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(yùn)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(jì)生產(chǎn)、營銷、使用與養(yǎng)護(hù)、再生循環(huán)、再變?yōu)樵牧贤度氲囊粋€(gè)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(gè)具體的公路建設(shè)項(xiàng)目來說，全壽命周期可以分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營管理三個(gè)主要階段。

公路建設(shè)全過程是一個(gè)系統(tǒng)的整體，每一個(gè)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(gè)整體、一個(gè)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(shí)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(jìn)行綠色低碳公路的建設(shè)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)到運(yùn)營管理的每個(gè)環(huán)節(jié)中實(shí)行綠色低碳的系統(tǒng)管理，可以更高質(zhì)、高效地實(shí)現(xiàn)綠色低碳公路建設(shè)，以更好地實(shí)現(xiàn)建設(shè)低碳交通運(yùn)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(jià)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(jì)，在施工過程中采用新材料、新工藝、新方法、新能源，在運(yùn)營養(yǎng)護(hù)階段采用節(jié)能減排措施，達(dá)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(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)最大化和資源配置最優(yōu)化。

交通運(yùn)輸是國家節(jié)能減排和應(yīng)對氣候變化的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，發(fā)展“低碳公路”是我國低碳交通運(yùn)輸體系建設(shè)的重要組成部分。《加快推進(jìn)綠色循環(huán)低碳交通運(yùn)輸發(fā)展指導(dǎo)意見》（交通運(yùn)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(yùn)營、養(yǎng)護(hù)和管理全過程”。可見在公路全壽命周期內(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(diǎn)，止于昭通市南，總長約105.76km。沿線社會人文環(huán)境獨(dú)特，自然風(fēng)光優(yōu)美，公眾對環(huán)境保護(hù)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(tuán)結(jié)進(jìn)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(shí)需求與基礎(chǔ)。

2012 年12 月云南省交通運(yùn)輸廳上報(bào)《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(yùn)輸部審定，將云南麻昭高速公路列為交通運(yùn)輸節(jié)能減排主題性試點(diǎn)工程。

3.2 工程特點(diǎn)

（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?yàn)樯綆X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(qiáng)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(gè)別路段冰凍期長達(dá)3 個(gè)月，連續(xù)冰凍長達(dá)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(dá)80%以上，是本項(xiàng)目建設(shè)的難點(diǎn)路段。

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

本項(xiàng)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(jì)

3.3.1 科學(xué)規(guī)劃

本項(xiàng)目貫穿昭通市南北，與云南干線公路有機(jī)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(xiàng)目的建設(shè)，達(dá)到既最大限度地帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益，又提高運(yùn)輸效益，從而降低運(yùn)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(jiān)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(xiàng)目區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生對公路施工和運(yùn)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(jiān)持地形選線的原則，路線布設(shè)與地形相協(xié)調(diào)，不強(qiáng)拉直線、硬性切割地形，而是順勢而行，使線形連貫流暢；堅(jiān)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(jì)中注意不同設(shè)計(jì)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(hù)、最小程度地破壞、最強(qiáng)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(qiáng)調(diào)個(gè)性設(shè)計(jì)，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(jìn)行拌和及施工，同時(shí)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(jì)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(xiàng)目需溫拌混合料共計(jì)105 840t。

經(jīng)計(jì)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(xiàng)目共計(jì)溫拌155 545t瀝青，每噸減少CO2排放3.7kg，共計(jì)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(fèi)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(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，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(fèi)量并降低了CO2等氣體的排放量。

本項(xiàng)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(jì)8 552.55m3，密度為2.45t/m3，總質(zhì)量為20 953.75t。據(jù)交通運(yùn)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(jì)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(shí)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(xiàng)目擬將滿足工程要求的洞渣及時(shí)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(xiàng)目其他構(gòu)造物，盡量減少棄方量，降低水土流失風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 綠色低碳運(yùn)營與養(yǎng)護(hù)

3.5.1 ETC不停車收費(fèi)車道建設(shè)

ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)每車收費(fèi)耗時(shí)不到2s，其收費(fèi)通道的通行能力是人工收費(fèi)通道的5～10 倍，大大提高了效率。同時(shí)，不停車收費(fèi)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(gè)收費(fèi)站均建設(shè)ETC不停車收費(fèi)車道，項(xiàng)目建成運(yùn)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(dá)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(xiàng)目的工程特點(diǎn)之一就是橋隧比高，全線19 座隧道的單洞長度累計(jì)達(dá)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(shí)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(fèi)站頂棚照明。項(xiàng)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(bǔ)照明系統(tǒng)應(yīng)用

項(xiàng)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(jì)劃采用風(fēng)光互補(bǔ)路燈為本項(xiàng)目的2 處服務(wù)區(qū)、2 處停車區(qū)和2處養(yǎng)護(hù)區(qū)等區(qū)域的廣場照明，為隧道進(jìn)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(bǔ)路燈照明，完全不需要電力，不產(chǎn)生電耗。按每天照明10h 計(jì)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(jī)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(yùn)輸中碳的排放，為節(jié)能減排做出重要貢獻(xiàn)。

本項(xiàng)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(qiáng)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(jì)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(shí)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(shí)施主體單位，強(qiáng)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(xiàng)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(jì)量支付和獎懲體系。

3.6.2 建立施工期能耗監(jiān)測統(tǒng)計(jì)制度

技術(shù)支持機(jī)構(gòu)對項(xiàng)目施工期能耗和資源消耗情況進(jìn)行動態(tài)的技術(shù)咨詢，建立施工期能耗監(jiān)測統(tǒng)計(jì)體系，對施工期能耗進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測統(tǒng)計(jì)，編制能耗臺賬和月報(bào)，根據(jù)實(shí)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(shí)處。

3.6.3 結(jié)合工程進(jìn)度動態(tài)開展綠色培訓(xùn)

技術(shù)咨詢機(jī)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(yàn)介紹、本工程綠色低碳實(shí)施途徑等方面，培訓(xùn)對象涉及管理人員、設(shè)計(jì)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(xiàng)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(xiàng)目的綠色標(biāo)識系統(tǒng)，包括logo設(shè)計(jì)等，凸顯本工程綠色低碳特色。把本項(xiàng)目的管理經(jīng)驗(yàn)、節(jié)能經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)提煉，對其他項(xiàng)目進(jìn)行推廣宣傳，以期對其他公路建設(shè)項(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(jì)、施工、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)全過程提供思路、探索經(jīng)驗(yàn)、樹立典范示范具有重要意義。

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