※ [本文转录自 Policy 看板 #1CxFOfTG ] 作者: oodh (oodh) 看板: Policy 标题: [分享] 道路工程与节能减碳 时间: Wed Nov 24 19:25:26 2010 道路工程与节能减碳 http://eem.pcc.gov.tw/node/32350 黄荣尧／国立中央大学营建管理研究所教授 陈屏甫／国立中央大学土木工程学系博士候选人 一、道路工程节能减碳的重要性 台湾地区道路总长约为40,878公里，几乎遍及所有角落，路网密度之稠及对居民之重要性 当不在话下。道路工程之规划设计与施作除了影响居民行的便利性外，更会因为穿越廊道 或生态栖地，影响动植物既有生态；此外，道路工程采用之设计和材料除影响景观美感外 ，也会影响二氧化碳的排放量。因此，近年来在各国疾呼关注全球暖化、气候变迁与节能 减碳议题之际，道路工程之节能减碳更是需要被正视的重要课题。国内外已有许多研究探 讨发展绿色运输系统与提昇载具能源效率等改善碳排放量之可行手法，例如采用捷运地铁 搭配步行或脚踏车，公车专用道设置等，本文在此不再赘述，而将直接以道路工程规划设 计为主，思考应如何导入永续观念，达成满足运输需求并兼顾节能减碳效益之目标。 由於道路工程设计传统上多以交通部颁之公路路线设计规范为主，经数十年来虽然已经累 计足够工程经验与规范可供遵循，但对於节能减碳议题尚未有明确指导原则，因此希冀透 过本文抛砖引玉介绍，提供道路工程设计人员在未来执行业务时，激发出更符合节能减碳 之永续设计，敦促国内道路工程永续性之成长。 二、道路选线与线形设计之节能减碳 道路线形除必须符合行车安全与舒适外，必须顺应地形地貌并避免高填深挖，以减少土方 之外运，避免额外运输造成的温室气体排放。传统之道路构筑型式选用多以路堤、路堑为 主，虽然在设计上比较简单，但由於台湾道路以南北向发展为主，易与多数东西向河流、 生态路径冲突，因此建议若遇有生态敏感区还是以桥梁或隧道穿越，既可减少土方开挖外 运，也可以降低生态冲击。 道路选线过往常仅考虑工程敏感区回避或路权取得等因素，但若选定之路线造成道路纵坡 度过大时，则会导致载具必须负担高油耗，造成能源耗损而不利减排碳，例如国道林口爬 坡段增加车辆油耗。因此选线时如可考虑後续载具可能必须付出之碳成本，选择较低坡度 之路线，在节能减碳上将有相当大之助益。例如美国知名的I-70 Glenwood Canyon段经过 十余年的规划设计，采用高架桥及双阶栈桥通过敏感区位，减少挖填方量，如图1(a)；美 国1号公路Devil’s Slide段也在提出的6个岩层路堑方案中，选择挖方量少与挡土墙易於 维护者作为最後评定方案；日本日光宇都宫公路在经过鸣虫山的路段，原本设计以路堤方 式穿越部分野溪，经评估後改用桥梁以及隧道方式穿越，减少填土与降低环境冲击，如图 1(b)；我国台11线东部滨海公路改善工程在部分山壁陡峭路段也以不截切山壁，以半边桥 或新建桥梁改善连续弯道，减少多余开挖土方量处理问题；我国国道东部公路苏澳和平段 路线2A隧道於初步设计阶段初期规划时是以路堑方式通过，其边坡大开挖路段约长200余 公尺，开挖边坡最高达8阶，估计产生土方约48万立方公尺，最後经反覆检讨後，以隧道 构筑之方案虽有其工程上覆盖不足、偏压与造价高等限制，但可减少大规模路幅开挖与避 免自然环境严重破坏。 三、轻量化设计以达节能减碳 道路工程在路线决定後仍可透过路幅检讨与构造轻量设计达到节能减碳效果。而路幅检讨 与构造轻量设计主要以交通运输需求考量车道数、车道宽，以及号志灯具是否采用共杆化 等作为，在满足运输需求下，使道路设计尽量轻量化，运用较少的材料以达节能减碳。例 如台2线83K处因靠近宜兰方向岩层顺向，且岩石节理清晰可见，在长年风化後常有岩石掉 落，因此必须设计明隧道减少用路人被岩块砸伤之风险。初步设计方案采用路宽20m的斜 顶式及平顶式两种方案，但最後采用15m单孔明隧道方案，舍去中间柱，减少使用的营建 材料用量，如图2(a)；三芝-北投公路配合营建署最新淡海新市镇开发政策，人口由30万 减为15万，因此重新检讨运输需求，将规划时的6车道缩减为4车道，且淡海交流道仅预留 用地暂不开发，减少路幅与缩减道路工程规模；北宜高速公路为减少土方开挖，大部分均 采隧道或高架桥梁穿越，且为减少基础施工对生态土壤破坏，均采双向共构设计，减少下 部结构材料使用量；台中县抽藤坑溪中和桥下游整治工程混凝土用量合计7,969立方公尺 ，若以设计断面方式全部采用混凝土施作约需9,539立方公尺，因而减少了混凝土用量 1,570立方公尺，约可减少约398,278公斤CO2排放量；另亦减少钢筋用量约126公吨，减少 约99,817公斤CO2排放量，如图2(b)。 四、低碳材料应用以达节能减碳 道路工程材料用量甚大，若可以从材料方面着手，对於节能减碳亦可获得很大的效果，包 括低碳材料、再生营建材料与在地材料选用，都可以达到节能减碳功效。 1.低碳材料选用 由於公共工程通常基地面积与结构量体较大，必须使用许多营建材料，因此光是在营建材 料的制作过程中所排放的二氧化碳贡献量常列名前矛，一般来说营建材料在制造过程中常 需要用到许多机具设备进行锻烧、破碎、搬运等步骤，若可以在营建材料之产品设计、物 料采购、产品制造与销售等阶段，运用排碳量较低之生产制程，或是选用低耗能之机具设 备，分送采用低油耗载具以及优化运送距离，将可以有效降低二氧化碳排碳量，使工程达 到节能减碳之目标。 2.再生材料选用 选用再生营建材料可以降低天然材料使用量，减少因天然材料开采、加工及运输耗能，也 可避免因开采造成植栽砍伐，保留既有植栽之固碳量。此外，使用再生材料更可减少因废 弃材料废弃处理所需之排碳，对於整体节能减碳有很大的效益。例如国道六号南投段采用 炼钢之副产品「炉石粉」取代部分水泥，炉石、飞灰等水泥替代材料，如图3(a)，每生产 1公吨排放仅68.3公斤，低於传统一般水泥880公斤，该路段因使用炉石粉减少CO2排放量 约21.3万吨；而石灼巷跨越爱兰交流道高架桥上部结构为中空版梁、采用轻质混凝土施工 ，粗骨材由水库淤泥烧制而成，可减轻1/4之上部结构重量，更降低下部结构桥墩柱断面 积缩小16.7%；此外，台中县后丰大桥受辛乐克台风夹带豪雨洪流冲刷影响，造成P2桥墩 断裂，但部分旧有预力梁经专家评估无安全疑虑後，转为南端桥面拓宽使用，均可减少原 生材料使用，如图3(b)。 3.在地材料选用 道路工程在施作时可思考当地是否有可以利用之材料，若该材料可应用在该工程中，即可 因地制宜，就地取材，一来可以减少当地材料外运费用，亦可降低材料由外地运入之运输 耗能。例如日本山形县金山町施工的13号国道改良工程现场，采用「Bonteran 工法」， 以当地工程砍下的植物木屑，与开挖下来的土壤加以混合，作为绿化基盘材料，喷布在坡 面上，该植被在3星期後即可覆盖坡面，保护边坡抵抗大雨侵蚀，如图4(a) 所示。而台中 县抽藤坑溪中和桥下游整治工程施工材料80％以上采用现地土石，共节省土石约8,457m3 ，减少外购运输与土方清运所需耗能，一方面解决河道淤塞问题，更调整成安全水域，符 合节能减碳之目的。此外，场铸格框、预铸格框及浆砌块石护岸等，可形成岸边缓流水型 ，营造鱼、虾等栖息环境，如图 4(b)所示。 五、植生保育达固碳减碳 植物是减缓二氧化碳排放之重要角色，因此在道路工程设计之初应避免穿越林相，砍伐既 有森林，这样不仅可以不影响植物吸附二氧化碳，也可避免干扰森林生态。但考量线形情 况下常不免必须切割既有森林，此时除必须选择切割区位较小方案，亦必须考量移植或补 植至少等量的相同植材。 1.避免破坏既有植栽 由於既有植栽除了保有既有动物之天然栖地，对於二氧化碳之固定吸附也有一定程度之贡 献，若因道路工程切割既有林相，则植栽对於二氧化碳之吸附量将会减少，亦有可能破坏 珍贵树种，因此保育既有植栽是道路工程规划设计时必须考量之重点。例如日本国道108 号鬼首道路在施工时，考虑到开辟施工便道会砍伐既有树木，改采用缆车运送机具和建材 ，如图5(a)；日本八王子辅助道路在规划路线时选定贵重性与粗大树种为移植对象，包含 玉杜衡、春兰、山樱等四百余株，并委由植物园等相关机构评估移植生存条件後，确保移 植後树种可存续性高；日本安房山顶道路在公路旁倾斜面以撒播野生品种，并种植山榛、 白桦等野生树种，容易与周围景观融合。而台湾三芝-北投段初步设计路线因切割林相比 例较高，後续路线调整向东移往已开发区，减少林相切割，如图5(b)。 2.平衡植栽数量并栽种高二氧化碳吸附率的植材 若在道路工程设计选线时必须穿越森林，则可以考虑在工址附近补足植栽数量，添补植栽 时应以原有物种或高固碳量之植材(阔叶大乔木)为主，以降低生态栖地影响。例如台中县 抽藤坑溪中和桥下游整治工程中共植栽1,813株，推算每年可吸收 CO2 约18,130公斤；而 国道六号南投路段种植乔木9,000株、灌木16.5万株。其中乔木约可吸收4,320吨CO2，如 图6(a)所示。台21线在沿途栽种了许多二氧化碳吸附率高的乔木，例如台湾赤杨落叶乔木 、台湾栾树、台湾肖楠等吸附率高之原生树种，除了可以达到减碳目标，也制造多样性的 生物环境与优美景观，如图6(b)。 六、设备选用达节能减碳 道路工程主要用电设施包含号志、路灯等，若沿线路灯可选用亮度符合需求，且符合低耗 电量之功率，则全线路灯之减碳效益相当可观；此外在绿能科技逐渐成熟後，运用替代能 源的道路工程设备也快速发展，运用太阳能进行夜晚之号志运作，降低石化燃料之耗电， 将是未来道路工程节能减碳之重要目标之一。 一般在经专家评估後，於适当光照强度与日数充足区段可以选用太阳能发电的路灯、号志 ，仅在太阳能发电不足下才改由一般供电，藉由太阳能发电将可节省大量石化耗能所必须 产生的温室气体。例如桃园市大兴西路道路照明景观工程采用LED路灯，除了使用寿命拉 长，约是传统高压钠灯寿命5倍，且耗电量仅传统高压钠灯的1/3，不含汞，属於环保材质 ，演色性也较佳，能提供良好的视觉环境，预估每年可减碳112Kg，如图7(a)所示。飞利 浦的创意设计环保路灯「Light Blossom」灯在有日照的时候，太阳能光电板会有如花瓣 般张开，并模拟向日葵的行为找寻太阳的角度；在风吹过的时候也会跟着旋转产生电能； 到了晚上花瓣会自动合上并供应适当的照度，避免光污染，特别的是当有人经过的时候还 会投射在人所在位置，如图7(b)。 图7 设备选用达节能减碳 七、结语 永续发展攸关未来全人类与地球环境的和谐共处，也关系到後代子孙，道路工程是基础建 设中主要部分，每一件道路开发、拓宽案都将牵动地貌巨大的变化，对用路人更是数十年 甚至百年的影响，因此道路工程必须从全生命周期观念导入，从可行性开始检讨道路工程 新建之必要性与规模，避免过度且不必要的开发，破坏自然环境的完整性；规划设计阶段 时检讨选址环境冲击及设计规范标准，考量未来用路人影响，并考虑後续维护成本；施工 阶段尽量选用适当建材，延长道路使用寿年，并减少因施作、运输时产生耗能；维护管理 阶段除维持基础设施应有功能，如有节能减碳新作为时，亦必须纳入考量更新。当然本文 所点出之道路工程节能减碳作为主要从「选线与线形设计」、「轻量化设计」、「低碳材 料选用」、「植生保育」与「低（零）碳设备选用」等面向着手，当然也有其他间接手法 可以达到节能减碳效果，例如耐久性材料、易於维护管理设计、材料控管与保护等，均可 降低後续维修之频率，可以减少材料使用量与机具耗能。因此，唯有将道路工程的节能减 碳观念长存於心，将永续发展置於第一位思考，并导入全生命周期观点，方可为减缓地球 暖化贡献一份心力。 八、参考文献 1.周南山，路戒而非戒路，技师报，No.595，民国九十七年五月 2.永续公共工程入口网，eem.pcc.gov.tw 3.交通部公路总局第一区养护工程处景美工务段，交通部年95年金路奖省道台2线77K+500 ～85K+500优良景观类得奖观摩简报，95年6月28日 4.张怡塘，利用在地材料绿化斜坡之新法，水利土木科技资讯季刊，44期，民国98年 5.周南山，台湾山区国道公路规划原则与环境条件融合之研究计画，交通部台湾区国道新 建工程局，民国九十七年 6.黄于坡，道路案例实务探讨，永续公共工程入口网 ------------------- 分享给大家， 网站里有图可以点进去看 ^^ -- 国家研究院->政治小组-> policy 政策板 █▆▆ █▆▆ 远离对政党人物偏好 █ ◥ █ ◥ 追寻「什麽对人民最好」 █▆▆▆ ▆▆█▆▆ ███ ███ ██▋ ███ ███ █▉█ ▁ ▁ ◥◣ █ ▇▇█▇▇ █▇█ █▉█ ██▋ ██ ██▋ ███ ▉██ ◥◢◤ █◢█◣█ █ ███ ███ ███ ███ █ ██▇██◤◥ ◢◤█◥◣ 板 --

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