布設(shè)與地形相協(xié)調(diào)，不強拉直線、硬性切割地形，而是順勢而行，使線形連貫流暢；堅持環(huán)保選線的原則，減少高填深挖，降低邊坡高度。

3.3.3 優(yōu)化指標(biāo)

注重指標(biāo)優(yōu)化，選用連續(xù)、均衡的平縱面指標(biāo)以提高行車安全性。路線設(shè)計中注意不同設(shè)計單元之間連接路段技術(shù)指標(biāo)的均衡與連續(xù)，做到高、低指標(biāo)的合理過渡，通過改善相鄰路段的指標(biāo)組合，降低速度差，從而消除安全隱患。

3.3.4 融入自然

最大限度地保護、最小程度地破壞、最強力度地恢復(fù)自然環(huán)境。把公路放到自然環(huán)境和社會環(huán)境的大系統(tǒng)中考慮成本。根據(jù)公路沿線的自然景觀、人文特色，突出地域特色，強調(diào)個性設(shè)計，把當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情自然地融入整體景觀中，追求路、人、景的和諧統(tǒng)一。

3.4 綠色低碳施工建設(shè)

3.4.1 溫拌瀝青技術(shù)應(yīng)用

所謂溫拌瀝青，就是通過一定的技術(shù)措施，使瀝青能在相對較低的溫度下進行拌和及施工，同時保持其不低于熱拌瀝青混合料的使用性能的瀝青混合料技術(shù)。

麻昭高速公路擬在K46＋000～K76＋000 共計30km 路段路面厚6cm 的中面層鋪設(shè)中使用溫拌瀝青技術(shù)，路面寬度為24.5m，擬使用溫拌混合料為WMAAC—20（SBS），密度為2.4t/m3，項目需溫拌混合料共計105 840t。

經(jīng)計算，采用溫拌瀝青技術(shù)將節(jié)省拌和設(shè)備在加熱瀝青混合料的過程中所消耗的燃油量388.86t，根據(jù)節(jié)油量折合，溫拌瀝青技術(shù)節(jié)能量為555.53t 標(biāo)準(zhǔn)煤。在減排方面，在路面施工中采用溫拌技術(shù)，可以明顯降低混合料生產(chǎn)過程中的有害氣體排放。項目共計溫拌155 545t瀝青，每噸減少CO2排放3.7kg，共計減少CO2排放575.5t。

3.4.2 原路面材料冷再生

瀝青路面冷再生技術(shù)通過對舊路原材料的重復(fù)利用，無需耗費大量的人力、物力、能源開采新的材料，無需占用大量的土地堆放路面廢棄材料，可以減少對環(huán)境的污染，保護生態(tài)環(huán)境。同時，冷再生技術(shù)與熱瀝青混合料相比，大大降低了路面材料生產(chǎn)過程中柴油的耗費量并降低了CO2等氣體的排放量。

本項目原路面冷再生材料應(yīng)用路段為麻昭高速公路K98+400～K106+877段，全長8.477km，面層10cm 共計8 552.55m3，密度為2.45t/m3，總質(zhì)量為20 953.75t。據(jù)交通運輸部公路科學(xué)研究院徐劍在《冷再生節(jié)能減排效果分析》中的研究，泡沫瀝青冷再生混合料中原路面材料所占比例為78.5%，因此，20 953.75t 原路面材料可制作混合料約26 692.68t。泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)直接節(jié)能量主要體現(xiàn)在減少石料加熱所需要的燃料消耗，經(jīng)計算，26 692.68t 泡沫瀝青冷再生減少燃油消耗404.72t標(biāo)準(zhǔn)煤，可減少CO2排放994.28t。

3.4.3 隧道棄渣利用

在高速公路建設(shè)過程中，需要開挖隧道，同時還要開挖取土場填埋路基，因此隧道挖方的利用就成了重要的節(jié)約手段。本項目擬將滿足工程要求的洞渣及時加工成噴射混凝土及二襯等隧道主體結(jié)構(gòu)的混凝土骨料，以提高資源利用率，降低施工成本。剩余隧道棄渣考慮綜合利用，盡可能用于路基填方或加工為砂、石等建材，用于本項目其他構(gòu)造物，盡量減少棄方量，降低水土流失風(fēng)險。

3.5 綠色低碳運營與養(yǎng)護

3.5.1 ETC不停車收費車道建設(shè)

ETC不停車收費系統(tǒng)每車收費耗時不到2s，其收費通道的通行能力是人工收費通道的5～10 倍，大大提高了效率。同時，不停車收費系統(tǒng)還可以降低車輛怠速燃油消耗并減少環(huán)境污染，取得良好的節(jié)能減排效果。

麻昭高速公路7個收費站均建設(shè)ETC不停車收費車道，項目建成運營后可取得良好的節(jié)能減排效果。經(jīng)測算，ETC年平均節(jié)油量為17 287L，年節(jié)能量為18.44t標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)相關(guān)研究顯示，節(jié)約1L汽油大約減少CO2排放2.3kg，則ETC年減少CO2排放39.76t。

3.5.2 LED照明及智能控制技術(shù)應(yīng)用

LED燈具作為新型光源，克服了傳統(tǒng)燈具在節(jié)能方面的不足，與高壓鈉燈相比其節(jié)電率可達60%以上，節(jié)能效果顯著。近年來，LED燈在公路隧道照明中得到了一定的應(yīng)用。本項目的工程特點之一就是橋隧比高，全線19 座隧道的單洞長度累計達48.535km，因此采用LED 燈照明系統(tǒng)是隧道節(jié)能的重要措施。此外，結(jié)合本工程特性，可實施LED 燈節(jié)能照明的領(lǐng)域還包括室內(nèi)照明和外場照明。室內(nèi)照明包括管理區(qū)和服務(wù)區(qū)，外場照明主要為服務(wù)區(qū)廣場照明及收費站頂棚照明。項目采用LED照明，年節(jié)電4 041.92萬度，折合標(biāo)準(zhǔn)煤16 167.67t，折合碳排放減少10 994t。

3.5.3 沿線風(fēng)光互補照明系統(tǒng)應(yīng)用

項目所在區(qū)域風(fēng)能和太陽能資源較為豐富，有利用風(fēng)能、太陽能資源的基礎(chǔ)條件。計劃采用風(fēng)光互補路燈為本項目的2 處服務(wù)區(qū)、2 處停車區(qū)和2處養(yǎng)護區(qū)等區(qū)域的廣場照明，為隧道進出洞口引導(dǎo)照明，推行可再生能源利用技術(shù)。

使用風(fēng)光互補路燈照明，完全不需要電力，不產(chǎn)生電耗。按每天照明10h 計算，則年節(jié)電20.22萬度，折合標(biāo)準(zhǔn)煤80.87t，折合碳排放54.96t。

3.5.4 路域碳匯生態(tài)建設(shè)

碳匯是指從空氣中清除CO2的過程、活動、機制。路域生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物光合作用及其生長過程中對土壤碳庫的輸入，已成為重要的碳匯，能夠在一定程度上抵消交通運輸中碳的排放，為節(jié)能減排做出重要貢獻。

本項目的邊坡綠化面積約為60 萬m2，互通區(qū)綠化面積約為15 萬m2，在植物物種的選取上充分考慮其碳匯能力，對于汽車排放產(chǎn)生的CO2、SO2等氣體將發(fā)揮很強的去除效果。相關(guān)資料顯示，10 000m2灌木林一年吸收CO2約490t，10 000m2草地一年吸收CO2約33t，結(jié)合路域灌木草地比例，預(yù)計將形成年16 000t CO2的吸收能力。

3.6 綠色低碳管理與宣傳

3.6.1 實行施工企業(yè)節(jié)能減排責(zé)任管理

施工企業(yè)是公路建設(shè)中能源消耗和資源消耗的實施主體單位，強化施工企業(yè)節(jié)能減排責(zé)任顯得尤為重要。為此，麻昭高速公路項目業(yè)主單位和施工單位簽訂了節(jié)能減排責(zé)任書，明確規(guī)定了節(jié)能減排的相關(guān)要求和目標(biāo)，并納入計量支付和獎懲體系。

3.6.2 建立施工期能耗監(jiān)測統(tǒng)計制度

技術(shù)支持機構(gòu)對項目施工期能耗和資源消耗情況進行動態(tài)的技術(shù)咨詢，建立施工期能耗監(jiān)測統(tǒng)計體系，對施工期能耗進行動態(tài)監(jiān)測統(tǒng)計，編制能耗臺賬和月報，根據(jù)實際情況提出針對性的節(jié)能減排管理措施，確保節(jié)能減排措施落到實處。

3.6.3 結(jié)合工程進度動態(tài)開展綠色培訓(xùn)

技術(shù)咨詢機構(gòu)根據(jù)工程開展的不同階段編制技術(shù)指南，并在此基礎(chǔ)上針對性地開展相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容涉及國內(nèi)外經(jīng)驗介紹、本工程綠色低碳實施途徑等方面，培訓(xùn)對象涉及管理人員、設(shè)計人員、施工單位相關(guān)人員、監(jiān)理單位相關(guān)人員等。

3.6.4 開展綠色低碳宣傳與展示

總結(jié)項目工程成效顯著的綠色低碳技術(shù)，在服務(wù)區(qū)信息服務(wù)系統(tǒng)中，宣傳展示綠色低碳理念，引領(lǐng)社會向綠色低碳方向發(fā)展。建立本工程項目的綠色標(biāo)識系統(tǒng)，包括logo設(shè)計等，凸顯本工程綠色低碳特色。把本項目的管理經(jīng)驗、節(jié)能經(jīng)驗進行總結(jié)提煉，對其他項目進行推廣宣傳，以期對其他公路建設(shè)項目起到示范作用。

4 結(jié)語

麻昭高速公路作為目前云南省建設(shè)難度最大的公路工程項目，基于全壽命周期思想，將節(jié)能減排、資源循環(huán)利用、綠色環(huán)保理念貫穿至公路建設(shè)的每一個環(huán)節(jié)，全方位、多角度探索特殊地質(zhì)條件下的綠色低碳公路建設(shè)，不僅在公路整體綠色低碳建設(shè)中成效顯著，更對云南乃至全國公路在綠色低碳方面的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運營和養(yǎng)護全過程提供思路、探索經(jīng)驗、樹立典范示范具有重要意義。

[1] 云南麻昭高速公路建設(shè)指揮部.云南麻昭高速公路建設(shè)綠色低碳公路主題性試點實施方案[Z].昭通：云南麻昭高速公路建設(shè)指揮部，2013.

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[3] 尚春靜，張智慧，李小冬.高速公路生命周期能耗和大氣排放研究[J].公路交通科技，2010，（8）：149-154.

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