公路工程碳達峰、碳中和關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

楊大海 單文勝 周小伍 王春紅

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230069；2.交通運輸部公路交通節(jié)能與環(huán)保技術(shù)及裝備研發(fā)中心，安徽 合肥 230069）

“十三五”以來，公路工程綠色低碳發(fā)展取得明顯成效，建成了一批綠色公路示范工程，公路建設(shè)期的“綠色”特征更加鮮明。但在“雙碳”背景下，綠色低碳公路建設(shè)仍存在技術(shù)發(fā)展路徑不明確、降碳技術(shù)應(yīng)用分散等問題，無法有效指導(dǎo)我國低碳公路建設(shè)。本文通過梳理公路建設(shè)期和運營期的關(guān)鍵因素，總結(jié)公路工程在綠色低碳方面的技術(shù)應(yīng)用和推廣情況，提出公路工程“減碳”和“增匯”行動路徑，為提升公路基礎(chǔ)設(shè)施綠色化水平借鑒。

一、面向建設(shè)的公路碳減排關(guān)鍵技術(shù)

（一）基于節(jié)地的公路降碳技術(shù)

1.公路選線優(yōu)化

從規(guī)劃和設(shè)計源頭盡量控制或減少公路對環(huán)境的影響，減少對土地資源的占用，除注重工程規(guī)模、投資影響外，把避開生態(tài)紅線、基本農(nóng)田作為路線走廊帶選擇的重要考慮因素，把對自然環(huán)境的破壞及可恢復(fù)程度列為主要比選條件，制定將生態(tài)紅線、基本農(nóng)田、城市規(guī)劃、壓覆礦產(chǎn)等眾多影響，統(tǒng)籌考慮的“路線方案一張圖”。

圖1 “路線方案一張圖”示意圖

2.路基瘦身、低路堤關(guān)鍵技術(shù)

路基的設(shè)計高度、邊坡坡率、橫斷面形式是影響路基占地的主要因素。路基填筑高度與路線線型、路線交叉、最小填土高度、通道形式和密度等密切相關(guān)；路基寬度主要受公路等級、設(shè)計車速、工程地質(zhì)、防護排水形式等因素影響。因此，在滿足相應(yīng)技術(shù)標準的前提下，應(yīng)合理優(yōu)化路基斷面，如對中央分隔帶結(jié)構(gòu)瘦身、路基邊溝及邊坡護腳結(jié)構(gòu)瘦身等，可有效節(jié)約公路對土地資源的占用。

圖2 路基斷面尺寸優(yōu)化

3.互通節(jié)地關(guān)鍵技術(shù)

互通式立交具有直接占地多、占地集中和地塊細碎化嚴重的特點。近年來，互通式立交用地占比不斷提高，應(yīng)將節(jié)地措施納入互通立交設(shè)計的主要考慮指標中?；ネㄔO(shè)計時應(yīng)從減少直接土地占用和對土地的條塊分割兩方面節(jié)約土地資源。從嚴格控制互通式立交的數(shù)量、間距，增加互通式立交層次，選擇合適的互通式立交型式，確定合適的匝道設(shè)計速度，優(yōu)化匝道線形，合理設(shè)置互通式立交連接線及立交范圍內(nèi)土地利用開發(fā)等方面減少互通立交占地。

（二）基于節(jié)能的公路降碳技術(shù)

1.工業(yè)化建造技術(shù)

傳統(tǒng)公路建設(shè)機械化程度低、能耗高，導(dǎo)致大氣污染、水污染、揚塵污染等，對沿線生態(tài)環(huán)境造成破壞。采用工廠化預(yù)制和現(xiàn)場機械化安裝的公路工業(yè)化建造模式是實現(xiàn)碳減排的重要措施。

樁板式道路技術(shù)是一種新型低碳結(jié)構(gòu)化道路體系，包括預(yù)制管樁和預(yù)制鋼筋混凝土板，該技術(shù)革新了道路建設(shè)理念。道路結(jié)構(gòu)化理念和工業(yè)化建造實現(xiàn)了道路建設(shè)的高效率、低能耗、生態(tài)環(huán)境和諧“零干擾”等綠色可持續(xù)發(fā)展新模式。相對于傳統(tǒng)的路基方案，較大節(jié)省了征地面積，施工速度快。

圖3 樁板式路基裝配技

2.綠色服務(wù)區(qū)建造技術(shù)

高速公路沿線設(shè)立眾多服務(wù)區(qū)，可以采用多種方法降低建筑的資源消耗。建筑構(gòu)造節(jié)能包括墻面使用自調(diào)溫相變材料、建筑立面采用大面積開窗，窗框和外門采用斷熱鋁合金型材，窗玻璃采用低輻射中空玻璃等，減少照明和空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗；屋面節(jié)能包括利用斜屋面與吊頂間夾層開展夏季通風和冬季保溫、采用綠色屋頂?shù)龋灰宰匀煌L為主，利用外部連廊保持空氣流動；電氣節(jié)能包括選用節(jié)能型變壓器、采用低壓無功功率因數(shù)補償、生活水泵采用變頻控制、公共場所設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)等；給排水節(jié)能包括采用智能化箱式泵站節(jié)能供水、節(jié)水衛(wèi)生器、中水回用系統(tǒng)、太陽能+空氣熱能泵熱水系統(tǒng)等技術(shù)。

3.綠色低碳路面施工技術(shù)

路面施工溫拌技術(shù)通常是高溫作業(yè)，瀝青和集料從常溫加熱到160℃～180℃，消耗大量燃料，產(chǎn)生的碳排放量巨大。溫拌技術(shù)是通過摻加溫拌劑或其他技術(shù)手段，降低瀝青黏度，使混合料在較低溫度下具有良好的流動性從而實現(xiàn)拌和與攤鋪[1]，相較于熱拌瀝青混合料節(jié)約能耗20%以上，CO2的最大減排率可達78%。

智能化施工技術(shù)基于無人施工機械群應(yīng)用技術(shù)，開發(fā)施工可視化管理平臺，實時監(jiān)控現(xiàn)場施工壓實、厚度、平整度等信息，用3D掃描捕捉施工前后路表三維信息，獲取精確度可達0.1mm～10mm智能施工參數(shù)。以可視化平臺數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，判定平臺預(yù)警信息級別，便于各方管理。

大厚度、全幅路面施工技術(shù)受到壓實質(zhì)量、施工設(shè)備等限制，公路工程路基、路面施工需分多個層位，工序多施工慢；另外，對于路幅寬度較大的路面，通常采用多臺攤鋪機梯隊攤鋪，機械臺班量大。大厚度、全幅路基路面施工技術(shù)采用的是單機作業(yè)，施工機械利用率高，減少施工工藝和機械調(diào)遷，能耗小、減少碳排放。

4.隧道照明節(jié)能技術(shù)

隧道運營期照明設(shè)施會消耗大量電能，照明系統(tǒng)的光源選擇對能耗影響巨大。LED被稱為第四代照明光源，同高壓鈉燈相比，可節(jié)能60%以上，壽命達50000小時以上。在隧道的入口段、過渡段、中間段、出口段采用不同功率的LED燈替代傳統(tǒng)的高壓鈉燈，同時采用智慧照明技術(shù)，根據(jù)實際光照調(diào)節(jié)隧道內(nèi)照明亮度，定時采集并儲存光照度、車流量，通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)上傳到遠程服務(wù)器，實時控制隧道內(nèi)各路段的照明，達到交通安全和節(jié)能減排雙重效果。

（三）基于節(jié)材的公路降碳技術(shù)

1.固廢材料再生利用技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計，我國建筑垃圾已達40億噸，全國堆存的尾礦總量超過100億噸，且每年還在增長；公路養(yǎng)護、改擴建過程中也會產(chǎn)生大量廢舊材料，對環(huán)境造成巨大挑戰(zhàn)。上述固廢材料可采用粘土、無機結(jié)合料、有機膠結(jié)料作為膠結(jié)材料，以不同工況下公路路基填料的性能要求為標準[2]，制定路基應(yīng)用指標；采用固廢代替水泥穩(wěn)定碎石中的砂石材料；以固廢材料替代混凝土中的天然砂、碎石、粉料，制備摻固廢的水泥混凝土產(chǎn)品；提高固廢在瀝青混合料中摻入比例，制備摻固廢瀝青混凝土產(chǎn)品等方式，提高廢舊資源再利用率。

2.隧道棄渣利用技術(shù)

山區(qū)公路修建會產(chǎn)生大量的隧道棄渣。污染環(huán)境的同時也會帶來水土流失問題。隧道棄渣很大一部分為中～微風化巖體，強度高，結(jié)構(gòu)完整，具有良好的品質(zhì)?？捎糜诼坊钪胺雷o、混凝土砌筑、機制砂加工、碎石加工、隧道襯砌和明洞及仰拱回填等，也可將隧道棄渣優(yōu)選后作為優(yōu)質(zhì)筑路材料綜合的利用。

二、面向運營的公路碳減排關(guān)鍵技術(shù)

（一）基于雙向降碳的公路養(yǎng)護決策體系

據(jù)統(tǒng)計，公路運營期碳排放的80%來源于車輛運輸，路面通行質(zhì)量和通行效率對車輛油耗影響顯著，科學合理的養(yǎng)護決策是公路綠色低碳運營的內(nèi)在需求。公路養(yǎng)護應(yīng)結(jié)合碳排放指標應(yīng)合理確定大中修時機，實現(xiàn)在最佳時間、對最需要養(yǎng)護的路段，采取最恰當?shù)酿B(yǎng)護措施，提高公路服務(wù)水平和通行質(zhì)量。

圖4 養(yǎng)護決策方法

（二）新能源車配套基礎(chǔ)服務(wù)

機動車尾氣排放是我國城市空氣的主要污染源，約占總污染物的79%。新能源汽車基本實現(xiàn)了“零排放”，可在公路服務(wù)區(qū)建設(shè)充電設(shè)施，引導(dǎo)新能源汽車使用，充分利用太陽能、機械能等清潔能源，采用光伏發(fā)電、壓電技術(shù)及垃圾發(fā)電等新興發(fā)電技術(shù)，實現(xiàn)電“源”的綠色化。

三、基于碳匯的路域生態(tài)固碳關(guān)鍵技術(shù)

路域植物碳匯[3]是指路域植物通過光合作用吸收大氣中的CO2并固定在植被與土壤中、減少CO2濃度的過程。公路路域植被綠化包括邊坡、中間隔離帶、互通、服務(wù)區(qū)等區(qū)域。植被綠化作為道路與周邊自然環(huán)境的過渡地帶，除具有減輕水土流失、改善行車環(huán)境、避免路域自然災(zāi)害的功能外，還能吸收CO2，改善路域生態(tài)環(huán)境，增強路域固碳釋氧量。

影響植物碳匯能力的因素主要有植物種類、植物數(shù)量、季節(jié)等。根據(jù)公路所處區(qū)域的自然地理特點及氣候條件，綠化樹種的固碳機理，建立路域植物碳匯能力評價模型。針對不同綠化樹種在不同時期固碳釋氧量，采用SPSS統(tǒng)計軟件對常用樹種作聚類分析和等級分類。合理配置植物，如速生植物前期固碳速度快、效率高，慢生樹種由于其壽命長，碳匯作用持久，速生和慢生樹種搭配可形成良好及長久的景觀與生態(tài)效益。適當增加常綠植物比例，保證秋冬季節(jié)固碳釋氧效果，達到四季常綠的植物景觀效果。喬木的固碳能力高于灌木，將喬木作為上層樹種，合理搭配中層小喬木和小層灌木，可形成豐富的空間綠化層次。自然式的植物配置碳匯明顯高于規(guī)則式。規(guī)則式種植，如模紋花壇種植，由于造型需要，人工修剪、養(yǎng)護量大，因而在固碳的同時碳排放也大。自然式景觀，人工維護量小，碳排放相對較低，固碳能力更持久。

四、結(jié)語

低碳公路是將低碳理念注入到公路建設(shè)、運營全過程的體現(xiàn)，是公路建設(shè)行業(yè)和環(huán)境資源保護主要發(fā)展方向，有利于實現(xiàn)環(huán)境保護的最大化和資源配置的最優(yōu)化；當前固廢材料回收利用技術(shù)投資大、回收利用成本高，導(dǎo)致其再生利用率低，未來仍需加強多種回收方式研究，以降低再利用成本，建立全社會的回收利用產(chǎn)業(yè)鏈體系；公路綠色設(shè)計的標準體系尚未建立，導(dǎo)致新技術(shù)、方法等不系統(tǒng)、不完善，應(yīng)加強總結(jié)和調(diào)研，盡快建立綠色設(shè)計規(guī)范、標準，形成綠色公路評價方法，促進綠色公路健康、可持續(xù)發(fā)展。