公路华盖设施技术

公路华盖设施技术

本发明所属领域为： 各级高速公路 城市快速路

本发明的背景技术-

当今世界的各种各等级公路， 一般皆普遍使用沥青，水泥为路面，除了附加一些附属的公路设施，例如：护栏照明灯信号灯行车界线等，在没有比较明显的保护设施，因此，自古至今不管多高级的公路，均会在自然界中面临风吹日晒雨淋，相对的加快了公路的老化，明显的弱点是：

1. 很多髙速公路夜间没有理想的照明设施，夜间行驶的危险系数明显的加大；

2. 晴天尤其夏天，在烈日的暴晒下行驶的车辆和人员，均非常辛苦，同时，公路的路面由于阳光的直接照射加快了其老化的速度，使维护成本加大；

3. 当天气恶劣下雨下雪时，行驶的汽车就要减速或者人们就干脆关闭公路，经济上就会造成损失，最明显的例子就是08年初中国南方的大雪，当时公路尤其高速路的状况是众所周知的。世界上各种公路如此之多，情况大致与上述的描述相差无几。

本发明的理念是针对上述公路的客观情况或者说先天弱点，利用太阳能发电技术与建立完备安全实用的公路设施有机的结合起来，集中解决了其夜间照明和抵御恶略气象造成的公路行驶和通行的问题，直接改善了公路的通行条件，使车辆的行驶更加安全和舒适，同时，也将大量的太阳能有效的采集了起来，将这种绿色的电能在满足了自身使用需要后汇入国家电网，实现了一举三得的社会和经济效益。

本发明技术的详细内容：

第一.本发明技术要解决的问题：

1. 当今高速公路夜间照明问题：

大部分高速公路夜间没有照明设施，其原因有多种，好一些的公路只有一些反光板设施，这其实根本不能满足驾驶员们的实际需要，到夜晚公路四周漆黑一片，供司机实用的路标在

一定的距离内，很难加以辨认，相对行驶的髙速车辆大灯耀眼夺目，因此，夜间高速路上行驶的危险系数得以加大；

2. 公路的烈曰曝晒问题：

烈日下，尤其是夏天，强烈的阳光直接照射到路面和车辆，大部分的路旁树木由于安全距离，起不到遮阳的作用，烈日下行驶的车辆和人员很辛苦，客车中普遍得开空调来降温，加剧了燃料的消耗；

3. 公路面临的恶劣气象条件问题：

天气恶劣时，下雨雪冰雹，造成公路路面湿滑，事故和撞车危险加大，甚至将公路临时关闭，对困在半路上的车辆还要实施救援，经济利益直接遭受影响；

4. 利用公路所占有的大量土地解决太阳能发电厂占地问题

将公路占地二次利用，提高土地利用率，让公路潜在的价值加以大幅提升，给太阳能板的铺

设找到了理想的空间，克服了城市铺设太阳能板后与周围环境不协调而难以普及的缺陷，生

产出大量绿色电能的同时也提高了公路等级和效益。

第二.本发明所采用的技术方案：

总的构思和设计贯穿于公路华盖体设施技术理念之中：

1.按照具体被实施的公路实际宽度（宽幅），以公路中间分界线为中轴，架设距地面最高实

3际高度15公尺的钢结构龙骨架；

2. 中轴线上的支柱为主要的主支镎点，公路两侧的（宽幅）终点端的支柱为副支撑点，称为"一个点线"也即三点一线；公路相对一侧副支柱高度要低于相对公路另一侧副支柱60-80

公分，为华盖顶呈一定角度向阳倾斜和流水作准备，

以实地向阳情况来选定高侧或低侧，既倾斜角度，南北或其它方向公路也同理；

3. 每"一个点线"相距20公尺，每两点线为一个"华盖天顶单元"，实际施工操作中，每一支柱点要承担相邻的两个单元结合部分的重力；

4. 以每个单元支柱为支撑点，在距水平地面最低10公尺点以上安装华盖天顶龙骨钢架和连接的横梁，10公尺以下为公路实际通行车辆的最大安全空间；

5. 在安装完成的华盖天顶龙骨架顶部，铺设耐腐蚀不变型质量轻坚固耐用的板材，其长度和宽度要完全覆盖住每一单元的华盖顶，（板材的单位面积略）；

6. 顶层板材固定后，在其上面铺设太阳能接收板（其电路方面己经在制造厂组装完毕），每张太阳能接收板的大小面积也应以现行的技术标准裁定；

本发明具体的技术要求-

一. 本发明技术各部分的划分和名称：1公路华盖体整体的龙骨架部分：

A.主支撑柱B.副支撑柱C.经线横梁D.纬线横梁E.柱梁连接管通（三通.四通等）F.各支撑柱的地下稳固支架及配件

2公路华盖体天顶部分：

A. 华盖体天顶板材 华盖体天顶板材连接口附件及紧固件；

B. 太阳能吸收板及其附属配件和相应的送配电设备及线路；

C. 照明系统及其附属设备及线路；3公路华盖体天顶部分附属设施：

A.遮风雨的特种帆布 B.小型巻扬机及其附属配件4公路华盖技术的电脑自动化控制管理系统

A.华盖天顶系统的电脑管理 B.太阳能发电和用电系统的电脑管理：

二. 各部分的技术要求：

1公路华盖体整体的龙骨架部分：

A. 主支撑柱：为金属部件，坚固耐腐蚀不变形是选材的前提条件，位置要垂直于整个天

顶单元的中心点，能够分担整个天顶单元中间部位的重力，其地下部分要有支柱架为依托，支柱架铸于地下要坚稳并在一定条件下不下沉和变形，必要时则需要打庄加固。主支撑柱髙度视其两端副支撑住的髙度而定，在顶部安装柱梁连接管通（四通管），通过四

通管连接其他管材；

B. 副支撑柱也为金属部件，坚固耐腐蚀不变形仍是其选材的前提条件，分作公路相对一侧(高的一侧）支柱和相对另一侧（低的一侧）支柱，主副支柱的选定应视所在地的向阳

情况酌定；

*相对一侧（高的一侧）支柱，为金属部件，位置要垂直于整个天顶单元一侧的最端点，全高度为15公尺，在顶部安装柱梁连接管通（四通管)，通过四通管件连接至主支撑柱和其他管材，相对另一侧（低的一侧）支柱，为金属部件，位置也为垂直于整个天顶单元的另一侧的最端点，全高度为IO公尺以上，在顶部安装柱梁连接管通（四通管）通过四通管连接至主支撑柱和其他管材；

主.副支撑柱的高度应视华盖天顶倾斜角度需要而实际确定，天顶的倾斜角度一般在25-30度即可（或视太阳能接收板的需要而定），但各个支柱均应从IO公尺点以下为有效通车的安全空间；副支撑柱其底部也应配备相应的支柱架，技术要求与主支柱架相同；主.副支撑柱的支撑点成一直线也即三点一线，每单元共计两颗主支撑柱和四颗副支撑柱。但在实际安装施工中，由于该设计是由一个个单元不间断连接而成，其相邻的单元支柱从节约的角度出发，没有必要各为一颗，因此，每颗支撑柱可简化为：同时承担相邻单元的部分重量，使之"一柱两用"，形成除初始端的支撑柱为"一柱一用"，其它支撑柱皆为"一柱两用"，每支撑柱间距为20公尺的格局。按照"三角形有稳定性"的原理，每棵支撑柱均要从其适当位置至其所承重的横梁架适当位置连接出一个小横梁，呈三角形，起到加固稳定作用。另一种设计：

以一个单元为单位，其主支撑柱可定位在这个单元的相对中心点上，其它四棵副支撑柱每两棵与主支撑柱呈相对三角形，这四棵副支撑柱与主支撑住安装后呈X型。而在实际施工安装中，则每单元的主支撑柱只能为其自身单元中心承重，不能像前种方案那样的"一柱两用"，但其它副支柱的承重却仍如前方案，各支撑柱的间距仍为20公尺，只是主支撑柱的用量减少

了。上述方案在实际施工安装中，还应做出如下安排设计：

1) .应当在每500-1000公尺距离中，将待安装的下一单元与欲连接的（已经安装好的）上一单元的链接点处切断，将待安装的下一个单元作为一个新的起始点，但天顶部的连接处仍是无缝式的连接，使之成为即连接有不为一体的"长廊"。其目的是当发生交通事故或者车辆撞击支撑柱的危脸情况下，如果造成华盖体损毁，可及时对事故路段华盖整体或部分进行抢修或拆除，以避免出现"火烧连营"的瘫痪局面。急转弯处或者事故多发地段也应作出上述预防措施。

2) .上述节段接口处的天顶上，考虑承重能力问题，可不安装或少安装太阳能采集系统，但节段接口处相邻的两个单元的支撑柱间距不应超过10-15公尺为宜。

C.经线横梁 D.纬线横梁 E.柱梁连接管通（三通.四通等）：

经纬线横梁，是专指通过柱梁连接管通（四通.三通）与主.副支撑柱进行有机连接的金属性管材，其耐腐蚀.重量轻.坚固耐用.不易变形是选材的标准。

a. 为叙述方便，将与公路顺行方向一致的连接管材称为经线横梁，而将与公路顺柠方向相对垂直的连接管材称为纬线横梁；

b. 柱梁连接管通：是连接支撑柱与经纬横梁的专用部件，其接口分作四通.三通等（视需要而定）路径，并具备供固定用的可拆卸的钢拴或其它固定装置；

各个横梁通过柱梁连接管通（四通.三通等）与支撑柱连接牢固，经纬线横梁数量与间距的确定应视具体情况而定， 一般以3-5公尺的距离密度即可，同时，在建设支架主体的时候，也应将供以后维修人员上下天顶的"楼梯"安装上，全部支架主体所用之材料均必须作严格的长期性的防腐处理，为百年大计打下基础，特别提出的是，各个连接口均不可采用焯接方

式连接！各接口必须是活口，方便拆卸维修及遇险排除，接口连接处的连接方法也可参考一

般建筑工地脚手架的连接方法，具体事项本文不另加详述。

2公路华盖体天顶部分：

A.天顶板材天顶板材接口配件紧固件：

天顶板材是覆盖在天顶的专用遮盖材料。质量及选材要求：必须以现有的材料学理论为依据，以30""40年（甚至更长）内不损坏，不替换为选定材料的基本标准，质量轻.坚固.耐用.耐风.耐酸雨雪.耐老化具一定的承重能力等因素要充分考虑到；

安装后的天顶应当平整，无凹凸，无缝隙。并且，为方便对其自身和其上面承载的太阳能设备的维修与拆卸，留有一定的空间，能够允许一定数量的人员在其上面进行有条件限度的活动。天顶板材接口的连接和技术要求：单位板材应当尽量的大，以减少拼接的接口和缝隙，为减少腐蚀处和为日后维修打下基础，也可选用化学溶剂粘接缝隙，板材配件及其紧固件要能使板材安装的既坚固又可便于拆卸更换（详细略)。

值得提出的是：安装好后的华盖天顶整体及其其它设备（含太阳能吸收板）等除能有遮雨雪.遮阳光.发电.提供照明等的功能外，还要能够抵御至少十七级以上强风.阵风袭击的能力，

这一点非常重要。

B.太阳能吸收板及其附属配件和相应的送配电设备：

1) 太阳能吸收板

即：通常称太阳能板（电池），是光电转化的中心部件。发出大量的绿色电能是本发明的特色之一。由于本技术所铺设的太阳能板是超大量的（近似于漫铺式的），或者说单位面积的太阳能板也是超大面积的，所以，采用当今世界上最先进的太阳能板技术和理论，将是非常重要的。按照保守的"一平方米的太阳能板只能提供1(MM50W的平均功率电能"计算，若百公里天顶上漫铺上较先进的太阳能板其发电量是可想而知的。采用方型或长方型太阳能板将会达到最大限度地利用天顶有效面积的目的。太阳能板安装设计的要求：

* a.若采用长方型的太阳能板，若宽度为4公尺，长度为7公尺，则面积为28平方公尺，按照一个天顶单元20公尺长度，以公路的实际利用宽度作为每单元的相对长度，每板横竖向间距应为1公尺，可排列安装4块板（每相邻单元留50公分），而每单元纵向抹列安装板块的数量，应视其所在公路提供的天顶实际可利用的宽度来决定， 一般至少能排列4块；若按此估算，单位单元实际太阳能面积可达448平方米；每公里可有50个单元，即每公里有22400平方米的太阳能采集面积，上述数据仅供本文说明叙述之用，准确数据应视实际情况而定。

* b.考虑到本技术若使用长或方型的太阳能板对于太阳直射的及时跟踪的困难，如虽然采用一定的天顶倾斜（向阳），但不会完全时时将太阳光直射吸收，尤其南北向的公路，减少了阳光的利用程度，进而直接影响到发电量。因此，在每块太阳能板的下面加装一个小型的太阳自动跟踪器，通过微型动力机械，拖动方或长方形太阳能板"与日同辉"或"同时间转动"，与象日葵的原理相似。每块太阳能板的自动跟踪器和微型动力机械要做到时时跟踪太阳；

» c.每块太阳能板的间距（如上所示约为1公尺）其作用1.为供工作人员因各种原因需在天顶活动的空间；2.为太阳能板跟踪太阳转动时的转动提供了空间，若狭小不够用，可适当调整太阳能板的大小，以满足需要。

* d.若采用圆型的太阳能板，其在跟踪太阳时的转动将会更加自如，但也会减

少天顶的有效利用空间，更多的利用天顶的空间，是增加经济效益需要；上述太阳能板无论采用何种方式安装均应使其具备独立的固定和保护装置，如在太阳板的四个角部位安装防风拉链（据一定的长度，不影响太阳板的对日调节），太阳自动踪器（略）。

2) 太阳能吸收板的附属配件和相应的送配电设备本技术中太阳能发电系统由太阳能板太阳能控制器.相对应的线路设备.太阳能并网逆变 器等组成，具体设计可按太阳能现有的技术实施（本女略）。

一定单位的太阳板发出的一定的电流，并网逆变器将太阳能板所发出的直流电能转换成380 伏三相交流电能，在满足公路自身需要后，经过计数表记录后，直接进入国家或相对应的电 网中。

C.照明系统及其附属设备的用电；

该系统是本发明的另一特色。目前，绝大多数高速公路没有夜晚照明设施，如果另行建造此 设施，投资成本也是不小，但那种照明设施的功能是单一的，与本技术相比较是不划算的， 尤其本技术的照明系统和其他公路用电设备，在除特殊情况外，基本上不用外部主电网来供 电，能做到自给自足。本技术要求照明系统的启动要与日落和日出基本同步，尤其在没有阳 光或阳光不充沛致使发电受阻的天气情况下，则由外部电网为用电系统供电，这种情况将是 会有的，称为"反向供电"；本系统涉及到的公路用电设备主要有：路灯.各种交通指示路 标.路牌.信号灯，监控设备等；在满足全部用电设施的需要前提下，某些用电设施如路灯路 标等的开启与日出日落基本同步；要来用节能型的灯具，利用天顶支架梁（省去路灯杆)，在 天顶中间适当部位，采用单排安装即每隔一定距离安装一盏，但亮度要好，能充分满足双向 车道照明需要；同时也利用天顶的折光效果，主动减少路灯对公路周边夜晚的"光污染"，用 以和谐环境。

3公路华盖体天顶部分附属保护设施：

由于本技术实施中需要较大的投资，建成后如何才能尽可能延长其使用寿命和尽可能强化设 备利用率，直接关系到经济利益，因此，维护和保养设施将显得及其童要。本技术特别加设

如下维护装置，用以主动保护太阳能设备和天顶体：

1)在天气不利于太阳能发电的时候，将天顶的太阳能设备用遮盖物（如特种帆布）全部遮盖， 一方面可有效地减少雨雪冰雹对太阳能板的腐蚀破坏，延长了使用寿命，另一方面对太阳能 板的发电性能的保持十分有利，虽然，太阳能板自身已有这方面的一些功能，但从华盖体造

价和长远的利益来讲这样做是有必要的；2)在天顶横梁部安装小型的电动巻扬机械设备，用 以牵动遮盖物，由下向上的拉上去，至天顶的另一端，最好以一个单元为单位设一遮幅，待 恶略天气过去则在由上往下的收回遮盖物，同时也把其上面的雨水雪自动抛洒下； 对这套遮盖设备的设计要求不是很高，但要遮盖准确.制造精巧.灵活耐用并与中心控制的主 电脑相连机，集中控制。这项设备的配置对于尽可能长久保持华盖体的优质资产和百年大计 很有比要，资金允许尽可能配置，本文不详述。

建议：建设完工后，对华盖体整体应当尽可能予以简洁的美化装点，使之形成一个比较好看

的秀美景色，改变一下发电厂的形象，达到与环境与人文的和谐。

4公路华盖技术的电脑自动化控制管理系统：

该系统的设置，对于本技术的应用有着巨大的意义。

1)对太阳能设备的监控，指挥操作的全过程起到协调快速灵敏的作用；并能对 绿色电能的输送以及恶略天气的（照明等用电系统）"反向供电"予以及时调度；2)对建成 后的经济效益有利，如用工人员在线路上的巡查减少，故障的及时排除检修和故障部位的及 时确定，皆具有不可替代的作用；

该系统主要作用于太阳能发电设备，照明用电设备（含路面监控摄像设备），输送配电设备，

故障自动检査分析设备，华盖体遮盖保护设备乃至人员的调度等；相关的电脑系统设计及其要求应根据华盖天体具体情况加以设计，本文不详述。 以上四个部分为本实用新型技术所采用的全部技术方案内容。

公路华盖技术与当今的公路理念有益效果的比较：

一. 公路使用功能理念的比较：

1. 自古公路是供走路和通车的，随着当今经济的快速发展，公路网的大力修建和延伸，给人 们带来了巨大的利益，人们感觉相对的地域愈来愈显得小了，尤其公路占用了大量的土地， 但公路的作用至今只是增加了 "供战备时飞机紧急起降，充当临时跑道"的功能；

2. 本发明除保留了公路应有的正常功能外，（在具备条件的路段）额外的发展了其又一个功 能，将其所在的空间加以合理的利用，使其常规的地面功能与其所处的空间有机结合起来， 地面和空间互为利用，挖掘现有公路潜力，相得益彰；

二. 公路经济效益的比较：

1) 现今的公路功能只是"一维"的，战机起降跑道的"二维"几率极低（若要打仗就别建设 了），花巨额资金修路，建成后通车收费（特定路段）及其养路的后续资金，使得公路自身的 经济效益比较单一，我们所获得的最大利益只是通行后带来的实惠；

2) 本发明将公路传统的"一维"功能，真正实现成"二维"功能，实施后公路地上的功能和 经济利益继续顺延，只是在其上空又增加了一个经济效益的"黄金走廊"（以电换钱），而后 者所获得经济效益使得公路的整体经济利益——地面与地"上"将变得"双赢"，这将使公路 的功能得到实质性的改变i

三. 公路的环境效价的比较：

1) .常规的公路除了经济利益和方便实惠外，在环境方面主要的就是占有一定的地面，这些在 我们看来似乎是天经地义的情况，没什么可思考的；

2) 本技术在延续常规公路的运输通行的"一维"状况外，又增加了其充当生产绿色能源工厂 的角色，众所周知，当今能源问题由于地球的储藏和使用的大量普及，已经变得非常的严峻， 可再生能源将成为最重要的能源，太阳能无来源的困扰，生产全过程无任何污染，但在城市 铺设不能与周边环境相协调，本技术将太阳能的这一缺陷得以克服，将其"引到"己经使用 了一定土地的公路上空，太阳能板占地的问题得以在公路华盖设施上加以解决，既保护了公 路，改善了车辆的通行条件（防雨雪和照明）同时又建设了太阳能发电厂，可谓一次投资三 次长期效益；

公路华盖技术的具体实施方式：

本发明的实施将会涉及到如下方面：l.资本金融业2.钢铁生产业3.太阳能产业4.建筑产业5. 电力产业6.劳动力就业7.相关物资的采购供应.

确立公路华盖设施的实施，首先，要有规模性，本技术若在较小的范围内应用（除试验性） 其意义不大，具有一定的规模才能显现出优势。这就首先遇到建设资金的问题。思路：若建 设一个五十万千瓦的发电厂所需的资金是多少，其中建设中必须考虑的因素：占地.污染（尽 管技术在先进也有污染）.用来发电的能源供给等。而本发明则是利用现有公路的空间，对

交通不构成阻碍，无占地问题；生产电能时无任何污染（所以没有选用蓄电池装置），也不使 用现有的石油煤炭等资源，其"发电厂"是随公路的延伸而加大，而不是集中在某一地方； 若按建设同等发电规模工厂的投资比例，将这些资本投资于这项"特级"环保项目上，其资 金将主要用于太阳能设备上，估计应当占全部投资的五分之四比例；由于该项目对于太阳能 板及其相关部件的生产需要量之大（现今的太阳能板使用量远不可比)，将加速太阳能产业的 升级，优化其组合，有效地促进其产业的科学技术进步， 一个新兴的产业链和行业将快速诞 生，即拉动了太阳能产业和新的就业岗位，这就是本技术潜在的社会效应；因此，建同等规 模的发电厂与建一条同样发电产能的公路华盖电厂是传统与新兴观念的创新思维。其二，规

8模性是制约本技术的瓶颈，在世界性金融海啸面前，利用这个机遇，将建设资本用于可再生 能源生产上，创造能源生产的新格局，对于有效防范新的金融危机或能源危机十分有益；因 此，不立项则以，立则必有规模，这就需要国家或有实力的企业来牵头，同时，太阳能利用 的科学理论和技术将起到决定性的作用，如何将太阳能板（电池）的发电能力充分发挥出来， 将取决于太阳能理论的先进性实用性；其三，太阳能（电池）板的制造生产成本的大幅降低

也是重要的方面。目前的生产和制造成本使得其产品的价格难以接受，同时也是难以大面积 普及的因素，制约了太阳能产业的发展，国家要在太阳能（电池）板的原料上做出战略部署， 将制造原料的供应风险降低到最小，因为，太阳能发电是未来人们获取自然界能源的重要方 式之一，我们应当早动手早行动， 一开始就应当让其处于世界领先的位置。本项目应用太阳 能板将是巨大的，就目前太阳能业界的情况，大幅度降低太阳能（电池）板的价格，将决定 太阳能事业的发展速度。创立新型的太阳能（电池）板生产基地，对该产业进行合理的规划 和布局，达到生产科学化集约化。将其列为国家经济发展计划重要项目之中是必要的。

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