城市道路设计中的生态理念与技术

章 毅

(1.上海市城市建设设计研究总院，上海 200125;2.同济大学交通运输工程学院，上海 201804)

城市道路作为城市基础设施建设中的先导工程，起着引领城市经济建设发展、保障城市居民出行、货物运输流通的基础设施功能性作用。随着我国社会经济的迅速发展和人口的增长，我国城市化的进程不断加快，城市道路建设需求得到了快速的增长。与此同时，作为可持续发展战略、生态绿色环保经济发展和生态城市建设的要求，进行城市道路的生态化设计和建设，在城市道路的设计中融入生态学原理，减少城市道路对城市生态环境的影响，进一步将人工环境与自然环境有机结合起来，已成为城市道路设计的一个全新的发展方向［1］。城市道路的生态化设计，就是要将环境因素纳入设计之中，在道路开发和建设的所有阶段均考虑环境因素，在道路的生命周期过程中全面地降低对环境生态平衡的破坏性影响，最终引导并建设实现具有可持续性、绿色环保、功能高效、社会、经济、自然关系和谐统一的生态城市道路。

本文从城市道路生态设计的目标和原则出发，阐述城市道路生态设计中的生态理念，介绍现有环保工艺技术及城市道路生态设计中存在的问题。

1 城市道路设计的生态目标和生态设计原则

1.1 城市道路设计的生态目标

城市道路设计的生态目标，就是在实现城市道路所需求的基本功能特性的同时，尽量减少城市道路对自然生态环境和城市生态环境平衡的负面影响，实现行车舒适安全、运输高效便利、景观完整和谐、生态环境可持续、经济合理、具有一定耐久性，将人、车、道路与社会、环境有机统一起来，协调发展的城市道路。

1.2 城市道路生态设计的原则

1.2.1 资源节约原则

节约自然资源，降低能源和原材料的消耗，就是减少对生态系统的索取与破坏，保存自然环境的原生态，是最有利和最有效的环保方式。在城市道路的设计中对于材料资源的节约一直是设计过程中的基本要求，是设计优化中一以贯之的根本目标。城市道路的生态设计应继续以此为基本原则，以资源节约、材料使用以及对土地、水、能源、高效利用作为最为主要的生态设计原则。

1.2.2 低污染环保化原则

向生态系统中输入过量的废弃污染物，超过环境的承载能力，是人类破坏生态平衡的主要方式［2］。因此，道路设计的生态化应充分考虑城市道路生命周期内的废弃污染物排放，减少城市道路在生产、施工和运营过程中对土壤、水和大气环境的污染与破坏，尽量减少带污染源材料的使用，提高低污染、可回收再生材料的利用［3］。

1.2.3 以人为本的先行原则

不论何种时期、何种社会发展模式，归根到底都是为了人的发展。城市道路是城市居民生活出行的主要基础设施，是方便城市居民生活的重要基础服务设施，城市道路的生态化设计必须遵从以人为本的原则，不仅应考虑道路使用者安全舒适性，道路路线线形、道路景观与周边环境的协调性，还应注重缓解和减少城市道路对周边居民生活活动的影响，保证居民的生活品质。

2 城市道路设计中的生态理念

2.1 基础环保理念

2.1.1 保护性理念

设计中应充分重视对当地特有的自然与人文景观的保护，尊重城市的发展历史，减少对城市生态环境系统的破坏，减少道路工程占地，在设计和规划过程中注意合理布设路网，避免重复选线，合理利用道路设计指标和标准，节省土地占用，减少工程挖填方。对于具有特别保护意义的区域还需制定相应的保护措施。

2.1.2 恢复性理念

在设计中不仅要考虑工程建筑物和构造物的实现，还应考虑在工程完工后，运用各种科技手段对工程施工中遭破坏环境的恢复性设计或补偿性设计，增强对工程后设计环保作用的认识，提高工程后设计和补偿设计对生态环境的恢复性补偿性能力和效用［4］。如利用施工前已保存的原植物地皮或地表土，待工程完工后铺于裸露的土表上，起到迅速恢复环境的作用。

2.1.3 整体性理念

城市道路只是当地自然环境的一部分，它本身并非一个完整的自我稳定的生态系统，它与周围的自然环境休戚相关，依赖于自然生态系统的各种作用而存在发展。应该将道路放在整个城市生态系统中综合考虑，考虑生态的连贯性和整体性。

2.1.4 本土化理念

不同地域城市间的生态位差异构成了城市间不同的地域特征，城市道路的生态设计中应当根据城市当地的生态状况，顺应当地的土壤、植物、材料、文化、气候、土地条件，选择有利于本地可持续发展的并与自然相融合的设计。

2.2 可持续发展理念

城市道路的可持续性发展要以保护自然为基础，使资源和环境的承载能力相协调，发展的同时保护环境、控制环境污染、减少污染物的排放、改善环境质量等，保证能以持续的方式使用可再生资源，从而使人类的发展保持在地球承载能力之内。可持续发展还要与社会进步相适应，以改善和提高人们的生活质量为目的。

2.3 安全性理念

安全理念就是将“安全预防”贯穿于城市道路设计的全过程阶段，提供一个有安全保障的道路给使用者。安全设计是道路生态设计的根本保证，缺乏安全保障的道路设计就不能称之为生态设计。安全性设计中除安全设施的设计之外还有容错设计。容错设计的理念在于为道路使用者提供一定的宽容空间，通过道路设施等外在客观条件纠正和降低使用者判断错误带来的安全影响。

2.4 以人为本理念

城市道路设计不仅要保证道路使用人员的安全性，同时要尽量提高道路使用人员的舒适性。道路使用者以一定的速度利用公路设施的，是一个动态的过程，在线形设计中应采用运行速度进行设计以反映驾乘人员交通心理需求上的动态特征。通过相关路线要素与设计速度的合理搭配，获得连续、一致的均衡设计。此外，道路设计应充分考虑道路建设、施工和运营服务过程中对周边居民生活的影响，减少建设施工中的噪声、粉尘和有害物排放，道路运营中车辆行驶噪声和尾气排放对周边居民环境质量的影响。

2.5 功能性与经济性

功能决定形式，城市道路的功能决定了设计的方向和目标，城市道路的功能性应包括:行车舒适便捷、景观协调统一、具有一定的耐久性。传统的道路设计理念中，道路的功能主要在于交通运输、行车安全舒适和耐久，而在新的生态设计理念中应新增节能减排、低能耗低污染、资源节约、有效利用自然资源等作为生态城市道路的基本功能，同时还应考虑功能实现的经济性合理性，考虑投入费用与环保效益的综合关系，力争实现功能性、环保性与经济性相适应的最优化组合设计。

2.6 绿化环保

城市道路绿化是城市“绿地”空间“人化自然”的物质表现。主要包括城市道路绿地范围内的乔木、灌木、草花等绿色植物。城市道路的绿化具有恢复自然环境的功能，合理地利用城市道路绿化设计，有利于减缓道路建设和运营带来的地貌破坏、水土流失，以及噪声和废气污染对城市生态环境的影响。

城市道路设计中环保理念的主要内容及实施方法和措施归纳见表1。

3 城市道路生态环保技术

3.1 环保路面技术

3.1.1 排水降噪沥青路面技术

排水降噪沥青路面又称为开级配抗滑磨耗层

表1 城市道路设计中环保理念及实施方法和措施

(OGFC)，是由高粘度沥青与开级配矿料组成的空隙率在20%以上的沥青混凝土，多铺筑于道路的上、中面层。大空隙率特性，使该路面具有吸声、降噪、透水和排水的作用。利于减少车辆交通噪声对周边的影响，增加雨水地表回渗的利用率。

3.1.2 温拌沥青混合料技术

温拌沥青混合料是通过沥青发泡或添加降粘、活性添加剂的方法，增加沥青混凝土的拌和和易性，降低混合料加热、摊铺温度，减少供热燃料的使用，起到节能减排的作用，绝大多数热拌混合料都可采用温拌技术，降温幅度依温拌剂的种类和工艺而不同，一般在保证路用性能前提下，降温幅度在20℃～30℃之间，对应节能约30%左右。

3.1.3 彩色沥青路面技术

彩色沥青路面可通过采用彩色沥青混凝土、路面刷漆和彩色陶瓷颗粒集料组成的沥青混凝土，铺筑不同颜色的道面，该种路面改善了道路的视觉效果，增加了道路的观赏性，同时，增强了路面对热辐射的反射能力，降低路面吸热量，有效缓解了黑色沥青路面引起的城市“热岛”效应。

3.2 路面再生技术

路面再生就是将旧路面经过路面再生专用设备的翻挖、回收、加热、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青或乳化沥青、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺。包括沥青路面再生和混合路面再生。目前在国内主要有厂拌、路拌冷再生和热再生沥青路面技术。一般热再生料的用量比例占整个混合料的20% ～50%，冷再生可接近100%，但再生料用量越大路面的抗老化性能越差。另外，改性沥青旧料的再生技术还亟待提高。

3.3 废弃材料利用

3.3.1 废橡胶或废橡塑沥青混合料

橡胶沥青混合料是由沥青、废旧轮胎橡胶粉(细度一般为20～80目)、集料及一定量添加剂组成的沥青混合料。目前国内采用的生产工艺以湿法生产为主，即先将橡胶粉(占沥青质量的15% ～20%)与热沥青混合，使胶粉降解形成稳定分散的橡胶沥青，再与集料拌和形成混合料。一般认为橡胶沥青混合料具有较好的抗低温开裂、抗疲劳和高温稳定性能及一定的抗老化、抗水损害和降噪性能。

3.3.2 废玻璃沥青混合料

废玻璃沥青混合料是将废玻璃碎化加工成具有一定级配的玻璃砂，替代一部分石材集料与沥青进行拌和制成的沥青混合料，由于废玻璃经破碎筛选后具有与河砂接近的物理性能，其掺入后形成的沥青混合料可用于道路基层和面层［5］。废玻璃沥青混合料在国外具有较长的应用历史，而国内应用较少。国内研究认为添加废玻璃(占集料质量≤20%)后的沥青混合料性能与普通沥青混合料的性能相当，抗滑性能略有降低，但反光性能提高，适用于景观道路起到交通诱导的作用。

3.4 环保设施

3.4.1 噪声防治技术(降噪屏、声屏障)

城市道路的防噪声技术，是采用物理屏障结构的隔离作用，对噪声进行吸收或使其绕射，增加噪声的传播距离，以降低接受点噪声能量的方式，减少交通噪声对周边居民的影响。按材料类型可分为吸收型声屏障和反射型声屏障，按屏障的形式可分为直立型、斜角型、直角型、土堤型、建筑物型和凹槽型等［6］。

3.4.2 道路排水和水资源利用

道路排水和雨水资源的循环利用，是城市道路排水系统面对的两项主要问题［7］。其中应优先考虑道路的排水能力，而后才是受污染雨水的净化处理并通过补充地下水或排入自然水体环境的形式循环利用。排水系统在水资源循环利用中应根据城市地域条件进行生态设计，北方城市需更多注重对地下水的回渗补充［8］，以减缓因过量开采地下水引起的城市下陷，南方城市则应考虑道路雨水的除污，防止污染物污染自然水体。

3.5 光触媒技术在道路上的应用

光催化技术是利用光催化方法氧化降解空气中的有害物质。整个过程不需要其他化学助剂，反应条件温和，不会产生二次污染。目前主要的光催化技术是以二氧化钛为催化剂的光触媒技术，当二氧化钛被阳光照射时，能生成活性氧分子与汽车尾气中的氮氧化物发生化学反应，一遇下雨，就变成稀硝酸溶液，可以被路面上其他物质吸收，从而达到清除氮氧化物污染的目的;而且二氧化钛本身并不消耗，不会因使用时间长了效能会有所下降。但光触媒技术不宜直接用于道路表面，一方面成本高，一方面轮胎的磨耗作用易使其从路表脱落失效。一般光触媒材料多涂覆于道路两侧护栏或声屏障上。

4 城市道路生态设计中存在的问题

城市道路生态化设计的实现过程中主要存在三方面的问题:①材料工艺的可靠性;②现有认识的局限性;③综合评价体系的缺失。

4.1 材料工艺的可靠性

某种材料工艺在实践应用中能否解决或缓解其对应处治的目标污染，达到设计的目标效果，不形成额外的附加污染，以及这种材料或工艺能否满足性能要求，是否经济合理，是材料工艺应用的主要评价依据。相比于原有技术，新技术应该在道路的全寿命周期过程中拥有更好的使用和环保性能，不能通过牺牲使用性能和投入过量成本而获取暂时的环保效益。如乳化沥青混合料，无需加热的特点为其节约了燃料能源的消耗，但较低的整体强度和较差的水稳定性，导致其强度和耐久性较差，作为表面层使用，将面临经常性的养护维修，增大材料和能源的消耗量，对交通的干扰也提高了总的社会成本。另一方面，应考虑技术实现的施工水平，落后的施工质量控制和管理将阻碍材料和工艺的生产和应用，尤其是对于施工工艺要求较高的材料产品。如温拌沥青混合料，在施工过程中应充分保证其压实效果，严格控制压实度，否则因压实不足引起的病害问题将严重影响路面的使用性能。

4.2 现有认识的局限性

技术的应用不能超越现有的科技发展水平，对材料、技术、工艺和方法的理解也不能跳出现有的认识水平。某种技术工艺是否会对环境形成影响，形成何种影响都将随着技术的进步在认识上发生不断的变化。城市道路的生态设计方法和理念应该随科技发展而不断更新进步，具有充分的开放性和学习性，能够与时俱进。

4.3 综合评价体系的缺失

不同的环保材料技术工艺针对的环境影响类型也不同。在减小某一环境影响的同时可能带来另一方面的影响。如废弃物利用，粉煤灰、矿渣、炉渣等工业废弃物能替代一部分原材料使用，减低资源消耗，但同时这些材料携带的重金属等有害物质，在利用的过程中会渗入土壤和地下水，污染地方环境，影响人类健康［9］。那么到底是在节约能耗方面的环保效益大还是污染物排放的影响大，就需要通过建立环境综合评价体系予以评价。城市道路环境综合评价体系不仅是技术工艺选择的依据，也是生态化设计目标制定以及实现的依据，是城市道路生态设计的理论基础。建立城市道路环境评价体系是实现道路设计生态化的关键内容。

然而，目前国内还缺少这样一套行之有效的环境影响评价体系，建立这样的评价体系，存在三方面的困难，其一，国情不同导致评价体系倾向性的不同，无法直接套用国外的评价体系;其二，环境影响类型难以量化;再者，城市道路对环境的影响类型仍亟待系统研究。

5 结语

城市道路设计的生态理念和技术，是城市道路生态化建设，生态道路系统实现的主要技术手段和根本保证。城市道路的生态化设计是一个开放性的，以科技进步为依托的，需要不断学习和更新的设计体系。在设计理念中要融入环保思想，充分结合生态学原理。在技术应用中，一方面要充分利用现有的材料工艺技术方法;另一方面建立和完善城市道路环境评价体系，为城市道路生态设计提供理论基础和技术支撑。

［1］尹忠东，李一为，辜再元，等.论道路建设的生态环境影响与生态道路建设［J］.水土保持研究，2006(4):161 －164.

［2］章家恩，徐 琪.道路的生态学影响及其生态建设［J］.生态学，1995:74－77.

［3］郝连娟，姚占勇.道路工程建设对脆弱生态环境影响研究方法评价［J］.公路，2008(6):187 －192.

［4］高速公路丛书编委会.高速公路环境保护与绿化［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［5］陈风晨，李立寒，杜 鹃.废玻璃沥青混合料性能的试验研究［J］.建筑材料学报，2006(2):239 －244.

［6］任文堂.现代城市防噪声屏障的发展现状和应用展望［J］.城市管理与科技，2000(2):28－30.

［7］车 伍，申丽勤，李俊奇.城市道路设计中的新型雨洪控制利用技术［J］.公路，2008(11):30 －34.

［8］张崇厚，高晓磊.中国北方城市道路横断面的生态设计［J］.清华大学学报(自然科学版)，2009(6):794－797.

［9］陈雨人，朱照宏.道路环境影响评价指标体系的研究［J］.同济大学学报，1997，25(6):640－644.