推动双探目标在高速公路行业的落地

我国高速公路经过30年的快速发展，形成了以监控、收费、通信三大系统为核心的机电工程，保障了路网的精准收费、安全运行、科学管理。监控系统主要由路段监控分中心系统、基层监控单元系统及监控外场设施构成，满足高速公路监控分中心对主线、隧道、服务区等场所的监视与管理等功能；收费系统主要包括路段收费分中心系统、ETC门架系统、收费计算机管理系统和收费系统软件等构成，满足高速公路联网收费和治超管理等功能；通信系统主要由传输网系统、业务网系统、通信光缆、通信管道等构成，保障高速公路监控、收费等业务的传输需求。

近几年，国家战略支持智慧高速的发展，先后颁布了《数字交通发展规划纲要》、《交通运输领域新型基础设施建设行动方案（2021-2025年）》、《数字交通“十四五”发展规划》等文件，指导智慧高速建设。在相关政策的指引下，高速公路行业的数字化、智能化水平不断提高，传统机电逐渐向智慧高速演变，科技赋能高速公路高质量发展。然而，在绿色高速公路的建设过程中，主要关注点仍然是土建工程，如路线、路基、桥梁、隧道等，对智慧高速在解决绿色出行方面问题的作用重视不够，双碳背景下智慧高速建设方案尚未成体系。

随着我国“碳达峰、碳中和”目标的提出，深度研究绿色智慧高速公路建设方案，打造一批可复制、可推广、有特色的绿色智慧高速样板工程，是解决当下问题、实现交通强国和“双碳”战略目标的重要手段。

一、绿色高速公路机电设计现状

行业标准和相关规范不完善

目前，国家层面尚未颁布针对绿色高速建设的行业标准和规范，各高速公路主要是根据设计人员对绿色机电的理解建设。地方层面上，仅江西省颁布了《绿色公路建设指南—高速公路 第1册 勘查设计指南》，提出高速公路应从降低路网感知设施的安装和运维成本、开展4G/5G及北斗技术在公路信息传输中应用、开展移动支付收费技术应用等方面建设绿色机电设施。标准规范的缺失导致了绿色机电的建设模式各有不同，不利于绿色技术的推广和普及。

缺乏对整体解决方案的研究

虽然国内学者针对不同地区绿色公路、绿色服务区的建设方案进行探索与研究，可以在一定程度上提供参考和借鉴，但是尚缺乏对绿色高速机电专业的深入、系统的研究，未提出一套具有普遍适应性的整体解决方案。在绿色高速方面，内蒙古京乌高速开展了生态优先、绿色品质提升、打造亮丽风景线等方面的实践；在绿色服务区方面，京雄高速开展了光伏运用、全域海绵、智慧服务区等方面的实践。

专业人才队伍建设尚处于起步阶段

现阶段，国内诸多绿色高速在机电板块无系统的解决方案，已建成设施不能妥善的养护，路段的投入与产出不成正比，主要原因之一在于人才队伍建设不足：一方面，绿色高速公路机电系统解决方案涉及交通、房建、机电、通信、智能化等多学科领域，不仅需要各专业均具备深厚的底蕴，还需要设计人员具备结合路段特点提炼创新的能力；另一方面，机电设施种类繁多，系统功能各异，且大部分设置在室外，需要专业运维养护人员，保障已建成的绿色机电设施健康运行，持续创造价值。

机电能耗未引起重视

随着智慧高速的不断发展，机电相关设施的种类及数量快速增长，已经成为高速公路运营期的主要耗能设施，占据着较大的运营成本。然而，机电工程在建设阶段占投资比例相对较小，行业对于这一耗能大户尚未引起足够的重视，在建设阶段缺乏顶层规划。

二、双碳绿色智慧高速的内涵与要求

绿色智慧高速是绿色公路的重要组成部分，是指按照系统论和周期成本的思想，统筹规划、设计、建设、运营全生命周期，以最少的资源占用、最小的能源消耗、最轻的环境影响，获得最优的工程质量和最佳的服务体验。

资源节约

坚持节约资源就是对环境的最好保护原则，统筹规划沿线机电设施和管理用房，合并业务功能相近的监控大厅和机房，结合交通流的特点，通过潮汐车道等的设计，实现资源整合与共享，降低建设成本，减少用地规模。

节能减排

结合高速公路的业务特点，优先采用绿色环保的新工艺、新技术、新产品、新材料，如积极推广ETC、新能源汽车充电桩、节能的机电设备等，促进能源节约、降低能源消耗，减少污染物的排放，逐步实现机电系统的低碳、零碳运营的目标。

智慧先进

结合路网特征利用大数据、物联网、人工智能、车路协同等先进技术推进智慧高速建设，实现建设、管理、养护、运营、服务全过程的智能化，建设更加安全、绿色、高效、舒适的高速公路，更好地满足人民群众美好出行需求。

环境友好

加强高速公路沿线自然保护区、风景名胜区、水源保护地等环境敏感区的监控与主动提示，在该路段适当加密设置监控摄像机，并通过AI算法主动发现异常事件及时处置；设置可变信息标志，提醒司乘人员谨慎驾驶、注意环境保护。

三、设计实践

平益高速是湘赣边省际大通道，湖南“七纵七横”第三横的东段，起于平江石牛寨镇，途经汨罗、湘阴，止于益阳赫山区笔架山互通。作为湖南省第一条智慧高速，项目按照141的结构，构建了1个基于大数据的数字监控中心，打造综合运营管理平台、融合车路协同的主动交通管控系统、主题智慧服务区、机电智能养护等4大板块智慧应用，建设1个50GE等级的高带宽、低延时通信网络；同时，也将双碳绿色理念贯穿整个智慧高速的设计，从资源节约、节能减排、智慧先进、环境友好等方面，打造了“智能、安全、高效、绿色”的高速公路新样本。

1、统筹规划，促进资源节约

实现全路段业务集中监控管理

平益高速初步设计规划了1个监控分中心、1个集中监控点、1个隧管所、4个收费集中监控点，施工图结合运营单位对本项目的管理、养护的需求，统筹规划沿线机电设施和管理用房，实现了资源整合和共享。方案为：在汨罗设置路段监控、通信、收费分中心，分中心设置主线监控、隧道监控和收费监控坐席替代原有物理管理设施，对全线监控、收费进行集中管理。取消平伍段集中监控点和桥隧所；取消各收费站的集中监控点。

图1：平益高速路网运行监测指挥中心

加强多杆合一技术的应用

多杆合一已经在城市道路中广泛应用，通过将多种需要立杆安装的设备集成在同1个杆件上，合用立杆和设备基础等设施，不仅节约了材料和占地，还可以让使用区域更加简洁美观。平益高速的4对服务区均设置了集约灯杆，集成视频监控、信息发布、广播、WIFI网络、照明等设施，在给司乘人员提供伴随式服务的同时，融合双碳绿色理念。

采用模块化数据机房

模块化机房是将整个机房按照模块化的方式进行建设，机房内集成了机柜、UPS、空调、动环系统等设施，通过模块化部件、标准化接口、工厂预组装等措施，实现快速部署、柔性扩容、降低能耗、维护便捷等目标。平益高速设置28组标准模块化机柜，同时还集成了2套配电柜、4套精密空调柜，在满足当前使用需求的同时，还为未来智慧高速业务的扩容预留了空间，避免重复建设。

推广潮汐车道的应用
2019年撤站项目后ETC车辆比例大幅提升，出现了城市和景区周边的收费站ETC车道拥堵频发等问题，并在早晚高峰时段呈现出“一边拥堵、一边车少”的潮汐现象。平益高速的龙门收费站靠近石牛寨景区，该收费站设计一对潮汐车道，在收费站中间岛的出口车道增设入口雾灯、ETC天线、费显等设施，当入口拥堵时，通过移动护栏将该出口车道调整为入口，实现潮汐功能。在不增加收费广场土建规模的前提下，提高收费站的通行效率。

2、多措并举，推动节能减排

加强ETC技术的推广使用

ETC车道可实现不停车收费，车辆通过收费站的时间一般不超过3s，较MTC车道通行速度大幅提升，可显著提高收费站通行效率，避免收费广场拥堵；ETC车辆通常适当减速即可通过收费站，尾气排放量处于中低水平，有利于减少空气污染，符合绿色环保的出行理念。平益高速的设计适当提高了收费站ETC车道的比例，通过自动收费的方式提高通行效率和服务水平。

采用节能的方案和产品

结合机电设备的位置和用电负荷，采用直接供电和远程供电相结合的方案。平益高速服务区、收费站附近2km以内机电设备均从就近的变电所直接供电，其它机电设备采用远程交流供电方式。机电设备选型优先选择经济、高效的节能型产品，降低运营期的能耗。如主线采用节能型可变信息标志，隧道选用节能型LED灯具，供配电系统采用节能型变压器。

服务区覆盖新能源充电桩

服务区设置新能源车充电专用车位，并设置醒目的标识避免被燃油车占用，采用直流快充充电桩，可有效缓解高速充电难的问题，解决新能源车主后顾之忧，刺激新能源市场消费，进而促进绿色出行的发展。充电车位设置雨棚保护充电设施，支持微信、支付宝等多种支付方式。
开发利用可再生能源

平益高速将长寿服务区小客车停车区的雨棚和太阳能板结合, 打造微电网，用于服务区新能源车充电及日常用电，试点“碳达峰、碳中和”型绿色服务区。将主线部分用电负荷较小的设备采用太阳能供电，如出口诱导灯、雾区诱导灯等。

3、科技赋能，实现智慧先进

智慧建设

平益高速建设期通过采用综合管理平台、一会三卡信息化管理系统、三维激光路面摊铺及智能压实、智慧梁场、隧道施工智能管控系统等智能化手段，实现了对项目投资的精细化管控，工程质量的严格监管，施工安全的精准掌控，工程进度的实时反馈，形成了“创新引领、优质高效、绿色安全、智慧示范”的平益模式。

智慧管理

传统机电三大系统重外场设施、轻系统平台，各个子系统呈烟囱式堆砌，外场设备重复建设，也未形成数据规范统一的管理平台。平益高速按照“一底座基础联通、一张图运行监控、一张网协同联动”的理念，建设智慧高速综合运营管理平台，打通业务数据壁垒，将运行监控、应急指挥、隧道与服务区管理等业务系统集成到统一的管理平台，实现业务高效联动，全面赋能运营管理。

图2：平益智慧高速综合运营管理平台

智慧运营

平益高速连接武深、京港澳、许广3条南北向的交通大动脉，该路段交通流量大、转换频率高、安全运营需求大，在总结国内外主动交通管控的方案基础上，建设融合车路协同的主动交通管控系统（包含9公里车路协同段），以精细感知数据融入交通管控策略的研判，提升主动交通管控系统的效能。该系统面向恶劣天气、交通拥堵、交通事故、车辆管控、施工占道、隧道事件、路面异常、服务区事件等8类高速公路运行管理业务场景，定制交通流量动态调控、事故风险实时预测、重要路段安全防控、重点车辆跟踪监测、恶劣天气安全保畅、出行信息精准服务、车路协同功能融合等7大功能，智能生成上百种管控策略，实现“全息感知、科学研判、主动管控、精准服务”的智慧高速运行管理模式。

图3：平益智慧高速主动交通管控典型场景

智慧服务

智慧服务区在满足传统信息化系统功能的基础上，对公众服务、运营管理、行业监管进行智慧化提升。

（1）“全”服务：服务区微信小程序提供线上实时信息发布、预约点餐、在线支付等功能。智慧安全系统实现对两客一危车辆的全程监控和引导，保障停车安全。智慧消防通过快速发现火灾事件和主动推送将报警信息，促进消防报警快速响应；加油站AI系统检测到抽烟、接打电话等行为时，主动播放劝阻提示。智慧公厕单厕位配置抽风口，异味探测器自动联动排风机，时刻保持公厕空气清新。

（2）“控”管理：开发服务区管理平台, 实现监测分析、事件报警、信息发布等功能，助力“一张图”管理。（3）“促”监管：满意度评价系统畅通意见反馈渠道，数据上云系统实现与监管部门的数据互联互通，助力公众监督、行业监管提质增效。

图4：平益智慧服务区整体效果图

智慧养护

搭建平益高速设备运行监测平台，建立高速公路机电设备台账，实时监控设备，及时发出故障预警，支持在线巡检、维修上报、故障恢复复核、检修过程评估等功能，实现对机电设备全生命周期精细化管理、智慧化运维。研发隧道电力和网络故障监测系统，实时监测设备供电、通信状态，并精准定位故障设备，促进隧道机电设备故障及时发现、快速维修，保障隧道路段的通行效率和运营安全。

4、加强保护，注重环境友好

平益高速两跨湘江，湘江是湖南省的最大河流，也是沿线城市主要的饮用水水源保护地。该路段机电系统采用了以下措施：（1）采用1Km间距加密设置摄像机加强监控，对该路段所有图像进行AI视频事件分析，及时发现路面异常状况进而执行主动管控措施。（2）利用该路段范围内可变信息标志加强对驾乘人员提示，注意保护环境。（3）设置气象监测设施，加强环境检测，必要时提醒环保部门采取联动措施。

四、结语

发展绿色交通，推动新技术与交通行业的深度融合，服务“双碳”目标，是我国十四五期间的重要任务；建设智慧高速，提升路网通行效率和服务水平，满足人民群众对美好交通出行的需求，是建设交通强国的重要保障。在上述背景下，文章分析了绿色高速公路机电的设计现状，提出了双碳绿色智慧高速的建设内涵与要求，总结了平益高速在绿色智慧高速方面的实践，分享了一种全生命周期绿色理念下智慧高速建设思路，可为其他绿色智慧高速发展提供经验和参考，推动双碳目标在高速公路行业的落地。