“雙碳”目標(biāo)下高速公路綠色建造的研究

摘要：以寧夏地區(qū)高速公路建設(shè)為例，對(duì)目前交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)碳排放的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，分析了交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)碳排放的主要來源和影響因素，建立了適應(yīng)西北地區(qū)特點(diǎn)的碳排放計(jì)算模型，從綠色材料應(yīng)用、節(jié)能施工工藝和智能化建造技術(shù)3個(gè)方面，探討了高速公路綠色建造的關(guān)鍵技術(shù)，為推進(jìn)西北地區(qū)高速公路綠色低碳建設(shè)提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：碳達(dá)峰""碳中和""高速公路""綠色建造

Research"on"Green"Construction"of"Highways"Under"the"\"Dual"Carbon\""Goal

SHU"Yuju

Ningxia"Transport"Science"Research"Institute"Co.，"Ltd.，Yinchuan，"Ningxia"Hui"Autonomous"Region，"751100"China

Abstract："Taking"the"highway"construction"innbsp;Ningxia"as"an"example，"this"paper"briefly"expounds"the"current"situation"of"carbon"emissions"in"transportation"infrastructure"construction，"analyzes"the"main"sources"and"influencing"factors"of"carbon"emissions"in"transportation"infrastructure"construction，"establishes"a"carbon"emission"calculation"model"that"adapts"to"the"characteristics"of"the"northwest"region，"and"explores"the"key"green"technologies"for"highway"construction""from"three"aspects："green"material"application，"energy-saving"construction"technology，"and"intelligent"construction"technology，"providing"technical"support"for"promoting"green"and"low-carbon"construction"of"highways"in"the"northwest"region.

Key"Words："Carbon"peak;"Carbon"neutrality;"Highway;"Green"construction

隨著全球氣候變化日益加劇，“雙碳”目標(biāo)已成為世界各國的共同追求。高速公路作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)過程中的碳排放問題日益突出。相關(guān)研究表明，從修建路基、鋪設(shè)路面到大規(guī)模使用鋼筋混凝土等，"高速公路施工環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生大量的碳排放。因此，如何在兼顧高速公路建設(shè)質(zhì)量和效率的前提下最大限度降低其碳足跡成為亟待解決的關(guān)鍵問題。目前，各國正在積極探討采用新型環(huán)保材料、優(yōu)化施工工藝等多種措施，以期實(shí)現(xiàn)高速公路建設(shè)的綠色轉(zhuǎn)型。本文以寧夏地區(qū)高速公路建設(shè)為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析碳排放特征，探索適應(yīng)性的綠色建造技術(shù)路徑，為推進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施低碳轉(zhuǎn)型提供參考。

1“雙碳”目標(biāo)的理論基礎(chǔ)

“碳達(dá)峰”與“碳中和”目標(biāo)（以下簡(jiǎn)稱“雙碳”目標(biāo)）是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的重要戰(zhàn)略部署。基于當(dāng)前現(xiàn)狀，我國承諾2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這一目標(biāo)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出更高要求?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中的碳排放占據(jù)社會(huì)總排放的重要比重。其中，高速公路作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，在施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段存在顯著的碳排放量，建筑材料生產(chǎn)、工程機(jī)械作業(yè)、土石方開挖和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體，水泥生產(chǎn)過程的碳排放強(qiáng)度達(dá)到900"kgCO2/t，瀝青材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放系數(shù)約為319"kgCO2/t。

高速公路綠色建造是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵路徑，通過采用低碳環(huán)保材料、節(jié)能施工工藝和智能化建造技術(shù)，可以有效降低工程全生命周期的碳排放量。在設(shè)計(jì)階段優(yōu)化路線走向和建設(shè)方案，施工階段應(yīng)用溫拌瀝青技術(shù)、冷再生技術(shù)等綠色工藝，運(yùn)營(yíng)階段采用新能源照明設(shè)備和智能化管理系統(tǒng)，都能夠?qū)崿F(xiàn)碳排放的全過程控制[1]。推進(jìn)高速公路綠色建造，對(duì)促進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施低碳轉(zhuǎn)型、構(gòu)建綠色交通體系具有重要的實(shí)踐意義。

2交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)碳排放現(xiàn)狀

2.1碳排放的主要來源

交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)碳排放涉及材料生產(chǎn)、施工建造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)3個(gè)主要階段。本研究以寧夏地區(qū)為例，根據(jù)2023年其交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可知其交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)碳排放主要來源可分為材料生產(chǎn)、施工建造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)3大階段，其碳排放構(gòu)成詳見表1。

從碳排放強(qiáng)度分析，2023年，寧夏地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)平均碳排放強(qiáng)度達(dá)到461.3"kgCO2/m2，其中，高速公路建設(shè)的碳排放強(qiáng)度最高，達(dá)到542.8"kgCO2/m2。由于西北地區(qū)材料運(yùn)輸距離長(zhǎng)、施工季節(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)，材料生產(chǎn)階段，碳排放占比顯著高于全國平均水平，凸顯了該地區(qū)高速公路建設(shè)減排的重點(diǎn)方向。

2.2碳排放的計(jì)算方法與影響因素分析

交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)碳排放計(jì)算采用活動(dòng)水平法，即碳排放量等于活動(dòng)水平數(shù)據(jù)與排放因子的乘積?；?023年寧夏地區(qū)高速公路建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，建立碳排放計(jì)算模型，具體如下。

式（1）中：E為總碳排放量；Ai為第i種活動(dòng)的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)；EFi為對(duì)應(yīng)的排放因子[2]。由于寧夏回族自治區(qū)氣候干旱、晝夜溫差大、施工季節(jié)性強(qiáng)，需在計(jì)算中引入氣候修正系數(shù)λ，修正后的計(jì)算如下。

根據(jù)影響因素分析顯示，工程規(guī)模、地形條件和施工工藝是決定碳排放量的關(guān)鍵要素[3]。針對(duì)寧夏地區(qū)地形特點(diǎn)，路基填方高度每增加1"m，碳排放強(qiáng)度增加47.6"kgCO2/m2；橋隧比每提高10%，碳排放強(qiáng)度增加63.2"kgCO2/m2；采用溫拌瀝青技術(shù)可降低碳排放強(qiáng)度17.8"kgCO2/m2。此外，材料運(yùn)輸距離、晝夜溫差和防風(fēng)固沙措施也會(huì)對(duì)碳排放總量產(chǎn)生一定影響。

3高速公路綠色建造關(guān)鍵技術(shù)

3.1綠色材料應(yīng)用

綠色材料應(yīng)用技術(shù)圍繞改性瀝青混凝土、高性能低碳水泥和固廢再生材料3個(gè)方向展開。

改性瀝青混凝土采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（Styrene-Butadiene-Styrene，SBS）改性劑與橡膠粉復(fù)合改性技術(shù)，通過調(diào)控改性劑分子量與橡膠粉粒徑分布，優(yōu)化瀝青混合料流變性能，實(shí)現(xiàn)低溫施工要求。針對(duì)寧夏地區(qū)鹽漬土含量高的特點(diǎn)，改性瀝青混凝土采用SBS改性劑與橡膠粉復(fù)合改性技術(shù)，通過提高改性劑分子量至15萬、控制橡膠粉粒徑分布在40～60目，增強(qiáng)瀝青混合料抗鹽漬能力。

高性能低碳水泥技術(shù)采用?；郀t礦渣與粉煤灰復(fù)配工藝，結(jié)合納米二氧化硅改性技術(shù)，優(yōu)化熟料礦物組成，控制水化熱，提升后期強(qiáng)度?；炷僚渲撇捎脵C(jī)制砂代替天然砂，通過優(yōu)化級(jí)配曲線與減水劑用量，確保混凝土工作性能。例如：針對(duì)當(dāng)?shù)氐膲A性土壤，可以采用磷渣-粉煤灰復(fù)配工藝，磷渣摻量控制在15%～20%，結(jié)合納米二氧化硅改性技術(shù)，優(yōu)化熟料礦物組成[4]?；炷僚渲撇捎脵C(jī)制砂替代堿性天然砂，控制含泥量低于1%，優(yōu)化級(jí)配曲線。

固廢再生材料技術(shù)適應(yīng)當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙大、晝夜溫差大的特點(diǎn)。廢舊路面冷再生采用泡沫瀝青與水泥復(fù)合穩(wěn)定，泡沫瀝青擴(kuò)大率控制在15倍、、持水時(shí)間超過20s。建筑垃圾資源化采用二級(jí)破碎分級(jí)工藝，配合防風(fēng)固沙改性劑，用于路基填料與生態(tài)防護(hù)，以增強(qiáng)路基抗風(fēng)蝕能力。

3.2節(jié)能施工工藝

針對(duì)寧夏地區(qū)晝夜溫差大、風(fēng)沙強(qiáng)、施工期短等特點(diǎn)，節(jié)能施工工藝主要從溫度調(diào)控、能源循環(huán)和工序優(yōu)化3方面展開。路基土方采用原位固化技術(shù)，通過全球定位系統(tǒng)（Global"Positioning"System，GPS）控制固化深度，將傳統(tǒng)挖運(yùn)工序優(yōu)化為原位攪拌，每公里路基節(jié)省燃油消耗2.8"t。在路面施工中，研發(fā)保溫型攤鋪設(shè)備，利用余熱回收裝置，將瀝青混合料溫度維持在135～140"℃區(qū)間。

針對(duì)當(dāng)?shù)啬耆照?"000"h以上特點(diǎn)，橋梁預(yù)制場(chǎng)采用太陽能輔助蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，蒸汽回收利用率達(dá)85%?；炷翑嚢枵九渲糜酂峄厥昭b置，利用水熱交換系統(tǒng)回收廢熱用于砂石料保溫，有效延長(zhǎng)施工季節(jié)。隧道施工采用LED節(jié)能照明與智能通風(fēng)系統(tǒng)，通過CO濃度在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速。洞口設(shè)置防風(fēng)裝置，配合智能門禁系統(tǒng)，減少通風(fēng)能耗[5]。施工機(jī)械選用節(jié)能型動(dòng)力系統(tǒng)，結(jié)合工序優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享使用，提高能源利用效率。

3.3智能化建造技術(shù)

智能化建造技術(shù)基于“BIM+物聯(lián)網(wǎng)”架構(gòu)，構(gòu)建高速公路全過程數(shù)字化管控體系。針對(duì)寧夏地區(qū)地貌類型多樣、地質(zhì)條件復(fù)雜特點(diǎn)，開發(fā)地形地質(zhì)數(shù)字建模系統(tǒng)，通過激光雷達(dá)掃描與多源地質(zhì)數(shù)據(jù)融合，建立精度達(dá)厘米級(jí)的地形地質(zhì)模型，指導(dǎo)土石方優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，還研發(fā)基于5G網(wǎng)絡(luò)的施工裝備智能管控平臺(tái)，對(duì)路基壓實(shí)、瀝青攤鋪、橋梁吊裝等關(guān)鍵工序?qū)嵤┚珳?zhǔn)控制。裝備端搭載北斗定位系統(tǒng)與慣性導(dǎo)航模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備厘米級(jí)定位，確保施工精度。針對(duì)西北風(fēng)沙天氣，開發(fā)施工氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合氣象站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整施工參數(shù)。

4高速公路全生命周期碳排放管理

高速公路全生命周期碳排放管理基于項(xiàng)目策劃、建設(shè)實(shí)施、運(yùn)營(yíng)維護(hù)3個(gè)階段展開。

項(xiàng)目策劃階段，建立多方案碳排放評(píng)估體系，將線位走向、路基高度、橋隧比等關(guān)鍵指標(biāo)納入碳排放評(píng)價(jià)范疇。針對(duì)寧夏地區(qū)地形地貌特點(diǎn)，開發(fā)基于地理信息系統(tǒng)（Geographic"Information"System，GIS）的線位優(yōu)化模型，綜合考慮土石方平衡、地質(zhì)條施工條件等因素，實(shí)現(xiàn)碳排放量最小化目標(biāo)。

建設(shè)實(shí)施階段，構(gòu)建碳排放動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)接，實(shí)時(shí)采集各施工工序能耗數(shù)據(jù)；；建立材料碳足跡數(shù)據(jù)庫，涵蓋原材料生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工過程碳排放因子，形成碳排放預(yù)警機(jī)制；設(shè)定關(guān)鍵工序碳排放控制值，對(duì)超標(biāo)項(xiàng)目啟動(dòng)智能化管控措施。

運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，開發(fā)基于大數(shù)據(jù)的養(yǎng)護(hù)決策系統(tǒng)，通過無人機(jī)巡檢與傳感監(jiān)測(cè)，建立路面性能衰變模型；優(yōu)化養(yǎng)護(hù)時(shí)序，采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)策略，降低全壽命周期碳排放總量；建立碳排放核算與評(píng)價(jià)體系，對(duì)碳減排措施實(shí)施效果進(jìn)行量化評(píng)估，形成標(biāo)準(zhǔn)化的碳排放管理流程。

5結(jié)語

高速公路綠色建造是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。通過寧夏地區(qū)案例研究表明，針對(duì)西北地區(qū)特殊的氣候和地理?xiàng)l件，采用創(chuàng)新性的綠色材料、節(jié)能工藝和智能化技術(shù)，可以有效降低高速公路建設(shè)碳排放。未來，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)綠色建造技術(shù)研發(fā)，完善碳排放計(jì)算方法，建立健全評(píng)價(jià)體系，推動(dòng)高速公路建設(shè)向低碳、智能、可持續(xù)方向發(fā)展。

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