基于高速公路运营需求的设计理念

（河北交通投资集团公司，河北 石家庄 050000）

自改革开放以来，我国高速公路建设迅猛发展，公路人积累了丰富的高速公路建设、管理及运营经验，但也存在设计思路与高速公路运营需求脱节的情况。如何将公众需求、运营需求融入高速公路的设计中，成为公路从业人员面临的新课题。

本文从运营需求的视角出发，分析了我国高速公路项目在设计行车时速选用、路面结构优化布置、建筑垃圾循环利用、低路基与排水设施设计、交安设施潜力发掘、开放式服务区建设等方面存在的问题，并提出了合理化建议，力求实现高速公路建设与运营的有机融合。

一、分段选用设计速度，分段设置车道数量

（一）现状

《公路工程技术标准》中明确规定：设计速度的选用应根据公路功能与技术等级，结合地形、工程经济、预期运行速度和沿线土地利用性质等因素综合论证确定。目前，同一条高速公路分段选用设计速度的案例有很多，如京张高速山区段限速80km/h、平原区段限速120km/h，但对同一地形地貌特征的路段进一步细化选用设计速度的案例尚且不多，目前河北省已在延崇高速河北段进行了相关实践，在山区段分段选用了80km/h和100km/h的设计速度。

（二）改进建议

1.按车型、车道选用设计速度。根据设计理论，设计速度主要根据沿线地形条件和交通量预测结果确定。事实上，车型构成对高速公路不同区段的通行特征影响较为明显，因此可“因车施策”，选用不同设计速度，实行客货车分车道行驶，提升高速公路的通行能力。

2.按交通量分段设置车道数量。由于高速公路沿线不同区域的经济发展水平参差不齐，导致不同路段的过境交通量具有明显差异。如果高速公路按照同一标准设置车道数量，经济发达区域的路段将会出现“卡脖子”现象。因此，在公路项目设计阶段，必须认真调研各区段的交通量及车型构成，科学、合理地计算公路车道通行能力，分区段设置车道数量。

二、合理优化空间结构，提升道路运营效率

在设计阶段对高速公路空间结构进行合理优化，是提升运营期交通组织便利性、空间结构利用率、延长道路使用年限的重要手段。结合近几年的高速公路运营实践，笔者主要就路面横向结构非差异化布置、路面结构横向空间长期单点使用以及单车道匝道维修等进行分析论证。

（一）现状

紧急停车带仅供车辆在紧急情况下使用，其余时间则处于闲置状态；高速公路左侧路缘带长期处于闲置状态，无法充分发挥应用价值，造成了极大的资源浪费。互通匝道的宽度设计，目前仅考虑了预测交通量和匝道长度，忽略了养护维修期间的保畅需求，当单匝道路面或交安设施出现病害时，由于横断面过窄，匝道交通组织极其困难，只能采取中断交通的方式进行维修。

（二）改进建议

1.合理优化紧急停车带、路缘带的结构和功能。设计阶段采用路面横向差异性结构设计，减薄硬路肩、左侧路缘带路面结构厚度，实现降低建设成本的目的。对于已建成的高速公路，在保证各部分尺寸均满足规范要求的前提下，在路面养护特定周期内适当左右移动路面标线位置，转移路面结构受力位置，既延长路面使用寿命，又能最大程度发挥紧急停车带和路缘带的使用功能。

2.增加单车道互通匝道宽度。结合路面养护期间的保畅需求及合理的交通量预测，在条件合适时重点考虑加宽硬路肩或选取双车道匝道断面型式。虽然增加断面宽度会提高一次性投入，但考虑到高速公路运营期中断交通造成的损失，该方案值得借鉴。

三、建筑垃圾重复利用，推动公路绿色发展

（一）现状

有资料显示，我国每年产生的建筑垃圾约20亿吨。近年来，国家在废旧材料利用方面，给予了诸多政策支持，如生产原材料中搀兑比例不低于30%的特定建材产品免征增值税，再生节能建筑材料企业扩大产能实行贷款贴息政策等，这些政策对于降低材料生产成本以及工程造价意义重大。

2017年11月，交通运输部印发《关于全面深入推进绿色交通发展的意见》，明确到2020年，交通运输废旧材料循环利用率和利用水平稳步提升；2019年7月，河北省住建厅、省发改委、省工信厅、省自然资源厅、省生态环境厅联合印发《关于加强建筑垃圾管理和资源化利用工作的指导意见》，提出河北省建筑垃圾资源化利用目标，到2020年，全省城市建筑垃圾资源化利用率达到20%以上；到2025年，达到50%以上。高速公路建设30年来，河北省在废旧轮胎、尾矿等废旧材料利用方面成就显著，但对建筑垃圾的利用还缺乏深入研究。

（二）改进建议

当前，制约建筑垃圾资源化利用的主要因素有：建筑垃圾的分类和集中回收存放还没有实现规模化；缺少建筑垃圾用于公路行业的相关规范。因此，要实现建筑垃圾大规模用于高速公路建设，各级人民政府应加快制定建筑垃圾分类及收集存放相关政策，公路行业技术人员应积极开展建筑垃圾的应用研究，尽快出台建筑垃圾应用规范。同时，在高速公路建设前期调查研究阶段，设计人员应扩大对公路沿线建筑材料的调查范围，将建筑垃圾纳入可应用材料行列，并在设计文件中明确提出使用要求。

四、加强路基方案研究，完善路面排水设计

（一）现状

众所周知，高速公路建设会占用大量的土地资源，但我国是人口大国，人均耕地面积仅为世界平均水平的三分之一，建设用地供给形势非常严峻。因此，合理规划、利用建设用地成为摆在公路人面前的重要课题。

平原区高速公路建设一般采用降低路基高度的方法，减少对土地资源的占用。但随着社会经济的快速发展，高速公路高程控制点越发密集，传统的低路基法已不再适用，因此必须寻求更加合理的设计理念和方法。

当前，高速公路路基高度主要受与之交叉的横向公路和铁路控制，这种交叉设计一般采用“下穿”和“上跨”两种形式，带来最直接的问题是下穿通道易出现积水，上跨段路基高、占地多。针对下穿通道排水问题，设计阶段大多采用截、排、蓄水相结合的措施，但设计阶段很难做到一通道一设计，因此部分蒸发池由于有效储水量的限制不能发挥临时蓄水作用，给运营养护工作造成了极大的困扰。目前对于高速公路与地方路“下穿”或“上跨”设计方案的论证较少，低路基还没有真正“低”下来，低下来的排水设计又存在很多弊端。

（二）改进建议

1.结合排水设计充分论证高速公路与地方路“下穿”或“上跨”设计方案，最大化实现低路基，减少工程占地和投资。

2.在排水方案的选择上，除常用的截、排、蓄措施外，应增加排水泵站的适宜性研究论证；考虑双孔通道设计方案，一孔通行、一孔蓄水；对纵坡与超高叠加、汇水集中路段的路面排水，应根据水文计算结果适当增加泄水槽断面尺寸和密度，避免出现溢水引发泄水槽外路基水毁病害。

3.根据河北省有关政策，高速公路建成后，两侧至少要各设50米的绿化带。建设单位应在高速公路设计阶段与地方政府紧密沟通协调，争取绿化带与高速公路同步建设。如此一来，可以将绿化带作为取土用地，解决部分土源问题以及排水去向问题。

4.对于部分不能实现低路基的路段，进行增加挡土墙路基的方案论证，通过采用粉煤灰等轻质填料修筑路基结合挡土墙建设，有效减少路基占地宽度。

五、发掘交安设施潜力，提升安全服务水平

（一）现状

近年来，随着公众对出行服务需求的不断提升，高速公路在交安设施、监控设施等方面存在的问题日益突出。如固定高度波形梁护栏制约了路面维修方案的制定，固定限速标志制约了恶劣天气主动管控措施的实施，监控设施利用率不高制约了高速公路智能化发展等。

（二）改进建议

1.变固定高度护栏为高度可调节护栏。固定高度护栏制约了路面维修方案的制订，有时为了保证路面维修质量不得不重新更换护栏，造成极大浪费；有时为了保证护栏高度，必须对原有路面采取铣刨重铺方案，既对路面整体强度产生不利影响，又造成了环境污染。因此，建议在设计阶段设置高度可调节护栏，为护栏板提升高度预留孔位，变“事后弥补”为“主动控制”。

2.变固定限速标志为可变限速标志。雾天、雪天等恶劣天气条件下，路面湿滑且能见度较低，极易导致连环追尾、群死群伤的恶性事故。公安交通管理部门往往采用简单的封道断交措施来应对恶劣天气，虽然起到了遏制交通事故的作用，但也极大地影响了社会公众的出行体验，降低了高速公路的服务品质。因此，建议设计阶段把固定限速标志改为可变限速标志、增设智能安全行车诱导系统（如埋置式自发光路标），在恶劣天气条件下，可根据路面通行条件及时调整限速标准、诱导和预警车辆安全行驶；在各互通出入口设置拦车器，再辅以公安交通管理部门的执法管控，使高速公路实现恶劣天气安全有序通行。

3.实现监控设施智能化。当前，高速公路基本已实现全程监控，但监控设施处于“监而不控”的尴尬境地，监控系统的价值并未完全发挥。针对目前路政、交警普遍采用的巡查方式，建议开展监控设施代替路面巡查的相关研究，力争实现对交通违章、交通事故、路面病害、沿线设施缺损乃至路基桥涵表面病害的精准识别与定位并实时报警，节约大量人力物力。同时，通过后台自动处理系统，结合可变信息标志，力争实现交通事故和拥堵自动预警，自动通知救援等智能化服务功能。

4.慎用镀塑产品。从多条高速公路镀塑产品的使用情况看，很多镀塑防眩网、防落网、隔离栅等都出现不同程度的病害，河北省邢临高速、沿海高速的镀塑护栏板，保阜高速、张石高速的镀塑防眩网都出现了严重的开裂锈蚀现象。而同期甚至更早使用的普通镀锌护栏等产品都表现出了良好的防腐性能。基于此，在进行高速公路交安设施设计时，应尽量慎用或减少使用镀塑产品。

六、打造开放式服务区，丰富服务区经营业态

（一）现状

随着高速公路里程的持续增加和路网的不断完善，在国家物流降费政策的影响下，高速公路的总体收费标准将呈现下降趋势。从全国高速公路运营企业收入占比情况来看，仅通过高速公路收费来维持高速公路运营企业高质量运行已不可能，多元化发展成为高速公路运营企业的必由之路。

在通车总里程超7000公里的河北高速上，最具开发潜力的无疑是遍布于高速公路沿线的服务区。目前，河北省服务区基本属于全封闭式运营，其服务对象只是通行高速公路的司乘人员，且服务形式和服务内容单一，仅能满足公众就餐、如厕、车辆加油等基本需求，严重浪费了服务区的优势资源。

（二）改进建议

1.加快开放式服务区建设。当前，国内大部分服务区仍属于封闭式运营，而且在过去传统的收费模式下，难以实现服务区与地方道路、商圈、景点的开放联通。新的收费模式下，采用按车型和行驶里程精确收费，使在服务区增设进出口成为可能。全国首个设置ETC出口的服务区——太行山高速沙河服务区的成功建设，也证明了服务区增设进出口的可行性。因此，服务区运营管理单位应以此为契机，加快开放式服务区建设，打破传统服务区的封闭运行模式，在不断提升服务区服务水平的同时，通过拓展服务功能和与区域经济社会的融合，促进服务区与周边地区经济社会发展的耦合效应。

2.拓展服务功能，把服务区变为旅游“目的地”。当前，国内绝大部分服务区仅具备餐饮、如厕、车辆加油等基本功能，服务区的潜力并未被充分挖掘。根据江苏交通控股有限公司的服务区运营经验，通过拓展服务区的服务功能，着力将服务区从“途经地”变为旅游“目的地”，能够在一定程度上增加服务区的经营收入。

针对河北省服务区存在的短板和缺陷，建议在设计阶段从以下几方面做好服务区的功能设计：一是扩大商品经营范围，建设商超特别是跨境电商，满足司乘人员的刚性需求以及高端购物需求；二是增加物流服务功能，实现物流仓储及运输节点、区域集散、货车甩挂、城市配送等物流服务，形成高效的高速公路干线货物转运体系；三是完善休闲娱乐等旅游功能，使服务区成为高速公路上的“补给站”和休闲娱乐的消费地；四是升级餐饮服务功能，引进知名品牌，丰富餐饮业态；五是建设文化窗口，通过多种形式宣传地方特色文化，实现地方文化上高速。

需要注意的是，上述功能设计应根据高速公路交通量大小、服务区区位优势、区域经济特性、地方文化特色、高速公路通行群体特点等“量体裁衣”，以独具特色、保证经营效益为目标，切勿贪大求全。

七、开发模块式伸缩缝，强化护栏防腐设计

（一）现状

目前常用的模数式伸缩缝和梳齿板式伸缩缝，都是利用钢筋混凝土实现与桥梁的固定。多年来，高速公路桥梁伸缩缝维修难、开通慢一直是困扰高速公路养护人员的难题。一旦桥梁伸缩缝出现损坏，维修或更换都要求养护时间达到7天以上，且满足设计强度后才能开放交通。

河北高速主要采用桥梁混凝土护栏和中央分隔带混凝土护栏，这两种护栏都是普通的钢筋混凝土结构。因降雪撒布融雪剂，经常造成混凝土护栏大面积腐蚀，一般4～5年就需要进行一次防腐处治，不仅花费大量养护费用，还严重影响高速公路的安全畅通。

（二）改进建议

1.开发模块式伸缩缝。现行常用伸缩缝在维修时只能通过开凿混凝土、植筋焊接等方式，施工周期长，对交通影响大，对原有桥梁混凝土也有损伤。因此，建议有关部门研发一款无需钢筋混凝土锚固的模块式伸缩缝，从而实现伸缩缝的快速维修。

2.加强混凝土护栏的防腐设计。从目前我国混凝土配合比设计技术来讲，对混凝土进行防腐设计已不是什么难题。因此，建议设计单位选用具有防腐功能的高性能混凝土，在建设阶段就解决混凝土的防腐问题，从而降低运营费用，减少养护施工带来的安全隐患。

八、结语

设计规范是无数从事公路事业的前辈们根据大量建设和运营经验总结而来的，在保证安全运营的前提下，根据高速公路运营需求适当开展突破性研究十分必要，只有这样，设计规范才能逐步发展和完善。因此，高速公路技术人员应充分结合运营需求与用户需要，在既有设计理念的基础上最大限度的融合运营理念，大胆创新、大胆试验研究，逐步实现高速公路建设与运营需求的有机融合，更好地为社会服务。