公路工程碳達峰、碳中和關鍵技術與應用

楊大海 單文勝 周小伍 王春紅

（1.安徽省交通規劃設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能與環保技術及裝備研發中心，安徽 合肥 230069）

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

一、面向建設的公路碳減排關鍵技術

（一）基于節地的公路降碳技術

1.公路選線優化

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

圖1 “路線方案一張圖”示意圖

2.路基瘦身、低路堤關鍵技術

路基的設計高度、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；路基寬度主要受公路等級、設計車速、工程地質、防護排水形式等因素影響。因此，在滿足相應技術標準的前提下，應合理優化路基斷面，如對中央分隔帶結構瘦身、路基邊溝及邊坡護腳結構瘦身等，可有效節約公路對土地資源的占用。

圖2 路基斷面尺寸優化

3.互通節地關鍵技術

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，應將節地措施納入互通立交設計的主要考慮指標中。互通設計時應從減少直接土地占用和對土地的條塊分割兩方面節約土地資源。從嚴格控制互通式立交的數量、間距，增加互通式立交層次，選擇合適的互通式立交型式，確定合適的匝道設計速度，優化匝道線形，合理設置互通式立交連接線及立交范圍內土地利用開發等方面減少互通立交占地。

（二）基于節能的公路降碳技術

1.工業化建造技術

傳統公路建設機械化程度低、能耗高，導致大氣污染、水污染、揚塵污染等，對沿線生態環境造成破壞。采用工廠化預制和現場機械化安裝的公路工業化建造模式是實現碳減排的重要措施。

樁板式道路技術是一種新型低碳結構化道路體系，包括預制管樁和預制鋼筋混凝土板，該技術革新了道路建設理念。道路結構化理念和工業化建造實現了道路建設的高效率、低能耗、生態環境和諧“零干擾”等綠色可持續發展新模式。相對于傳統的路基方案，較大節省了征地面積，施工速度快。

圖3 樁板式路基裝配技

2.綠色服務區建造技術

高速公路沿線設立眾多服務區，可以采用多種方法降低建筑的資源消耗。建筑構造節能包括墻面使用自調溫相變材料、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，減少照明和空調系統的電能消耗；屋面節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、采用綠色屋頂等；以自然通風為主，利用外部連廊保持空氣流動；電氣節能包括選用節能型變壓器、采用低壓無功功率因數補償、生活水泵采用變頻控制、公共場所設置智能照明控制系統等；給排水節能包括采用智能化箱式泵站節能供水、節水衛生器、中水回用系統、太陽能+空氣熱能泵熱水系統等技術。

3.綠色低碳路面施工技術

路面施工溫拌技術通常是高溫作業，瀝青和集料從常溫加熱到160℃～180℃，消耗大量燃料，產生的碳排放量巨大。溫拌技術是通過摻加溫拌劑或其他技術手段，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拌和與攤鋪[1]，相較于熱拌瀝青混合料節約能耗20%以上，CO2的最大減排率可達78%。

智能化施工技術基于無人施工機械群應用技術，開發施工可視化管理平臺，實時監控現場施工壓實、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。以可視化平臺數據為基礎，判定平臺預警信息級別，便于各方管理。

大厚度、全幅路面施工技術受到壓實質量、施工設備等限制，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采用的是單機作業，施工機械利用率高，減少施工工藝和機械調遷，能耗小、減少碳排放。

4.隧道照明節能技術

隧道運營期照明設施會消耗大量電能，照明系統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燈替代傳統的高壓鈉燈，同時采用智慧照明技術，根據實際光照調節隧道內照明亮度，定時采集并儲存光照度、車流量，通過網絡通信技術上傳到遠程服務器，實時控制隧道內各路段的照明，達到交通安全和節能減排雙重效果。

（三）基于節材的公路降碳技術

1.固廢材料再生利用技術

據統計，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；公路養護、改擴建過程中也會產生大量廢舊材料，對環境造成巨大挑戰。上述固廢材料可采用粘土、無機結合料、有機膠結料作為膠結材料，以不同工況下公路路基填料的性能要求為標準[2]，制定路基應用指標；采用固廢代替水泥穩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品等方式，提高廢舊資源再利用率。

2.隧道棄渣利用技術

山區公路修建會產生大量的隧道棄渣。污染環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，結構完整，具有良好的品質。可用于路基填筑及防護、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，也可將隧道棄渣優選后作為優質筑路材料綜合的利用。

二、面向運營的公路碳減排關鍵技術

（一）基于雙向降碳的公路養護決策體系

據統計，公路運營期碳排放的80%來源于車輛運輸，路面通行質量和通行效率對車輛油耗影響顯著，科學合理的養護決策是公路綠色低碳運營的內在需求。公路養護應結合碳排放指標應合理確定大中修時機，實現在最佳時間、對最需要養護的路段，采取最恰當的養護措施，提高公路服務水平和通行質量。

圖4 養護決策方法

（二）新能源車配套基礎服務

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了“零排放”，可在公路服務區建設充電設施，引導新能源汽車使用，充分利用太陽能、機械能等清潔能源，采用光伏發電、壓電技術及垃圾發電等新興發電技術，實現電“源”的綠色化。

三、基于碳匯的路域生態固碳關鍵技術

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、服務區等區域。植被綠化作為道路與周邊自然環境的過渡地帶，除具有減輕水土流失、改善行車環境、避免路域自然災害的功能外，還能吸收CO2，改善路域生態環境，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、植物數量、季節等。根據公路所處區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效益。適當增加常綠植物比例，保證秋冬季節固碳釋氧效果，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則式。規則式種植，如模紋花壇種植，由于造型需要，人工修剪、養護量大，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、結語

低碳公路是將低碳理念注入到公路建設、運營全過程的體現，是公路建設行業和環境資源保護主要發展方向，有利于實現環境保護的最大化和資源配置的最優化；當前固廢材料回收利用技術投資大、回收利用成本高，導致其再生利用率低，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業鏈體系；公路綠色設計的標準體系尚未建立，導致新技術、方法等不系統、不完善，應加強總結和調研，盡快建立綠色設計規范、標準，形成綠色公路評價方法，促進綠色公路健康、可持續發展。