智慧化、海绵化、低碳化的绿色服务区建设理念探讨

韩根生 倪栋 邵社刚

江西省高速公路投资集团有限责任公司 交通运输部公路科学研究所 公路交通环境保护技术交通运输行业重点实验室

摘 要：随着绿色交通运输建设发展，高速公路绿色服务区建设技术也演化出了不同的体系特点，针对工程地域环境条件、适用性特点，探讨服务区建设具有积极意义。本文通过莆田至炎陵联络线广昌至吉安段泰和北绿色服务区建设体系梳理，围绕服务区水资源利用、节能开发特色服务区等主题，对低影响开发理念主要途径类型，以及服务区生活排污源分离处理措施设置要求等方面进行分析讨论，并在绿色能源利用、生活垃圾资源化基础上，针对广昌至吉安段的环境特征，探索实践基于智慧化、海绵化、低碳化创新绿色服务区模式，为江西省绿色公路服务区建设技术奠定集成应用基础。

关键词：绿色服务区;智慧化;海绵化;低碳化;资源利用;

基金：江西省交通运输厅科技项目(2017C0003-1);

服务区作为高速公路上的“驿站”和“窗口”，是高速公路安全、便捷、舒适出行的保障，是高速公路运营期用能主要单元、污染物及碳排放源，应重视节能减排、资源节约、污染治理以及发展循环经济等交通节能环保工作。我国的高速公路建设发展速度极快，配套服务区规模较大。服务区的建设理念也由布局紧缩、功能单一，到目前的多样化、设施低碳环保化、环境景观地域化等主题鲜明的特色服务区。在其理念发展中，非常重视规划的引领作用，部分省份如江西、云南、广东等都制定有专门的高速公路服务区建设规划，从路网层面对服务设施进行整体、统一的规划。在服务设施内部设施布局设计中，“以人为本”的人性化的设计，坚持节约土地、尊重自然、因地制宜、灵活布设，“人车分离、大小分离、客货分离”的安全布设，“突出地域特色”的个性化设计等被确定为服务区设计遵循的主要原则，有质量的提升服务区的建设和设计理念是高速公路服务能力提升的重要体现，也是交通运输现代治理能力的组成部分。

1 海绵服务区建设技术

服务区属于场区形式设计，海绵化技术主要借鉴海绵城市技术体系。公路服务区建设设施的规模不大，并且建筑分布相对分散，总面积有70%以上表面不透水铺装，主要分布在屋面、混凝土、沥青铺面道路等设施，其中未经过绿化处理的屋面，会产生0.9的径流系数，表面径流形成迅速，排水管网负荷较大，同时，大量的积水会影响服务区的安全性以及停留活动的不便利性，这个过程中雨水资源大量流失，近年来低影响开发LID、可持续城市排水系统SUDS等多种技术应运而生，结合公路服务区的场地特征及建设运营特点，从雨水资源化和生活污水再生化方面构建海绵服务区理念下，推荐LID设施选择原则，运用暴雨洪水管理模型SWMM模拟验证，来实现合理布设透水铺装、绿色屋顶、植草沟和下凹式绿地等技术组合。

与注重雨水资源化相对应，服务区生活污水应视为重要的资源回用部分，通过采取相应措施提高污水处理后再生利用供水系统的保证性，并在工程设计阶段即将再生水回用管路涵盖在内，回用管路适当考虑补水管路搭配，再生水来源不足情况下自动补水，然则，为保持再生水的环境质量达标和稳定，服务区污水处理工艺的选取应充分考虑，进水水质、水量波动等方面的影响。污水已经不再被认为是一种废物，部分国家(荷兰、新加坡、美国等)将其视为可再生的资源，污水处理也处于由过去的以卫生文明与环境保护为目标向着资源回收的方向发展。荷兰提出的NEWS理念，即未来污水处理厂将是营养物(Nutrient)、能源(Energy)与再生水(Water)的制造工厂(factories)，美国水环境联盟(WEF)正式摒弃污水处理厂(WWTP,Wastewater Treatment Plant)之称，转而统称为水资源厂(WRRF,Water Resource Recovery Facility)，新加坡倡导Wastewater(污水)改称为Used water(旧水)，表明在世界范围内污水视作可再生资源。许多国家在水环境污染治理目标与技术路线方面已经有了重大变化，水污染治理的目标已经由传统意义上的“污水处理、达标排放”转变为以水质再生为核心的“水的循环再利用”。资源化视角出发，应考虑源分离技术在服务区中的适用，可以从根本上消除污水末端处理靠自来水稀释、输送、处理污染物，浪费大量水资源并使所含营养物、能源难以可持续性弊端。在源分离技术中较为主流的为ECOSAN工艺，这种工艺需对黄水、棕水和灰水分门别类地进行处理。结合服务区污水产生特点，筛选确定各类生活污水与厕所粪尿的源头分离的设施;选择典型服务区，分别测定未混合排放前各类生活污水的水质指标，结合现行公路服务区污水处理技术现状，提出与各类生活污水水质处理要求相适应的处理技术;针对分离出的厕所粪便，从堆肥、热解及曝气均质化等三个方面分别筛选确定相应的资源化处置技术。

图1 以资源回收为导向的污水源分离系统组成示意图 下载原图

2 服务区智慧化技术理念

在智能交通(简称:ITS)的基础上，在交通领域中充分运用物联网、云计算、互联网、人工智能、自动控制、移动互联网等技术，通过高新技术汇集交通信息，对交通管理、交通运输、公众出行等等交通领域全方面以及交通建设管理全过程进行管控支撑，使交通系统在区域、城市甚至更大的时空范围具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，以充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能、提升交通系统运行效率和管理水平，为通畅的公众出行和可持续的经济发展服务。高速公路服务区正在尝试如何将以云计算、大数据处理技术为基础的“互联网+”应用于服务区智慧化建设过程中，借助我国5G的投入使用，未来服务区智慧综合体发展态势与转型升级的必然趋势。

(1)服务区管理，对服务区停车场进行监控，利用电子巡更系统、红外监控报警系统等实现对高速公路服务区的安全防控。

(2)出行者信息服务，为出行者提供准确实时的道路通行情况、自驾游指引等公共交通的服务信息。核心是通过电子出行指南来收集交通设施的静态和高速公路使用者动态服务信息，并推送给出行者，以帮助出行者选择出行方式、出行时间和出行路线。

(3)交通指引与安全预警管理，从车辆的类型利用较为成熟的视频卡口或其他图像识别技术，对小型机动车、新能源车辆进行车位疏导停放。营运车辆中除在现有大型车辆停存，应对危险品运输车辆、油料运输车辆等引导至安全距离较远的停泊区，但应注意到，在已有视频、图像技术的基础上，随着数字信号处理与集成电路技术的发展，数字信号处理器的功能不断强大，基本信号处理算法日趋成熟，以DSP为核心的指向性扬声器系统可以通过软件编程方便的实现算法的调试，这种基于音频与视频结合的交互技术，能够在很多场景下实现其独有的技术特点，可以通过其选择性的接受范围来区分服务区不同信息接受群体，另外，定向音、视频的结合也可有助增强信息推送的被动性，较为适合用于提示安全信息或预警，以及紧急情况下的人群分区疏导。

图2 基于音视频的服务区交通指引与安全预警系统技术原理示意图 下载原图

3 低碳化能源利用与建设

(1)空气源热泵+太阳能光热组合热水系统

在建筑能耗中，暖通空调系统和热水系统所占的比例接近60%，因此基于太阳能利用和空气源热泵热水系统，能够缓解服务区建筑耗能较高的问题。空气能(源)热泵是由电动机驱动的，利用蒸汽压缩制冷循环工作原理，以环境空气为冷(热)源制取冷(热)风或者冷(热)水的设备。空气能(源)热泵利用空气中的热量作为低温热源，经过传统空调器中的冷凝器或蒸发器进行热交换，然后通过循环系统，提取或释放热能，利用机组循环系统将能量转移到建筑物内，满足用户对生活热水、地暖或空调等需求。我国对太阳能与空气源热泵热水系统应用较为成熟，2015年部分地区和组织相继出台了该技术的应用技术导则或指引，具备推广应用的技术前提，针对公路服务区的建筑场景下，重点考虑在服务区工作人员住宿楼、办公室，以及其他人员长期活动场所，采取空气源热泵+太阳能光热组合热水系统为其提供用水、调温等功能需求。

图3 空气源热泵系统原理示意图 下载原图

(2)光伏技术

光伏发电已经成为较为成熟的一项新能源技术，其中光伏电站的大型化和并网化已经成为今后的发展方向及研究重点。并网光伏系统指的是光伏发电系统与常规电网相联，一起承担供电的任务。随着光伏技术的不断发展，光伏电能已经渐渐由补充能源向替代能源过渡。薄膜发电建筑一体化(BI-PV)技术是光伏发展的新型技术形式，较为适合在服务区综合楼建筑物的南向坡屋顶，采用建材型光伏建筑，替代传统的屋顶。太阳能光电建筑一体化设施(简称光伏建筑)的原理就是将光伏发电设施与建筑物进行一体化设计，按照安装类型可分为建材型(将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料，如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等)、构件型(与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件，如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨蓬构件、遮阳构件、栏版构件等)、与屋顶、墙面结合安装型(在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式)。将光伏发电设施、停车位遮阳设施及充电桩组合起来，停车位遮阳设施采用光伏发电板，其所发电量接入充电桩(以市电为主)，为电动汽车提供电能，但光伏发电的并网化和大型化无疑是将来的主要发展趋势。

低碳化建设的技术体系很丰富，除太阳能、空气能等清洁能源途径外，还可结合服务区生活污水源分离的有机质部分和厨卫垃圾等进行生物质利用，包括生物质发电技术、生物质气化技术、生物质固化技术、生物质液化技术。生物质发电技术是指通过生物质集中燃烧发电，主要有生物质锅炉直接燃烧发电、生物质/煤混合燃烧发电等，实现“绿色化学”的减碳降碳目标。

图4 光伏建筑应用照片 下载原图

4 结语

依托高速公路绿色公路典型示范工程的建设，立足江西省高速公路绿色服务区建设技术需求，由涵盖“智慧化、海绵化、低碳化”绿色服务区建设体系开展理念研究，以形成高速公路绿色服务区建设技术体系，为江西省乃至全国高速公路绿色服务区建设提供技术支撑。通过本文讨论的技术理念，指导了服务区的建设工作，为减少服务区运营过程中的资源使用量和污染物排放量，进而降低服务区建设与运营对生态环境的影响，对全面优化服务区品味和质量，提升服务区节能环保与服务水平，拓展服务区综合性服务功能，打造高速公路温馨驿站新品牌等具有重要作用和意义，同时借助工程建设实践，也验证了一些技术手段应进一步丰富和完善，例如本文提及的视频或图像数据，应加快音频等手段的辅助功能，但很多新兴技术手段受限于服务区规划、配套工程，以及现行标准规范的要求，功能实现的效果未达到预期，且技术成本较高，这其中有工程建设精细化管理不足而产生的设计与实现功能不符。与此同时在建设理念指导下，技术的适用性选择，以及从服务区实际工程情况出发量体裁衣的“定制化”技术改进应予以充分的重视。

综上，“智慧化、海绵化、低碳化”理念下的绿色服务区建设，将是未来的趋势，也是生态环境保护与高质量发展要求的必然趋势，随着相关技术的演化和完善，建设理念也将进一步充盈和发展，绿色服务区的建设还将处于技术研发与场景应用紧密结合的总体趋势下。

参考文献

[1] 王海燕．高速公路服务区集雨补充喷灌绿化技术研究．重庆交通大学，2013．

[2] Dietz M E.Low Impact Development Practices:A Review of Current Research and Recommendations for Future Directions.Water Air and Soil Pollution,2007,186(1-4):351-363．

[3] LEE S,TAN Y.Sustainable Urban Storm water Management:Water Sensitive Urban Design Perceptions,Drivers and Barriers.Rethinking Sustainable Development:Urban Management Engineering&Design,2010:26-37.

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