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“双碳”背景下城市轨道交通工程碳减排措施

2025-08-28 72 上传者：管理员

摘要：在“双碳”目标驱动下，交通领域碳减排已成为我国现阶段的关键任务。尽管城市轨道交通作为绿色出行方式备受推崇，但其物化阶段(涵盖规划设计、施工建造、设备采购与安装等环节)的能耗与全生命周期碳排放问题亟待重视。当前学界对城市轨道交通物化阶段碳减排系统性研究尚显不足，工程实践中既有节能措施亦存在明显局限性。文章梳理了车站和区间的碳排放影响因素，涵盖设计参数、规模及项目情况等。基于此，分别提出城市轨道交通车站和区间在物化阶段的碳减排措施，旨在为城市轨道交通绿色低碳建设提供理论与实践支持，助力“双碳”目标实现。

关键词：
城市轨道交通
物化阶段
碳排放
节能减排
车站
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交通领域在城镇化和机动化推动下,碳排放增速显著｡城市建成区扩张使居民出行需求大增,未来交通碳排放量预计持续上升,给“双碳”目标实现带来挑战｡而且,交通运输行业因移动源分散等特性,碳排放监测､管控难度大,是“双碳”目标的关键攻坚领域,其低碳转型成效关乎国家绿色发展进程｡城市轨道交通凭借大运量､高效快捷等优势,成为构建绿色出行体系的核心载体｡但随着线网扩张和运营强度提升,能耗与碳排放问题逐渐暴露｡其物化阶段虽无直接碳排放,但在能源消耗､材料生产运输中会产生间接碳排放,深入研究该阶段减排措施意义重大｡

目前,城市轨道交通节能减排研究多聚焦运营阶段,对物化阶段关注不足｡部分城市虽尝试应用低碳技术,但未形成系统减排体系,低碳技术应用受限｡所以,迫切需要构建一套适用于城市轨道交通物化阶段的综合性减排方案,助力行业绿色低碳转型｡

1、城市轨道交通物化阶段能耗与碳排放现状分析

在诸多城市交通模式中,城市轨道交通因其运量大､准点率高､低排放等运营优势,得到了高度重视｡在过去的十多年里,我国城市轨道交通网络迅速发展,全国总里程从2013年的2746km增加到2023年的11224.54km,年均增长率约为15.12%｡

尽管城市轨道交通是安全且环境友好的出行模式,但其建设过程会产生大量温室气体排放｡地铁建设使用大量能源密集型材料和重型设备,相比其他地面交通建设,排放更多,环境负担不容忽视｡据统计,2020年城市轨道交通建造阶段碳排放量为1860万t,比2019年增长约4%｡诸多研究也证明了这一点,如郭飞等算出北京地铁城市副中心站特定基坑施工阶段共排放约5.29万tCO2;粟月欢等发现截至2020年深圳已开通地铁线站建设碳排放累积约2730万t;还有学者对广州､成都等地地铁建设阶段碳排放进行计算,均表明其建设阶段碳排放量大｡

2、城市轨道交通物化阶段碳排放特点及影响因素分析

2.1碳排放特点分析

2.1.1不同施工工艺排放水平差异大

施工项目碳排放主要源于材料和机械使用,施工工法影响人材机用量,进而造成碳排放差异｡郭亚林以深圳地铁7号线为例测算发现,相比钻爆法,采用盾构法施工的碳排放相对更低｡

2.1.2材料为主要排放源

许多学者研究表明,城市轨道交通项目物化阶段的主要碳排放源是原材料生产｡以陈政对成都地铁的研究为例,建材生产阶段排放占比达82.2%｡在建材生产阶段,盾构法中钢筋和水泥碳排放占比高;钻爆法中,混凝土是第二大排放源,占比略大于水泥｡

2.1.3车站施工排放占比大

粟月欢等分析显示,截至2020年底,深圳已开通地铁线站建设中,车站碳排放量占比约72%,隧道占比约28%,单位面积车站碳排放强度约为3.71tCO2e/m2｡

2.2碳排放影响因素分析

关于碳排放影响因素,诸多学者将城市轨道交通线路分为车站和区间研究｡发现车站碳排放受车站面积､埋深等因素影响,区间则受车辆选型､线路长度等因素影响｡

为进一步验证并了解相关情况,采用专家访谈法,对施工和风险管理单位的4名专家进行访谈｡专家首先头脑风暴列举与土建工程物化阶段碳排放相关性强的指标,再对这些指标按0~10分进行打分,以判断其与碳排放结果的相关程度,打分结果如表1､表2所示｡

表1车站碳排放潜在指标相关性专家打分表

表2区间碳排放潜在指标相关性专家打分表

通过专家打分可知,埋深对车站和区间碳排放影响极大｡车站的层数､面积等因素,区间的线路长度､管片管径等因素得分均在8分以上,对碳排放有显著影响,如表3所示｡

3、城市轨道交通物化阶段主要节能减排措施

在城市轨道交通物化阶段碳排放中,车站和区间均为节能减排战略下需要关注的重点节能突破项,因此城市轨道交通物化阶段的主要节能减排措施也可分为车站减排措施和区间减排措施两个方面｡

表3城市轨道交通物化阶段碳排放影响因素

3.1车站减排措施

3.1.1节材措施

城市轨道交通车站低碳建设的节材措施多样｡通过优化设计,如合理确定规模层数､采用高效结构体系减少材料用量;选取高性能材料降低消耗;推广新型环保可再生材料,提升节能效果;回收利用施工废弃物中的可回收材料,减少浪费与环境污染,全方位实现节材目标｡

3.1.2节水措施

城市轨道交通车站低碳建设有诸多节水措施｡建立废水处理与回用系统,处理后的中水用于多种场景,减少市政供水依赖;采用节水器具,通过限制水流､自动感应控制等减少用水量;利用雨水收集系统,实现雨水综合利用;优化施工用水管理,采用节水型施工工艺和设备,减少施工用水浪费｡

3.1.3节能措施

城市轨道交通车站低碳建设的节能措施主要有以下几个方面｡设计上,合理规划布局,利用自然采光和通风减少人工设备使用｡设备选用上,采用变频空调､LED灯具等高效节能设备,并合理配置容量和数量,避免浪费｡管理上,安装智能控制系统,依据客流量､时间､季节等自动调控设备运行,实现节能｡能源利用上,在车站屋顶或周边安装太阳能光伏发电系统,利用可再生能源,减少对传统能源的依赖,进而降低碳排放｡

3.1.4节地措施

城市轨道交通车站低碳建设的节地措施包括合理选址与规划､优化设计及与周边建筑一体化建设｡选址选空闲､荒地等,避免占用优质农田和敏感区;规划要与城市发展协调,提高土地综合利用率;优化设计,减少车站占地面积;与周边建筑一体化开发,形成地下空间网络,提升土地利用效率｡

3.2区间减排措施

3.2.1基于设计参数的减排措施

区间的结构重要系数､防火等级等设计参数,需在保障安全与功能的基础上合理确定｡过度设计会增加材料使用及碳排放,如对区间非关键部位适度降低防火等级,能减少材料用量和碳排放｡这些参数决定建设方案和材料选用,从源头优化可降低能耗和碳排放｡设计时还要综合考量各参数的相互影响,不能片面追求某一参数高标准,要科学设计,在满足使用功能和安全标准的同时,最大程度降低环境影响,减少碳足迹｡

3.2.2基于区间规模的减排措施

线路长度规划要精准,避免不必要延长｡建设阶段,长线路会增加轨道材料､供电设备用量,导致更多碳排放;运营阶段,长线路会使列车牵引能耗上升｡规划时应结合城市交通需求､人口分布和未来发展趋势,科学确定线路长度,实现节能减排｡

预制管片管径及厚度设计要依据实际需求,在保证结构安全的前提下优化尺寸,减少混凝土等材料用量｡同时采用节能型轨道材料,如新型复合材料或优化轨道结构设计,降低列车运行阻力｡如采用光滑轨道材料,可减少摩擦和能量损耗,降低区间碳排放｡

线路埋深控制也很重要｡过深的埋深会加大土石方开挖量和支护成本｡确定埋深时要综合考虑项目区域位置､土壤类型等因素,减少土石方开挖和支护材料使用,降低建设阶段碳排放,还能契合节地原则,减轻环境压力｡这需要充分开展地质勘查和技术经济分析,权衡利弊,选出最优方案｡

3.2.3基于项目情况的减排措施

在城市轨道交通区间建设中,项目区域及位置､土壤类型等条件对其影响重大,需重点考量以优化选址和设计方案｡例如,若项目区域土壤承载能力良好,利用天然地基可减少地基处理时材料和能源的消耗｡不同土壤类型下,选择适配的开挖方式和支护结构,能提升施工效率､降低能耗｡因此,项目前期要深入开展实地调研和地质分析,为设计提供有力支撑｡

开挖方式应选节能型,以降低土石方开挖能耗,可参考专家打分优先采用得分高的方式｡同时,要优化供电系统,选用低损耗变压器､整流器等设备提升供电效率,引入智能供电控制技术,根据列车运行需求动态调整供电参数,避免电能浪费｡安装再生制动能量回收装置,将列车制动动能转化为电能回充电网,降低系统能耗｡

此外,区间照明采用智能控制系统,依据列车运行和时间自动调节亮度,减少不必要的电能消耗｡合理设计区间通风系统,根据空气质量和温度等参数自动调节通风设备运行频率和时间,在保障环境质量的同时降低通风能耗｡通过对这些系统进行智能化管理和优化运行,可有效实现区间运营中的节能减排,推动城市轨道交通向绿色低碳方向发展｡

4、结论

城市轨道交通碳排放具有鲜明特点,不同施工工艺的排放水平差异明显,材料生产是主要的碳排放源,而且车站施工的碳排放占比较大｡同时,影响碳排放的因素众多,车站方面涉及面积､楼层､埋深等;区间方面则与车辆选型､线路长度､开挖方式等相关｡

针对这些情况,文章提出了一系列切实可行的减排措施｡在车站减排上,从节材､节水､节能､节地出发,如合理确定站台形式､科学规划车站规模､优化选址和开挖方式,以及利用可再生能源等,若能有效落实,可大幅降低车站建设和运营中的碳排放｡在区间减排方面,合理确定设计参数､精准规划线路长度与埋深､选用节能型轨道材料､优化供电系统并加强通风照明管理等,为减少区间碳排放提供了有效路径｡

要实现城市轨道交通绿色低碳发展,助力“双碳”目标达成,还需持续深入研究和实践物化阶段的减排措施｡各相关部门和企业应齐心协力,将这些减排措施全面融入城市轨道交通的各个环节,从规划､设计到建设､运营,全方位降低全生命周期的碳排放,为城市交通的可持续发展筑牢根基｡

参考文献:

[1]中国城市轨道交通协会.中国城市轨道交通2023年度统计和分析报告[R].北京:中国城市轨道交通协会,2024.

[2]陈坤阳,周鼎,栗月欢,等.城市轨道交通生命周期碳排放强度与碳减排潜力研究[J].铁道标准设计,2022(5):1-7.

[3]郭亚林,孙文昊,许洪伟,等.地铁隧道盾构及钻爆法施工碳排放强度对比[J].现代隧道技术,2023(3):14-23,64.

基金资助:国家重点研发计划“我国总量建筑碳排放预测和减排潜力研究”(2018YFC0704402);

文章来源:李治国,崔晓琳,黄增英,等.“双碳”背景下城市轨道交通工程碳减排措施[J].大众标准化,2025,(16):130-132.