公路工程碳达峰、碳中和关键技术与应用

杨大海 单文胜 周小伍 王春红

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230069；2.交通运输部公路交通节能与环保技术及装备研发中心，安徽 合肥 230069）

“十三五”以来，公路工程绿色低碳发展取得明显成效，建成了一批绿色公路示范工程，公路建设期的“绿色”特征更加鲜明。但在“双碳”背景下，绿色低碳公路建设仍存在技术发展路径不明确、降碳技术应用分散等问题，无法有效指导我国低碳公路建设。本文通过梳理公路建设期和运营期的关键因素，总结公路工程在绿色低碳方面的技术应用和推广情况，提出公路工程“减碳”和“增汇”行动路径，为提升公路基础设施绿色化水平借鉴。

一、面向建设的公路碳减排关键技术

（一）基于节地的公路降碳技术

1.公路选线优化

从规划和设计源头尽量控制或减少公路对环境的影响，减少对土地资源的占用，除注重工程规模、投资影响外，把避开生态红线、基本农田作为路线走廊带选择的重要考虑因素，把对自然环境的破坏及可恢复程度列为主要比选条件，制定将生态红线、基本农田、城市规划、压覆矿产等众多影响，统筹考虑的“路线方案一张图”。

图1 “路线方案一张图”示意图

2.路基瘦身、低路堤关键技术

路基的设计高度、边坡坡率、横断面形式是影响路基占地的主要因素。路基填筑高度与路线线型、路线交叉、最小填土高度、通道形式和密度等密切相关；路基宽度主要受公路等级、设计车速、工程地质、防护排水形式等因素影响。因此，在满足相应技术标准的前提下，应合理优化路基断面，如对中央分隔带结构瘦身、路基边沟及边坡护脚结构瘦身等，可有效节约公路对土地资源的占用。

图2 路基断面尺寸优化

3.互通节地关键技术

互通式立交具有直接占地多、占地集中和地块细碎化严重的特点。近年来，互通式立交用地占比不断提高，应将节地措施纳入互通立交设计的主要考虑指标中。互通设计时应从减少直接土地占用和对土地的条块分割两方面节约土地资源。从严格控制互通式立交的数量、间距，增加互通式立交层次，选择合适的互通式立交型式，确定合适的匝道设计速度，优化匝道线形，合理设置互通式立交连接线及立交范围内土地利用开发等方面减少互通立交占地。

（二）基于节能的公路降碳技术

1.工业化建造技术

传统公路建设机械化程度低、能耗高，导致大气污染、水污染、扬尘污染等，对沿线生态环境造成破坏。采用工厂化预制和现场机械化安装的公路工业化建造模式是实现碳减排的重要措施。

桩板式道路技术是一种新型低碳结构化道路体系，包括预制管桩和预制钢筋混凝土板，该技术革新了道路建设理念。道路结构化理念和工业化建造实现了道路建设的高效率、低能耗、生态环境和谐“零干扰”等绿色可持续发展新模式。相对于传统的路基方案，较大节省了征地面积，施工速度快。

图3 桩板式路基装配技

2.绿色服务区建造技术

高速公路沿线设立众多服务区，可以采用多种方法降低建筑的资源消耗。建筑构造节能包括墙面使用自调温相变材料、建筑立面采用大面积开窗，窗框和外门采用断热铝合金型材，窗玻璃采用低辐射中空玻璃等，减少照明和空调系统的电能消耗；屋面节能包括利用斜屋面与吊顶间夹层开展夏季通风和冬季保温、采用绿色屋顶等；以自然通风为主，利用外部连廊保持空气流动；电气节能包括选用节能型变压器、采用低压无功功率因数补偿、生活水泵采用变频控制、公共场所设置智能照明控制系统等；给排水节能包括采用智能化箱式泵站节能供水、节水卫生器、中水回用系统、太阳能+空气热能泵热水系统等技术。

3.绿色低碳路面施工技术

路面施工温拌技术通常是高温作业，沥青和集料从常温加热到160℃～180℃，消耗大量燃料，产生的碳排放量巨大。温拌技术是通过掺加温拌剂或其他技术手段，降低沥青黏度，使混合料在较低温度下具有良好的流动性从而实现拌和与摊铺[1]，相较于热拌沥青混合料节约能耗20%以上，CO2的最大减排率可达78%。

智能化施工技术基于无人施工机械群应用技术，开发施工可视化管理平台，实时监控现场施工压实、厚度、平整度等信息，用3D扫描捕捉施工前后路表三维信息，获取精确度可达0.1mm～10mm智能施工参数。以可视化平台数据为基础，判定平台预警信息级别，便于各方管理。

大厚度、全幅路面施工技术受到压实质量、施工设备等限制，公路工程路基、路面施工需分多个层位，工序多施工慢；另外，对于路幅宽度较大的路面，通常采用多台摊铺机梯队摊铺，机械台班量大。大厚度、全幅路基路面施工技术采用的是单机作业，施工机械利用率高，减少施工工艺和机械调迁，能耗小、减少碳排放。

4.隧道照明节能技术

隧道运营期照明设施会消耗大量电能，照明系统的光源选择对能耗影响巨大。LED被称为第四代照明光源，同高压钠灯相比，可节能60%以上，寿命达50000小时以上。在隧道的入口段、过渡段、中间段、出口段采用不同功率的LED灯替代传统的高压钠灯，同时采用智慧照明技术，根据实际光照调节隧道内照明亮度，定时采集并储存光照度、车流量，通过网络通信技术上传到远程服务器，实时控制隧道内各路段的照明，达到交通安全和节能减排双重效果。

（三）基于节材的公路降碳技术

1.固废材料再生利用技术

据统计，我国建筑垃圾已达40亿吨，全国堆存的尾矿总量超过100亿吨，且每年还在增长；公路养护、改扩建过程中也会产生大量废旧材料，对环境造成巨大挑战。上述固废材料可采用粘土、无机结合料、有机胶结料作为胶结材料，以不同工况下公路路基填料的性能要求为标准[2]，制定路基应用指标；采用固废代替水泥稳定碎石中的砂石材料；以固废材料替代混凝土中的天然砂、碎石、粉料，制备掺固废的水泥混凝土产品；提高固废在沥青混合料中掺入比例，制备掺固废沥青混凝土产品等方式，提高废旧资源再利用率。

2.隧道弃渣利用技术

山区公路修建会产生大量的隧道弃渣。污染环境的同时也会带来水土流失问题。隧道弃渣很大一部分为中～微风化岩体，强度高，结构完整，具有良好的品质。可用于路基填筑及防护、混凝土砌筑、机制砂加工、碎石加工、隧道衬砌和明洞及仰拱回填等，也可将隧道弃渣优选后作为优质筑路材料综合的利用。

二、面向运营的公路碳减排关键技术

（一）基于双向降碳的公路养护决策体系

据统计，公路运营期碳排放的80%来源于车辆运输，路面通行质量和通行效率对车辆油耗影响显著，科学合理的养护决策是公路绿色低碳运营的内在需求。公路养护应结合碳排放指标应合理确定大中修时机，实现在最佳时间、对最需要养护的路段，采取最恰当的养护措施，提高公路服务水平和通行质量。

图4 养护决策方法

（二）新能源车配套基础服务

机动车尾气排放是我国城市空气的主要污染源，约占总污染物的79%。新能源汽车基本实现了“零排放”，可在公路服务区建设充电设施，引导新能源汽车使用，充分利用太阳能、机械能等清洁能源，采用光伏发电、压电技术及垃圾发电等新兴发电技术，实现电“源”的绿色化。

三、基于碳汇的路域生态固碳关键技术

路域植物碳汇[3]是指路域植物通过光合作用吸收大气中的CO2并固定在植被与土壤中、减少CO2浓度的过程。公路路域植被绿化包括边坡、中间隔离带、互通、服务区等区域。植被绿化作为道路与周边自然环境的过渡地带，除具有减轻水土流失、改善行车环境、避免路域自然灾害的功能外，还能吸收CO2，改善路域生态环境，增强路域固碳释氧量。

影响植物碳汇能力的因素主要有植物种类、植物数量、季节等。根据公路所处区域的自然地理特点及气候条件，绿化树种的固碳机理，建立路域植物碳汇能力评价模型。针对不同绿化树种在不同时期固碳释氧量，采用SPSS统计软件对常用树种作聚类分析和等级分类。合理配置植物，如速生植物前期固碳速度快、效率高，慢生树种由于其寿命长，碳汇作用持久，速生和慢生树种搭配可形成良好及长久的景观与生态效益。适当增加常绿植物比例，保证秋冬季节固碳释氧效果，达到四季常绿的植物景观效果。乔木的固碳能力高于灌木，将乔木作为上层树种，合理搭配中层小乔木和小层灌木，可形成丰富的空间绿化层次。自然式的植物配置碳汇明显高于规则式。规则式种植，如模纹花坛种植，由于造型需要，人工修剪、养护量大，因而在固碳的同时碳排放也大。自然式景观，人工维护量小，碳排放相对较低，固碳能力更持久。

四、结语

低碳公路是将低碳理念注入到公路建设、运营全过程的体现，是公路建设行业和环境资源保护主要发展方向，有利于实现环境保护的最大化和资源配置的最优化；当前固废材料回收利用技术投资大、回收利用成本高，导致其再生利用率低，未来仍需加强多种回收方式研究，以降低再利用成本，建立全社会的回收利用产业链体系；公路绿色设计的标准体系尚未建立，导致新技术、方法等不系统、不完善，应加强总结和调研，尽快建立绿色设计规范、标准，形成绿色公路评价方法，促进绿色公路健康、可持续发展。