可持续道路标线

"绿色"产品 = 长寿命产品：可持续道路标线 

（来源：网络）

关键词
玻璃珠（Glass beads）；机器视觉（Machine vision）；更新周期（Renewal cycle）；逆反射性（Retroreflectivity）；道路安全（Road safety）；使用寿命（Service life）

定义
道路标线（RM）是普遍存在的道路安全设施，是一种需频繁更新以维持性能的特殊工业涂层。其系统由涂层（提供颜色、路面附着力及逆反射表面）和逆反射层（玻璃珠提供逆反射并保护漆层免受磨损）组成。

道路标线的功能

自一个多世纪前引入以来，道路标线（RM）已成为几乎所有道路的普遍特征；目前尚无可行替代方案。RM是高效且经济的安全增强设施（Miller 1992），通过划分车道边界组织交通。RM不仅对人类驾驶员必要，高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶车辆中的机器视觉传感器也依赖RM（Burghardt et al. 2020, 2021b）。尽管使用频繁，RM本身作为特定工业涂层很少被单独研究，常被视为“道路的一部分”，科学文献描述较少。

RM必须对驾驶员可见：通过对比度实现（Brémond 2020）。在环境光照下，RM仅依靠颜色（通常为白色或黄色）与路面形成对比；夜间则通过逆反射亮度系数（RL）增强可见性。RL是RM的关键功能参数：基于驾驶员需求分析，建议RL ≥ 150 mcd/m²/lx（Lee and Oh 2005）。RL下降标志着需更新（非更换！），因此RLRL同时控制RM的功能使用寿命。其他功能参数包括日间可见性（通过漫射照明下的亮度系数Qd测量）和防滑性（通常用英国摆式摩擦系数测试仪测量）。RM与RL对驾驶行为的影响近期已有综述（Babić et al. 2020）。图1展示不同RL标线的视觉差异（夜间可视认性）。

图1：夜间人行横道，左侧高RLRL vs 右侧低RLRL（来源：作者）

道路标线材料

RM是双层协同系统：底层涂层提供颜色和附着力，表层撒布玻璃珠（GB）提供RLR并保护漆层。涂层材料包括：

1. 溶剂型涂料：最传统，含有机溶剂
2. 水性涂料：环保型现代涂料
3. 冷塑材料：自由基聚合成膜（厚层1-5mm）
4. 热熔材料：无溶剂，200°C熔融施工（厚层1-5mm），粘合剂可为聚合物或非聚合物
5. 多组分系统：环氧/聚氨酯基（较少用）
6. 预成型标带：高性能标线材料（成本高），分为热熔型和粘贴型

所有漆层均需在液态时撒布GB（直径0.1-2.0mm），GB可混合防滑颗粒。GB表面有机硅烷涂层可增强附着力。

关键环保进展：

• 有毒颜料（如铬酸铅）已被法规淘汰
• 挥发性有机物（VOC）通过水性/无溶剂技术大幅减少
• 钛白粉（TiO₂）仍是不可替代的白色颜料（替代品环境负担高）
• 添加剂（<5%）多为低环境影响聚合物

微塑料争议与分层更新机制

文献中关于RM对微塑料污染的贡献存在严重误估（Burghardt et al. 2022c）。关键发现：

1. 更新机制：RM在RL失效后非整体更换，而是覆盖新漆层+GB（图2），形成多层堆叠。
2. 寿命区分：
• 功能使用寿命：RL达标周期
• 物理使用寿命：标线物理消失周期（始于功能寿命结束后）
3. 污染修正：早期认为RM贡献7%微塑料的估计高估10倍，实际约0.7%（Wang et al. 2019）。道路扬尘/径流研究极少明确溯源至RM。

图2：RM截面显示多层更新结构（来源：作者）

玻璃珠（GB）的核心作用

• 材料：回收浮法玻璃（折射率RI=1.5）或原料配方法"高端GB"（RI=1.6-1.7）
• 功能：提供逆反射 + 保护漆层免受磨损（轮胎仅接触GB表面）
• 环保性：
• 现代GB无有毒金属污染（标准严格）
• 完全非晶态（Burghardt et al. 2022b）
• 性能发现：RI=1.9的GB初始性能优异但寿命短（抗表面损伤性低）

使用寿命：可持续性的核心参数

RM是道路设施中最易损部分（典型寿命1-3年）。可持续性核心结论：

1. 高端材料可显著延长功能寿命（减少资源消耗）
2. 环境影响主因是寿命（非材料成分）：生命周期评估（LCA）表明材料选择的影响远小于寿命（Cruz et al. 2016）
3. 更新阈值：RL < 100-150 mcd/m²/lx时需更新（建议≥150）
4. 可持续定义："绿色"产品 = 长寿命产品

创新技术与局限性

• 新兴材料不可行：
• 稀土基材料（如热致变色/发光标线）加工复杂且稀缺（McLellan et al. 2013）
• 机器视觉金属粒子专利未实用化
• 唯一不可替代成分：玻璃珠（GB）

政策建议与实施路径

1. 合同模式：长期性能合同（承包商自选认证材料 + 严格监管）最优，避免北美过度限制材料的教训
2. 招标要求：高标准但合理（考虑除雪等特殊工况限制）
3. 施工质量：专业培训至关重要（"劣质施工会使最佳材料平庸化"）
4. 核心目标：始终以道路安全为优先

展望

基于资源消耗最小化原则，长寿命的RM即最可持续的RM，“绿色”产品不是那些贴有标签的产品，而是那些使用寿命最长的产品。

交叉引用

► 生物经济与绿色塑料生产
► 环境友好型绿色材料的合成与应用
► 面向绿色材料的LCA应用
► 植物油基聚合物材料及其应用