探討高速公路未來發(fā)展方向

霍三勝，霍冰凌

（1.山西交投高速公路有限公司，山西 太原 030006；2.自由職業(yè)者，山西 長治 046000）

1 我國高速公路的現(xiàn)狀及發(fā)展預(yù)測

1.1 現(xiàn)狀發(fā)展

截至2020年末，全國高速公路總里程達(dá)到16.1萬km，按年增長率6.0%左右，預(yù)計(jì)到2050年前后，全國高速公路總里程將突破30萬km。到那時(shí)，大數(shù)據(jù)全面實(shí)現(xiàn)，高速公路智能化、專業(yè)化、系統(tǒng)化將會(huì)出現(xiàn)質(zhì)的飛躍。2020年杭州至寧波段（復(fù)線）首條不限速的高速公路已開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2022年底前開放交通。2021年5月24日，山西交通新聞報(bào)道，超高速低真空管道磁浮交通系統(tǒng)（高速飛車）項(xiàng)目，在山西大同（陽高）試驗(yàn)線開工奠基，預(yù)示著時(shí)速1 000 km的新的交通工具即將到來。為此，探尋和預(yù)測高速公路未來發(fā)展方向有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 未來智慧高速公路預(yù)測

建設(shè)智能化系統(tǒng)的高速公路，構(gòu)建人、車、路協(xié)同綜合感知體系和路網(wǎng)綜合運(yùn)行監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，支撐無人駕駛，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)，提高行車速度，降低堵車幾率，提質(zhì)增效，尤其是優(yōu)化景觀設(shè)計(jì)，注重環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)路與自然完美和諧，將成為未來高速公路的發(fā)展主攻方向。主要體現(xiàn)在：a）專業(yè)化 客貨車輛分道行駛，提高通行速度。即對早期建設(shè)的高速公路進(jìn)行改造，供貨車通行，新建的高速公路作為小汽車專用通道，避免相互干擾，發(fā)揮小汽車輕便快速的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)意義上的“高速”公路。b）全封閉節(jié)能低碳環(huán)保 利用透明太陽能板對高速公路進(jìn)行全封閉，使其免受雨雪霧霾等惡劣天氣影響，利用太陽能再生能源，提供能量，充電、照明、保溫等，車輛在常溫下行駛，減少噪聲污染。c）軌道式車道長壽命高速公路 鋪設(shè)鋼軌，提高路面承載能力，延長路面使用壽命。同時(shí)加裝連續(xù)充電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車輛在行駛中自動(dòng)充電，無人駕駛，智慧行駛，“永動(dòng)”不停。

2 智慧高速公路的特征

智慧高速公路特征主要體現(xiàn)在智能、快速、耐久、綠色等幾個(gè)方面。

2.1 智能

智能化的核心理念就是構(gòu)建人、車、路協(xié)同綜合感知體系，構(gòu)建路網(wǎng)綜合運(yùn)行監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。具體分為兩步，第一步，近期實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繳費(fèi)。現(xiàn)在的收費(fèi)有卡口收費(fèi)、ETC收費(fèi)等，將來實(shí)現(xiàn)利用自動(dòng)控制系統(tǒng)，使收費(fèi)系統(tǒng)在車輛行駛中實(shí)時(shí)收繳（扣除）費(fèi)用。第二步，遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)智能化，車輛無人駕駛，收費(fèi)全智能化。

2.2 快速

提升行車速度。未來的高速設(shè)計(jì)時(shí)速將突破120 km，小汽車達(dá)200 km以上。預(yù)留土建技術(shù)指標(biāo)，即近期使公路設(shè)計(jì)時(shí)速提升30%～50%，接近汽車的設(shè)計(jì)速度。特殊路段，通過攝像頭和傳感器的協(xié)助，利用智慧交通將人工操作下無法被感知到的車輛信息、實(shí)時(shí)路況以及安全隱患等信息全部納入監(jiān)測、反饋范圍，及時(shí)通過數(shù)據(jù)傳輸和分析、指令下發(fā)、啟動(dòng)執(zhí)行等一系列操作過程做出迅速響應(yīng)，進(jìn)而避免車輛擁堵和交通事故。

2.3 耐久

延長路面的使用壽命。一是通過全封閉，使路面免受雨雪霧惡劣天氣影響，控制路面處于一定的溫度范圍，減少雨水侵蝕和熱脹冷縮對路面的損害；二是鋪設(shè)連續(xù)式軌道路面，提高路面承載能力。

2.4 綠色

低碳環(huán)保，碳中和。主要是實(shí)現(xiàn)汽車電動(dòng)化，近期目標(biāo)是實(shí)行插電式充電，通過充電樁進(jìn)行電量補(bǔ)充。遠(yuǎn)期目標(biāo)是通過太陽能發(fā)電和路面光伏發(fā)電，使車輛在行駛中實(shí)現(xiàn)無線自動(dòng)充電，電量時(shí)常保持飽和狀態(tài)。

3 高速公路未來發(fā)展方向

30年后，現(xiàn)有高速公路使用壽命全都到了運(yùn)營期限，而隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長和人民生活水平的提高，我國的汽車保有量必然迅速增加，交通出行量大幅上升，使得巨大的行車需求與有限的交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的矛盾不斷加劇。為此，謹(jǐn)提出高速公路未來發(fā)展的一些構(gòu)想，與同行探討，供決策者參考。

3.1 智慧高速公路模型架構(gòu)

3.1.1 智慧高速公路交通模型

智慧交通是建立在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)基礎(chǔ)之上，綜合運(yùn)用交通科學(xué)、系統(tǒng)方法、人工智能等理論與工具，建立起來的具有全面感知、主動(dòng)服務(wù)等特性的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通運(yùn)輸信息服務(wù)體系。

高速公路運(yùn)營管理中，智慧交通一方面通過沿線的傳感器、攝像頭等設(shè)備記錄整條道路的交通信息，并將其傳回監(jiān)控運(yùn)營中心進(jìn)行分析調(diào)控。另一方面通過調(diào)整紅綠燈等指示信息實(shí)現(xiàn)對行車速度的管控，并且通過引導(dǎo)用戶調(diào)整合適的行車路線而避開堵車路段，有效疏解交通擁堵問題。5G技術(shù)的推廣應(yīng)用將再度提升監(jiān)控視頻及信息的傳輸效率，提高管理路況運(yùn)營智能化水平。

3.1.2 生態(tài)化全覆蓋

智慧高速不僅設(shè)有實(shí)時(shí)車輛監(jiān)測預(yù)警、路面結(jié)冰預(yù)警及自動(dòng)除冰等功能，并鋪設(shè)有“高顏值”路面和“綠色廊道”，山川起伏，移步換景，仿佛置身于山水畫卷之中，體現(xiàn)“車在林中行，人在畫中游”，盡顯智慧交通的生態(tài)韻動(dòng)之美。建成覆蓋全國交通運(yùn)輸行業(yè)的“一張網(wǎng)、一張圖、‘一站式’平臺”框架，實(shí)現(xiàn)全國高速公路全路段基礎(chǔ)設(shè)施的“可視、可測、可控”，實(shí)時(shí)監(jiān)測全覆蓋。

3.2 客貨車輛分道行駛高速公路

將部分既有高速公路進(jìn)行升級改造，設(shè)計(jì)時(shí)速保持在原設(shè)計(jì)的80～120 km狀態(tài)，供大貨車行駛；新建高速公路設(shè)計(jì)行車時(shí)速達(dá)200 km以上，供小汽車行駛。一方面，發(fā)揮原有路線最大潛能，供重載車輛行駛的路段只改造不拓寬，減少新增占地；新建高速公路（7座以下小汽車），采用新的技術(shù)指標(biāo)，完善配套智能交通設(shè)施設(shè)備，提高小汽車行駛速度，方便快速出行，發(fā)揮智慧交通最大優(yōu)越性。另一方面，隨著智能交通和無人駕駛技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不同的車型按不同的設(shè)計(jì)速度行駛，充分發(fā)揮汽車的設(shè)計(jì)性能，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際完美對接。此外，貨車重載量大，行車速度慢；小汽車負(fù)荷小，速度快，路面結(jié)構(gòu)層可根據(jù)不同需求分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3 全封閉碳中和高速公路

將高速公路露天部分進(jìn)行全封閉，頂棚、側(cè)墻使用透明太陽能板遮擋，頂棚不僅遮風(fēng)擋雨，還可利用太陽能板發(fā)電，側(cè)墻設(shè)自動(dòng)開關(guān)，一是通風(fēng)透光保溫，二是防護(hù)安全懸掛標(biāo)志標(biāo)牌和照明設(shè)施。建設(shè)全封閉、自供電、防雨雪霧霾低碳環(huán)保高速公路。

實(shí)現(xiàn)五大特點(diǎn)：a）防雨發(fā)電。頂部透明太陽能板遮風(fēng)、避雨、發(fā)電，側(cè)窗框架式透明太陽能板設(shè)置為自動(dòng)開啟式，通風(fēng)照明保持常溫，夏天開啟通風(fēng)降溫，冬天封閉供熱保溫；b）集中排放，減少污染。集中通風(fēng)，汽車尾氣集中通過專用設(shè)備凈化后排放，減少散排環(huán)境污染；c）行車不受氣候影響。封閉后，雨雪不直接侵入路面，集中通風(fēng)不形成霧氣，保證汽車不受天氣變化，可全天候通行；d）溫控，延長路面使用壽命。封閉后，行車道環(huán)境溫度可控，調(diào)節(jié)保持在15℃～23℃之間（類同飛機(jī)內(nèi)），減少路面高溫軟化、低溫開裂熱脹冷縮現(xiàn)象，延長道路使用壽命；e）自供電，低碳環(huán)保。利用太陽能發(fā)電、行車切割磁場發(fā)電、路面彈性變形發(fā)電等，提供動(dòng)力能源補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)車輛綠色低碳全天候常溫行駛。

3.4 軌道式長壽命高速公路

建設(shè)軌道式長壽命高速公路，主要供重型車輛行駛。即在行車道上埋置剛性軌道（型鋼或鋼筋混凝土）路面，中間設(shè)電纜連續(xù)充電裝置，連續(xù)不斷提供電源。其主要性能特征體現(xiàn)在：a）區(qū)化交通沿軌道行駛，避免車輛隨意變道超車；b）重點(diǎn)做好關(guān)鍵部位軌道路面設(shè)計(jì)，提高荷載承受能力，延長路面使用壽命，在地震搶險(xiǎn)救援特殊情況下，可供重型鏈軌大型車輛直接通行；c）邊行駛邊充電，滿足車輛長時(shí)間運(yùn)行的能源需要，應(yīng)用人工智能無人駕駛技術(shù)，車輛可長時(shí)間運(yùn)行；d）陡坡路段設(shè)置助力爬坡車道，上下方向鏈接，將下行車的下滑力鏈接轉(zhuǎn)化為上行車的牽引力，實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)綜合應(yīng)用。

3.5 管道式超音速高速通道

為滿足快速直達(dá)需求，建設(shè)管道式超音速專用高速通道，特點(diǎn)是方便快速直達(dá)，管道按需供特殊車輛行駛。如超過百公里的海底隧道、穿山隧道、地下通道等，發(fā)揮大數(shù)據(jù)云計(jì)算自動(dòng)控制功能，建設(shè)超音速管道式高速通道。

4 結(jié)語

探尋高速公路未來發(fā)展方向，暢想實(shí)現(xiàn)高速公路五大目標(biāo)，也許未來會(huì)證明其中某些暢想不過是不切實(shí)際的空想，唯愿它能激發(fā)更多的同行和朋友一起參與對未來高速公路發(fā)展的思考。五大目標(biāo)方向包括：a）自動(dòng)駕駛，循環(huán)利用能源，汽車全部使用清潔能源。建設(shè)自動(dòng)駕駛長壽命高速公路，路面保持恒溫；b）客貨車運(yùn)行分離，既有高速公路主要供貨車行駛，新建智能化客車（小汽車）快速通道；c）實(shí)現(xiàn)全封閉碳中和公路，不受自然氣候影響、零排放碳中和高速公路；d）建設(shè)軌道式長壽命汽車專用高速公路；e）建設(shè)管道式超音速高速通道等智慧高速，實(shí)現(xiàn)高速公路功能化、專業(yè)化、系統(tǒng)化、智能化。