探讨高速公路未来发展方向

霍三胜，霍冰凌

（1.山西交投高速公路有限公司，山西 太原 030006；2.自由职业者，山西 长治 046000）

1 我国高速公路的现状及发展预测

1.1 现状发展

截至2020年末，全国高速公路总里程达到16.1万km，按年增长率6.0%左右，预计到2050年前后，全国高速公路总里程将突破30万km。到那时，大数据全面实现，高速公路智能化、专业化、系统化将会出现质的飞跃。2020年杭州至宁波段（复线）首条不限速的高速公路已开工建设，预计2022年底前开放交通。2021年5月24日，山西交通新闻报道，超高速低真空管道磁浮交通系统（高速飞车）项目，在山西大同（阳高）试验线开工奠基，预示着时速1 000 km的新的交通工具即将到来。为此，探寻和预测高速公路未来发展方向有一定的现实意义。

1.2 未来智慧高速公路预测

建设智能化系统的高速公路，构建人、车、路协同综合感知体系和路网综合运行监测与预警系统，支撑无人驾驶，实现自动收费，提高行车速度，降低堵车几率，提质增效，尤其是优化景观设计，注重环境保护，实现路与自然完美和谐，将成为未来高速公路的发展主攻方向。主要体现在：a）专业化 客货车辆分道行驶，提高通行速度。即对早期建设的高速公路进行改造，供货车通行，新建的高速公路作为小汽车专用通道，避免相互干扰，发挥小汽车轻便快速的特点，实现更优意义上的“高速”公路。b）全封闭节能低碳环保 利用透明太阳能板对高速公路进行全封闭，使其免受雨雪雾霾等恶劣天气影响，利用太阳能再生能源，提供能量，充电、照明、保温等，车辆在常温下行驶，减少噪声污染。c）轨道式车道长寿命高速公路 铺设钢轨，提高路面承载能力，延长路面使用寿命。同时加装连续充电设备，实现车辆在行驶中自动充电，无人驾驶，智慧行驶，“永动”不停。

2 智慧高速公路的特征

智慧高速公路特征主要体现在智能、快速、耐久、绿色等几个方面。

2.1 智能

智能化的核心理念就是构建人、车、路协同综合感知体系，构建路网综合运行监测与预警系统。具体分为两步，第一步，近期实现自动缴费。现在的收费有卡口收费、ETC收费等，将来实现利用自动控制系统，使收费系统在车辆行驶中实时收缴（扣除）费用。第二步，远期实现智能化，车辆无人驾驶，收费全智能化。

2.2 快速

提升行车速度。未来的高速设计时速将突破120 km，小汽车达200 km以上。预留土建技术指标，即近期使公路设计时速提升30%～50%，接近汽车的设计速度。特殊路段，通过摄像头和传感器的协助，利用智慧交通将人工操作下无法被感知到的车辆信息、实时路况以及安全隐患等信息全部纳入监测、反馈范围，及时通过数据传输和分析、指令下发、启动执行等一系列操作过程做出迅速响应，进而避免车辆拥堵和交通事故。

2.3 耐久

延长路面的使用寿命。一是通过全封闭，使路面免受雨雪雾恶劣天气影响，控制路面处于一定的温度范围，减少雨水侵蚀和热胀冷缩对路面的损害；二是铺设连续式轨道路面，提高路面承载能力。

2.4 绿色

低碳环保，碳中和。主要是实现汽车电动化，近期目标是实行插电式充电，通过充电桩进行电量补充。远期目标是通过太阳能发电和路面光伏发电，使车辆在行驶中实现无线自动充电，电量时常保持饱和状态。

3 高速公路未来发展方向

30年后，现有高速公路使用寿命全都到了运营期限，而随着国民经济的快速增长和人民生活水平的提高，我国的汽车保有量必然迅速增加，交通出行量大幅上升，使得巨大的行车需求与有限的交通基础设施之间的矛盾不断加剧。为此，谨提出高速公路未来发展的一些构想，与同行探讨，供决策者参考。

3.1 智慧高速公路模型架构

3.1.1 智慧高速公路交通模型

智慧交通是建立在移动互联网、物联网、大数据、云计算等新一代信息技术基础之上，综合运用交通科学、系统方法、人工智能等理论与工具，建立起来的具有全面感知、主动服务等特性的实时动态交通运输信息服务体系。

高速公路运营管理中，智慧交通一方面通过沿线的传感器、摄像头等设备记录整条道路的交通信息，并将其传回监控运营中心进行分析调控。另一方面通过调整红绿灯等指示信息实现对行车速度的管控，并且通过引导用户调整合适的行车路线而避开堵车路段，有效疏解交通拥堵问题。5G技术的推广应用将再度提升监控视频及信息的传输效率，提高管理路况运营智能化水平。

3.1.2 生态化全覆盖

智慧高速不仅设有实时车辆监测预警、路面结冰预警及自动除冰等功能，并铺设有“高颜值”路面和“绿色廊道”，山川起伏，移步换景，仿佛置身于山水画卷之中，体现“车在林中行，人在画中游”，尽显智慧交通的生态韵动之美。建成覆盖全国交通运输行业的“一张网、一张图、‘一站式’平台”框架，实现全国高速公路全路段基础设施的“可视、可测、可控”，实时监测全覆盖。

3.2 客货车辆分道行驶高速公路

将部分既有高速公路进行升级改造，设计时速保持在原设计的80～120 km状态，供大货车行驶；新建高速公路设计行车时速达200 km以上，供小汽车行驶。一方面，发挥原有路线最大潜能，供重载车辆行驶的路段只改造不拓宽，减少新增占地；新建高速公路（7座以下小汽车），采用新的技术指标，完善配套智能交通设施设备，提高小汽车行驶速度，方便快速出行，发挥智慧交通最大优越性。另一方面，随着智能交通和无人驾驶技术的广泛应用，不同的车型按不同的设计速度行驶，充分发挥汽车的设计性能，实现理论与实际完美对接。此外，货车重载量大，行车速度慢；小汽车负荷小，速度快，路面结构层可根据不同需求分别进行设计。

3.3 全封闭碳中和高速公路

将高速公路露天部分进行全封闭，顶棚、侧墙使用透明太阳能板遮挡，顶棚不仅遮风挡雨，还可利用太阳能板发电，侧墙设自动开关，一是通风透光保温，二是防护安全悬挂标志标牌和照明设施。建设全封闭、自供电、防雨雪雾霾低碳环保高速公路。

实现五大特点：a）防雨发电。顶部透明太阳能板遮风、避雨、发电，侧窗框架式透明太阳能板设置为自动开启式，通风照明保持常温，夏天开启通风降温，冬天封闭供热保温；b）集中排放，减少污染。集中通风，汽车尾气集中通过专用设备净化后排放，减少散排环境污染；c）行车不受气候影响。封闭后，雨雪不直接侵入路面，集中通风不形成雾气，保证汽车不受天气变化，可全天候通行；d）温控，延长路面使用寿命。封闭后，行车道环境温度可控，调节保持在15℃～23℃之间（类同飞机内），减少路面高温软化、低温开裂热胀冷缩现象，延长道路使用寿命；e）自供电，低碳环保。利用太阳能发电、行车切割磁场发电、路面弹性变形发电等，提供动力能源补充，实现车辆绿色低碳全天候常温行驶。

3.4 轨道式长寿命高速公路

建设轨道式长寿命高速公路，主要供重型车辆行驶。即在行车道上埋置刚性轨道（型钢或钢筋混凝土）路面，中间设电缆连续充电装置，连续不断提供电源。其主要性能特征体现在：a）区化交通沿轨道行驶，避免车辆随意变道超车；b）重点做好关键部位轨道路面设计，提高荷载承受能力，延长路面使用寿命，在地震抢险救援特殊情况下，可供重型链轨大型车辆直接通行；c）边行驶边充电，满足车辆长时间运行的能源需要，应用人工智能无人驾驶技术，车辆可长时间运行；d）陡坡路段设置助力爬坡车道，上下方向链接，将下行车的下滑力链接转化为上行车的牵引力，实现能量循环综合应用。

3.5 管道式超音速高速通道

为满足快速直达需求，建设管道式超音速专用高速通道，特点是方便快速直达，管道按需供特殊车辆行驶。如超过百公里的海底隧道、穿山隧道、地下通道等，发挥大数据云计算自动控制功能，建设超音速管道式高速通道。

4 结语

探寻高速公路未来发展方向，畅想实现高速公路五大目标，也许未来会证明其中某些畅想不过是不切实际的空想，唯愿它能激发更多的同行和朋友一起参与对未来高速公路发展的思考。五大目标方向包括：a）自动驾驶，循环利用能源，汽车全部使用清洁能源。建设自动驾驶长寿命高速公路，路面保持恒温；b）客货车运行分离，既有高速公路主要供货车行驶，新建智能化客车（小汽车）快速通道；c）实现全封闭碳中和公路，不受自然气候影响、零排放碳中和高速公路；d）建设轨道式长寿命汽车专用高速公路；e）建设管道式超音速高速通道等智慧高速，实现高速公路功能化、专业化、系统化、智能化。