وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و حمل و نقل پایدار

وسایل نقلیه الکتریکی (Electric Vehicles) به عنوان یک راه‌حل امیدوارکننده برای کاهش انتشار آلودگی و ترویج حمل و نقل پایدار ایجاد شده‌اند. محبوبیت آن‌ها  به دلیل پیشرفت‌هایی در فناوری ساخت باتری و گسترش زیرساخت‌های شارژ باتری به تدریج افزایش یافته است. این حرکت به سمت وسایل نقلیه الکتریکی بسیار مهم است چرا که می ­تواند مسائل زیست‌محیطی مرتبط با وسایل نقلیه قدیمی را حل کند.

افزایش تعداد وسایل نقلیه الکتریکی (EV) در راه ها، سوالاتی در مورد تأثیر آن­ها بر زیرساخت‌های راه ها ایجاد کرده است. بر خلاف وسایل نقلیه قدیمی، وسایل نقلیه الکتریکی به دلیل نوع باتری‌شان، معمولاً سنگین‌تر هستند. این افزایش توزیع وزن، باعث ایجاد فشار اضافی روی سطوح راه ها می‌شود. مهندسان و پژوهشگران اکنون این تأثیرات را به دقت بررسی می‌کنند تا پایداری و طول عمر راه را تضمین کنند.

برای تأمین بازار گسترده وسایل نقلیه الکتریکی، زیرساخت مناسب برای شارژ کردن خودروها ضروری است. مهندسان با برنامه‌ریزان شهری همکاری می‌کنند تا ایستگاه‌های شارژ را به صورت استراتژیک طراحی کنند. عواملی مانند دسترسی، توزیع انرژی و ادغام با شبکه‌های راه موجود با دقت مورد بررسی قرار می‌گیرند تا تجربه‌ی شارژدهی بی‌نقص را برای کاربران خودرو های EV تضمین کند.

پیشرفت‌ در فناوری باتری رکنی اساسی برای تحقق حمل و نقل پایدار است. پژوهش ­های بسیاری به توسعه باتری‌های سبک‌تر و با عمر طولانی اختصاص داده شده است که وزن کلی وسایل نقلیه الکتریکی را کاهش می‌دهند. این کار نه تنها محدوده رانندگی را افزایش می‌دهد، بلکه تأثیر وزن وسیله نقلیه روی روسازی راه را نیز کمینه می‌کند. این رویکرد، چند رشته‌ی علوم مواد، مهندسی حمل و نقل و برنامه‌ریزی شهری را به کار می‌گیرد تا یک اکوسیستم یکپارچه و پایدار برای وسایل نقلیه الکتریکی در  راه ها  ایجاد کند (اسمیت، 2022^[1]).

وضعیت راه های ما تأثیر زیادی بر عملکرد وسایل نقلیه الکتریکی (EV) دارد. سطوح راه  به جز ارائه سفری راحت تر و ایمن‌تر، به طور مستقیم بر جنبه‌های مختلف کارایی خودرو های EV  نیز تاثیر می‌گذارند. وقتی سطوح راه ناهموار هستند، اثرات آن بر EV ها قابل مشاهده است. این ناهمواری‌ها می‌توانند به افزایش مصرف انرژی منجر شوند، زیرا سیستم تعلیق خودرو، شوک‌ها و ارتعاشات را جذب می‌کند و در نهایت کارایی انرژی را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، نقص‌های جاده می‌توانند باعث کاهش کارایی سیستم ترمز خودرو شوند و منجر به از دست دادن انرژی بازیافتی در هنگام کاهش سرعت شوند. علاوه بر این، وسایل نقلیه الکتریکی مدرن با “توانایی رانندگی خودکار” به طور حیاتی به وضعیت راه برای مسیریابی ایمن به علائم رانندگی واضح در راه ها نیاز دارند. بنابراین، اهمیت نگهداری صحیح از راه ها تنها در مورد حفظ زیرساخت نیست؛ بلکه بهینه‌سازی عملکرد و کارایی انرژی EV ها را نیز شامل می‌شود (فنگ، 2015^[2]).

  استفاده از انرژی تجدیدپذیر برای راه ها

کاربرد منابع انرژی تجدیدپذیر، به ویژه انرژی خورشیدی، در زیرساخت‌های راه و در سال‌های اخیر، به سرعت در حال گسترش است. مسیر های خورشیدی که در سال های اخیر شروع به کار کرده اند، گام مهمی در جهت تولید انرژی پاک و پایدار از شبکه‌های حمل و نقل محسوب می ­شوند.

راه های خورشیدی سهم مهمی در ایجاد تحول در تولید انرژی و پایداری آن دارند. در حال حاضر پژوهشگران به بررسی کارایی و کاربردی بودن پنل‌های خورشیدی در سطوح راه ها می‌پردازند، که به طور موثر آن‌ها را به منابع تولید انرژی تبدیل می‌کند. (جانسون، 2021^[2].)

این پنل‌های خورشیدی جاسازی شده، انرژی مورد نیاز خود را از نور خورشید بدست می‌آورند که می توانند به چراغ‌های خیابانی نزیدک به آنها و ایستگاه‌های شارژ وسایل نقلیه الکتریکی انرژی برسانند. انرژی اضافی تولید شده می‌تواند به شبکه برگردد و به افزایش توسعه پایدار انرژی کمک کند. مهندسان راه به طور مداوم فناوری‌های راه های خورشیدی را به منظور بهبود چالش‌های مرتبط با دوام، کارآیی تبدیل انرژی و کارآیی اقتصادی، بهبود می‌بخشند.

علاوه بر این، پروژه‌های راه های خورشیدی اغلب از سیستم‌های شبکه‌ هوش مصنوعی بهره می‌برند که ذخیره و توزیع انرژی را به صورت کارآمدتر ممکن می‌سازد. این ادغام، تأمین انرژی پایدار و قابل اعتماد را تضمین می‌کند و وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهد. به طور میانگین، سیستم‌های خورشیدی تحت شرایط بهینه می‌توانند حدود 10 تا 25 وات بر فوت مربع (حدود 100 تا 250 وات بر متر مربع) انرژی تولید کنند. با این حال، مقدار واقعی تولید انرژی ممکن است بسته به عوامل مختلف، متغیر باشد. شرایط آب و هوایی، نگهداری و تمیزی برخی از این عوامل هستند. انجام مطالعات به منظور بررسی شرایط و امکانات‌ محلی برای ارزیابی عملکرد انرژی تولیدی حاصل از ساخت راه های خورشیدی بسیار مهم است.

پژوهشگران همچنان به مطالعه تکنولوژی‌های وابسته به انرژی در سطوح راه می‌پردازند. این سیستم‌ها انرژی تولید شده توسط وسایل نقلیه را که از روی راه ها عبور می‌کنند، ذخیره می‌کنند و پتانسیل تولید انرژی راه ها را بهبود می‌بخشند. تحقیقات و توسعه مستمر در این زمینه، وعده شتاب در تولید انرژی‌های تجدیدپذیر حاصل از به کارگیری زیرساخت‌های جاده‌ای را می ­دهند و به طور قابل توجهی به آینده­ انرژی پایدار کمک می‌کنند. (جانسون، 2021^[2]).

استفاده از مواد بازیافتی: ساخت راه ها با دیدگاه زیست محیطی

مواد بازیافتی مانند مخلوط آسفالت بازیافتی (RAP)، سنگدانه‌های بتن بازیافتی (RCA) و پسماندهای پلیمری و پلاستیکی از عوامل اصلی ایجاد تغییر در عملیات ساخت راه ها شده‌اند. این مواد، راه را برای ساخت مسیرها با رویکرد حفاظت از محیط زیست هموار می‌سازند.

ادغام مواد بازیافتی در مهندسی راه‌سازی، مزایای زیست محیطی قابل توجهی دارند. پژوهشگران در بهبود تکنیک‌هایی برای یکپارچه کردن و بکارگیری این مواد در فرآیند ساخت راه ها فعال هستند. تمرکز اصلی بر کاهش رد پای‌ ماده کربن در بخش صنعت راهسازیست؛ که به طور سنتی بر روی مصرف منابع تکیه دارد.

ادغام مواد بازیافتی در ساخت راه ها، منابع طبیعی را حفظ می‌کند و به طور چشم‌گیری مصرف انرژی مورد نیاز برای تولید و حمل و نقل مواد را کاهش می‌دهد. در نتیجه، کاهش قابل ملاحظه‌ای در انتشار گازهای گلخانه‌ای مشاهده می‌شود که با اهداف جهانی در راستای کاهش انتشار این گازها همخوانی دارد.

مهندسان پژوهش‌های زیادی را به توسعه مداوم شیوه‌هایی اختصاص داده‌اند که بیشترین و بهینه‌ترین استفاده از مواد بازیافتی را در انواع مختلف پروژه‌های راه‌سازی به ارمغان بیاورند. تلاش‌های تحقیقاتی به بهینه‌سازی فرآیندهای بازیافت نیز گسترش می‌یابد تا این اطمینان حاصل شود که مزایای زیست محیطی استفاده از مواد بازیافتی محقق شده باشد. بررسی عملکرد بلند مدت مواد بازیافتی در روسازی ها یک جنبه مهم از این تحقیقات است.

در این تحقیقات علاوه بر این، منابع بازیافتی نوآورانه‌ای که در دستیابی به این اهداف موثر هستند نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند‌. موادی مانند پلاستیک بازیافتی و لاستیک برای ساخت جاده‌ها در نظر گرفته می‌شوند که به کاهش تأثیرات منفی زیست محیطی ساخت آنها کمک می‌کنند. ارزیابی ماندگاری و عملکرد این مواد جایگزین در برنامه‌ها و پروژه‌های کاربردی مورد توجه است. (براون و اسمیت، 2023^[3]).

مسیرها و دیوارهای صوتی سبز: زیرساخت سازگار با محیط زیست

راه های سبز تحولی در الگوی زیرساخت جاده‌ای به سوی زیرساخت‌های جاده‌ای سازگار با محیط زیست محسوب می‌شوند. آن‌ها ویژگی‌هایی چون پوشش سبز گسترده، دیوارها با قابلیت کاهش آلودگی صوتی و اصول طراحی سازگار با محیط زیست پایدار را در اولویت قرار می‌دهند.

این ویژگی‌های راه های سبز فراتر از زیبایی‌شناسی ساده هستند. آن‌ها منافع زیست محیطی بلندمدت دارند. از جمله کاهش آلودگی صوتی، افزایش تنوع زیستی و تأمین محیط شهری سالم.

راه های سبز شامل مجموعه‌ای از عناصر پایدار هستند که از پوشش‌های نفوذ‌پذیر، باغ‌ویلاهای گیاهان بومی و ‌موانع صوتی دوستدار محیط زیست تشکیل می‌شوند. این مؤلفه‌ها به طور کلی ارزش سازگاری با محیط زیست محورهای راه را تقویت می‌کنند و در عین حال تأثیرات منفی شهرنشینی بر اکوسیستم‌های محلی را کاهش می‌دهند.

مهندسان و معماران در طراحی و اجرای پروژه‌های جاده‌های سبز همکاری و تعامل دارند تا تعادلی بین نیازهای حمل و نقل و مدیریت محیط زیست برقرار کنند. این همکاری اطمینانی را ایجاد می‌کند که زیرساخت حمل و نقل با اهداف پایداری محیط زیست همخوانی داشته و همچنین اتصالات ضروری نیز(بین مقاصد سفر) فراهم شده باشد.

تحقیقات در این حوزه تأکید جدی بر ارزیابی منافع زیست محیطی ویژگی‌های راه های سبز دارد. این تحقیقات شامل توسعه راهنمایی‌های مربوط به طراحی استاندارد و ارزیابی تأثیرات اکولوژیکی درازمدت این زیرساخت‌ها می‌باشد.

علاوه بر این، همچنان که توجه به استفاده از مواد بازیافتی در ساخت راه های سبز افزایش می یابد، مهندسان در حال بررسی مواد با رد پای ماده کربن کمتری همچون ژئوسنتتیک‌ها و قیرها و مواد سیمانی دوستدار محیط زیست هستند تا تأثیرات منفی زیست محیطی پروژه‌های راهسازی را کاهش دهند.

هوش مصنوعی در نگهداری و نظارت بر پوشش‌های راه

هوش مصنوعی (AI) در قالب حسگرهای اینترنت اشیاء (IoT) ، سنسورهای حرکتی و پهپادها، در حال تبدیل شدن به انقلابی در زمینه نگهداری و مدیریت روسازی است و نمایانگر یک فاکتور مهم در راهکارهای مهندسی راهسازی پایدار است.

فناوری‌های هوش مصنوعی امکان نظارت لحظه‌ای وضعیت جاده‌ها، نگهداری پیش‌بینی شده و مقرون به صرفه‌ای را  فراهم می‌کنند. پژوهشگران و مهندسان درحال تلاش برای بهبود کارآیی سیستم‌های مدیریت جاده‌ای از طریق راهکارهای مبتنی بر هوش مصنوعی هستند.

اجرای مدیریت روسازی مبتنی بر هوش مصنوعی شامل استفاده از حسگرهای جاسازی‌شده در سطح جاده ها می‌شود. این حسگرها داده‌های زیادی از جمله دما، میزان رطوبت و بار ترافیک را جمع‌آوری می‌کنند، که امکان ارزیابی وضعیت روسازی در لحظه را فراهم می‌کند. الگوریتم‌های هوش مصنوعی این داده‌ها را پردازش می‌کنند و نیازهای عملیات نگهداری را شناسایی و روش های  تعمیر را اولویت‌بندی می‌کنند. این رویکرد پیش‌بینانه نه تنها عمر سطوح جاده را افزایش می‌دهد، بلکه هزینه‌های نگهداری را به طرز چشم‌گیری کاهش می‌دهد.

تحقیقات اخیر در این زمینه فراتر از کاربردهای معمول هوش مصنوعی است. این تحقیقات به ادغام یادگیری ماشین و فناوری های پردازش تصویر برای افزایش دقت ارزیابی وضعیت روسازی راه می‌پردازد. مهندسان و متخصصان داده با همکاری برای توسعه مدل‌های هوش مصنوعی جهت پیش‌بینی خرابی روسازی، در حال تلاش هستند. این مدل‌های پیش‌بینی برای تدوین استراتژی‌های پیش‌بینانه نگهداری بسیار مهم هستند و اطمینان بخشی از عمر طولانی روسازی را فراهم می‌کنند.

جنبه توسعه پایدار هوش مصنوعی در مهندسی روسازی نیز قابل توجه است. با بهینه‌سازی فعالیت‌های نگهداری و کاهش نیاز به تعمیرات گسترده، سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی به حفظ منابع کمک می‌کنند که با اهداف زیست محیطی گسترده‌تر همخوانی دارد و بر اهمیت مدیریت مسئولانه زیرساخت‌ها تأکید می‌کند. تحقیقات و توسعه مستمر در این زمینه وعده انقلابی در زمینه نگهداری راه ها را می‌دهد و آن‌ها را  پایدارتر و مقرون به صرفه تر می‌کند. (چن، 2023^[5]).

ارزیابی چرخه عمر (LCA) در مهندسی روسازی

ارزیابی چرخه عمر (LCA) یک رویکرد کلی در رابطه با پایداری در مهندسی روسازی ارائه می‌دهد. این ارزیابی شامل ارزیابی تأثیرات زیست محیطی در طول تمام چرخه عمر زیرساخت‌های راه، از استخراج مواد تا دفن یا بازیافت را شامل می‌شود.

تحقیقات اخیر در این حوزه بر افزایش دقت و قابلیت اجرای روش‌های LCA تمرکز دارد. LCA  دید جامعی از پیامدهای زیست محیطی مرتبط با مواد مختلف بدنه روسازی و روش‌های ساخت فراهم می‌کند. مهندسان از داده‌های LCA  برای انتخاب‌ آگاهانه درباره منابع مواد، روش‌های ساخت و استراتژی‌های نگهداری استفاده می‌کنند که همگی نقش حیاتی در کاهش اثرات زیان بار محیط زیستی دارند.

LCA همچنین گازهای گلخانه‌ای منتشر شده مرتبط با تولی دمصالح و انرژی مورد نیاز برای ساخت را مد نظر قرار می‌دهد. پژوهشگران در حال بهبود مدل‌های LCA هستند. عوامل محیطی محلی را بکار می‌گیرند و رویه‌های استاندارد برای انجام ارزیابی‌ها در زمینه مهندسی روسازی راه را توسعه می‌دهند. این تلاش‌ها تضمین می‌کند که  LCA  ابزاری قوی برای تصمیم‌گیری در جهت توسعه پایدار باقی بماند.

علاوه بر این، پژوهشگران در حال بررسی راه‌های ادغام عوامل اجتماعی و اقتصادی در مدل‌های LCA هستند، که امکان ارزیابی جامع‌تری از پایداری را فراهم می‌کند. این رویکرد کلان، امکان ارزیابی دقیق‌تری از پروژه‌های مهندسی پوشش‌های جاده را نه تنها با توجه به تأثیرات زیست محیطی آن‌ها، بلکه همچنین پیامدهای اجتماعی و اقتصادی آن‌ها فراهم می‌کند.

کاربرد LCA در مهندسی روسازی نشان‌دهنده افزایش آگاهی از نیاز به ایجاد توازن در زمینه توسعه زیرساختی با محوریت زیست محیطی است. ارزیابی چرخه عمر از طریق ارزیابی جامع اثرات زیست محیطی و اجتماعی پروژه‌های راهسازی، تضمین می‌کند که ففرایند توسعه پایدار در راهسازی محقق خواهد شد. (گارسیا، 2021^[6]).

تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمتغیره: توازن میان ابعاد توسعه پایدار

تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمتغیره نقش مهمی در ارزیابی پایداری فناوری‌های راه ایفا می‌کنند. این رویکردها نه تنها فاکتورهای زیست محیطی، بلکه جنبه‌های اقتصادی و اجتماعی را نیز نظر می‌گیرند و با بررسی آن‌ها  به تصمیم‌گیران در انتخاب راهکارهای تقویت توسعه پابدار راه، کمک می‌کنند.

این تکنیک‌ها شامل ارزیابی منظم گزینه‌های مختلف فناوری راه هستند که فاکتورهایی نظیر هزینه‌های ساخت، تأثیرات زیست محیطی، ایمنی و مزایای اجتماعی را در نظر می‌گیرند. تصمیم‌گیران وزن‌های مختلفی به معیارهای مختلف اختصاص می‌دهند، که این امکان را فراهم می‌کند که انتخاب‌های آگاهانه انجام داده و در عین اینکه نیازهای حمل و نقل را برآورده می‌کنند، پایداری را بهینه کنند.

تکامل تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره در مهندسی روسازی نمایانگر افزایش آگاهی از نیاز به ایجاد توازن بین جنبه‌های مختلف توسعه پایدار است. این تکنیک‌ها به مهندسان و سیاست‌گذاران این امکان را می‌دهند تا انتخاب‌هایی را داشته باشند که با اهداف کلان جامعه همخوانی داشته باشد.

تحقیقات اخیر در این حوزه بر تقویت و توسعه این تکنیک‌ها با توجه به پیچیدگی تأثیرات متقابل فاکتورهای تصمیم‌گیری در زمینه فناوری راه تمرکز دارد. مهندسان و پژوهشگران در حال توسعه سیستم‌های پشتیبانی تصمیم‌گیری‌های پیچیده هستند که داده‌ها را از منابع متعدد جمع‌آوری و ادغام می‌کنند و تصمیم‌گیران را با دید جامعی از پیامدهای انتخاب‌های خود مواجه می‌کنند.

علاوه بر این، ادغام فناوری‌های نوظهور مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشین با تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره، کارآیی آن‌ها را افزایش می‌دهد. این فناوری‌ها امکان پیش‌بینی‌ها و ارزیابی‌های دقیق‌تری را فراهم می‌کنند و تصمیم‌گیری‌های آگاهانه را تسهیل می‌کنند که به فناوری‌های راه پایدار تر منجر می‌شوند.

با ادغام تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره در مهندسی روسازی، متخصصان می‌توانند اطمینان حاصل کنند که پروژه‌های راه آن‌ها نه تنها عملیاتی و کارآمد هستند؛ بلکه مسئولیت زیست محیطی و اجتماعی نیز دارند. (اسمیت، 2023^[7]).

نتیجه ­گیری: هموار کردن مسیر به سوی آینده‌ای پایدار

بطور خلاصه، فناوری‌های پایدار مهندسی روسازی راه و جاده‌ها را به نوآوری بر پایه سازگاری با محیط زیست سوق می‌دهند. از خودروهای برقی گرفته تا راه های خورشیدی، مواد بازیافتی، راه های سبز، نگهداری هوشمند به کمک هوش مصنوعی، ارزیابی چرخه عمر و تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمتغیره. این پیشرفت‌ها نه تنها رویکرد حفظ محیط زیست دارند، بلکه اقتصادی و هم‌راستا با اهداف کلان اجتماعی هم هستند. پذیرش و کمک به پیشرفت و توسعه این فناوری‌ها دیگر یک انتخاب نیست؛ بلکه یک ضرورت برای تضمین آینده‌ای به سوی توسعه پایدار است.

لازم است به خاطر داشته باشیم که دستیابی به پایداری یک هدف مشترک است و برای تحقق‌یافتن نیازمند تلاش مشترک می‌باشد. با بهره‌گیری از این فناوری‌ها و روش‌های پایدار، می‌توانیم به طور جمعی یک را هایی سبزتر و پایدارتر برای نسل‌های آینده بسازیم. ادغام نوآوری، پژوهش و سیاست‌گذاری، موقعیت را برای ساخت آینده ای فراهم می‌کند که در آن، راه های ما نه تنها مقاصد را به هم متصل می‌کنند، بلکه ما را به سوی یک جهان پایدارتر و سبزتر هدایت می‌کنند.