道路交通基础设施韧性提升:理论与实践.pdf
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1、道路交通基础设施韧性提升:理论与实践李 辉同济大学 教授、博士生导师国家海外高层次人才2021年8月14日气候变化与韧性交通-极端气象下的交通灾害治理体系建设研讨会个人简介 2001.8-2005.6 东南大学 土木工程,学士 2005.8-2008.6 东南大学 道路与铁道工程,硕士 2008.1-2010.6 加州大学戴维斯分校 环境与资源经济学,硕士 2008.9-2012.11 加州大学戴维斯分校 土木与环境工程,博士 2012.12-2014.5 加州大学戴维斯分校 土木与环境工程系,博士后 2014.6-2015.4加州大学路面研究中心(加州大学-戴维斯/伯克利),助理研究员 20
2、15.2国家“千人计划”青年项目 2015.5-至今同济大学 交通运输工程学院,教授、博士生导师p 工作经历p 教育经历主研领域:交通基础设施可持续性与弹韧性李 辉同济大学2同济团队-同济可持续交通研究中心(CST)李辉教授博士后博士生,15人张毅(2021)张恒基(2020)谢宁刘佳雯杨洁杨炳代震张雪贾明冯勇Hady朱浩然(2015-2017)Behzad Ghadimi(2018-2019)李准AhmedGul硕士生,15人王宇(2018)李昊臻(2019)马瑰宝(2020)梁霄(2020)王寒冰(2020)周浩南(2020)朱宇昕(2021)葛乃玲(2021)田雨左鑫张犁梅子涵侯云强Sa
3、ifullahPalden王子鹏3主要内容韧性交通基础设施建设背景一我国韧性交通基础设施建设需求二韧性交通基础设施:问题与挑战三4道路交通基础设施韧性提升技术四一 韧性交通基础设施建设背景3交通基础设施暴露于环境,面临较高灾害风险数据来源:牛津大学、世界银行、欧盟委员会联合开展“全球公路、铁路基础设施资产多风险分析”洪水灾害对基础设施的影响5面临一种灾害27%经受百年一遇洪水风险7%其他状态66%全球公路、铁路基础设施资产风险2008年5月汶川地震2012年7月北京特大暴雨2010年8月甘肃舟曲特大泥石流2020年新冠疫情2021年7月河南特大暴雨重大灾害事件(国内)3一 韧性交通基础设施建设
4、背景6一 韧性交通基础设施建设背景交通基础设施对极端自然灾害抵抗能力脆弱7卡特里娜飓风,美国,2008凤凰城洪水,中国,2014玛丽亚飓风,波多黎各,2017重大灾害事件(国外)一 韧性交通基础设施建设背景3自然灾害基础设施破坏经济损失巨大气候变化加剧自然灾害对基础设施影响8交通中断代价远超基础设施破坏损失洪水泥石流滑坡地震交通中断设施浸水救援受阻物资中断一 韧性交通基础设施建设背景3韧性交通基础设施建设必要且重要9韧性交通运输体系支撑重大突发事件应急保障支持经济社会运行与快速恢复主要内容我国韧性交通基础设施建设需求二韧性交通基础设施建设背景一韧性交通基础设施:问题与挑战三10道路交通基础设施
5、韧性提升技术四二 我国韧性交通基础设施建设需求3可靠的交通基础设施是社会经济发展的重要支撑11韧性城市中,交通运输是经济社会发展的基础性、先导性、战略性产业和服务性行业人民福祉国家经济社会发展影响“增加低收入和中等收入国家获得可持续交通基础设施的机会。”-联合国可持续发展目标UN SDG二 我国韧性交通基础设施建设需求3韧性交通基础设施的三个层面12资产韧性降低资产全生命周期成本(Life Cycle Cost)网络韧性提供服务可靠性更高的交通运输网络用户韧性减少自然灾害对人民、经济、社会的总体影响二 我国韧性交通基础设施建设需求3发达国家积极打造并规划韧性交通基础设施13美国日本英国u积极打
6、造韧性交通基础设施u在相关法律法规中,将交通网韧性和应急保障作为主要战略目标和规划内容二 我国韧性交通基础设施建设需求3我国韧性交通系统规划14国家综合立体交通网规划纲要:将“交通网韧性”作为系统指标之一交通强国建设纲要:要建设现代化高质量综合立体交通网络,实现立体互联,增强交通系统弹性二 我国韧性交通基础设施建设需求3建设具有韧性交通系统的交通强国15将系统韧性作为重要指标全面提升应急保障能力真正建成交通强国当前交通行业发展阶段交通基础设施发展的趋势二 我国韧性交通基础设施建设需求3韧性城市建设逐渐受到重视162008年汶川特大地震韧性城市规划雏形汶川地震灾后恢复重建条例2017年中国地震局
7、提出“韧性城乡”2020年6月城市“安全韧性”2020年10月“十四五”2035建设建设“海绵城市、韧性城市”国家战略北京市城市总体规划提出强化城市韧性,减缓和适应气候变化上海市城市总体规划“上海2035”提出了建设可持续的韧性生态之城的目标四川德阳探索用新的理论和方法编制韧性城市战略规划湖北黄石编制韧性城市战略规划二 我国韧性交通基础设施建设需求3韧性交通基础设施建设机遇与挑战并存17现状:u建立了高效、可靠的交通基础设施系统u形成了应对自然灾害、气候变化的基本能力问题:u韧性交通基础设施研究实践仍处于起步阶段u尚未建立适合我国国情的理论框架u重点任务实施和项目管理经验欠缺主要内容韧性交通基
8、础设施:问题与挑战三韧性交通基础设施建设背景一我国韧性交通基础设施建设需求二18道路交通基础设施韧性提升技术四三 韧性交通基础设施:问题与挑战3城镇化进程加快 城市开发强度大、复杂度高城市建设用地面积(平方公里)56075.92000025000300003500040000450005000055000600002006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018注:数据来源于住房和城乡建设部发布的城乡建设统计公报。快速城镇化,人口增多19三 韧性交通基础设施:问题与挑战320事故灾害公共卫生事件社会安全事件自然灾害
9、20三 韧性交通基础设施:问题与挑战可预见性低不确定性高随机性强破坏性大城市突发事件特点21三 韧性交通基础设施:问题与挑战2020年新冠疫情2021年7月河南特大暴雨高速公路水毁2639处收费站149个服务区98对普通干线公路水毁6553段断行95处农村公路阻断3852条航运设施受损351处道路运输场站受损52个在建高速公路项目水毁受损1255处因地下空间溺亡39人(地铁5号线14人,京广路隧道6人)交通运输直接损失达109亿元来源:河南省交通运输厅22三 韧性交通基础设施:问题与挑战问题1:交通基础设施韧性建设目标性不足自然扰动人为扰动技术扰动韧性扰动耦合扰动低频高损型高频低损型侧重点?恢
10、复能力!适应能力!23三 韧性交通基础设施:问题与挑战海绵城市 适应能力自然积存、自然渗透、自然净化渗、滞、蓄、净、用、排“十四五”进一步要求:2030年80%城市建成区70%地表径流就地消纳利用24三 韧性交通基础设施:问题与挑战综合立体设计 恢复能力国内第一个深层隧道排水工程项目(广州市东濠涌试验段)哥本哈根排水衔接性综合设计Barriers Connections25三 韧性交通基础设施:问题与挑战问题2:韧性交通基础设施建设的整体性待提升交通强国建设纲要:“立体互联、系统弹性”部分河道的防洪能力和管网的排水能力不达标 局部排水分区管网规划和设计与下游承泄区和河道排洪衔接不顺26自身安全
11、区域安全整体安全三 韧性交通基础设施:问题与挑战问题3:精细化监测预警能力与应急管理机制尚有差距预警阈值指标尚不完善,缺乏精细化、高分辨、高时效监测与预警平台27三 韧性交通基础设施:问题与挑战问题3:精细化监测预警能力与应急管理机制尚有差距专项投融资机制中央与地方:财政事权划分方案保障灾后交通基础设施重建与养护“韧性”专项资金?28主要内容道路交通基础设施韧性提升技术四韧性交通基础设施建设背景一我国韧性交通基础设施建设需求二29韧性交通基础设施:问题与挑战三四 道路交通基础设施韧性提升1.城市交通基础设施低影响开发增强韧性交通“抵抗力”2.交通基础设施网络智慧化管理保证韧性交通“可靠性”3.
12、交通基础设施应急能力提升强化韧性交通“恢复力”提升道路交通基础设施韧性三个重要途径四 道路交通基础设施韧性提升31积水内涝径流污染交通风险路表密实不透水 积水内涝、径流污染1.城市交通基础设施低影响开发2016年7月24日 西安市小寨交叉路口31四 道路交通基础设施韧性提升1.城市交通基础设施低影响开发32城市道路城市广场高架绿道密布的道路网大空隙透水铺装城市道路铺装面积率达20%以上密布的道路网四 道路交通基础设施韧性提升1.城市交通基础设施低影响开发33海绵指标项目前置条件70%降雨就地消纳利用20%2020年面积目标80%2030年面积目标目标n2015年10月国务院办公厅印发 关于推进
13、海绵城市建设的指导意见,明确提出海绵城市建设总体要求:国务院积极推进海绵城市建设,以期最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响。四 道路交通基础设施韧性提升1.城市交通基础设施低影响开发34传统城市改造自然地面硬化改变原有生态粗放式建设地表径流量大增海绵城市顺应自然人与自然和谐保护原有生态低影响开发地表径流量不变生态植草沟、下凹式绿地、雨水花园、绿色屋顶与透水铺装保存或恢复自然生态功能,形成良性生态水循环。海绵城市是实现从快排、及时就近排出、快速排干的工程排水时代跨入到“渗、滞、蓄、净、用、排”六位一体的综合排水、生态排水的历史性、战略性的转变。低影响开发(Low Impact Develo
14、pment,LID)四 道路交通基础设施韧性提升1.城市交通基础设施低影响开发35开发前后的水文特征基本不变径流总量不变:渗透、储存等峰值流量不变:渗透、调节等源头消减、过程控制、系统治理峰值时间不变:滞留、调蓄等低影响开发水文原理示意图低影响开发控制目标示意图四 道路交通基础设施韧性提升1.城市交通基础设施低影响开发36生态道路建设无害化穿(跨)越技术路基边坡生态防护微区域集水系统无害化穿越/跨越全生命周期绿色建养路域生态恢复与修复项目传统铺装大空隙透水铺装空隙率35%1825%路表径流80100%产生小于10%噪声6780分贝降低38分贝热岛效应高吸热率降低23安全雨天易产生水雾、水漂雨天
15、视线好、抗滑性能高四 道路交通基础设施韧性提升37加速生态道路建设生态透水铺装技术38强度低、耐久性差降温、降噪亟需研发高强耐久、生态长效的新材料大空隙材料力学性能与生态功能难协同透水、净水孔隙易堵塞瓶颈1四 道路交通基础设施韧性提升3839亟需构建海绵道路力学-生态双性能设计方法仅考虑力学指标水量控制指标缺失生态指标体系缺乏污染物去除率低海绵道路设计方法缺失瓶颈2四 道路交通基础设施韧性提升39亟需实现透水铺装的高效施工、精细养护温控要求高传统养护不适用透水性能衰减快施工效率低施工养护难度大瓶颈3四 道路交通基础设施韧性提升加速生态道路建设40历经12年重大科研项目攻关:项目来源项目名称类别
16、国家重点研发计划(2016YFE0108200)低影响开发海绵城市透水铺装关键技术研究及应用环保高性能新材料国家科技支撑计划(2011BAJ04B05)固体废弃物本地化再生建材利用成套技术上海市政府间科技合作项目(17230711300)城市地表径流雨水污染净化功能型环保材料研究国家重点研发计划(2016YFE0118200)基于海绵城市建设的多路径资源再生混凝土技术与应用双性能设计国家自然科学基金项目(5150080567)路面材料全频谱光学反射降温特性与评价模型上海市节能减排科技项目(10DZ1202500)大型交通枢纽低碳建设关键技术研究和示范智能施工/精细养护上海市科技创新行动计划项目
17、(16DZ1202000)海绵城市生态道路成套技术研究与示范四 道路交通基础设施韧性提升41四 道路交通基础设施韧性提升技术架构海绵道路力学与生态功能协同耐久实现理论创新方法创新技术创新力学性能海绵城市生态道路智能建养技术大空隙材料力学与生态功能协调理论海绵城市生态道路设计方法空隙特征生态功能双性能设计多级净化指标体系无人施工技术智能信息管控平台精细化养护体系42四 道路交通基础设施韧性提升8_6.png创新成果 1首创了主动防堵塞大空隙透水材料设计方法,突破了透水铺装材料超高性能改性技术难题,自主开发了基于多源固废利用的生态透水新材料。60篇论文(31篇SCI),5项发明专利,3项实用新型,
18、专著2部43四 道路交通基础设施韧性提升加速生态道路建设沥青混合料抗飞散性提高2倍,透水水泥混凝土强度提升40%以上1.1 研发了高耐久、强抗扭超高黏改性沥青及高性能透水水泥混凝土增强技术飞散剥落试验国内首部透水路面技术规范Investigation on the mechanical properties and environmental impacts of pervious concrete containing fly ash based on the cement-aggregate ratio.Construction and Building Materials,2019,20
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