潇湘荣耀——湖南省交通科学研究院有限公司获奖科研成果展示

＂立足精品战略,奉献优质工程,推动科技创新,打造交科品牌＂,与共和国同岁的湖南省交通科学研究院有限公司,迎来了事业发展的又一巅峰,抓住交通建设的大好发展机遇,积极开拓市场,利用特色技术和专有技术开展了勘察设计、工程监理、工程质量检测、工程施工、智慧交通、交通环保监测、交通安全等技术服务,成功打造了交通科研、勘察设计、试验检测、工程监理、交安机电施工五大优势业务板块。

湖南省交通领域减污降碳路径研究

为实现湖南省交通领域减污降碳协同增效管理以达到节能减排的目标,在分析湖南省机动车污染物整体排放情况及各市州机动车污染物排放情况的基础上,划分了污染物排放重点城市,阐述了当前湖南省交通领域减污降碳的现状与难点,提出了交通领域减污降碳应对措施。结果表明:湖南省交通领域减污降碳工作发展不平衡,存在重点区域和非重点区域之分,重点区域排放压力大,应放在降碳攻关首要位置;清洁能源车辆是未来发展趋势,大力推广清洁能源车辆是实现交通领域减污降碳的最直接和最有效途径;调整优化交通运输结构,采用多式联运等现代交通手段有助于低碳交通发展。研究成果可为推进湖南省乃至全国“双碳”顶层设计及制度体系建设提供科学支撑。

“双碳”背景下的湖南省交通运输行业碳排放特征分析

为加快实现湖南省交通运输行业“双碳”目标,通过建立清晰碳排放核算范围和边界,基于“自下而上”法测算2012—2021年湖南省交通运输行业碳排放量,分析湖南省交通运输行业碳排放结构,为湖南省交通运输行业绿色低碳转型提供理论基础。结果表明:①2012—2018年湖南省交通运输行业碳排放量呈现快速上升趋势,受货运部门统计口径调整和疫情冲击,2019—2021年碳排放量与之前不可比,且年均增速放缓;②通过对湖南省交通运输行业碳排放分为三大部门进行分析,按碳排放量大小排序为城市交通、货运和客运部门,2021年排放占比依次为74.2%、20.4%和5.4%;③私人汽车、公路货运和航空客运为三大部门重点排放源。最后,结合研究讨论,针对私人汽车、公路货运和航空运输3个关键排放领域分别提出了具体有效对策建议。

基于联网收费数据的湖南省高速公路物流通道供需适应性研究

公路运输是现代物流体系中的重要组成部分,高速公路是公路运输中最重要的载体,研究高速公路货运特征,分析物流通道供给和物流需求之间的适应性,有利于推进物流行业持续向好发展,推动交通运输与现代物流深度融合。基于高速公路联网收费数据,可有效识别高速公路物流通道,并通过流量饱和度指标来评估物流通道的供需适应性。首先将高速公路货车联网收费数据基于路径识别点处打断,降低货车运行轨迹还原的计算复杂度;其次利用广度优先搜索算法、朴素贝叶斯分类理论精准还原货车运行轨迹,然后根据货车运行轨迹,计算高速公路路段货运车流量、货运量、饱和度,从物流的角度分析研究交通设施供给的适应性。以湖南省为研究对象的实例表明,湖南省高速公路物流主通道成“三纵三横”的格局分布,京港澳高速公路等路段拥堵日益严重,许广高速公路与长沙绕城高速、江干高速与浏洪高速等衔接仍有不畅。基于联网收费数据的研究方法,可以高效精准地分析与物流强相关的高速公路供需适应性情况,为物流通道规划及交通基础设施布局的理论研究和实践应用提供参考借鉴。

湖南省冷家溪地层滑坡形成机理及岩土参数研究

为减少冷家溪地层发生滑坡带来的灾害,采用理论分析、工程实践、室内浸水试验相结合的方法,对该地层滑坡形成机理进行分析,通过浸水试验模拟板岩岩土界面处在雨水作用下的变化,论证了滑坡形成的过程及滑面位置。针对板岩类边坡岩土参数取值难的问题,依据工程实践的勘察处治经验,采用数值统计的方法,对不同岩性冷家溪地层分类提出岩土经验参数,解决了冷家溪地层滑坡勘察处治的难题。

湖南省交通运输领域碳排放达峰路径研究

交通运输是当今世界经济发展的重要组成部分,但也是产生大量碳排放的主要行业之一。本文以2021年为基准年,设置参考情景、低碳情景和强化低碳情景,通过LEAP(Long-Range Energy Alternatives Planning System)模型对2022—2035年湖南省交通运输领域碳排放量进行预测分析。结果表明:参考情景下,湖南省交通运输领域碳排放量高速增长,2035年排放量达5724.78万t,预测期内未出现峰值;低碳情景和强化低碳情景下,湖南省交通运输领域碳排放预计分别于2033年、2029年达到峰值,峰值量约为4481.44万t、4257.95万t。预测期内,能源消费量仅在强化低碳情景下达峰,于2030年达到2162.24万t标准煤的能源消费峰值。最后,基于减排潜力分析提出湖南省交通运输领域绿色低碳发展的3个主要建议:建议采取强化低碳情景下的强化节能减排措施,尽早实现碳达峰;社会车辆是减排关键子领域,建议推广新能源的同时构建清洁电网,实现减排效益最大化;公路货运是减排重要抓手,调整运输结构和降低重型货车的碳排放是减少公路货运排放的主要措施。

湖南省公路固废物质流分析与产排预测

为助力公路系统建养生态化、绿色化转型发展,基于公路里程存量与大中修数据,结合MATLAB、Origin等数据分析和处理平台,采用物质流分析方法进行了湖南省公路固废的物质流分析,构建了公路固废产排预测模型。物质流分析结果显示,近年湖南省地方公路固废主要为废旧水泥混凝土,占比75%左右,其余为沥青路面回收料(RAP)。高速公路则以RAP为主,占比76%左右,其余为废旧水泥混凝土。在产排预测方面,本文设置短寿命(6 a)、中寿命(10 a)、中长寿命(20 a)和长寿命(30 a)4种寿命情景进行分析,预测了湖南省公路固废产生量的变化规律。结果表明,湖南省地方公路存量和高速公路存量分别在2031年和2050年达到饱和,为451 137 km和11 180 km。短寿命情景下的地方公路和高速公路大中修里程分别于2028年和2022年左右达到峰值,为3 210 km和534 km,长寿命情景下大中修里程的峰值出现更晚、波动更大。在短寿命、中寿命、中长寿命和长寿命4种情景下,地方公路公路固废产生量在2028年、2029年、2037年和2046年达到第一个小峰值,分别为652万t、447万t、291万t和280万t,此后围绕峰值波动;高速公路公路固废产生量在2022年、2024年、2032年和2043年达到第一个小峰值,分别为238万t、183万t、140万t、110万t,此后围绕峰值波动。结合调研结果,短寿命情境下更加符合湖南省公路固废产生量的实际情况,这意味着我国公路已经进入了大中修的高峰期。

湖南省治超联网管理信息系统建设实践与思考

引言当下,全国各地均在积极探索货运车辆超限超载治理由“人海战术”向“科技治超”转变。基于信息化的公路治超体系建设,技术手段的实现与应用是重要抓手之一。本文结合湖南省治超联网管理信息系统建设项目推进过程,结合顶层设计、组织实施、应用创新、推广成效等多个维度的探索与实践,总结科技治超经验。

湖南省智慧高速公路发展趋势及实践应用

在政策驱动和技术发展推动下,当前各地均在积极开展智慧高速公路试点示范工程建设,未来智慧高速公路将迎来大规模建设。湖南省通过过去几年智慧公路建设,在设计、建设、管理、养护、运营、服务等方面积累了大量经验。文中介绍湖南省关于智慧高速公路建设的政策、规划和策略及已建和在建智慧高速公路的基本情况,并提出典型应用场景,为智慧高速公路建设和全域高速公路网智慧化提升相关决策制定提供参考。

基于动态物质流的建筑垃圾减量化与资源化分析——以湖南省为例

为了促进建筑垃圾减量化与资源化,以湖南省为例,建立了结合经济与碳减排效益的动态物质流分析框架,定量分析了不同建筑寿命(短、中、长)及城市发展情景下湖南省(1990~2060年)建筑垃圾产生量及其组分的变化规律,并测算了不同资源化路线下碳排放量和生产成本,探索建筑垃圾高效资源化利用路线.研究结果表明:湖南省未来建筑垃圾产生量还将保持高速增长,2020~2060年建筑垃圾累计产量将达到11.6~50亿t,年建筑垃圾产量达到0.45~2亿t,其中,可利用的废砖瓦、废混凝土块等占比达到87%.同时利用再生骨料代替天然的砾石和砂,能减少19.8%的碳排放.

基于灰色系统的深厚软基上部路堤沉降预测研究

为有效预测某深厚软基上部公路路堤的沉降趋势,在部分监测数据的基础上,采用灰色系统预测模型GM(1,N)对沉降进行预测分析,并与有限元法和分层沉降计算法的结果进行对比.结果表明:有限元分析的结果在总体趋势上与现场监测数据差异较大,理论计算只能提供最终沉降量的预测,无法满足施工阶段性变形预测要求,而GM(1,N)模型对短时间段内的路堤的沉降有较好的预测效果,时间较长时,预测数据将偏大.

纤维参数对自密实混凝土工作性能的影响研究

为研究不同类型纤维长度、长径比及掺量对自密实混凝土工作性能的影响,对不同纤维参数自密实混凝土开展坍落扩展度试验、J环拓展度试验及离析率筛析试验,测试其工作性能指标,利用熵权法改进的TOPSIS法对其综合性能进行评价,结合灰色关联法分析不同纤维参数与工作性能之间的关联程度。结果表明,在自密实混凝土坍落拓展度、J环拓展度、扩展时间、离析率等工作性能指标中,离析率的权重最大;掺较短纤维的自密实混凝土的综合得分指数较高;随着纤维长度、长径比及掺量的增加,自密实混凝土的流动能力降低,稳定性增强;纤维长度对自密实混凝土工作性能的整体影响最大,长径比的影响最小。

考虑大件荷载的桥梁网络可靠度分析及路径优化研究

为研究大件运输车辆荷载对桥梁安全性能的影响,提出了一种基于支持向量机和改进灰狼算法的可靠度计算模型,并以此设计了考虑桥梁网络可靠度的大件运输路径优化方法。首先依托大件运输车辆荷载分布统计数据建立了大件运输车辆荷载-桥梁结构响应的机器学习算法映射模型,通过支持向量机拟合大件车辆荷载下的结构功能函数,其次采用融合指数型非线性收敛和柯西变异的改进灰狼算法对可靠度进行求解,计算了某35 m预应力钢筋混凝土T型梁桥在大件运输荷载下的时变可靠度,设计了考虑大件运输荷载下桥梁网络可靠度的路径优化方法。研究结果表明:支持向量机对大件车辆荷载下的桥梁结构响应拟合良好,平均相对误差仅为1.74%;考虑大件运输荷载下的桥梁时变可靠度曲线下降趋势更加明显,且越接近桥梁服役后期,可靠度指标退化速率越快;改进灰狼算法在对功能函数求解时收敛速度极快,寻优稳定性极高;考虑桥梁网络可靠度的路径优化方法可以准确选择当前大件运输荷载下可靠度较高的通行路径。

无机复合阻燃剂表面改性及沥青燃烧性能研究

无机阻燃剂存在掺量大、制备难的问题,为提升其阻燃效率和与沥青材料的相容性,优选了几种具有代表性的无机阻燃材料,基于协同阻燃设计和硅烷偶联剂表面改性技术设计了阻燃剂配方。研究结果表明复合阻燃体系提高了协同阻燃效率(synergistic efficiency,SE),当氢氧化铝(aluminium hydroxide,AH)、氢氧化镁(magnesium hydroxide,MH)和硼酸锌(zinc borate,ZB)的复配比例为4∶1∶1时,SE最大值为1.34,极限氧指数(limiting oxygen index,LOI)达到29.3;确定了KH-550硅烷偶联剂最佳用量为1.2%,反应温度为70℃,反应时间为45 min,表面改性后的无机阻燃剂粉体分散性和相容性较好,阻燃效率得到进一步提升。通过复配技术和偶联剂表面改性,改善了无机阻燃剂的性能,为公路隧道沥青路面防火设计提供了新的解决思路。

基于Hoek-Brown强度准则的锚杆支护效应研究

基于围岩增强理论原理,通过数值模拟对锚杆支护效应的量化问题进行了研究分析,建立锚杆密度与GSI之间的等效换算关系,从而对锚杆的支护效应进行量化,并得到以下结论:①锚杆密度与GSI分数之间成线性正相关,锚杆密度越大,GSI分数越高,对围岩的提升作用越大;②在锚杆密度一定的情况下,减小锚杆的排距比减小锚杆的间距对提高围岩强度的效果更为明显;③锚杆支护对硬岩的提升作用不显著,对软岩的增加效果十分明显,岩石越软锚杆的增强作用越明显。

基于改进NSGA-Ⅱ和IGA-BP神经网络的索梁锚固区结构优化研究

为实现大跨度斜拉桥索梁锚固区钢锚箱的结构优化,依托某大跨度斜拉桥索梁锚固区结构实际工程,提出了一种基于NSGA-Ⅱ算法与IGA-BP神经网络模型的结构参数优化方法。首先基于BP神经网络确定了钢锚箱响应数据预测的拓扑结构,采用自适应交叉变异改进的遗传算法对钢锚箱结构响应神经网络预测模型的权值阈值调参,得到满足拟合精度要求的IGA-BP神经网络预测模型。然后建立考虑结构平均应力和主要板件上峰值应力的数学优化模型,采用改进交叉、变异算子的NSGA-Ⅱ算法设计了钢锚箱结构参数优化流程。最后联合改进NSGA-Ⅱ算法和IGA-BP模型实现了钢锚箱结构参数的优化求解。结果表明:自适应遗传算法对BP神经网络权值与阈值调参的效果良好,相较于标准BP神经网络,IGA-BP神经网络的拟合精度和训练效率均更高;改进NSGA-Ⅱ算法可以实现对钢锚箱结构参数的寻优求解,根据Pareto协调最优解的结果,钢锚箱支撑板与承压板厚度有一定增加,加劲板和锚垫板厚度略微降低;优化后的结构上平均应力降幅约为2.7%,其中承压板应力峰值由200.9 MPa降低至178.1 MPa,降幅约为11.3%,支撑板应力峰值由199.6 MPa下降至179.5 MPa,降幅约为10.07%。优化后结构高应力区域峰值应力明显降低,中等应力区域分布较优化前更大,一定程度上改善了结构应力集中现象,验证了该方法的可行性。

基于Mohr-Coulomb强度准则的锚杆支护效应研究

从围岩与锚杆相互作用的力学特性出发,基于围岩增强理论,采用数值模拟手段,探究锚杆支护作用下隧道开挖后围岩的力学特性,得到围岩特性曲线(GRC曲线)。通过对比各种锚杆支护参数下与未支护状态下围岩特性曲线的差异,建立锚杆密度与围岩收敛降低比例之间的关系。结果表明:锚杆对围岩收敛的限制作用显著,能很好地控制围岩变形,且锚杆密度越大,支护效果越明显,但当锚杆密度大于3时,收敛限制效果开始减弱;锚杆对围岩收敛的约束作用存在极限值,锚杆密度与收敛减低比例之间满足二次函数关系,Ⅳ级围岩限制比例极限为40.9%,Ⅴ级围岩限制比例极限为33.8%;锚杆支护对围岩收敛的约束作用与围岩性质有关,Ⅳ级围岩的约束效果显著优于Ⅴ级围岩。

基于数值法的围岩特性曲线计算方法研究

采用反力释放法与材料软化法,通过数值模拟对收敛-约束法中的围岩特性曲线进行了计算求解,明确了围岩特性曲线的数值计算方法,并通过研究分析得到以下结论:(1)收敛-约束法是一种在新奥法基础上,用于确定最佳围岩支护时机的理论方法,围岩特性曲线反映的是围岩应力释放过程中的应力应变关系,是收敛-约束法中最核心的组成部分。(2)反力释放法与材料软化法均可以较准确地计算得到围岩特性曲线,采用数值法计算围岩特性曲线准确且高效。(3)相比于反力释放法,料软化法有更高的计算精度,建议在数值法中多采用。

湖南省高速公路突发环境事件应急预案编制的研究

针对湖南省高速公路突发环境事件,分析了高速公路环境风险相关特性,介绍了高速公路突发环境事件应急预案现场调查的重点要求和应急预案编制要点,为高速公路突发环境事件应急预案编制提供了参考。

新形势下湖南省交通运输行业环保统计工作的思考

随着国家社会经济的高速发展,统计工作的作用与地位日益凸显,如何将交通环保统计的工作成果充分运用于交通发展决策,这已成为新形势下交通运输行业环保统计工作中迫切需要应对的问题。发挥交通环保统计决策作用的核心在于环保统计数据质量。本文阐述了湖南省交通环保统计现状与存在问题,并在此基础上研究了交通环保统计体系的构建。