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以智能道路走向互聯(lián)、適應(yīng)和環(huán)保的未來

發(fā)布于：2024-09-08 14:14:33

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道路發(fā)展的未來是智能的、互聯(lián)的，并能適應(yīng)新的出行方式和高效的能耗方式。

智能道路用傳感器來收集數(shù)據(jù)，讓城市有關(guān)部門和交通機(jī)構(gòu)能了解當(dāng)前的交通管理需求，以規(guī)劃長(zhǎng)期的交通方案。
智能道路必須具有多用途和靈活性，能適應(yīng)不斷變化的需求，并滿足更可持續(xù)的建設(shè)施工需求。
上路的電動(dòng)汽車越來越多，通勤者在路途中將需要充電站。
未來將需要采用建筑信息模型（BIM）、數(shù)字孿生技術(shù)和生成設(shè)計(jì)來分析數(shù)據(jù)，找到最佳的前進(jìn)道路。

面對(duì)快速的城市化、人口增長(zhǎng)和出行新方式的興起，法國的道路建設(shè)行業(yè)正在適應(yīng)這種形勢(shì)。隨著習(xí)慣的改變以及對(duì)更智能、更環(huán)保交通需求的增長(zhǎng)，基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的各大公司依靠大數(shù)據(jù)和新興技術(shù)重新思考道路該如何設(shè)計(jì)。

法國擁有歐洲最大的公路網(wǎng)，總長(zhǎng)近 120 萬公里。如果現(xiàn)在重建這些道路，需花費(fèi) 2 萬億歐元（15.6 萬億人民幣），與其全國 GDP 差不多。巴黎周邊法蘭西島地區(qū)一半以上的氮氧化物排放量來自道路交通，幸而道路交通正朝著更環(huán)保的方式發(fā)展，例如汽車共享、自行車共享、電動(dòng)自行車和有軌電車等。

使道路適應(yīng)新的交通方式

法國基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的許多工作人員正致力利用這些新的交通方式，以促進(jìn)車載技術(shù)和道路技術(shù)的發(fā)展。

Eiffage Route 公司是城市發(fā)展和道路建設(shè)行業(yè)的大公司，其預(yù)測(cè)、技術(shù)和開發(fā)總監(jiān) Hervé Dumont 對(duì)此愿景十分支持。“現(xiàn)在有種發(fā)展趨勢(shì)，利用共享的且適應(yīng)性強(qiáng)的空間。”他說。“如今出行方式不斷發(fā)展、數(shù)量倍增，基礎(chǔ)設(shè)施也需要相應(yīng)地適應(yīng)這種發(fā)展。”

對(duì)于 Eiffage Route 公司的基礎(chǔ)設(shè)施研究和創(chuàng)新技術(shù)總監(jiān) Fran?ois Olard 來說，車輛的現(xiàn)代化是個(gè)完美的例子，可說明基礎(chǔ)設(shè)施為什么需要適應(yīng)。由于對(duì)二氧化碳排放的監(jiān)管，汽車率先走向了環(huán)保。無論是電動(dòng)還是混合動(dòng)力的新車，不僅需要停車空間，還需要合適的充電站和道路標(biāo)志。

“這些新的解決方案要求必須以動(dòng)態(tài)的方式來利用空間，并配備適當(dāng)?shù)牡缆窐?biāo)志。”Olard 說。“以為公共汽車和出租車預(yù)留的車道為例，想象一下，當(dāng)公共汽車或出租車經(jīng)過時(shí)，其他汽車必須讓出車道，而在其余時(shí)間則可自由使用，就像其他車道一樣。”

動(dòng)態(tài)的道路標(biāo)志系統(tǒng)還可以更好地管理通勤交通狀況。為此，法國于 2020 年 9 月首創(chuàng)推出拼車車道，位于東南部城鎮(zhèn)格勒諾布爾郊區(qū) A48 高速公路中一段特別容易擁堵的 8 公里。

從法國此做法可見，拼車車道有雙重好處：既能緩解交通擁堵，又能減少二氧化碳排放。格勒諾布爾這樣的拼車車道需要適應(yīng)這種做法的標(biāo)志，需配備能檢測(cè)車內(nèi)人數(shù)的傳感器。

智能道路設(shè)計(jì)必須考慮到未來的使用

在法國西部城市南特的一個(gè)易發(fā)事故的十字路口，Flowell 項(xiàng)目用發(fā)光箭頭指示行駛方向，優(yōu)先安排公交車行駛。Julien Gazeau/Colas 供圖。

盡管在新冠危機(jī)期間汽車共享和拼車有所減少，但道路交通將會(huì)按照氣候條件而繼續(xù)發(fā)展。對(duì)于 Dumont 來說，適應(yīng)措施應(yīng)包括重新考慮為汽車交通指定車道，并“預(yù)測(cè)需求將如何變化”。他舉出一個(gè)實(shí)實(shí)在在的例子：冬天，通勤者可能更喜歡開車而不是騎自行車。他還說，“未來的道路有賴于能實(shí)時(shí)適應(yīng)的技術(shù)。”

Routes de France 公司總裁兼道路建設(shè)領(lǐng)軍企業(yè) Colas 公司負(fù)責(zé)任開發(fā)與創(chuàng)新副總經(jīng)理 Bernard Sala 也認(rèn)同這一觀點(diǎn)。他表示：“經(jīng)歷新冠危機(jī)時(shí)，如果不采取行動(dòng)，配備有助于整合環(huán)境和數(shù)字因素的新工具，那就太遺憾了。道路設(shè)計(jì)必須考慮到它的用途。”

道路設(shè)計(jì)還必須適應(yīng)自行車的使用，自行車在疫情期間變得越來越流行，這種盛況有多種原因。過去幾年，騎自行車一直深受重視減碳人士的青睞，政府也對(duì)此進(jìn)行倡議和補(bǔ)貼，以促進(jìn)騎行在法國各地（包括郊區(qū)甚至鄉(xiāng)村）更廣泛地普及。

今年春天，法國各地如雨后春筍般出現(xiàn)了 960 多公里臨時(shí)自行車道，而且有些城市已將某些自行車道設(shè)為長(zhǎng)期的，圖盧茲市也計(jì)劃這樣做。然而，只有安裝好提供支持的標(biāo)志和設(shè)備（例如共享電動(dòng)自行車充電站），這些舉措才能持續(xù)下去。Dumont 說，這些空間必須指定用途，以便得到優(yōu)先考慮、保護(hù)和尊重。

“借助傳感器和移動(dòng)測(cè)量解決方案，現(xiàn)在可以更輕松地跟蹤自行車的存在和穿越時(shí)間，比跟蹤行人容易。”Sala 說。他還接著解釋，多參數(shù)技術(shù)是優(yōu)化交通控制系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。

如今，基礎(chǔ)設(shè)施中的傳感器可以評(píng)估道路狀況。未來，它們將能夠與車載傳感器和智能手機(jī)交流信息，幫助指導(dǎo)駕駛員。還能將數(shù)據(jù)輸入到智能基礎(chǔ)設(shè)施、街道設(shè)施和路面標(biāo)記中，讓它們根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而改善道路設(shè)計(jì)流程和整體運(yùn)營的管理。

人行道上的發(fā)光線條增強(qiáng)了交通燈的可見程度，因而發(fā)揮了更大作用，提醒開車的司機(jī)和騎自行車的人停下來給公共汽車讓路。Julien Gazeau/Colas 供圖。

對(duì)于 Sala 來說，這一步驟對(duì)于未來幾年開發(fā)更靈活、多功能的智能道路非常重要。他以城市自行車道為例，說這些自行車道“有時(shí)候空無一人，有時(shí)候則充滿危險(xiǎn)”。他接著表示，“道釘必須在一天中的不同時(shí)間可以伸縮或靈活使用，為交通和運(yùn)輸提供便利。”

Flowell 項(xiàng)目于 2020 年 9 月在法國的 BIM d’Or 大賽中榮獲 BIM 銀獎(jiǎng)。Julien Gazeau/Colas 供圖。

2020 年 9 月 3 日，法國政府宣布一項(xiàng)復(fù)蘇計(jì)劃，將撥款 12 億歐元（約等于 92.5 億人民幣）用于日常交通，以鼓勵(lì)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。該基金細(xì)分到兩個(gè)主要用途：將用于自行車交通的資源增加一倍，改善現(xiàn)有公共交通并創(chuàng)建專屬路線以擴(kuò)大這些服務(wù)。總計(jì)有 5.5 億歐元（約等于 42 億人民幣）資金專門用于加快目前正在進(jìn)行的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

對(duì)于 Dumont 來說，道路現(xiàn)代化的關(guān)鍵在于道路的建設(shè)方式以及它們?nèi)绾魏芎玫厝谌霐?shù)字技術(shù)和新興技術(shù)。其目的是將環(huán)境因素和可持續(xù)性融入到建筑施工中，同時(shí)也跟上不斷變化的旅行者習(xí)慣和需求。

“道路不僅僅是一種用于出行的方式了，”Sala 說。“還有許多其他用途有待開發(fā)——充電和儲(chǔ)電的基本設(shè)施，以及停車管理——作為標(biāo)準(zhǔn)……這方面的發(fā)展空間還很大。”

技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)系統(tǒng)化的道路建設(shè)

經(jīng)過 Flowell 項(xiàng)目的考驗(yàn)，衍生式設(shè)計(jì)已證明是非常令人信服的。它用于為巴黎拉德芳斯商業(yè)區(qū)的一個(gè)十字路口創(chuàng)建動(dòng)態(tài)的路面標(biāo)記。Julien Gazeau/Colas 供圖。

這種新的現(xiàn)實(shí)情況正在推動(dòng)市場(chǎng)各方去調(diào)整、適應(yīng)。“過去幾年，我們一直在朝著更系統(tǒng)化的方法邁進(jìn)，”Olard 說。“我們要為越來越互聯(lián)的交通方式敞開大門。這種新的方法現(xiàn)在主要圍繞著大數(shù)據(jù)和能源加速發(fā)展。”

這是有充分理由的：盡管歐洲擁有的道路已足以滿足需求，但放眼未來，必須依靠地理信息科學(xué)（GIS）數(shù)據(jù)和新興技術(shù)來維護(hù)和改進(jìn)，而不是新建道路。為應(yīng)對(duì)這些變化，道路行業(yè)的公司正在考慮源于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的設(shè)計(jì)方法，特別是集成數(shù)據(jù)豐富的流程，例如建筑信息模型（BIM）。

Eiffage 團(tuán)隊(duì)承認(rèn)遇到了其他行業(yè)沒有的挑戰(zhàn)。“我們行業(yè)的目標(biāo)物體更難以描述，因?yàn)檫@種類型的基礎(chǔ)設(shè)施是線性的，并且?guī)缀跏菬o限的，”Dumont 說。“以數(shù)字化形式來表示各種不同的屬性（例如厚度、材料類型，甚至熱性能）并不容易。”

盡管有困難，但這種方法的目標(biāo)是要生成足夠的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建數(shù)字孿生。“最終的挑戰(zhàn)涉及整合項(xiàng)目的每一步，從最初的想法一直到施工，使系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段都可以互操作。”Dumont 說。

Sala 則表示，這種跨領(lǐng)域的方法不僅可以提高路面質(zhì)量和安全性，還可以利用設(shè)計(jì)來解決排水、儲(chǔ)存和熱擴(kuò)散方面的問題。“讓數(shù)字孿生和人工智能發(fā)揮作用，充分利用它們，”他說。“很快我們就將用上極其復(fù)雜的系統(tǒng)。通過數(shù)字建模和仿真，可以提供數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確的新解決方案，幫助設(shè)計(jì)師和地方當(dāng)局更好地將道路與周圍環(huán)境結(jié)合起來。”

另一種已證明很有說服力的解決之道是衍生式設(shè)計(jì)。它在 Colas 公司的 Flowell 項(xiàng)目中經(jīng)過試用，在巴黎一個(gè)十字路口用道路嵌入式 LED 面板動(dòng)態(tài)地進(jìn)行照明，從而讓路口更安全。

2020 年 9 月該項(xiàng)目榮獲法國 BIM d'Or 大賽的先鋒方法類 BIM 銀獎(jiǎng)。Sala 表示，用衍生式設(shè)計(jì)可納入的“參數(shù)和約束條件比人類設(shè)計(jì)師所能做的更多，從而在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建出多個(gè)場(chǎng)景”，還讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能得出一種最大限度減少施工期間交通中斷的解決方案。

著眼于向綠色基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型

Eiffage Route 公司基礎(chǔ)設(shè)施研究和創(chuàng)新技術(shù)總監(jiān) Fran?ois Olard 展示由傳統(tǒng)瀝青和植物基粘合劑 BioKrom? 制成的測(cè)試樣本。Eiffage Route 公司供圖。

由于新型電動(dòng)車、自動(dòng)駕駛和碳中和交通方式的興起，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)現(xiàn)在可以在歐盟制定的、作為“綠色協(xié)議”一部分的節(jié)能政策中發(fā)揮作用。

例如，法國近一半的溫室氣體排放是因使用基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的。通過低碳計(jì)劃和電動(dòng)汽車的發(fā)展、軟性城市交通政策和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，到 2030 年可以實(shí)現(xiàn) 15%–30% 的減排。

在法國 2009 年簽署的《自愿承諾協(xié)議》等倡議的推動(dòng)下，綠色道路項(xiàng)目在整個(gè)行業(yè)各處如雨后春筍般涌現(xiàn)。如今，基于植物的解決方案可以滿足許多基礎(chǔ)設(shè)施需求，而無需依賴石油產(chǎn)品。正如 Dumont 指出，這可以鼓勵(lì)項(xiàng)目相關(guān)方采用更環(huán)保的解決方案。

“我們的使命之一是要開發(fā)新的流程和方法，以便支持訂約負(fù)責(zé)部門的咨詢工程師可以從更環(huán)保的替代方案中受益。”Dumont 認(rèn)為，這就是該行業(yè)可如何在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)境因素之間達(dá)到平衡，以做到“可持續(xù)建設(shè)、尊重連續(xù)性和重復(fù)利用資源”。

生態(tài)道路材料領(lǐng)域的先驅(qū) Eiffage 集團(tuán)已展示出這一發(fā)展趨勢(shì)的早期潛力。他們開發(fā)了多種基于植物的工藝，例如 Recytal-ARM^?，可減少 50% 以上的能源消耗和 70% 以上的溫室氣體排放。這是用一種名為 Rectyal^?的松樹汁乳液通過冷混合回收工藝而完成的。Eiffage Route 公司成為法國第一家獲得用于道路建設(shè)和城市發(fā)展的有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證的道路工程公司。

在這些新技術(shù)和生態(tài)解決方案的推動(dòng)下，道路行業(yè)正逐漸成為綠色的、可持續(xù)社會(huì)的驅(qū)動(dòng)力。然而，為了建設(shè)未來的道路，行業(yè)本身必須首先經(jīng)歷一場(chǎng)基于數(shù)字化、系統(tǒng)化方法的轉(zhuǎn)型。“轉(zhuǎn)型與管理基礎(chǔ)設(shè)施的新方式相結(jié)合，讓這一切成為可能，”Sala 說。“建筑行業(yè)已經(jīng)歷了這種轉(zhuǎn)型，道路行業(yè)沒理由不這樣做，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)能源、可回收性和環(huán)境影響的全面管理。”

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