“双碳”目标下高速公路绿色建造的研究

摘要：以宁夏地区高速公路建设为例，对目前交通基础设施建设碳排放的现状进行了简要阐述，分析了交通基础设施建设碳排放的主要来源和影响因素，建立了适应西北地区特点的碳排放计算模型，从绿色材料应用、节能施工工艺和智能化建造技术3个方面，探讨了高速公路绿色建造的关键技术，为推进西北地区高速公路绿色低碳建设提供技术支撑。

关键词：碳达峰""碳中和""高速公路""绿色建造

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

随着全球气候变化日益加剧，“双碳”目标已成为世界各国的共同追求。高速公路作为重要的交通基础设施，其建设过程中的碳排放问题日益突出。相关研究表明，从修建路基、铺设路面到大规模使用钢筋混凝土等，"高速公路施工环节都会产生大量的碳排放。因此，如何在兼顾高速公路建设质量和效率的前提下最大限度降低其碳足迹成为亟待解决的关键问题。目前，各国正在积极探讨采用新型环保材料、优化施工工艺等多种措施，以期实现高速公路建设的绿色转型。本文以宁夏地区高速公路建设为研究对象，系统分析碳排放特征，探索适应性的绿色建造技术路径，为推进交通基础设施低碳转型提供参考。

1“双碳”目标的理论基础

“碳达峰”与“碳中和”目标（以下简称“双碳”目标）是全球应对气候变化的重要战略部署。基于当前现状，我国承诺2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这一目标对基础设施建设提出更高要求。基础设施建设过程中的碳排放占据社会总排放的重要比重。其中，高速公路作为重要的交通基础设施，在施工建设和运营维护阶段存在显著的碳排放量，建筑材料生产、工程机械作业、土石方开挖和运输等环节均会产生大量温室气体，水泥生产过程的碳排放强度达到900"kgCO2/t，沥青材料生产环节的碳排放系数约为319"kgCO2/t。

高速公路绿色建造是实现“双碳”目标的关键路径，通过采用低碳环保材料、节能施工工艺和智能化建造技术，可以有效降低工程全生命周期的碳排放量。在设计阶段优化路线走向和建设方案，施工阶段应用温拌沥青技术、冷再生技术等绿色工艺，运营阶段采用新能源照明设备和智能化管理系统，都能够实现碳排放的全过程控制[1]。推进高速公路绿色建造，对促进交通基础设施低碳转型、构建绿色交通体系具有重要的实践意义。

2交通基础设施建设碳排放现状

2.1碳排放的主要来源

交通基础设施建设碳排放涉及材料生产、施工建造和运营维护3个主要阶段。本研究以宁夏地区为例，根据2023年其交通基础设施建设监测数据，可知其交通基础设施建设碳排放主要来源可分为材料生产、施工建造和运营维护3大阶段，其碳排放构成详见表1。

从碳排放强度分析，2023年，宁夏地区交通基础设施建设平均碳排放强度达到461.3"kgCO2/m2，其中，高速公路建设的碳排放强度最高，达到542.8"kgCO2/m2。由于西北地区材料运输距离长、施工季节性强等特点，材料生产阶段，碳排放占比显著高于全国平均水平，凸显了该地区高速公路建设减排的重点方向。

2.2碳排放的计算方法与影响因素分析

交通基础设施建设碳排放计算采用活动水平法，即碳排放量等于活动水平数据与排放因子的乘积。基于2023年宁夏地区高速公路建设项目数据，建立碳排放计算模型，具体如下。

式（1）中：E为总碳排放量；Ai为第i种活动的活动水平数据；EFi为对应的排放因子[2]。由于宁夏回族自治区气候干旱、昼夜温差大、施工季节性强，需在计算中引入气候修正系数λ，修正后的计算如下。

根据影响因素分析显示，工程规模、地形条件和施工工艺是决定碳排放量的关键要素[3]。针对宁夏地区地形特点，路基填方高度每增加1"m，碳排放强度增加47.6"kgCO2/m2；桥隧比每提高10%，碳排放强度增加63.2"kgCO2/m2；采用温拌沥青技术可降低碳排放强度17.8"kgCO2/m2。此外，材料运输距离、昼夜温差和防风固沙措施也会对碳排放总量产生一定影响。

3高速公路绿色建造关键技术

3.1绿色材料应用

绿色材料应用技术围绕改性沥青混凝土、高性能低碳水泥和固废再生材料3个方向展开。

改性沥青混凝土采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（Styrene-Butadiene-Styrene，SBS）改性剂与橡胶粉复合改性技术，通过调控改性剂分子量与橡胶粉粒径分布，优化沥青混合料流变性能，实现低温施工要求。针对宁夏地区盐渍土含量高的特点，改性沥青混凝土采用SBS改性剂与橡胶粉复合改性技术，通过提高改性剂分子量至15万、控制橡胶粉粒径分布在40～60目，增强沥青混合料抗盐渍能力。

高性能低碳水泥技术采用粒化高炉矿渣与粉煤灰复配工艺，结合纳米二氧化硅改性技术，优化熟料矿物组成，控制水化热，提升后期强度。混凝土配制采用机制砂代替天然砂，通过优化级配曲线与减水剂用量，确保混凝土工作性能。例如：针对当地的碱性土壤，可以采用磷渣-粉煤灰复配工艺，磷渣掺量控制在15%～20%，结合纳米二氧化硅改性技术，优化熟料矿物组成[4]。混凝土配制采用机制砂替代碱性天然砂，控制含泥量低于1%，优化级配曲线。

固废再生材料技术适应当地风沙大、昼夜温差大的特点。废旧路面冷再生采用泡沫沥青与水泥复合稳定，泡沫沥青扩大率控制在15倍、、持水时间超过20s。建筑垃圾资源化采用二级破碎分级工艺，配合防风固沙改性剂，用于路基填料与生态防护，以增强路基抗风蚀能力。

3.2节能施工工艺

针对宁夏地区昼夜温差大、风沙强、施工期短等特点，节能施工工艺主要从温度调控、能源循环和工序优化3方面展开。路基土方采用原位固化技术，通过全球定位系统（Global"Positioning"System，GPS）控制固化深度，将传统挖运工序优化为原位搅拌，每公里路基节省燃油消耗2.8"t。在路面施工中，研发保温型摊铺设备，利用余热回收装置，将沥青混合料温度维持在135～140"℃区间。

针对当地年日照3"000"h以上特点，桥梁预制场采用太阳能辅助蒸汽养护系统，蒸汽回收利用率达85%。混凝土搅拌站配置余热回收装置，利用水热交换系统回收废热用于砂石料保温，有效延长施工季节。隧道施工采用LED节能照明与智能通风系统，通过CO浓度在线监测，实现风机变频调速。洞口设置防风装置，配合智能门禁系统，减少通风能耗[5]。施工机械选用节能型动力系统，结合工序优化，实现设备共享使用，提高能源利用效率。

3.3智能化建造技术

智能化建造技术基于“BIM+物联网”架构，构建高速公路全过程数字化管控体系。针对宁夏地区地貌类型多样、地质条件复杂特点，开发地形地质数字建模系统，通过激光雷达扫描与多源地质数据融合，建立精度达厘米级的地形地质模型，指导土石方优化设计。此外，还研发基于5G网络的施工装备智能管控平台，对路基压实、沥青摊铺、桥梁吊装等关键工序实施精准控制。装备端搭载北斗定位系统与惯性导航模块，实现机械设备厘米级定位，确保施工精度。针对西北风沙天气，开发施工气象监测预警系统，结合气象站实时数据，自动调整施工参数。

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项目策划、建设实施、运营维护3个阶段展开。

项目策划阶段，建立多方案碳排放评估体系，将线位走向、路基高度、桥隧比等关键指标纳入碳排放评价范畴。针对宁夏地区地形地貌特点，开发基于地理信息系统（Geographic"Information"System，GIS）的线位优化模型，综合考虑土石方平衡、地质条施工条件等因素，实现碳排放量最小化目标。

建设实施阶段，构建碳排放动态监测系统，将建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）与物联网数据对接，实时采集各施工工序能耗数据；；建立材料碳足迹数据库，涵盖原材料生产、运输、施工过程碳排放因子，形成碳排放预警机制；设定关键工序碳排放控制值，对超标项目启动智能化管控措施。

运营维护阶段，开发基于大数据的养护决策系统，通过无人机巡检与传感监测，建立路面性能衰变模型；优化养护时序，采用预防性养护策略，降低全寿命周期碳排放总量；建立碳排放核算与评价体系，对碳减排措施实施效果进行量化评估，形成标准化的碳排放管理流程。

5结语

高速公路绿色建造是实现“双碳”目标的重要途径。通过宁夏地区案例研究表明，针对西北地区特殊的气候和地理条件，采用创新性的绿色材料、节能工艺和智能化技术，可以有效降低高速公路建设碳排放。未来，应进一步加强绿色建造技术研发，完善碳排放计算方法，建立健全评价体系，推动高速公路建设向低碳、智能、可持续方向发展。

参考文献

[1]明珠，杨友森.面向“双碳”目标的高速公路施工碳排放管理体系研究[J].资源节约与环保，2024"（6）：117-122.

[2]何欢，孙世航，余婕.基于碳汇方案的高速公路竹类景观绿化设计及效益评价：以达州绕城西高速为例[J].绿色科技，2024，26（11）：48-53，81.

[3]师瑞峰，刘根茂，孙周，等.基于云模型的零碳高速公路综合性能评价体系[J].公路，2024，69（5）：285-294.

[4]陈艳波，刘镇湘，田昊欣，等.高速公路绿色能源系统研究综述及展望[J/OL].中国电机工程学报，1-18[2024-11-11].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240402.1443.026.html.

[5]陈玲玲.关于“双碳”目标下公路运输经济发展的探究[J].中国航务周刊，2024"（14）：54-56.