智慧快速路是承载交通和数据的智慧综合体

智慧快速路，是安全之路、品质之途、惠民之道以及文化之旅。快速路和高速公路的建设目标一致，即安全、高效、品质，设计工作围绕这三方面展开。两者较大的不同是，快速路对景观要求更高，且全线设置照明，利于搭载智能化设备。智慧快速路依托大数据、云技术、5G通信、物联网、人工智能等新技术，为管理、出行各方实现智慧感知、智能传输、智慧管理和智慧服务。

在第四届（2021）智慧高速产业发展论坛上，上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司智能交通基础设施所所长沈宙彪发表了“智慧快速路工程设计实践与思考”的主题演讲。 

以下为沈宙彪的演讲实录（赛文交通网整理，有删减）： 

我单位与高速公路结缘较早，1988年国内第一条通车的高速公路——沪嘉高速就是我院参与设计的。截至目前，我们在智慧高速行业做了很多工作。

除参与上海的G50、G15等智慧高速，近三年较多的精力放在了智慧快速路，工程项目所在地在绍兴，从2018年4月至今，已陆续中标并参与设计当地的快速路新建工程7项。在这里分享下相关经验。

快速路和高速公路最大的不同，是快速路的景观要求更高，同时全线设置照明，设置照明后更有条件全线把智能设备进行合理的挂载与合杆。此外，快速路还有一个特点，由于它涉及地面辅道以及相关的信号控制，因此对智能网联汽车、车路协同设计的难度会更大。

先回答一个问题，什么是智慧快速路？客观来说，现在谈智慧还为时尚早，可以认为是业主、媒体以及公众对新技术和新事物的期盼和向往吧。我们做的可以称之为快速路升级版，这个概念相对比较合理。

快速路和高速公路的建设目标一致，即安全、高效、品质，我们相关设计工作也是围绕这三方面去开展的。

首先，在2018年设计时就提到了全要素、全覆盖的感知，包括交通流、基础设施状态的感知和监测。其次，考虑交通控制及诱导、高精度定位以实现高架、地面的差异化导航，确保高效通行目标的实现。第三，联动，设计之初就考虑了车道级引导，分车道设置车道指示灯，开展二次事故预警的设计与研究，着重为快速路的安全出行保驾护航。第四，是预警，包括分车道事件检测及对二次事故预警的具体设计。

今天将按从实体到虚拟的脉络汇报，将我们在智慧快速路所做的工作从主体工程、软硬件到保障措施等，逐一进行介绍。 

一、主体工程

简单来看，一般高速公路、快速路主体工程建安费占比基本在80%以上，我们在绍兴做了一条18公里的快速路，投资额约80亿，折合下来是4.4亿/公里，这样一个投资额，主体工程投资非常巨大，一旦出现交通事故，影响会非常大。在这样的情况下，除了事故、事件对主体工程的影响，自然因素也是一方面，就是主体工程在自然服役期间也会有结构和性能上的衰退。综合几点来看，能否通过一些智能化的技术来保证主体工程服役寿命延长，是我们重点思考的问题。

在具体设计过程中，我们把以往积累下来的经验，在智慧快速路设计过程中进行了一些重点应用。具体来看，一个是结构监测，一个是健康评估，还包括业务派单、决策管理等相关内容，我们把这些业务流程和成果用在打造“面向快速路网的基础设施监测系统”。

举例来说，当时我们面临的问题是，当地有不少公路要改造快速路，还有一些老桥、旧桥需要拼宽，针对这样一个存量的道路现状，我们提了几个原则：一是建设年份较早的，二是检测报告情况比较差的，三是历史上被船舶撞过的，四是有拼宽改造记录的。我们在工程限额情况下，优先对这些老桥旧桥进行结构监测的设计。

近年来一直在推广装配式施工，当地建了预制拼装生产基地，快速路工程的大部分梁体都是装配式小箱梁。在这样的技术发展趋势下，我们提出按一定的布设原则选择典型桥梁断面，对伸缩缝、梁底或者支座等，用传感器去监测横向和纵向的位移、检测其动挠度等。通过这样的手段，有选择性地监测，来节省投资。

绍兴当地水系比较发达，有若干个四级和五级高通航等级的航道。对于需在高航道设跨的桥梁，我们重点考虑主动防撞预警，和当地港行部门去做了对接，也得到了他们的认可。后来发现，去年8月交通部也发布了公路桥梁防撞的相关规范，思路不谋而合，变被动为主动，防患于未然，肯定优于事后补救。

这里想提一个思维——“典型结构代表性布设”（抽样思维），一般工程投资是有限的，在有限的情况下，通过相关传感器合理的判别和布设，选择各典型结构的代表性监测断面，布设相关设备，在全范围监测的同时又考虑了经济性。 

二、附属设施

接下来谈谈附属设施，这也是新基建背景下的一个话题。早在2018年的进博会之前，我单位已在上海开展合杆设计，至今已完成超过160公里道路合杆整治的设计工作。我们把相关一些思维放入到了智慧快速路的设计中。

上海的合杆大部分在地面道路做综合杆，以平交路口为主，而当时绍兴合杆设计时比较难，大部分是高架道路下地面辅道的合杆，难度较大。概况来说，我们做快速路合杆设计，高架部分原则上只搭载小型的监控设备以及小型的交安牌，主要挂智慧交通或者车路协同的设备设施，地面综合杆我们考虑像上海或者其他城市的一些模式，考虑把交安、监控设备都搭载上去。大概是这样一个原则。

路口合杆主要与信号灯、电子警察相关，原则上，杆件位置按照监控专业的要求布设。路段合杆，原则上交安和监控是以电气专业的综合杆位置为准，以此进行合杆设计。

这里用到模块化思维，为了便于施工管理的便捷，高架部分我们梳理了基础背包类型，原则上都采用同一种。地面综合杆分轻型杆和重型杆，轻型杆是指除去搭设大型交通牌或诱导牌之外的综合杆，我们归为轻型杆，大的综合杆是重型杆，搭交安牌。这样算下来，高架分了一种基础，大概9类挂载设备的方案，地面是两类基础，35种挂设交安牌和智能设备的方案。

现在大部分快速路已经在施工阶段，并进入中后期，基础的简化便于施工单位的施工操作，加快与主体工程的同步预埋。我们把综合杆，尤其地面综合杆，把主杆、副杆以及横臂，提出一个组合型的方案，便于后续实施安装、调试，包括后续备品备件的管理，通过这样的思路来实现工程的有序推进。

这张图是快速路合杆的整体效果，综合杆设计对景观的提升作用是非常大的。

除了杆件之外，我们对全线预埋、相关线缆敷设做了比较多的考虑。例如，原则上尽可能和桥梁结构设计单位做更多统筹工作，由于防撞墙才1米左右，我们结合防撞墙里钢筋的位置，尽可能把75公分或80公分以上的管进行埋设，考虑到未来5G等相关通信资源预留，我们也留了一些格栅管，嵌在防撞墙空余的地方，保证结构健康监测、智能交通、车路协同以及5G的通信资源预留。 

三、外场设备

我们对电气、监控等设备进行了专业统筹，在快速路上尽量减少视觉的干扰。

由于是智慧快速路，智能交通和车路协同的联合设计最为关键。智能交通是相对比较成熟和常规的，包括电警、卡口，信号、匝道控制，以及信息采集和发布。车路协同，我们在项目中与互联网公司联合深化车路协同相关方案，同时做了很多轮的汇报和比选。

在2019年初，我们提出以高清视频摄像机与毫米波雷达的组合方式，作为全线交通流的基础采集手段。

为了实现“高效”这一建设目标，我们借鉴隧道工程车道指示灯的分车道引导思路，在高架快速路用于相关信息的发布和提示。

地面道路方面，我们与交警部门及信控系统运维单位同样作了深入对接，确保后续工程建设实施后，高架上的一些数据能够和地面信号机进行信号联动。 

这是上匝道的示意图，这里有个设计细节。高架如在分合流点的设置信控，停止线需同步施划，但实际上未施划。通过数据分析，当地新建快速路，至少是实施五年之内，交通饱和量不会达到0.7以上，因此预计近几年不会做上匝道的控制。我们根据规范上潜在设置合流点停止线的要求，对范围前后的连续路灯都做了结构加固，包括卡槽、接线盒的预留，便于未来交警或道路建设方的安装实施。

下匝道方面，为了确保“上得去、下得来”，我们在下匝道地面上游，即左侧杆上，我们特意装了视频车辆检测器，来检测拍摄排队长度，这个数据会和地面衔接交叉口的信号机进行联动。地面上匝道也是如此，在上匝道地面起坡点上游装视频车检器，也是让上下游联动，做好进一步的数据采集。

同时，我们引入BIM技术，综合杆设计之后，对智能设备挂载、照明设计、交安牌、门架等等，在整个平面图上通过可视化技术，进行点位冲突情况的排查。

当然除了高架之外，地面路口也是重点设计对象。

通信方面，我们主要采用GPON无源光网络的技术，快速路通信系统由核心交换机、OLT、ONU以及相关的通信辅材组成。我们采用两级分光，第二级分光器我们跟ONU一起设置在杆件上的抱杆箱内，由抱杆箱内ONU出线至杆上或者就近的设备。

这里我们对智能交通的设备和智能网联的设施作了抱杆箱线缆连接图示，简单来说，相关设备设施的连接做了相对组合性方案。设备先汇集到ONU，ONU再汇集到路段的OLT，然后上传上去，通过光交箱上传到监控中心。我们把每个ONU要上传到监控中心数据的码流，以及每一个MEC，即边缘计算要接入设备的码流，做了最大情况的一个计算和校验。 

四、集成平台

刚才讲了外场的一些内容，软件平台是智慧快速路实现智慧最关键的一步，也是智慧与否的核心所在。早在2018年,我们就做了快速路的规划。快速路施工启动之后，我们规划了监控中心，也规划了中心平台。对于中心，我们期望近期以交通监控管理为主，中后期向路网监测和城市运行方面发展。

集成平台方面，智慧快速路包含“1中心、1集成平台和7版块”。7版块包括交通管控、运行监测、应急指挥、信息服务、设施运维、BIM管理、自动驾驶。集成平台包括5个子平台，分别是综合监测及信息服务平台、智能网联汽车云控平台、基础设施监测运维管理平台、BIM全寿命周期管理平台、智慧照明及节能控制平台。

这里是我们当时提的一个集成平台，当时考虑到自动驾驶管理职能相对不太明确，从应用层看自动驾驶相对独立。其他内容，无论是基础设施，还是智能交通，我们把相关职能整合在一起，由快速路的运维单位作为主体去管理。平台的支撑底层IaaS层，以及相关的一些数据层，我们提出了数据共用和资源共享的相关原则。 

五、运维养护

全寿命周期的运维理念是指，秉持全寿命周期的工程思维，遵循城市发展规律及市民出行需求，在工程设计阶段，预见未来快速路网的运维需求，推进建设高品质的城市管理环境。简单来说，全寿命周期更重视数据和算法，通过对交通流以及基础设施的一些监测，把它的健康状况通过建模和验证分析后，延长基础设施的服役寿命，同时提升运营养护的性价比。

从传统人工去记录相关病害、巡检，到通过自动化回传，包括移动式的监测，通过数据治理分析出相关基础设施的运行状况。这是数据治理在具体运营过程中工作模式的转变，与此同时，移动检测和物联网方面的技术，也为工程后续运营管理做了很大的技术支撑。

我们对快速路运维方面的工作，以及新基建背景下智慧工程的运维，做了一些梳理，不管是日常养护，还是应急管理。在后续的基础上，我们在母公司隧道股份牵头下，和运营集团等多个兄弟单位，编制了从数据标准化到养护体系，到应急管理等一系列全寿命周期的运维手册，能有效保障后期我们在当地智慧快速路的运营养护、全寿命周期上的融合。 

六、管理机制

刚才讲了这么多，建设了这么多系统平台，这么多智慧应用，有一个问题很关键，就是建了这么多，谁来用？谁来管？管理机制的梳理是智慧快速路建设及推进的点眼之笔。

在梳理的过程中我们树立了相关方，对相关方的需求、各自对应的解决方案、能够产生的效果等内容都进行了罗列。我们编制管理机制时，重点聚焦政府部门和项目业主。

过程中，我们和业主单位以及当地的建设局，考察了上海、杭州等地的快速路，以及交通管理部门的运营管理模式和相关经验，就相关方的职责、产权主体、运维的具体模式、养护标准、资金筹措、应急处置等，做了比较详细的梳理。由于中心是新建的，平台也是新建的，包括很多部门的相关组织架构还没有成立，在这期间，我们对新的组织架构和一些新元素的融入做了比较多的方案比选。

强调一个原则，在当地我们提出高架快速路要主辅分离，因为为了高架的日常养护和应急处置，会避免工程界面过多或踢皮球的事情。对于高架，几个城市考察下来，基本都是一体化管理。因此我们在当地提出高架主线采用一体化管养，以及应急处置的手段。地面方面，就维持现状，按所在属地、所在区域，进行属地划分的养护管理。包括数据资源等工作，我们也提了具体的想法。

总结

围绕智慧快速路，我今天讲了6方面，从主体工程、附属设施，到设备、平台，还包括运维、管理机制，其实展开的话，涉及内容很多。虽然我们不像很多企业那样做软硬件产品的直接研发，但我们设计院可以在智慧工程方面提供全方位的设计咨询解决方案。

最后，我们期望把新技术、新产品更好地通过设计院的桥梁工作，融入到社会体系中，我们希望更好地促进快速路和高速公路产业的生态发展。

谢谢大家！