有理有据！铝材在智能交通建设中的大作用！

　　智能交通时代的到来，已经随处可见，智能路灯、智能测速设备这些大家想必都不陌生，设备的制造也许有人会觉得用钢材是最好的，但今天要说的是铝材在智能交通中的大作用，不信你往下看！

　　铝：作为城市智能设施建造材料大有可为

　　铝及铝合金由于具有一系列的特异性能，可在智能城市建设中大显身手，发挥其独特优势。它的主要优点有资源丰富，价格合理，铝在地壳中的平均含量为7.5%，仅次于氧与硅的，居第三位，为金属中的老大，可谓是取之不尽，用之不竭。

　　4吨优质铝土矿能提取1吨原铝，2吨氧化铝方可提取1吨原铝。中国铝矿石以一水硬铝石型为主，三水铝石型铝土矿仅占少量，主要分布于河南、山西、贵州、广西等地。铝的价格虽然比钢的要贵得多，但仍是非常合理的，用铝代钢制造各种零部件与装备可取得很好的经济效益和社会效益，且可回收利用。目前，铝材在部分产业中，已是性价比最高的金属材料了。

　　在各种常用金属中，铝的密度为2.7g/cm3，仅比镁的1.74g/cm3大55.2%，却只有铜8.96g/cm3的30%，钢7.8g/cm3的34.6%。因此用铝材制造各种装备与结构可以取得很好的节能减重效果，可以相应地减少温室气体排放，保护青山绿水、清新的空气。同时，在制造交通运输装备与结构件时尤显重要，是既环保又高效的制造智能设施的最佳材料。

　　铝有良好的导电、导热和反光性能，铝及铝合金的传导性能仅次于银，它们的电导率相当于国际标准退火铜(IACS)的62%~65%，约为银的50%，如果对相等的质量来说，铝的导电性能是超过这两种金属的。

　　铝没有低温脆性，有极好的低温性能，它的抗拉强度Rm与伸长率A均随着温度的降低而相应地均衡上升，绝大多数钢与其他金属均有低温脆性，也就是说，它们的强度性能随着温度的降低而上升，但伸长率、塑性与成形性能却反其道而行之。铝结构件与设施可与北极熊为伍，可与企鹅为伴，面对严寒风雪而怡然自得，即使温度低到-200℃仍很强韧。

　　在城市智能设施建设中，铝材的高抗腐蚀性能也起着很重要的作用，使铝材成为可选择材料的首选。在空气中，铝及铝合金的表面会迅速形成一层很致密与坚固的氧化铝薄膜，厚0.005μm~0.015μm，比蝉翼还薄，而成为本体铝的天然保护层。此外，还可以采用阳极氧化法、电泳凃漆法或喷涂法在铝材和铝制品表面形成厚实的色彩斑斓、流光溢彩的色调，设计出美轮美奂的城市设施。

　　废铝与到期报废的铝结构件、铝设施有很强的可回收性，比其他任何结构金属材料的都强，铝建筑结构与城市设施的设计使用期限一般为30年，到期后可回收97%，无法回收比例甚低，废铝价值高，可达重熔用铝锭价格的70%以上，废铝重熔的烧损低于3%，所以铝结构与铝用品每循环一次的损失仅约5%，所以1吨铝要经过上百次循环，几千年时间才消耗殆尽，变成其他物质。

　　大量数据与试验显示，在常用结构金属中，废铝重熔能耗与原铝提取能耗之比是最低的，铝的回收损失率还不到5%，而其他金属的都比此数大得多。

　　有人说：“回收1吨镁的能耗大约是提炼1吨镁的5%左右，如果是铝回收大概是7%到9%，钢是20%左右……”这种说法值得商榷。当前在工业生产中，提取铝的工艺只有电解法;而提取镁的工艺有电解法和热还原法，用这两种方法生产的镁大致分别占30%和70%，中国多用热还原工艺，怎么提取1吨原镁的能耗占95%，而回收1吨废镁的能耗为原镁能耗的5%呢?因为生产原镁有两种工艺，所以说回收复化生产1吨再生镁的能耗分别为电解法热还原法生产原镁能耗的百分之几，这是值得商榷的内容之一。

　　2017年全世界生产的原铝的99.9%以上都是用电解法提取的，中国重熔用锭的平均交流电耗为13577.15kwh/吨，直流电耗为12916.15kw/吨。不知道7%~9%是怎样计算出来的。提取1吨原铝与生产1吨再生铝的能耗及温室气体排放见表。

　　由表中所列的数据可见，提取1吨原铝的能耗为213GJ，而回收与复化生产1吨再生铝的能耗为10.4GJ，后者的能耗与前者能耗之比(10.4/213GJ)为4.88%，还不到5%，温室气体的排放率715/17000kg则更低，仅为4.21%。因此，铝是一种实实在在且名副其实的绿色金属。

　　铝及铝合金有良好的加工成形性能与可切削性能，可加工成各种各样的半成品如板、带、箔、管、棒、型、线、粉、锻件等，还可制造成种种零部件与铸造出形状复杂的铸件及压铸件。

　　铝：使路灯成为“孙悟空”大显神通

　　2017年，美国芝加哥、日本东京、我国北京和我国台北等地都建成了一些智能路灯，有些地区甚至整条街都智能化了。

　　什么是智能路灯，请看看图2的智能路灯功能示意图，它把城市的各种管理功能都集中到了一根路灯杆内，实现了一根杆多能，成了现实中的“孙悟空”，集智能照明、移动网络信号发射、视频监控、信息发布、城市应急广播、PM2.5智能感应、环境监测、电动汽车充电等于一杆。还可收集城市管理所需要的各类型数据，例如收集天气信息，可检测一天内的微气候动态与变化;收集路况资料，有助于调控交通信号灯、疏导人流车流等;无线网络还可提供WiFi热点及5G小基站等。

　　环保和高效是智能路灯的主要特点和优势，它的光源为LED，夜间照明发出柔和的白光，并且可以根据路况(车流、人流、气象等)自动调节光量，做到按需发光，可比常规路灯节能60%以上，而且对路灯的维护极为方便、及时与有效。可以对每个单位路灯在电脑上进行监测和监控它们的运行情况，更可省去夜间巡检，人工工作量可以大大减少，而且很精准。

　　灯杆下方装有摄像头，可以监控保安状况与车辆，收集所在地区的人车流量数据，具有大数据的采集和运算功能。灯杆上的多种感应器各司其职，负责采集环境数据，如气象数据、噪声、空气品质等，还有区域的温度、湿度、风向、风速、PM2.5等一一显示在灯杆旁的电子屏幕上，过往行人一目了然，监控单位一看便知。

　　无线网络的WiFi热点或5G基站则装于灯杆顶端、电动车充电桩位于灯杆最下部。移动网络信号一旦打开，行人只要走到灯杆的一定距离内，打开手机端WiFi，就能免费连接上网。通过手机APP软件可为电动车预约充电，既方面又快捷，真是一种享受。

　　据了解，中国香港从今年起，将在铜锣湾、中环、尖沙咀等区域安设400~500盏智能路灯，世界上许多一线城市也有这种意向，智能城市真的悄然无声地来了。

　　在智能城市建设中，首先是街道与马路的智能化，而路灯的智能化首当其冲。铝合金是制造智能灯杆的最佳材料，具有最高的性价比。

　　智能灯杆可分为三段，下段为等径厚壁管，长度视需要而定，一般不宜超过3m;中段为变断面管材，长段约2m;上段为变断面管材，长度视需要而定，但不宜超过5m。可用6063、6061、6N01、7N01合金挤压。6N01是一种Al-Mg-Si系的日本合金，它的化学成分(质量%)：Si0.40~0.9，Fe0.35，Cu0.35，Mn0.50，Mg0.40~0.8，Cr0.30，Zn0.25，Ni0.01，其他杂质单个0.05，合计0.15，(Mn+Cr)<0.5，其余为A1,6N01-T5合金的典型抗拉强度275N/mm2比6063-T5合金的185N/mm2大48.7%。

　　7N01合金也是一种日本合金，它的成分(质量%):Si0.30,Fe0.35,Cu0.20,Mn0.20~0.7,Mg1.0~2.0,Cr0.30.Zn4.0~5.0,Ti0.20,V0.10,Zr0.25,其他杂质单个0.05、单个0.15，其余为A1。材料状态有T4、T5、T6，各种状态7N01合金挤压材的力学性能如下表所列，比6xxx系合金的大得多。

　　下段管材的直径max320mm，但要在其上加工出各种不同形状与尺寸的孔，以便安装各种智能设备与导线，所以只要有75MN的大挤压机与深加工设备的挤压企业，如有生产智能灯杆的意向，不妨与一线城市的城建设计单位与城建建设部门联系，共同开发与推广铝材在智能城市建设中的应用。

　　铝：将在智能交通建设中大显身手

　　当前，全世界都在建设智能交通，交通的含义极为广泛，上至航空航天，下至地面的各种水陆交通，本文所指的仅是高速公路，它不过是冰山的一角。笔者在此说的智能街道与高速公路，就是把“光伏路面”与智能化的高速公路合二为一。2017年9月，中国首条“光伏公路”在山东济南面世，这段试验性的光伏路面虽然长仅1.12km，却向人们展示了未来交通——智能交通时代的璀璨前景(图1)。这段光伏公路是在上海同济大学交通运输工程学院张宏超教授团队的设计与指导下建设的，太阳能光伏发电设施位于路面之下，可以将太阳能转化为电，发电量相当可观，而且路面是用特殊材料制成的，极为坚固，汽车可照样在上面行驶，发电量足够，除自用外，还可以往电网输送一部分。如果在路面下安置电磁感应线圈，电动车在上面行驶时，还可以一面疾驰，一面充电，实现了无线充电，电动车可获得如影随形的充电服务。

　　光伏公路的奇思妙想是美国一对科学家夫妇于2006年提出的，还建造了一段试验路，但由于造价过高未得到推广。2016年12月，法国诺曼底的图鲁夫尔欧佩尔什镇一条长约1000m、宽2m、单向行驶的“太阳能公路”投入使用，它的发电量28万kwh，可供一个5000人口的小镇居民日常用电。

　　2007年10月，在浙江兰亭太阳能科技有限公司、中科院宁波材料技术与工程研究所和清华大学智慧城市与智慧交通研究中心等多家单位的支持参与下，在绍兴建成了一段可行驶200吨大型自卸车的光伏路段，这是世界上迄今承重最大的太阳能试验道路。

　　在光伏公路建设中可用的铝材多种多样，光伏太阳能板的边框和支架可用6063合金挤压型材。此外，路旁的护栏与围栏、房屋、指示牌、服务区的设施、灯杆、智能装置等，都是铝材可施展才华的地方。

　　光伏公路才起步，但前景宽广，目前制约发展的主要因素是建设成本，只有建设成本降低到普通高速公路的1.5倍之内，才有可行性;另外，日照是否充足也是必须考虑的，只有阳光照射充足的地区才非常适合。光伏公路建设所需的铝材中国都可以制造，但这是一个新兴的领域，也需要铝加工业去推广。