基于“綠色低碳”理念的城市道路技術(shù)要素的探索與實(shí)踐

王斌強(qiáng)，鄭衛(wèi)國，袁 偉，馬玉林

（1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023；2.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司武漢綜合院，湖北 武漢 430076）

0 引言

目前，我國已成為全球第二大碳排放國，且交通行業(yè)是我國三大碳排放來源之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，交通領(lǐng)域的碳排放約占我國碳排放總量的11%。從我國交通領(lǐng)域的碳排放結(jié)構(gòu)來看，道路運(yùn)輸?shù)奶寂欧耪急燃s為86%[1]，城市交通（含都市圈）的碳排放則占其中的40%左右。隨著“提升交通基礎(chǔ)設(shè)施綠色發(fā)展水平”寫入《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》，交通領(lǐng)域已成為我國實(shí)現(xiàn)“綠色低碳”目標(biāo)的主戰(zhàn)場。

城市交通是交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重要組成部分，隨著“綠色低碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的逐步推進(jìn)，對(duì)基于“綠色低碳”理念的城市道路設(shè)計(jì)技術(shù)要素進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文結(jié)合具體工程案例，探討適合城市道路的“綠色低碳”技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)“綠色低碳”的發(fā)展目標(biāo)。

1 “綠色低碳”城市道路技術(shù)要素

1.1 理念解讀

作為城市道路交通體系可持續(xù)發(fā)展的指導(dǎo)性思想，“綠色低碳”理念可分解為：從生態(tài)環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，解決資源環(huán)境方面的問題；從節(jié)能減排角度出發(fā)，解決氣象學(xué)上能源經(jīng)濟(jì)方面的問題[2]。

在城市道路設(shè)計(jì)實(shí)踐中，需要將上述兩個(gè)概念相結(jié)合，使其在滿足交通基礎(chǔ)功能的前提下，實(shí)現(xiàn)城市道路生態(tài)、節(jié)能、高效的建設(shè)與運(yùn)營，助力城市道路交通及城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 “綠色低碳”城市道路技術(shù)要素

通過對(duì)比傳統(tǒng)與“綠色低碳”城市道路的功能需求，歸納出“綠色低碳”城市道路技術(shù)要素，主要有安全耐久、資源節(jié)約、環(huán)境舒適這幾個(gè)方面。

其中安全耐久包括交通安全、防災(zāi)救災(zāi)、排水防澇、結(jié)構(gòu)安全耐久、材料高性能等；資源節(jié)約包括節(jié)地與土地利用、節(jié)能與能源利用、節(jié)材與綠色建材等；環(huán)境舒適包括通行舒適、聲光氣環(huán)境、自然環(huán)境等。

2 “綠色低碳”城市道路技術(shù)要素分析

2.1 安全耐久性技術(shù)要素分析

安全耐久是工程的基本要求，是保證設(shè)計(jì)功能正常發(fā)揮的前提條件。城市道路是城市交通的主要載體，也是各種城市管線布設(shè)的主要通道。根據(jù)其功能需求和特點(diǎn)，“綠色低碳”城市道路安全耐久性設(shè)計(jì)主要考慮的要素如下。

2.1.1 交通安全

交通安全就是保障通行在城市道路上的人、車等均能安全通行。一般認(rèn)為步行、自行車交通是零碳排放交通方式；另外，有數(shù)據(jù)顯示，與出租車、私家車相比，軌道交通、公交車出行的碳排放明顯較低。因此，“綠色低碳”城市道路的交通安全更應(yīng)凸顯以人為本、均衡路權(quán)，引導(dǎo)具有明顯碳排放優(yōu)勢的慢行、公共交通出行。

2.1.2 防災(zāi)救災(zāi)

城市道路應(yīng)具備避難場地、防火帶、消防通道、救援通道等作用。城市道路場地較為開闊，作為市民日常生活必不可缺的水、電、氣、熱等的主要載體，在極端自然災(zāi)害條件下，需要保證其具有相應(yīng)級(jí)別的城市生命線功能[3]，達(dá)到“不可抵御災(zāi)害時(shí)保安全”的功能目標(biāo)。

2.1.3 排水防澇

作為排水管道布設(shè)的主要通道，城市道路承擔(dān)著道路及周邊地塊的排水防澇功能。為防止洪水災(zāi)害和排除城市內(nèi)澇，規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)須考慮項(xiàng)目所在地的地形、氣候、水文等自然條件，合理設(shè)置城市排水系統(tǒng)和防洪設(shè)施，實(shí)現(xiàn)“小、中雨無漬水；大、暴雨保交通；持續(xù)大暴雨抗?jié)n災(zāi)”的目標(biāo)；以及“生態(tài)平衡、安全保障、環(huán)境優(yōu)良”的生態(tài)環(huán)境目標(biāo)。

2.1.4 結(jié)構(gòu)安全

結(jié)構(gòu)安全是保證工程正常建設(shè)、運(yùn)營，以及各項(xiàng)功能正常實(shí)現(xiàn)的前提條件。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到材料選擇、施工方案、后期管養(yǎng)、工程投資等，設(shè)計(jì)時(shí)宜選用當(dāng)?shù)刎S富的建材，降低材料生產(chǎn)及運(yùn)輸中的碳排放；優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，利于工廠標(biāo)準(zhǔn)化制作；優(yōu)選耐久性優(yōu)良的長壽命結(jié)構(gòu)，降低管養(yǎng)投入及工程全生命周期的碳排放總量。

2.2 資源節(jié)約技術(shù)要素分析

高效的資源利用本身就是對(duì)原料資源的低消耗，對(duì)生態(tài)環(huán)境的少破壞。因此，城市道路的綠色低碳化設(shè)計(jì)，就是通過設(shè)計(jì)指導(dǎo)建設(shè)及運(yùn)維，協(xié)調(diào)城市道路各要素合理分配，減少資源占用；倡導(dǎo)綠色建造、綠色運(yùn)維，使用新技術(shù)、新材料，使其建設(shè)運(yùn)營對(duì)城市環(huán)境的破壞降至最小[4]，并創(chuàng)造更加高效的空間利用率和運(yùn)營使用率。

2.2.1 節(jié)地與土地利用

根據(jù)現(xiàn)行《城市綜合交通體系規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51328—2018），規(guī)劃的城市道路與交通設(shè)施用地面積應(yīng)占城市規(guī)劃建設(shè)用地面積的15%～25%，人均道路與交通設(shè)施面積不應(yīng)小于12 m2。

目前，我國城市現(xiàn)有交通用地一般占比在15%以內(nèi)。隨著城市和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通用地需求的逐步增長與土地資源不可再生之間的矛盾將更為突出，從而在一定程度上制約城市的發(fā)展[4]。因此，城市道路設(shè)計(jì)應(yīng)協(xié)調(diào)好與地上、地下建（構(gòu)）筑物以及各種管線的關(guān)系，減少用地及拆遷安置，統(tǒng)籌利用土地資源。

2.2.2 節(jié)能與能源利用

有資料顯示，公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與養(yǎng)護(hù)生命周期的碳排放占公路交通運(yùn)輸碳排放總量的10%～20%?？梢?，城市道路節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)做到：控制城市道路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)周期的能源消耗；減少城市道路使用中的能源消耗，即交通運(yùn)輸能源消耗[5]。

設(shè)計(jì)時(shí)，可通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來減少建設(shè)及養(yǎng)護(hù)期實(shí)物工程量；采用能源消耗更少的新技術(shù)、新材料、新工藝；使用長壽命構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，延長其使用壽命，降低養(yǎng)護(hù)難度。運(yùn)營期可通過優(yōu)化交通組織，引導(dǎo)綠色出行；設(shè)置區(qū)域性智慧交通管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車行“綠波”；優(yōu)化平縱面，使其利于車輛勻速通行，減少能源消耗等。

2.2.3 節(jié)材與綠色建材

建筑材料作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)性材料，為改善人居條件，治理生態(tài)環(huán)境和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供了重要支撐，但是建材生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工過程中均要產(chǎn)生大量的碳排放。因此，需采取周密、有效的設(shè)計(jì)措施，降低材料使用量；同時(shí)選用資源和能源消耗少、環(huán)境污染小、碳排放低的綠色建材等。

設(shè)計(jì)過程中應(yīng)積極探索并使用循環(huán)材料，合理選用新型綠色建材；平衡項(xiàng)目內(nèi)土石方，優(yōu)先選用本地建材；積極使用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，促進(jìn)工廠化生產(chǎn)等。

2.3 環(huán)境舒適技術(shù)要素分析

環(huán)境舒適是城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和維護(hù)的需要，城市道路作為城市居民活動(dòng)的主要街道空間，是構(gòu)成城市整體生態(tài)環(huán)境的重要部分?！熬G色低碳”城市道路環(huán)境舒適性設(shè)計(jì)包含：

（1）光環(huán)境。采取有效技術(shù)措施，既要提供舒適明亮的照明系統(tǒng)，改善道路通行環(huán)境；又要采取必要的照明控制措施，降低光污染。

（2）聲環(huán)境。采用降噪、隔音措施，減少對(duì)道路使用者和周邊區(qū)域的噪音干擾。

（3）氣環(huán)境。及時(shí)清除管道系統(tǒng)淤積，清掃綠地、道路暗角隱藏垃圾，消除微生物發(fā)酵條件，避免產(chǎn)生有毒、有異味氣體。

（4）通行舒適。通行舒適包括良好的線型和視距；連續(xù)的慢行系統(tǒng)，優(yōu)質(zhì)的無障礙設(shè)施；清晰的路權(quán)，完善的交通功能；平整舒適的路面，優(yōu)美的綠化和街道景觀等。

3 案例解析

3.1 城市道路概況

擬建山湖大道（見圖1）位于武漢市江夏區(qū)，南北走向，長約12.5 km，紅線寬50～60 m，兩側(cè)設(shè)2×20 m 隙地，城市主干路，雙向8 車道，設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h。從北往南，道路沿線主要規(guī)劃用地性質(zhì)分別為山體農(nóng)林地、科研用地、住宅商業(yè)用地、工業(yè)物流用地等。

圖1 項(xiàng)目沿線規(guī)劃圖

3.2 “綠色低碳”設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)踐探索

在滿足現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，結(jié)合項(xiàng)目周邊自然環(huán)境，緊扣“綠色低碳”要求，在項(xiàng)目全生命周期內(nèi)考量，以實(shí)踐部分“綠色低碳”設(shè)計(jì)技術(shù)要素。

3.2.1 安全耐久性設(shè)計(jì)

3.2.1.1 以人為本，引導(dǎo)綠色出行

（1）在斷面選擇上，設(shè)計(jì)放棄主6+ 輔2 機(jī)非混行的規(guī)劃主輔結(jié)構(gòu)體系，選用主車道雙向8 車道，設(shè)置獨(dú)立人、非道的斷面方案。一是外側(cè)車行道可做公交車專用道，相比輔道通行條件，可讓公交真正快起來；二是可設(shè)置更寬敞且獨(dú)立的非機(jī)動(dòng)車道，安全性、舒適性更好；三是無主輔交通轉(zhuǎn)換，可提高綠化率，提升交通流暢性、安全性。園區(qū)段設(shè)計(jì)斷面方案見圖2。

圖2 園區(qū)段設(shè)計(jì)斷面方案（單位：m）

（2）道口設(shè)計(jì)時(shí)，采用較小的緣石轉(zhuǎn)彎半徑（R=3～8 m），壓縮道口進(jìn)口道寬度，減小慢行過街距離；合理組織道口交通，設(shè)置非機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)專用道，有效減小左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車過街距離及時(shí)間；設(shè)置實(shí)體二次過街安全島，獨(dú)立的人、非過街專用道和專用指示燈，清晰路權(quán)，增強(qiáng)過街指向性和安全性。

3.2.1.2 生命線工程

項(xiàng)目約有4.2 km 段位于自然山體西北腳，設(shè)計(jì)在隙地外圍區(qū)域，采用100 a 一遇標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置山體截洪溝。讓項(xiàng)目既滿足城市排水防澇功能，也保障了道路“在不可抵御洪澇災(zāi)害時(shí)保安全”的生命線工程要求。

3.2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件

在桿件、支擋、管道、站臥石等結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)上，力求統(tǒng)一結(jié)構(gòu)尺寸，滿足標(biāo)準(zhǔn)化制作需求。

3.2.1.4 全生命周期設(shè)計(jì)

在項(xiàng)目南段工業(yè)區(qū)，結(jié)合重載貨運(yùn)交通量大的特點(diǎn)，選用連續(xù)配筋混凝土長壽命路面結(jié)構(gòu)。既能滿足重載交通功能要求，提高路面長期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和行駛舒適性；還能延長路面使用壽命，節(jié)約管養(yǎng)投入，減少全生命周期內(nèi)碳排放量[6]。

3.2.2 資源節(jié)約設(shè)計(jì)

3.2.2.1 節(jié)約土地利用

（1）合理確定斷面各要素寬度，車道寬度在規(guī)范允許范圍內(nèi)取合理低值；山體段結(jié)合交通特征，保留基礎(chǔ)功能性人非系統(tǒng)，并與綠道統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。有效節(jié)約功能性斷面寬度，并將富余部分置于斷面兩側(cè)，與隙地統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，減少道路對(duì)兩側(cè)用地的影響。

（2）結(jié)合地形特點(diǎn)和防洪水位高度，優(yōu)化道路縱斷面設(shè)計(jì)，減小路基填挖高度，控制道路工程邊坡影響范圍。

（3）結(jié)合智慧路燈設(shè)置條件，將視頻監(jiān)控、信號(hào)燈、交通標(biāo)牌等進(jìn)行合桿，并預(yù)留5G 基站、環(huán)境采集、信息發(fā)布等設(shè)備接口，做到“應(yīng)合盡合”。另外，將交通管線和智慧路燈管線進(jìn)行“共井共溝”設(shè)計(jì)，以有效釋放路內(nèi)空間。

3.2.2.2 節(jié)能措施

（1）隨著道路縱坡的增加，車輛上坡增加的綜合油耗明顯大于下坡減少量；非機(jī)動(dòng)車車速隨道路縱坡的增大而明顯減小，且當(dāng)?shù)缆房v坡超過2.5%時(shí)，影響顯著。因此，設(shè)計(jì)將道路最大縱坡控制在2.5%以內(nèi)，并設(shè)置與地形相融合的道路縱斷面，使道路縱坡對(duì)慢行和原油經(jīng)濟(jì)性更友好。

（2）交通信號(hào)燈采用區(qū)域化智慧設(shè)計(jì)，后期可結(jié)合實(shí)時(shí)交通條件，實(shí)現(xiàn)智慧控制和“綠波帶”交通。

（3）設(shè)置安全舒適的林蔭慢道和過街設(shè)施；設(shè)置公交車專用道及合理的公交站點(diǎn)；引導(dǎo)周邊居民綠色出行，最大限度減少使用者的通行能耗。

（4）設(shè)置智慧路燈，采用LED 等高效節(jié)能光源，可通過光感、時(shí)間等控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，有效減少能源和人力資源消耗。

3.2.2.3 材料選擇

（1）采用水泥穩(wěn)定再生集料做機(jī)動(dòng)車道下基層及非機(jī)動(dòng)車道基層，實(shí)現(xiàn)建筑固體廢棄物的循環(huán)使用。

（2）綜合考慮地基處理、綠化等用土，優(yōu)化縱橫斷面及邊坡設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)道路內(nèi)土方總體平衡。

（3）可行性研究和初步設(shè)計(jì)階段設(shè)置專用棄土場，臨時(shí)堆放清表土、淤泥等富營養(yǎng)土，用于工程綠化用土及周邊土地復(fù)耕、復(fù)綠等。

3.2.3 環(huán)境舒適設(shè)計(jì)

（1）山體段結(jié)合生態(tài)需求，增設(shè)上跨和下穿道路生物通道，保證山體間動(dòng)植物交流，有效減少道路建設(shè)對(duì)原有生物交流的影響，保障生物之間的自然聯(lián)系（見圖3）。

圖3 生物通道

（2）邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)先采用緩坡+ 生態(tài)修復(fù)的方式，增加安全性，且與自然山體融合，減少人工痕跡。

（3）充分利用隙地內(nèi)現(xiàn)有農(nóng)田、藕塘、溝渠、低洼地等建設(shè)海綿設(shè)施，實(shí)現(xiàn)雨水自然蓄存利用。

（4）隙地設(shè)計(jì)尊重現(xiàn)狀地形地貌，通過“留、疏、改”等設(shè)計(jì)手法，保留自然肌理；梳理植被空間、疏通視線淤堵；改造安全隱患。通過生態(tài)節(jié)約理念的落實(shí)，構(gòu)建自然和諧的“大地景觀”，實(shí)現(xiàn)自然與城市空間的相互融合。

（5）智慧路燈“大合桿”桿件上預(yù)留的5G、車路協(xié)同、環(huán)境采集、信息發(fā)布等智慧設(shè)施接口，為車路協(xié)同、無人駕駛及城市智慧管理預(yù)留建設(shè)條件。

3.3 設(shè)計(jì)效果

設(shè)計(jì)將“綠色低碳”理念融入市政道路中，從全壽命周期出發(fā)，考慮人性化交通需求，土地、空間及材料再生利用，智慧管控，又協(xié)調(diào)了人與自然的關(guān)系，為可持續(xù)的城市生活創(chuàng)造了良好的出行環(huán)境，得到社會(huì)的廣泛好評(píng)。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)是市政道路生命周期中的重要環(huán)節(jié)，是將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為“綠色低碳”建造、運(yùn)維的紐帶，是處理技術(shù)與生態(tài)環(huán)境及碳排放關(guān)系的重要環(huán)節(jié)，對(duì)城市道路全生命周期內(nèi)的“綠色低碳”實(shí)現(xiàn)起著決定性作用。

因此，進(jìn)行城市道路“綠色低碳”設(shè)計(jì)技術(shù)的研究與實(shí)踐探索，是實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域“綠色低碳”目標(biāo)的有效路徑。