基于高速公路運營需求的設計理念

（河北交通投資集團公司，河北 石家莊 050000）

自改革開放以來，我國高速公路建設迅猛發展，公路人積累了豐富的高速公路建設、管理及運營經驗，但也存在設計思路與高速公路運營需求脫節的情況。如何將公眾需求、運營需求融入高速公路的設計中，成為公路從業人員面臨的新課題。

本文從運營需求的視角出發，分析了我國高速公路項目在設計行車時速選用、路面結構優化布置、建筑垃圾循環利用、低路基與排水設施設計、交安設施潛力發掘、開放式服務區建設等方面存在的問題，并提出了合理化建議，力求實現高速公路建設與運營的有機融合。

一、分段選用設計速度，分段設置車道數量

（一）現狀

《公路工程技術標準》中明確規定：設計速度的選用應根據公路功能與技術等級，結合地形、工程經濟、預期運行速度和沿線土地利用性質等因素綜合論證確定。目前，同一條高速公路分段選用設計速度的案例有很多，如京張高速山區段限速80km/h、平原區段限速120km/h，但對同一地形地貌特征的路段進一步細化選用設計速度的案例尚且不多，目前河北省已在延崇高速河北段進行了相關實踐，在山區段分段選用了80km/h和100km/h的設計速度。

（二）改進建議

1.按車型、車道選用設計速度。根據設計理論，設計速度主要根據沿線地形條件和交通量預測結果確定。事實上，車型構成對高速公路不同區段的通行特征影響較為明顯，因此可“因車施策”，選用不同設計速度，實行客貨車分車道行駛，提升高速公路的通行能力。

2.按交通量分段設置車道數量。由于高速公路沿線不同區域的經濟發展水平參差不齊，導致不同路段的過境交通量具有明顯差異。如果高速公路按照同一標準設置車道數量，經濟發達區域的路段將會出現“卡脖子”現象。因此，在公路項目設計階段，必須認真調研各區段的交通量及車型構成，科學、合理地計算公路車道通行能力，分區段設置車道數量。

二、合理優化空間結構，提升道路運營效率

在設計階段對高速公路空間結構進行合理優化，是提升運營期交通組織便利性、空間結構利用率、延長道路使用年限的重要手段。結合近幾年的高速公路運營實踐，筆者主要就路面橫向結構非差異化布置、路面結構橫向空間長期單點使用以及單車道匝道維修等進行分析論證。

（一）現狀

緊急停車帶僅供車輛在緊急情況下使用，其余時間則處于閑置狀態；高速公路左側路緣帶長期處于閑置狀態，無法充分發揮應用價值，造成了極大的資源浪費。互通匝道的寬度設計，目前僅考慮了預測交通量和匝道長度，忽略了養護維修期間的保暢需求，當單匝道路面或交安設施出現病害時，由于橫斷面過窄，匝道交通組織極其困難，只能采取中斷交通的方式進行維修。

（二）改進建議

1.合理優化緊急停車帶、路緣帶的結構和功能。設計階段采用路面橫向差異性結構設計，減薄硬路肩、左側路緣帶路面結構厚度，實現降低建設成本的目的。對于已建成的高速公路，在保證各部分尺寸均滿足規范要求的前提下，在路面養護特定周期內適當左右移動路面標線位置，轉移路面結構受力位置，既延長路面使用壽命，又能最大程度發揮緊急停車帶和路緣帶的使用功能。

2.增加單車道互通匝道寬度。結合路面養護期間的保暢需求及合理的交通量預測，在條件合適時重點考慮加寬硬路肩或選取雙車道匝道斷面型式。雖然增加斷面寬度會提高一次性投入，但考慮到高速公路運營期中斷交通造成的損失，該方案值得借鑒。

三、建筑垃圾重復利用，推動公路綠色發展

（一）現狀

有資料顯示，我國每年產生的建筑垃圾約20億噸。近年來，國家在廢舊材料利用方面，給予了諸多政策支持，如生產原材料中攙兌比例不低于30%的特定建材產品免征增值稅，再生節能建筑材料企業擴大產能實行貸款貼息政策等，這些政策對于降低材料生產成本以及工程造價意義重大。

2017年11月，交通運輸部印發《關于全面深入推進綠色交通發展的意見》，明確到2020年，交通運輸廢舊材料循環利用率和利用水平穩步提升；2019年7月，河北省住建廳、省發改委、省工信廳、省自然資源廳、省生態環境廳聯合印發《關于加強建筑垃圾管理和資源化利用工作的指導意見》，提出河北省建筑垃圾資源化利用目標，到2020年，全省城市建筑垃圾資源化利用率達到20%以上；到2025年，達到50%以上。高速公路建設30年來，河北省在廢舊輪胎、尾礦等廢舊材料利用方面成就顯著，但對建筑垃圾的利用還缺乏深入研究。

（二）改進建議

當前，制約建筑垃圾資源化利用的主要因素有：建筑垃圾的分類和集中回收存放還沒有實現規模化；缺少建筑垃圾用于公路行業的相關規范。因此，要實現建筑垃圾大規模用于高速公路建設，各級人民政府應加快制定建筑垃圾分類及收集存放相關政策，公路行業技術人員應積極開展建筑垃圾的應用研究，盡快出臺建筑垃圾應用規范。同時，在高速公路建設前期調查研究階段，設計人員應擴大對公路沿線建筑材料的調查范圍，將建筑垃圾納入可應用材料行列，并在設計文件中明確提出使用要求。

四、加強路基方案研究，完善路面排水設計

（一）現狀

眾所周知，高速公路建設會占用大量的土地資源，但我國是人口大國，人均耕地面積僅為世界平均水平的三分之一，建設用地供給形勢非常嚴峻。因此，合理規劃、利用建設用地成為擺在公路人面前的重要課題。

平原區高速公路建設一般采用降低路基高度的方法，減少對土地資源的占用。但隨著社會經濟的快速發展，高速公路高程控制點越發密集，傳統的低路基法已不再適用，因此必須尋求更加合理的設計理念和方法。

當前，高速公路路基高度主要受與之交叉的橫向公路和鐵路控制，這種交叉設計一般采用“下穿”和“上跨”兩種形式，帶來最直接的問題是下穿通道易出現積水，上跨段路基高、占地多。針對下穿通道排水問題，設計階段大多采用截、排、蓄水相結合的措施，但設計階段很難做到一通道一設計，因此部分蒸發池由于有效儲水量的限制不能發揮臨時蓄水作用，給運營養護工作造成了極大的困擾。目前對于高速公路與地方路“下穿”或“上跨”設計方案的論證較少，低路基還沒有真正“低”下來，低下來的排水設計又存在很多弊端。

（二）改進建議

1.結合排水設計充分論證高速公路與地方路“下穿”或“上跨”設計方案，最大化實現低路基，減少工程占地和投資。

2.在排水方案的選擇上，除常用的截、排、蓄措施外，應增加排水泵站的適宜性研究論證；考慮雙孔通道設計方案，一孔通行、一孔蓄水；對縱坡與超高疊加、匯水集中路段的路面排水，應根據水文計算結果適當增加泄水槽斷面尺寸和密度，避免出現溢水引發泄水槽外路基水毀病害。

3.根據河北省有關政策，高速公路建成后，兩側至少要各設50米的綠化帶。建設單位應在高速公路設計階段與地方政府緊密溝通協調，爭取綠化帶與高速公路同步建設。如此一來，可以將綠化帶作為取土用地，解決部分土源問題以及排水去向問題。

4.對于部分不能實現低路基的路段，進行增加擋土墻路基的方案論證，通過采用粉煤灰等輕質填料修筑路基結合擋土墻建設，有效減少路基占地寬度。

五、發掘交安設施潛力，提升安全服務水平

（一）現狀

近年來，隨著公眾對出行服務需求的不斷提升，高速公路在交安設施、監控設施等方面存在的問題日益突出。如固定高度波形梁護欄制約了路面維修方案的制定，固定限速標志制約了惡劣天氣主動管控措施的實施，監控設施利用率不高制約了高速公路智能化發展等。

（二）改進建議

1.變固定高度護欄為高度可調節護欄。固定高度護欄制約了路面維修方案的制訂，有時為了保證路面維修質量不得不重新更換護欄，造成極大浪費；有時為了保證護欄高度，必須對原有路面采取銑刨重鋪方案，既對路面整體強度產生不利影響，又造成了環境污染。因此，建議在設計階段設置高度可調節護欄，為護欄板提升高度預留孔位，變“事后彌補”為“主動控制”。

2.變固定限速標志為可變限速標志。霧天、雪天等惡劣天氣條件下，路面濕滑且能見度較低，極易導致連環追尾、群死群傷的惡性事故。公安交通管理部門往往采用簡單的封道斷交措施來應對惡劣天氣，雖然起到了遏制交通事故的作用，但也極大地影響了社會公眾的出行體驗，降低了高速公路的服務品質。因此，建議設計階段把固定限速標志改為可變限速標志、增設智能安全行車誘導系統（如埋置式自發光路標），在惡劣天氣條件下，可根據路面通行條件及時調整限速標準、誘導和預警車輛安全行駛；在各互通出入口設置攔車器，再輔以公安交通管理部門的執法管控，使高速公路實現惡劣天氣安全有序通行。

3.實現監控設施智能化。當前，高速公路基本已實現全程監控，但監控設施處于“監而不控”的尷尬境地，監控系統的價值并未完全發揮。針對目前路政、交警普遍采用的巡查方式，建議開展監控設施代替路面巡查的相關研究，力爭實現對交通違章、交通事故、路面病害、沿線設施缺損乃至路基橋涵表面病害的精準識別與定位并實時報警，節約大量人力物力。同時，通過后臺自動處理系統，結合可變信息標志，力爭實現交通事故和擁堵自動預警，自動通知救援等智能化服務功能。

4.慎用鍍塑產品。從多條高速公路鍍塑產品的使用情況看，很多鍍塑防眩網、防落網、隔離柵等都出現不同程度的病害，河北省邢臨高速、沿海高速的鍍塑護欄板，保阜高速、張石高速的鍍塑防眩網都出現了嚴重的開裂銹蝕現象。而同期甚至更早使用的普通鍍鋅護欄等產品都表現出了良好的防腐性能。基于此，在進行高速公路交安設施設計時，應盡量慎用或減少使用鍍塑產品。

六、打造開放式服務區，豐富服務區經營業態

（一）現狀

隨著高速公路里程的持續增加和路網的不斷完善，在國家物流降費政策的影響下，高速公路的總體收費標準將呈現下降趨勢。從全國高速公路運營企業收入占比情況來看，僅通過高速公路收費來維持高速公路運營企業高質量運行已不可能，多元化發展成為高速公路運營企業的必由之路。

在通車總里程超7000公里的河北高速上，最具開發潛力的無疑是遍布于高速公路沿線的服務區。目前，河北省服務區基本屬于全封閉式運營，其服務對象只是通行高速公路的司乘人員，且服務形式和服務內容單一，僅能滿足公眾就餐、如廁、車輛加油等基本需求，嚴重浪費了服務區的優勢資源。

（二）改進建議

1.加快開放式服務區建設。當前，國內大部分服務區仍屬于封閉式運營，而且在過去傳統的收費模式下，難以實現服務區與地方道路、商圈、景點的開放聯通。新的收費模式下，采用按車型和行駛里程精確收費，使在服務區增設進出口成為可能。全國首個設置ETC出口的服務區——太行山高速沙河服務區的成功建設，也證明了服務區增設進出口的可行性。因此，服務區運營管理單位應以此為契機，加快開放式服務區建設，打破傳統服務區的封閉運行模式，在不斷提升服務區服務水平的同時，通過拓展服務功能和與區域經濟社會的融合，促進服務區與周邊地區經濟社會發展的耦合效應。

2.拓展服務功能，把服務區變為旅游“目的地”。當前，國內絕大部分服務區僅具備餐飲、如廁、車輛加油等基本功能，服務區的潛力并未被充分挖掘。根據江蘇交通控股有限公司的服務區運營經驗，通過拓展服務區的服務功能，著力將服務區從“途經地”變為旅游“目的地”，能夠在一定程度上增加服務區的經營收入。

針對河北省服務區存在的短板和缺陷，建議在設計階段從以下幾方面做好服務區的功能設計：一是擴大商品經營范圍，建設商超特別是跨境電商，滿足司乘人員的剛性需求以及高端購物需求；二是增加物流服務功能，實現物流倉儲及運輸節點、區域集散、貨車甩掛、城市配送等物流服務，形成高效的高速公路干線貨物轉運體系；三是完善休閑娛樂等旅游功能，使服務區成為高速公路上的“補給站”和休閑娛樂的消費地；四是升級餐飲服務功能，引進知名品牌，豐富餐飲業態；五是建設文化窗口，通過多種形式宣傳地方特色文化，實現地方文化上高速。

需要注意的是，上述功能設計應根據高速公路交通量大小、服務區區位優勢、區域經濟特性、地方文化特色、高速公路通行群體特點等“量體裁衣”，以獨具特色、保證經營效益為目標，切勿貪大求全。

七、開發模塊式伸縮縫，強化護欄防腐設計

（一）現狀

目前常用的模數式伸縮縫和梳齒板式伸縮縫，都是利用鋼筋混凝土實現與橋梁的固定。多年來，高速公路橋梁伸縮縫維修難、開通慢一直是困擾高速公路養護人員的難題。一旦橋梁伸縮縫出現損壞，維修或更換都要求養護時間達到7天以上，且滿足設計強度后才能開放交通。

河北高速主要采用橋梁混凝土護欄和中央分隔帶混凝土護欄，這兩種護欄都是普通的鋼筋混凝土結構。因降雪撒布融雪劑，經常造成混凝土護欄大面積腐蝕，一般4～5年就需要進行一次防腐處治，不僅花費大量養護費用，還嚴重影響高速公路的安全暢通。

（二）改進建議

1.開發模塊式伸縮縫。現行常用伸縮縫在維修時只能通過開鑿混凝土、植筋焊接等方式，施工周期長，對交通影響大，對原有橋梁混凝土也有損傷。因此，建議有關部門研發一款無需鋼筋混凝土錨固的模塊式伸縮縫，從而實現伸縮縫的快速維修。

2.加強混凝土護欄的防腐設計。從目前我國混凝土配合比設計技術來講，對混凝土進行防腐設計已不是什么難題。因此，建議設計單位選用具有防腐功能的高性能混凝土，在建設階段就解決混凝土的防腐問題，從而降低運營費用，減少養護施工帶來的安全隱患。

八、結語

設計規范是無數從事公路事業的前輩們根據大量建設和運營經驗總結而來的，在保證安全運營的前提下，根據高速公路運營需求適當開展突破性研究十分必要，只有這樣，設計規范才能逐步發展和完善。因此，高速公路技術人員應充分結合運營需求與用戶需要，在既有設計理念的基礎上最大限度的融合運營理念，大膽創新、大膽試驗研究，逐步實現高速公路建設與運營需求的有機融合，更好地為社會服務。