嘉定新城城市道路保水降温路面关键技术研究可行性报告.docx
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嘉定新城城市道路保水降温路面关键技术研究可行性报告
嘉定新城城市道路保水降温路面关键技术研究
项目可行性报告
上海嘉定新城发展有限公司
上海市政工程设计研究总院
重庆交通大学
2009-12
一、项目的背景和意义
城市“热岛效应”（UrbanHeatIslandEffect.简称UHI）是城市气候中典型的特征之一。
这是由于在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，像突出于海面的岛屿，这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象的称为城市“热岛效应”。
是一个自20世纪60年代开始，在世界各地大城市所出现的一个现象，是城市气候最明显的特征之一，反映了城市化发展对城市环境的影响。
城市热岛的形成一方面是在现代化大城市中，人们的日常生活所发出的热量；另一方面，城市中建筑群密集，沥青和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的比热容（可吸收更多的热量），而反射率小，使得城市白天吸收储存太阳能比郊区多，夜晚城市降温缓慢仍比郊区气温高。
城市热岛是以市中心为热岛中心，有一股较强的暖气流在此上升，而郊外上空为相对冷的空气下沉，这样便形成了城郊环流，空气中的各种污染物在这种局地环流的作用下，聚集在城市上空，如果没有很强的冷空气，城市空气污染将加重，严重污染城市的环境。
城市人口密集、工厂及车辆排热、居民生活用能的释放、城市建筑结构及下垫面特性的综合影响等是其产生的主要原因，热岛强度有明显的日变化和季节变化。
日变化表现为夜晚强、白天弱，最大值出现在晴朗无风的夜晚，上海观测到的最大热岛强度达6℃以上。
城市热岛可影响近地层温度层结，并达到一定高度。
城市全天以不稳定层结为主，而乡村夜晚多逆温。
水平温差的存在使城市暖空气上升，到一定高度向四周辐散，而附近乡村气流下沉，并沿地面向城市辐合，形成热岛环流，称为“乡村风”，这种流场在夜间尤为明显。
城市热岛还在一定程度上影响城市空气湿度、云量和降水。
对植物的影响则表现为提早发芽和开花、推迟落叶和休眠。
上海是中国大型城市的代表，长期处于高开发强度下，城市环境发生了显著变化。
有研究指出，上海城市热岛效应非常明显，部分专家学者通过对各气象站的人工观测数据统计分析，表明该区冬季、夏季的热岛强度曾分别达℃、℃，而近30年来，随着城市扩张，上海城乡气温的差异不断扩大。
近年来，上海夏季平均死亡人数也随着年份有增加的趋势。
同时，城市热岛效应也促使城市干岛的出现，改变了城市生态系统的水气循环。
可见，城市热环境作为城市的基质条件，广泛影响着上海的物质循环与能量流动，也影响着人与其他生物的生存状况，己成为科研工作者、城市管理者乃至民众日益关注的焦点。
在全球气候变化和生态环境不断恶化对中国城市的可持续发展带来诸多困境的情势下，以及人们对生存环境的关注和对生活质量的要求不断提高的情况下，进一步研究采用不同措施降低城市热岛效应与城市化的关系，提供不同建设的可行性方案将有助于解决这一矛盾，意义重大。
由于城市区域发展日益庞大，使得人口密集、不透水建筑面积增加、排热机器繁多，其结果导致自然降雨渗入地面土壤的机会相对减少，城市的热平衡受到破坏，以致于路面热量无法释放。
改善城市“热岛”效应，减少对生态的影响、节约水资源的保水降温路面正在成为未来的发展趋势。
嘉定新城是上海未来重点发展的三大新城之一。
上海实施以新城、中心镇建设为重点的郊区城镇化战略正在紧锣密鼓地推进，具备国际现代化城市特征的新型城镇体系正在加速构筑。
为建设集商业服务、商贸办公、居住、文体休闲和教育研发等功能为一体的现代化、生态型、文明和谐的新城，道路建设是发展的基础，如何在城市的特殊路段如停车场、人行道等地段铺装保水降温半柔性路面不仅降低城市道路路面的温度，同时也可以改善城市的生态环境具有积极的意义。
二、项目前期科研和工作基础
城市中防止“热岛效应”的办法主要有：
1．选择高效美观的绿化形式、包括街心公园、屋顶绿化和墙壁垂直绿化及水景设置，可有效地降低热岛效应，获得清新宜人的室内外环境。
2．要统筹规划公路、高空走廊和街道这些温室气体排放较为密集的地区的绿化，营造绿色通风系统，把市外新鲜空气引进市内，以改善小气候。
3．建设新型降温路面，提高地表的比热容，从而改善热岛温度。
4．建设林荫大道，使其构成城区的带状绿色通道，逐步形成以绿色为隔离带的城区组团布局，减弱热岛效应；
在上述提及的方法中，以第3条建设新型降温路面，提高地表的比热容最为有效，而且不影响城市的整体规划，范围可控。
热能反射涂层是指涂覆于物体表面的节能型功能性涂层材料。
它可对太阳辐射中的可见光波段（~μm）和近红外波段（~μm）具有高反射率，并将吸收的热能以长波（~15μm）的形式辐射到外部空间，从而在不消耗能量的情况下抑制涂层表面温度的上升及降低涂覆物内部和周围温度。
热反射涂料技术的研究起步是从国外开始的。
目前西方科技发达的国家在热反射涂料的研究工作中，已经取得了一些专利，并制定了一些相应的标准。
20世纪70年代后，随着科学技术的快速发展，美国、西欧及日本等一些科技发达的国家相继研制出了能够反射太阳辐射的热反射涂层，在人类解决太阳的热辐射问题上，取得了重大的进步。
与此同时，英国、美国、日本等国家应军事上的需要开始研究一种以反射近红外线为主的红外热反射涂料。
在辐射致冷材料方面，等人在聚乙烯薄膜上涂ZnS，它能反射80%以上的太阳光，计算模拟结果显示它的最大降温效果是致冷空间温度比环境温度低12℃。
B.Landro和.McCormick通过研究指出在致冷空间与环境温度相同时，具有高发射率的灰色表面致冷功率最大。
在日光热反射涂层研究方面，美国的一项专利也介绍了一种在近红外具有较强反射能力，而在大气窗口具有很强辐射能力的日光热反射涂料，在美军标中也规定了相应的检测方法。
英国的一项专利介绍了一种褐色的热反射涂料，由成膜剂和近红外热反射颜料构成，近红外反射率70%，太阳光总反射率45%20世纪70年代，日本的武居二郎首先研制出了建筑物用太阳能反射涂料。
冈田道夫则对太阳能反射涂层进行了评估。
2004年，日本国土交通省下属的土木研究所最近和民间建筑公司合作，共同开发出使沥青路面温度下降的建筑材料，在城市道路上使用这有助于控制城市“热岛效应”。
由于这种特殊材料反射太阳光的能力强，因此将这种材料涂在路面上后，路面积蓄的热量较少。
在炎热的夏天，一般路面温度会高达60℃左右。
试验发现，涂过这种材料的路面温度比普通路面大约低15℃。
国内在20世纪90年代也开展了大量的研究工作。
我国建筑科学研究院物理所和丹东市、常州市、苏州市共同研制成的一种AAS型隔热防火涂料是一种太阳热反射涂料，涂刷在屋面上能把60-70%太阳辐射热反射出去，起到了很好的隔热效果。
中国科学院研制了一种海灰色选择性热反射涂料并测量了反射光谱，它可以反射太阳光中80%以上的红外热辐射和35%以上的可见光，平均总反射率达54%，比铝粉漆的反射率50%还高，取得了明显的降温效果。
我国对于热能反射涂层材料进行研究仅限于建筑喷涂尝试，目前在道路工程领域尚未开展沥青路面光热效应的基础理论研究工作，也未成熟掌握利用热反射自主控制、调节路面温度场技术。
还有一种以半柔性路面为母体铺筑保水降温路面，国外进行了较为广泛的研究和应用。
以日本为代表，如日本横浜市道路局针对保水性铺装路面性能提出了性能和施工要求；三菱商事プラスチック株式会社在“保水性铺装构造”专利中对保水材料、路面施工、路面结构提出了相应的要求，结果显示保水具有良好的降温效果。
相对而言，我国在保水降温半柔性路面领域研究相对较少。
重庆交通大学于06-08年主持承担了国家西部交通建设科技“高性能半柔性复合路面与基层的开发应用研究”（1478），尝试性地研究了保水降温技术，并初步应用于柔性复合路面结构中，该项目柔性复合路面结构、性能及施工等一系列技术研究，提出了半柔性复合路面施工技术指南，同时分别在重庆大渡口区、北碚金刀峡、山西晋中地区等铺验示范路段。
工程结果表明，半柔性路面完全能满足路面行驶的需要。
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三、项目研究开发实施方案
主要研究内容
本研究拟采用开发保水降温砂浆、保水性材料、开发热能反射涂层材料等几种方法将其应用于半柔性路面结构。
通过对保水降温路面材料的性能研究、路面性能研究，施工技术工艺及质量控制研究等，提出保水降温路面的质量评价方法和评定标准，以指导于工程施工的需要。
反射涂层降温路面
反射涂层降温路面则是将具有热辐射材料喷涂在路面层，依靠该材料对阳光的反射而达到抑制路面温度的升高。
应展开以下几个方面的研究：
1）反射涂层材料的开发和选取
反射涂层材料的开发和选取原则应从反热效果、经济性、施工性等方面进行，并结合对反射涂层材料的性能室内检验，优化选取出适合本研究的反射涂层材料。
2）反射涂层基底路面层的选取
应研究不同类型、不同结构的沥青面层材料与反射涂层材料之间的粘结性能、渗透性能，通过研究提出对基底路面材料的选取。
3）反射涂层降温路面的施工工艺研究
反射涂层降温路面的施工工艺应研究反射涂层材料的材料拌和、喷涂速度、喷涂厚度、喷涂层数等，通过研究提出该反射涂层材料的施工工艺，指导于施工的需要。
关于反射涂层材料的研究国内的研究较少，且技术尚不成熟，目前日本、美国在反射涂层材料研究较多，在开展本项目的研究中，应在美国、日本的相关研究资料或技术文献下进行探索，提出一种本项目所用的反射涂层材料的施工技术工艺。
保水降温砂浆路面
保水砂浆降温半柔性路面是指以大空隙率沥青混合料（空隙率高达20%-28%）作为母体，通过灌注并渗入一定比例的保水降温砂浆组分，最终硬化形成的一种高性能特殊路面，利用在下雨或路面洒水时自动蓄水，一旦气温升高时水分蒸发而吸收热量，从而达到降低路面及环境温度的效果，温度降低最大可达10℃以上，同时该路面具有一定的排水功效，可以防止路面积水。
主要包括以下研究内容：
1）保水砂浆材料的开发研究
通过对保水砂浆的材料选取，进行配合比设计，在此基础上对保水砂浆在保水性，降温性方面进行研究，提出一种性能良好的保水性砂浆材料。
2）保水砂浆基底路面的研究
研究大孔隙路面的配合比设计以及材料性能，通过对大孔隙沥青路面的研究，提出该路面对所需原材料、级配、沥青用量，拌和条件等控制。
3）保水砂浆路面的施工工艺研究
研究在基底路面上对保水砂浆的施工工艺，重点研究保水砂浆的摊铺工艺、碾压工艺、养护工艺等的研究。
通过研究，提出适合一种适合在大孔隙沥青路面上行铺装保水降温砂浆的施工工艺，以指导于施工的需要。
4）保水砂浆路面的质量控制
研究保水砂浆路面的质量控制要求、控制方法、控制指标、控制措施，以此提出保水砂浆路面质量控制的技术标准或指南。
保水性沥青路面
保水性沥青路面是指在沥青混凝土中掺加部分保水性材料，将其铺装在路面的面层，通过沥青混凝土中的保水性材料在降雨的时间吸附水并将其保存下来，当路面温度升高时依靠里面的水蒸发带走路面的热量，以达到降低路面的温度。
针对保水性沥青路面首先应该对保水性材料的选取，选取的指标重点控制保水性能、降温效果、耐热性能，同时材料的选取还应考虑到经济性和施工性等要求；然后研究不同级配的沥青混凝土与保水性材料的应用效果，通过对沥青混凝土的高低温性能、材料的降温性能和耐久性等性能研究，提出一种适合的路面结构类型；当路面的结构选择完成之后就应该进行保水性沥青混凝土的施工工艺研究，研究其拌和、摊铺、碾压、修复等工艺，通过研究提出保水性路面的施工工艺；另外为了保证施工的顺利实施，还应研究保水性路面的质量控制方法、控制指标，并将形成的质量控制标准。
保水性沥青路面应在沥青路面的结构类型选取和施工工艺的控制上重点研究。
技术路线
技术研究路线如下图1所示：
图1技术路线图
项目创新点
本项目的主要创新点如下：
1）开发出至少一种保水降温路面材料，解决城市道路路面夏季温度过高问题，该新型保水降温路面材料将产生技术专利，具有创新性；
2）提出保水降温路面材料降低夏季路面温度的作用机理，建立保水降温路面材料与降低路面温度的相关性，这一理论具有广泛的导向性，不仅可以服务于材料的开发和性能的优化，同时对现场的施工具有指导意义，具有创新性；
3）提出保水降温路面的施工工艺及质量控制方法，这将为保水降温路面的铺装提供了相应的依据，同时保障路面质量的可靠性，是对保水降温铺装路面材料在铺装施工方面的一个创新；
4）开发出至少一种热能反射涂层材料，能够为上海的人行道及广场提供降温的不同方式，将产生相关的技术应用专利，具有创新性；
5）提出热能反射涂层材料的施工技术，制定适合地方特色的施工指南，为进一步推广应用反射涂层材料提供指导，具有创新性。
四、项目考核目标
本项目的考核目标如下：
（1）建立保水性路面与非保水性路面在相同条件下温度的关系；
（2）提出1~3种不同方案的保水降温路面设计；
（3）热能反射涂层材料的降温性能评价；
（4）提出保水降温路面保水降温砂浆的作用机理及配合比；
（5）提出保水降温路面的施工工艺及质量控制；
（6）在有关学术会议或杂志发表相关论文1~3篇；
（7）完成项目科研报告。
五、预期效益
经济效益
通过该项目的研究，将保水性路面应用在城市的道路中，对解决城市的热岛效应，改善人民的生活环境，降低能源消耗具有积极的意义。
以嘉定新城为例，铺装保水性路面后，预计整个城区道路夏季用于洒水降温的次数将降低90%以上，降低路面的温度高达8度以上，大大降低了火灾发生的几率，为城市道路节约用水150万吨，减少人力、物力、财力开支高达500万元，假以整个上海而言，每年节约的资金将高达7000万元。
从能耗方面看，以每年空调用电降低30%为例，整个城区降低用电量达1000万度，有效的降低了电力资源的消耗，而将这部分节约的电力用于食品加工工业，将提高工业的生产总值至少在2%以上。
另外，保水性铺装路面可以有效的降低城市产生的上升热气流与潮湿的海陆气流相遇，减少暴雨在某些地区引发洪水，造成山体滑坡和道路塌陷等，预计抑制这些灾害的发生一年就可节省灾后重建资金达300万以上。
预计年总节约资金1300万元以上。
社会效益
城市保水性路面的铺装，可以有效的改善司机的行车安全，降低交通事故率，同时路面的降温降低了汽车轮胎的磨耗率，在一定程度上降低了轮胎的报废率。
城市保水铺装路面成套技术研究成果的推广应用，将大大提高交通行业的安全保障能力，体现了“以人为本、以路为本”的发展理念，对促进发展和谐交通、和谐社会具有重要的社会和经济效益。
环境效益
从保水性路面对环境的改善方面看，采用保水性路面降低了政府用于的治理城市热导效应的资金投入，同时保水性路面可以有效的降低城市上空的气流差，降低抑制热岛环雨的形成，在一定程度上降低了城市周期性复杂骤变气候的恶劣影响，节约了城市用于治理水灾的资金，以上海为例，在特殊的年份最高甚至可以降低资金投入量达1000万以上。
另外，保水降温路面的铺装将在降低城市的污染、改善气候环境等方面的都具有积极的意义。
其他相关效益
通过对保水性路面的系统研究，可填补国内在城市保水路面的研究空白，掌握保水性路面的研究技术，而将这种路面技术成功的应用在新开发的城市道路、人行道、停车场等地带，这将降低城市后期高温路面的改造，降低城市的建设资金投入，带动相关产业的发展具有显著的效益。
六、项目承担单位及参加单位概况
本项目由上海嘉定新城发展有限公司、上海市政工程设计研究总院、重庆交通大学组成的课题组共同承担。
课题组成员一直从事路面设计、施工和科研工作，具有较丰富的路面设计、施工和科研经验，主持或参与科研项目多项，具备了完成本项目的较强科研技术力量。
上海嘉定新城发展有限公司
上海嘉定新城发展有限公司于2004年8月18日成立，国有独资公司，注册资本为3亿元，由上海市嘉定区国资委以现金和国有股权投入。
新城公司职能包括：
1、规划细化职能：
协助政府按照新城总体规划编制控制性规划和详细规划。
2、土地开发职能：
配合区土地储备机构实施土地储备和土地前期开发。
3、建设管理职能：
实施新城基础设施、非经营性公用项目的建设和管理。
4、经营开发职能：
参与重大经营性项目的开发建设，制定社会资本参与合作开发的方案并组织实施。
5、投融资职能：
制定并实施公司以及政府项目投融资方案。
上海市政工程设计研究总院
上海市政工程设计研究总院创建于一九五四年，是我国最早成立的市政设计院之一。
目前拥有给水、排水、道路、桥梁、水工、建筑、岩土、测量、轨道交通、环境工程等专业。
历年来，全院获得国家、部、市级优秀设计和科技进步奖近300项。
一九九一年获得工程勘察设计全面质量管理合格证书。
一九九五年档案管理获国家一级,在“中国勘察设计综合实力百强单位”评比中，列市政行业前茅。
一九九八年通过上海质量体系审核中心颁发的GB/T19001-ISO9001质量体系认证，2001年被评为上海市优秀公司。
上海市政工程设计研究总院具有建设部颁发的工程设计综合资质甲级证书和工程总承包资格甲级证书、工程测量、工程地质勘察甲级证书及工程造价咨询资格甲级证书，国家发展和改革委员会颁发的工程咨询资格甲级证书，国家测绘局颁发的测绘甲级资格证书，上海市建委批准的建设监理甲级（暂）证书及首批设计监理试点单位，市经委技监站批准的设备监理资质和首批建设工程抗震鉴定资格证书。
全院目前拥有职工近1500人，专业技术人员650人，其中高级职称190人。
其中排水工程设计专业是国内最早从事排水专业设计的设计院之一，目前已形成工种齐全的综合性排水专业设计队伍。
拥有专业技术人员180余名，其中高级工程师42名，教授级高级工程师12名。
建院50多年来，先后完成了6000多项具有国际先进水平的市政工程咨询、设计和科研项目，其中包括40多项世界银行、亚洲开发银行和各国政府贷款项目，为国内外的市政工程提供优质的技术服务和支持。
获得国家、部和市级优秀设计奖232项，科技进步奖68项。
重庆交通大学
重庆交通大学科学研究能力强，服务地方经济建设成效显著，在拱桥修建技术、内河通航及港口航道建设等领域取得了一批居于世界领先水平的成果。
近五年，先后承担了包括国家科技攻关计划、国家“863计划”、国家重大基础研究前期专项、国家自然科学基金项目、教育部哲学社会科学重大攻关项目在内的国家级科研项目60余项，省部级科研项目300余项；2006年科研经费达9200万元。
继1996年获得国家发明奖、1998年获得国家科技进步二、三等奖后，2000年以来，学校又获得国家科技进步一等奖、二等奖、国家教学成果二等奖共3项，获省部级科研、教学成果奖70余项，12项科技成果被列为国家和省部级重点推广项目。
重庆交通大学集教学科研为一体，聚集了大批高素质的科研教学人才，在硬件设施方面也较为齐全，道路实验室具有先进的试验设备，为本项目提供了有力的硬件支持，并可进行路面结构和路面材料的特殊研究。
技术研究人员构成
课题责任人和主要成员简历（学历、工作经历、论著、近三年重要成果及获奖情况等）。
1）、业主1
（备注：
请业主单位补充项目负责人资料）
2）、陈红缨
女，1970年出生，1992年毕业于同济大学，2003年获得高级工程师职称，现任上海市政工程设计研究总院综合设计研究院副院长。
先后承担了二十多项大中型工程的项目负责人和审核工作。
几年来，负责设计和参与设计的项目多次获奖，其中上海浦东国际机场一期市政配套工程获国家铜质奖和上海市优秀设计一等奖；五洲大道新建工程获上海市优秀设计一等奖；佛山市和顺至北滘公路主干线工程获上海市优秀设计二等奖；沪杭高速公路工程枫泾立交获上海市优秀设计二等奖。
在2003年度获院“三八”红旗手称号，获市级立功竞赛记功个人一次，两次赛区立功竞赛记功个人。
近几年负责的重大工程均有技术创新，参加了“城市快速干道生态环保综合技术研究与示范”、“浦东机场综合交通信息化和智能化发展研究和工程示范”等科研研究和编写。
3）、陈仕周
男，重庆交通大学特聘教授，道路与铁道专业博士，研究员，教授。
2005年完成了交通部“桥面铺装材料与技术研究”科研课题，该科研成果水平被验收专家签定为国际先进水平。
主持了《公路钢箱桥面铺装设计与施工技术指南》的编写。
2005年主持完成了“环氧沥青混凝土材料的研究”的课题项目研究，并自主开发出了一种操作时间长、路用性能较好的环氧沥青混凝土材料。
2006年参与、指导了广东佛山大桥和北京昌平南环大桥钢桥面环氧沥青混凝土的铺装施工，这两座桥梁的钢桥面铺装均直接采用了美国的环氧沥青材料和技术。
1999年获交通部“青年科技英才”称号，入选部“十百千人才工程”；1999年获国务院特殊津贴；1999年被福建省评为“重点项目建设先进工作者”，被交通部重庆公路科学院研究所评为99年度“工作标兵”；2003年被评为重庆市第二届青年科技奖；2004年度获得“重庆市第二届劳动模范”、“重庆市建筑业优秀企业经理”等荣誉称号。
七、工作条件和环境保障
已经具备的实验条件
本项课题依托上海嘉定新城发展有限公司承担建设，上海市政工程设计研究总院承担设计的“上海嘉定新城中心区道路及桥梁工程”，结合工程建设进展情况开展针对性的工程应用研究，目前设计工作正在开展，已具备进行本项科研工作的条件。
课题组织机制设计
立项后，成立本项目课题负责人制的专项课题组。
课题组成员明确分工协作关系，并制定研究实施计划，严格过程控制，确保项目的顺利实施与完成。
依托大学的研究力量
重庆交通大学集教学科研为一体，聚集了大批高素质的科研教学人才，在硬件设施方面也较为齐全，道路实验室具有先进的试验设备，为本项目提供了有力的硬件支持，并可进行路面
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