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2022年8月3日上午，在“2022（第二十届）水业战略论坛”上，中国市政工程华北设计研究总院有限公司总工程师郑兴灿，围绕“双碳战略下市政基础设施的发展理念与路径探讨”，以团队多年研究进展为基础，系统阐述了市政基础设施建设运维的碳减排、碳中和技术路径及发展方向。
来源：中国水网 整理：焱焱
2020年，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出碳达峰、碳中和“3060”目标的承诺。双碳目标随后也被写入“十四五”系列规划中，如何实现双碳目标也成为国家、行业、企业发展的必选思考题。除去能源、建材、化工等工业领域外，城镇空间作为碳减排的重要部分与碳汇载体，如何耦合基础设施建设运维和双碳目标要求，成为难题挑战与新生机遇。
2022年8月3日上午，在“2022（第二十届）水业战略论坛”上，中国市政工程华北设计研究总院有限公司总工程师郑兴灿，围绕“双碳战略下市政基础设施的发展理念与路径探讨”，以团队多年研究进展为基础，系统阐述了市政基础设施建设运维的碳减排、碳中和技术路径及发展方向。
郑兴灿表示，在碳减排发展中，城镇是“双碳”目标的主阵地之一，城镇碳排量占比高达60%以上，要实现城镇碳减排、碳中和的目标，就需要打造蓝绿空间、低碳空间以及相应的绿色低碳高质量基础设施。在以往的城镇碳减排概念中，对城镇的空间限定在设市城市和建制镇，其实具有局限性。以住建部发布《关于推进开发性金融支持县域生活垃圾污水处理设施建设的通知》等系列文件中，都以“城乡”称呼城镇和乡村空间。因此，要打造城镇蓝绿、低碳空间，首先要将空间的范围进一步扩大，让城镇空间延伸并覆盖乡村空间，统称为城乡空间，让市政基础设施服务于全社会、全体民众。在城乡一体的空间体系中推进碳减排工作的核心目标是在内外部互联空间中打造舒适、宜居、优美的整体环境。因此，要实现城乡的碳减排目标，就离不开在空间上对生产、生活、生态环境要素的规划，而空间规划的落地实施则依赖于多样化且具有创新驱动力的城乡设计，接续的工作是各类设施的大规模建设和运维服务。正因如此，如何在碳减排的需求下，展开城乡空间规划成为难点。郑兴灿解释，城镇居民是市政环境的受体，除去环境外，能源、交通、建筑等也是庞大城镇基础设施系统的重要组成部分。城乡建设发生于多样又复杂的基础设施系统及服务网络中，容易造成大量资源、能源的消耗。其过程基本表现为：城乡生产生活基础设施通过环境介质跟大气、水、土壤交互，进行质量、动量和热量的传递，能源资源的聚集性输入与消耗，必然会产生大量的排泄物与废弃物、有毒有害污染物等，流入或者渗透到水体、土壤以及大气中，污染自然环境，影响生态系统，并且产生诸如洪灾、涝灾、旱灾、雾霾、极端气候等问题等。在城乡生产生活基础设施消耗资源能源的过程中，除了二氧化碳直排带来的碳排放问题外，市政系统还会带来非二氧化碳温室气体排放的碳排放问题。其中包括城乡生产生活设施在生产制造过程中资源能源的聚集性输入带来的直接污染物、甲烷散逸排放、氧化二氮排放以及热量排放。因此，在城乡市政基础设施中开展碳减排工作是双碳目标逐步达成的主战场之一，是城乡实现绿色低碳高质量发展的生命线和重要载体。
在总结国际和国内先进经验的基础上，郑兴灿表示，2017年我们提出市政基础设施绿色低碳高质量发展理念，围绕工程设计、建设、运维以及管理，梳理出市政基础设施绿色低碳高质量发展理念中包含的五个基本定位：1. 安全：安全是最基础的保障，没有安全也就失去意义。近几年连续高发的燃气爆炸、下水道气体中毒、水源污染饮用水停供、城市严重内涝等事故与灾害，都凸显市政系统中安全的重要性；2. 高效：高效在一定程度上意味着市场竞争力，高效也是企业生存的必要；3. 低碳：低碳代表着国家30·60战略目标要求，践行社会与国际责任；4. 生态：生态是社会发展的需求，美丽中国、美丽城市、美丽乡村的基础；5. 智慧：智慧能够为用户提供优质、便捷的服务，是安全、高效、低碳和生态的有力保障与强力支撑，是各类运维服务企业的软实力标志。在复杂关联的市政基础设施体系中，环境、能源和交通设施是核心的板块，需要进行有效的关联，其关联不仅是内部关联，还包括外部关联。1.外部关联是从城市或城乡整体角度出发，以空间为基本载体，景观作为基本纽带，智慧作为联络过程，形成蓝-绿-灰的密切结合及动态融合（绿指绿色基础设施，其中包括海绵、绿地；蓝指蓝色基础设施，其中包括水体、水系、湿地；灰指灰色基础设施，其中包括厂站、管线、终端）的体系。在外部关联上，郑兴灿强调以往认知误区下的关联体系构建中，要么过度强调灰色设施、忽视与蓝-绿设施的融合，要么过度强调蓝-绿设施的作用，相应减少灰色设施的增量。但其本质并非如此，在蓝-绿设施及功能增强的过程中，灰色设施也要相应增加，而不是弱化。因为灰色基础设施是厂站、管线、服务终端，这些设施的核心功能是切实保障城乡生产生活的正常、稳定与安全；2.内部关联需要从不同设施之间的内部联系角度加以考虑，当前探讨的主要问题是空间、设施、环境资源的共享，绿-蓝-灰基础设施之间的数字孪生体系及构成方式。绿-蓝-灰基础设施及数字孪生体系构建的核心指标及功能属性，是如何切实确保市政基础设施及运维服务的安全、高效、低碳、生态、智慧。其中，与安全、高效密切关联是如何具备行业引领作用，企业在行业引领过程中能够提供高效、智慧化的服务，通过设施功能保障、功能提升和工程弹性韧性的提升，充分体现安全前提下的高效；而高效运维与经济社会发展、市场竞争力提升是密切关联的。如下图所示，安全指标的另一端连接低碳，意味着实现节约循环和低碳低耗，但低碳不意味系统效率降低，相反地，低碳能够促使系统效率和相应功能的提升。对于生态指标，不仅意味着只保护生态环境，改善人居环境，更多的是从生态保护出发，提倡自然共生，进行基于生态的价值创造，只有实现价值创造才能真正实现绿色高质量发展，才能得到广泛一致的认可与支持。郑兴灿表示，绿色市政基础设施的发展理念是“蓝-绿-灰融合”，即以智慧为联络、空间为脉络、景观为纽带，通过绿色基础设施（海绵、湿地）、景观基础设施（绿地）、蓝色基础设施（水体、湿地）、市政基础设施（灰色）、智能数字孪生系统的有效融合，实现绿色低碳高质量发展。绿色市政理念引领下，城乡水环境体系的碳减排、碳中和路径
郑兴灿表示，绿色低碳高质量城乡水环境建设中，需要匹配优质的供水系统、雨水系统、污水系统、水体系统、环卫系统、土壤系统等。各个系统融合的基础是空间、管线、景观、资源四大要素，四个要素相互影响和干预，构成城乡环境影响要素，实现低碳高质量发展就要考虑以下问题：就空间要素出发，要考虑空间集约、设施共享共建问题，其中设施的共享共建较为困难，但是后续仍要加大力度持续推进；就管线要素出发，管线带来问题直指共享共建，管线中出现共享共建的概率较大，需要考虑的问题是管线交错、管线共享中的空间冲突、邻避效应以及高效转输等问题；就资源要素出发，要考虑资源能源的高效利用与回收问题，例如污水资源化、雨水综合利用、水源热泵技术应用、新能源与多能互补等；就景观要素出发，要考虑的问题是如何保障市政基础设施功能属性的同时（例如河道泄洪排涝、水体调蓄），保障景观美学并具备生态提升功能。在厘清绿色低碳高质量发展的城乡水环境需要面临的问题后，围绕水资源高效开发与循环利用，可以明确饮用水、雨水、污水是实现城乡水环境绿色低碳高质量发展的关键切入点。郑兴灿指出，水资源系统中要保证饮用水的安全，并解决雨水、污水处理和资源化问题。就目前发展趋势来看，实现污水全收集、全处理、资源化是未来水环境治理发展的主要目标。尤其是在一些城市人口高度密集的区域，全收集、全处理以及资源化也是必然目标之一。在明确的目标下，通过生态、海绵设施等，才能实现城乡水环境“有水，有鱼，可游泳，水系连通，保安全”，这正是在《“十四五”循环经济发展规划》中蓝绿交融、多源多级补活水的体现。在明确城乡水环境系统绿色低碳发展理念、问题以及目标后，郑兴灿从城市水资源、城镇污水、城市固废、综合交通、综合能源、数字市政智能管理等方面系统阐述碳减排来源和碳汇途径，以其中的城乡水环境系统为例：从雨污系统出发，雨污水系统的提质增效和双碳目标的达成具有一致性。郑兴灿表示，在自来水厂、雨水系统、海绵设施、污水设施等环节中均有甲烷、氧化亚氮、二氧化碳的排放，这是碳排的过程，实现碳减排和碳汇也需要从甲烷、氧化亚氮、二氧化碳的排放控制入手。如天然湿地系统很可能是碳排过程，如果人工干预天然湿地系统，或人工构建景观湿地生态系统，控制属性人为改变，就能够形成碳汇。从污水系统出发，污水资源化中存在不同的碳减排路径，其核心是通过控制污水管网系统中甲烷的产生与逃逸，通过污水的深度净化处理及工艺过程中氧化亚氮与甲烷产生量控制，以及再生水景观环境利用、水源热泵及太阳能利用、氮磷/矿物/有机质回收等途径达到碳减排目的。从环卫系统出发，实现碳减排和碳中和需要包括前端、中端以及末端三个过程，从源头分类减量、过程资源循环、末端能源回收。在源头分类收集过程中完成资源回收，对湿垃圾进行生物处理，形成甲烷和肥料，实现湿垃圾的资源化和能源化利用；对其他垃圾进行焚烧处理，焚烧产物形成建材材料、陶瓷等完成资源化利用，焚烧产能转化为热能、电能，完成能源化利用。郑兴灿提及，绿色市政基础建设发展理念在天津中新生态城的建设中持续实践与提升，取得非常显著的成效，实现了新型水环境系统建设、非常规水协同利用、景观生态功能恢复、地表水Ⅳ类标准和湿地零损失。绿色市政理念引领下，市政交通体系的碳减排、碳中和路径
郑兴灿表示，绿色低碳的市政交通体系需要依靠低碳高效市政交通网络和安全长寿基础设施有机结合。同样，在绿色低碳高质量的市政交通系统中，需要匹配优质的轨道交通系统、隧道系统、道路系统以及桥梁系统。
例如，以一般区域平面交叉、核心区域立体交通、地下空间综合利用、一站出行无缝衔接系统性的布局，让车辆、能源、交通、设施之间形成动态平衡。对于市政能源体系中的城镇燃气与供热系统，要实现碳减排和碳中和，需要让化石能源向可再生能源过渡，改变供热能源结构、提高低碳热源占比，提高热网调节性能、降低热网回水温度，加快基础设施建设，从需求侧高效利用天然气，
从而推动碳减排和碳中和。在发言临近尾声，郑兴灿强调，在所有的市政基础设施管理中要充分利用数字化、信息化及智能化手段实现智慧管理等。借助智慧市政的系统架构，在信息安全体系、标准规范体系下搭建应用层、数据层以及感知层，才能让市政系统在智慧化应用下操作更加可控、规范以及科学。通过智慧，变得更加便捷、简单和高效，智慧是把复杂系统简单化，而不是更加复杂化。最后，郑兴灿提出，绿色低碳市政基础设施理念在雄安新区的规划与建设中也得到了应用和体现，其团队牵头编制的《雄安新区工程建设关键质量指标体系：市政公用工程》DB1331/T 025.2—2022已经发布。未来将进一步结合全国各地市政基础设施的设计建设与运维服务提升，结合市政设施的全生命周期评价，创新融合并形成更加完整的绿色市政发展体系，希望未来绿色低碳市政理念能够深耕拓展，并广泛实践，在全国各级城市都能看到绿色市政基础设施理念的成效。
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编辑 | 刘彤、王媛媛
统筹 | 李晓佳