科技創(chuàng)新｜高速公路融雪技術(shù)創(chuàng)新突破與應(yīng)用

冬季冰雪天氣是威脅高速公路通行安全的“高危風(fēng)險(xiǎn)”，傳統(tǒng)的撒鹽、人工除雪等“雪后處置”方式雖已形成較為成熟的作業(yè)模式，但可能存在環(huán)境污染、腐蝕路面和效率瓶頸等挑戰(zhàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)的高速公路融雪領(lǐng)域正經(jīng)歷一場(chǎng)從“被動(dòng)應(yīng)對(duì)”到“主動(dòng)預(yù)防”的技術(shù)變革。本文聚焦近期各省份的實(shí)踐案例，解析新型融雪技術(shù)的創(chuàng)新突破與應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)革新

新型融雪技術(shù)的原理與核心特性

傳統(tǒng)融雪技術(shù)主要依賴人工、機(jī)械與化學(xué)手段的結(jié)合，雖操作成熟但存在局限性。當(dāng)前，多種新型融雪技術(shù)逐步走向應(yīng)用前沿，推動(dòng)融雪化冰方式向智能化、精準(zhǔn)化、綠色化轉(zhuǎn)型。

流體加熱除冰雪技術(shù)：該技術(shù)通過(guò)在路面下安裝加熱管道，注入加熱的流體以融化冰雪，具有環(huán)保、效率高等特點(diǎn)，適用于需要長(zhǎng)期、持續(xù)保持路面無(wú)冰的場(chǎng)合。但是，該系統(tǒng)的建設(shè)及維護(hù)成本較高，需要定期檢查管道及加熱系統(tǒng)的完整性。

電熱型除冰雪技術(shù)：該技術(shù)通過(guò)在路面下埋設(shè)電熱電纜或電熱膜，電纜通電后產(chǎn)生熱量，直接加熱路面以融化冰雪。其通常結(jié)合智能控制系統(tǒng)，當(dāng)傳感器檢測(cè)到路面溫度下降至臨界值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置。然而，該技術(shù)的能耗較大，運(yùn)營(yíng)成本昂貴。

融雪抑冰路面技術(shù)：該技術(shù)通過(guò)在路面材料中加入化學(xué)添加劑或涂層，使得路面本身能夠主動(dòng)抵抗冰雪的形成，具有較好的長(zhǎng)期效果及較低的維護(hù)成本。但在極端低溫環(huán)境下，涂層的效果可能會(huì)有所減弱。

微波除冰雪技術(shù)：該技術(shù)利用微波能量加熱積雪及冰層內(nèi)部的水分子，使其快速升溫并融化，適用于積雪較厚及結(jié)冰嚴(yán)重的路段。但是，建設(shè)成本較高，不適合大規(guī)模或長(zhǎng)期使用。

道路智能融雪融冰噴淋系統(tǒng)：主要通過(guò)冰雪雨路面濕滑度、低能見(jiàn)度、風(fēng)力風(fēng)向、交通流狀態(tài)等動(dòng)態(tài)交通氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，疊加交通流速度指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)性速度變異系數(shù)、惡劣天氣低能見(jiàn)度、路面制動(dòng)效率系數(shù)等多維算法，建立“AnT預(yù)判預(yù)警模型”，根據(jù)系統(tǒng)搭建智能數(shù)字控制系統(tǒng)。系統(tǒng)預(yù)設(shè)智能冰雪消融策略并啟動(dòng)自動(dòng)實(shí)施程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行可視化監(jiān)控和手機(jī)應(yīng)急操作系統(tǒng)可靠性冗余。該系統(tǒng)主要采用智能?chē)姙⒎桨福淳珳?zhǔn)的輔助決策、雙時(shí)噴控體系、節(jié)能高效噴灑方式。利用遙感式路面狀況及路溫一體式檢測(cè)儀，通過(guò)智能化邊緣計(jì)算與自動(dòng)控制系統(tǒng)處理，得到精確的路況信息。根據(jù)不同點(diǎn)位的不同結(jié)冰積雪厚度，智能精準(zhǔn)提供融雪劑噴灑策略。同時(shí)系統(tǒng)可根據(jù)道路動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置提供的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析科學(xué)調(diào)整不同的噴灑策略，根據(jù)車(chē)流量?jī)?yōu)化選擇最佳噴灑時(shí)機(jī)，自動(dòng)啟動(dòng)管道噴灑系統(tǒng)。

實(shí)踐案例

多省份融雪技術(shù)新探索

近期，許多地區(qū)出現(xiàn)降雪天氣，各地結(jié)合地域氣候與路況特點(diǎn)，針對(duì)性應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)，成為新型融雪技術(shù)的重要試驗(yàn)場(chǎng)。

01-四川久馬高速

石墨烯“電熱毯”實(shí)現(xiàn)雪落三四十秒即融

今年10月，平均海拔3600米的四川久馬高速公路飛雪如期而至，與此同時(shí)，“自發(fā)熱”融雪系統(tǒng)也正式亮相，在降雪天氣中實(shí)現(xiàn)“雪落三四十秒即融”的效果。該系統(tǒng)構(gòu)建了發(fā)電、儲(chǔ)能、發(fā)熱、智控一體化技術(shù)體系，具有以下核心亮點(diǎn)：

1、弱光發(fā)電供能：在久馬高速公路的護(hù)欄、聲屏障上，貼有1.2米高、3.2毫米厚的碲化鎘薄膜玻璃，這種玻璃適用于高寒環(huán)境且不自燃，弱光條件下也可發(fā)電，單公里年發(fā)電量達(dá)65.7萬(wàn)度，比傳統(tǒng)晶硅發(fā)電效率高12%。

▲久馬高速試驗(yàn)段安裝的碲化鎘發(fā)電玻璃

2、極端環(huán)境儲(chǔ)能：針對(duì)公路海拔3300米、晝夜溫差30攝氏度的極端環(huán)境，團(tuán)隊(duì)定制了磷酸鐵鋰儲(chǔ)能柜搭配電熱膜保溫，在零下20攝氏度的低溫下仍能穩(wěn)定運(yùn)行，使用壽命可達(dá)10年。

3、快速發(fā)熱融雪：公路瀝青中面層與上面層之間，鋪設(shè)了4厘米厚的石墨烯-PTC復(fù)合發(fā)熱網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)0.5秒瞬時(shí)啟動(dòng)，60分鐘即可融化30毫米厚的積雪。項(xiàng)目人員介紹，傳統(tǒng)柴油吹雪車(chē)清理同樣厚度的積雪需要4小時(shí)，現(xiàn)在1小時(shí)就能搞定，能耗還降低30%。

4、智能無(wú)人管控：路面溫濕度、雪量傳感器每15秒會(huì)向系統(tǒng)回傳一次數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可提前2小時(shí)啟動(dòng)路面預(yù)熱，雪停后自動(dòng)關(guān)機(jī)，工作人員通過(guò)手機(jī)App即可遠(yuǎn)程查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”。

5、綠色環(huán)保：久馬高速公路穿越四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋濕地外圍，環(huán)保要求嚴(yán)苛。傳統(tǒng)融雪劑氯離子含量達(dá)40%以上，一次撒布后，路邊草甸會(huì)出現(xiàn)半年的枯黃期。而該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了零鹽、零化學(xué)添加，使公路周邊草甸移植成活率提升到95%。

據(jù)悉，目前該系統(tǒng)在久馬高速的試驗(yàn)段僅有50米，還未開(kāi)展大規(guī)模應(yīng)用。示范段建設(shè)成本為49萬(wàn)元，年均可節(jié)省人工、機(jī)械、鹽劑等費(fèi)用32萬(wàn)元，預(yù)計(jì)2年即可收回投資；路面壽命延長(zhǎng)15%，全周期內(nèi)還能再節(jié)省103萬(wàn)元。

02-甘肅：綠色融雪技術(shù)多點(diǎn)突破

綠色環(huán)保型液體融雪劑與智能?chē)姙⑾到y(tǒng)

近日，由甘肅省公路交通建設(shè)集團(tuán)有限公司所屬交科集團(tuán)自主研發(fā)的綠色環(huán)保型液體融雪劑及配套智能?chē)姙⒀b置系統(tǒng)，在G30連霍高速烏鞘嶺隧道群完成布設(shè)并正式投入使用。

烏鞘嶺路段作為甘肅省重要交通通道，因海拔高、冬季低溫嚴(yán)寒、冰雪天氣頻發(fā)等復(fù)雜地理氣候條件的影響，長(zhǎng)期以來(lái)都是冬季道路保障的重難點(diǎn)區(qū)域。

自主研制的綠色環(huán)保型液體融雪劑具有在極寒環(huán)境下融雪效率高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、金屬腐蝕性低、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，能夠有效解決傳統(tǒng)氯鹽類融雪劑帶來(lái)的公路基礎(chǔ)設(shè)施壽命縮短、土壤鹽漬化、水體污染等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。其通過(guò)智能結(jié)冰預(yù)警系統(tǒng)和消冰融雪管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)道路結(jié)冰情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與融雪劑的精準(zhǔn)投放，資源使用率較傳統(tǒng)撒布方式提升30%以上。

與之配套的智能?chē)姙⒀b置，可實(shí)時(shí)采集氣象與路面溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)“感知—決策—執(zhí)行—反饋”的閉環(huán)作業(yè)模式自動(dòng)啟停、精準(zhǔn)噴灑，推動(dòng)冬季融雪作業(yè)從被動(dòng)應(yīng)對(duì)向主動(dòng)防控轉(zhuǎn)型。

新型路面技術(shù)：從材料改良實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防冰融雪

甘肅省張掖公路事業(yè)發(fā)展中心聚焦科技賦能養(yǎng)護(hù)，應(yīng)用系列新型防冰融雪技術(shù)，推動(dòng)傳統(tǒng)被動(dòng)防冰除雪向主動(dòng)智能轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1、應(yīng)用緩釋蓄鹽融雪骨料

該材料以多孔集料頁(yè)巖陶粒為載體，經(jīng)特殊工藝處理后替代部分常規(guī)石料，摻入Sup-13高性能改性瀝青混凝土鋪筑于上面層。冬季降雪后，骨料可快速釋放鹽分實(shí)現(xiàn)高效融雪化冰。非凝冰積雪季節(jié)則通過(guò)多孔結(jié)構(gòu)鎖住鹽分，減少流失，形成“冬季快速響應(yīng)、全年長(zhǎng)效緩釋”的抗冰融雪機(jī)制，解決融雪劑鹽分流失快、對(duì)路面（構(gòu)造物）有腐蝕等問(wèn)題。

▲復(fù)摻緩釋蓄鹽骨料與Sup-13高性能改性瀝青混凝土面層鋪筑

2、采用低冰點(diǎn)填料微表處技術(shù)

結(jié)合河西地區(qū)氣候特點(diǎn)，甘肅省張掖公路事業(yè)發(fā)展中心在微表處混合料中添加了4%的低冰點(diǎn)填料。混合料鋪筑后，鹽分隨水分蒸發(fā)在路面結(jié)晶形成白色“鹽花”狀結(jié)構(gòu)，基于“鹽能化冰”原理，低溫時(shí)可主動(dòng)降低冰點(diǎn)、阻止冰層與路面粘結(jié)。

▲對(duì)防冰融雪技術(shù)試驗(yàn)段進(jìn)行跟蹤觀測(cè)

3、研發(fā)應(yīng)用疏水涂層技術(shù)

甘肅省張掖公路事業(yè)發(fā)展中心與蘭州交通大學(xué)深度合作，聯(lián)合攻關(guān)研制出“雙重疏水改性路用聚氨酯脲涂層”。通過(guò)專業(yè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)噴涂施工，涂層可在路面形成特殊疏水膜層，既有效阻止水分滲透潤(rùn)濕路面，又能削弱冰層與路面的粘結(jié)強(qiáng)度，達(dá)成“有冰不粘、輕微外力即可脫落”的主動(dòng)防冰目標(biāo)。

來(lái)源：中國(guó)交通信息 化、 中國(guó)交通報(bào)、中國(guó)交通新聞網(wǎng)、中國(guó)公路學(xué)會(huì)、蜀道集團(tuán)、甘肅交科集團(tuán)、甘肅省張掖公路事業(yè)發(fā)展中心、第27屆高速公路信息化大會(huì) 等