建设方案丨永临结合：改扩建高速公路智慧化建设与运营新理念

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作者：周辉1、阮琦1、周通1、汪林2、高剑2、卢立阳2、车晓琳2、张金金1（1. 沪昆高速公路梨园至东乡段改扩建工程项目建设办公室；2. 交通运输部公路科学研究院）

在《交通强国建设纲要》和《国家综合立体交通网规划纲要》的指引下，沪昆高速等国家高速公路主线进入全面扩容改造阶段。伴随着交通运输领域新型基础设施建设的不断推进，以及数字交通发展格局的逐步清晰，数字化、网络化、智能化发展主线下的数据资源，正在加速赋能交通发展，交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络融合发展深度正不断提升，智慧公路和数字公路建设方兴未艾，这也为国家高速公路主线扩容改造提供了更丰富、更先进、更务实的理念和技术支撑。

永临结合智慧公路设计方法正是在数字交通、智慧公路等理念创新、技术研究、经验积累的基础上，面向改扩建高速公路建设与运营提出的新理念。主线扩容改造投资大、建设周期长、主体工程施工需要配套大量的临时工程进行作业，临时设施投入多而复杂，伴随高速公路主线扩容改造工程的推进，亟需将永临结合的建设理念融入到工程建设中，依托改扩建工程开展智慧公路设计，兼顾考虑改扩建期的临时需求和运营期的永久需求，统筹两个阶段的设施设备复用问题和数字化系统信息无缝移交问题。改扩建期的工程建设作为运营期的基础，如何实现两个阶段设备复用问题；如何将改扩建期的基础设施数字化底座平移复用到运营期，创新打造一套完整的“改扩建-运营”全链条数字化运行管理与服务体系等是设计的最大难点。本文以江西梨东改扩建项目智慧高速公路工程为例，探讨改扩建高速智慧公路的永临结合设计方法。

一

工程背景与建设需求

梨温高速公路是国家重点规划的“五纵七横”国道主干线之一的上海至昆明高速（G60）在江西境内的东段，线路全长244.759公里，于2002年12月建成通车。作为江西省交通流量最大的高速公路之一，经长达近20年的运营，梨温高速面临着基础设施病害多发、配套设施老旧、交通运行效率下降、交通拥堵频发、运行监测管理能力不足、出行服务水平不高等一系列问题。2020年，梨温高速公路正式获批开展八车道高速公路改扩建工程，总投资超过273亿元，由江西省交通投资集团有限责任公司承担工程建设工作。

梨温智慧高速公路建设依托改扩建工程开展，兼顾考虑改扩建期的临时需求和运营期的未来需求，同时统筹两个阶段的设施设备复用问题和数字化系统信息无缝移交问题。将改扩建期的工程建设作为运营期的基础，利用一套基础设施数字化底座，创新打造改扩建-运营期全链条数字化运行管理与服务体系。

（一）改扩建施工阶段的需求

施工区综合管理需求。需重点增强施工区信息化管控能力，通过应用智慧管理、智慧检测、智慧构件、智慧监测等技术，对关键工程部位的质量、安全等状况和施工人员、机械设备状态进行系统、智能、高效的数据采集、分析、处理、反馈、预警，实现生产数据可溯源、施工全过程、实时、动态的管理与控制，实现对改扩建施工区的施工精准监控监测、施工风险预警和精细化项目管理，提升改扩建工程的工作协同和数据协同能力。此外，保障施工区内人员安全、管理好施工区内临时工作车辆、防止社会车辆通过施工路段逃费也是改扩建期间的重要需求。

施工期智慧感知需求。在施工区内，对关键工程部位的质量、安全等状况和施工人员、机械设备状态进行安全生产监测；在通行路段，尤其是改扩建前的事故多发路段和改扩建过程中交通流发生突变区域等需要掌握交通运行状态，同时改扩建过程中建设的感知设备在施工完成后可以在高速公路运营维护中再次使用。其中，施工区生产监测包括人员及车辆定位、设备运行状态监测、物料运作情况监测、安全生产监测、施工环境监测；通行路段运行状态监测包括交通流检测、视频监控等。

施工期交通态势推演与交通仿真需求。结合交通运行状态实时感知数据，包括车流量、平均车速、通行指数等，给予当前的交通运行状态和基于历史数据训练的算法模型，预测一定时间内的态势变化状态，通过态势的预测，协助公路管理人员做合理的调度管理。通过交通仿真的方式，来预判在特定时间段实时车道封闭施工对交通流的影响。

施工期交通组织优化需求。施工区与通行路段之间的智慧化交通组织管理需求集中在开工前组织方案制定、开工后交通组织方案优化、施工信息联动发布等方面。其中，以上垮桥拆除施工区、高接高枢纽互通改扩建施工区、涵洞装配化施工区为重点管理区域，对智慧化交通组织的建设需求最迫切。

施工期交通信息发布需求。将施工期的交通运行状态、交通事件信息、交通诱导信息，通过可变信息标志、广播、手机导航软件等手段进行信息发布，保障路段、路网运行的畅通、安全。

（二）运营阶段的需求

运营管理阶段的数据、应用系统、支撑设备设施等最大程度延续改扩建施工阶段的积累。在数据方面，设计和建设阶段产生的静态和动态数据向运营期移交，形成包括基础设施静态数据、基础设施健康监测数据、交通运行监测数据等的梨温高速基础设施数字化底座，实现梨温高速全链条数字化管理；在应用系统建设方面，运营期的交通态势推演与交通仿真等部分应用从改扩建期提前建设并投入使用，算法应用不断迭代优化；在支撑设备设施方面，改扩建期可永久施工区域布设的路侧设施继续在运营期使用，无电无网环境下的临时设施设备要做好回收再利用。

二 

梨温高速公路永临结合建设方案

（一）永临结合设计方法概述

改扩建时期的智慧公路建设过程需结合高速公路未来永久性发展和管理服务需求，以依托的改扩建工程为抓手，采用“永临结合、建养一体”的建设模式，统筹考虑改扩建期和运营期的建设内容，完成既有公路向智慧公路的演进。

在智慧工地建设方面，将施工区智慧化监管平台与基础设施数字化底座对接，做好改扩建数据向运营期移交；对关键工程部位的质量、安全等状况和施工人员、机械设备状态等进行监测的设施设备，以及保障施工区内人员安全的交通安全设施等要做好设备回收利用。

在路侧设施建设方面，选择可永久施工区域建设交通流监测、信息发布等路侧设施，可沿用至运营期，解决两个阶段设施设备复用问题；探索无电无网交通运行状态监测方案，实现事故多发路段和交通流发生突变区域等的实时监测，做好无电无网监测设备的回收利用。

在全链条数字化建设方面，构建智慧公路基础设施数字化底座，支撑改扩建期数字化竣工文件向运营期移交，实现改扩建期和运营期的数据贯通。

在应用系统建设方面，运营期的部分应用从改扩建期提前建设并投入使用，支撑改扩建期的施工信息发布和交通诱导以及运营期的精细化管理与服务。

（二）总体技术架构

梨温智慧高速的总体架构包括智慧感知、智能连接、智能中枢、智慧应用、信息发布、低碳供电六大板块，纵向贯通打造梨温高速的全链条数字化，形成一套高效的管理制度和科学的数据标准体系，加强对运营期工作和数据流转程序的优化制定，真正实现被动到主动管理，实现梨温高速改扩建和运营期的建设管理智能化、运行管控数字化、出行服务精细化。

图1 梨温智慧高速总体架构

（三）永临结合建设方案

（1）智慧工地建设

搭建江西交投集团项目建设管理公司施工区智慧化监管平台，监管平台产生的施工数据与基础设施数字化底座进行对接，支撑改扩建期数据向运营期移交。对人员管理、物料管理、物联网智能安全施工预警、机械设备管理等进行监测的临时设备，在选型时，选择主流生产商适应性广的型号，并做好设施设备的回收再利用；在视频监控等可沿用至运营期的设备部署时，设备选址要在保证施工监控需求的基础上，尽量选择服务区、收费站、互通立交等区域，方便直接沿用至运营期。

（2）路侧设施建设

在智慧感知方面，伴随改扩建工程同时开工建设，在互通匝道、东乡至温家圳等可永久施工区域建设交通流监测、视频监控、信息发布等路侧设施，在事故多发、交通流突变等需重点监测的无电无网路段建设交通流检测设施，辅以可移动交通流检测设施和无人机巡检，支撑梨温高速智能运行中心相关应用；

a）无电无网路段交通流监测

针对交警认定的事故多发路段，布设固定断面交通流感知装置，在突发交通事件时，固定交通流感知装置监测不到的范围，可启用移动式交通流感知装置，在无电无网的施工前期，主要对道路通行状况进行采集分析，通过智能摄像机实现交通拥堵等交通事件本地检测以及交通信息采集，将采集交通事件图片及短视频通过4G上传至智能运行中心，智能运行中心在结合导航软件(百度地图或高德）提供的交通状况信息和现场摄像机识别结果进行比对，来判定是否需要人工干预该交通事件。

图2 固定式和移动式交通流监测方案

b）无人机巡检

受高速公路改扩建施工影响，交通事故、交通拥堵事件增多，高速安全营运难度大。高速公路沿线又存在大量无电无网路段，无法通过规模化部署交通流检测设施对交通运行状态进行监测，设置无人机巡检系统，对施工路段进行日常巡视。无人机巡检系统由沿线的无人机巢，巢内的无人机以及管理中心的无人机管理软件平台组成。

图3 无人机系统网络拓扑图

（3）全链条数字化建设

构建基础设施数字化底座，采集来自设计和建设阶段产生的静态和动态数据。静态数据包括基础设施固有属性数据，包含几何属性和工程属性；动态数据包括施工区智慧化监管平台产生的施工数据以及改扩建期路侧设施状态、交通运行状态等数据。基础设施数字化底座与支撑系统中的数据资源建设同步开展，并于基础设施数字化标准共同指导数据采集、接入、汇聚、转换、移交、分类等工作。

（4）应用系统建设

根据梨温智慧高速业务需求，改扩建期应用系统主要包括施工区智慧化监管、施工期交通态势推演与交通仿真、施工期信息发布、施工期交通组织优化、基础设施数字化管理等。其中，施工期交通态势推演与交通仿真、施工期信息发布和基础设施数字化管理等应用在改扩建期就开始建设，部署在智能中枢的云控平台，通过算法升级可沿用至运营期。

以施工期交通态势推演与交通仿真应用为例，为实现交通运行状态和交通事件的检测，在互通立交区域部署摄像机和雷达，通过边缘计算一体机拟合雷达和视频信息，实时采集路段车流量、平均车速等交通分析数据，在事故多发、交通流突变等需重点监测无电无网路段部署交通流检测设施，对交通拥堵事件进行检测。通过态势的预测，协助公路管理人员做合理的调度管理。通过交通仿真的方式，来预判在特定时间段实时车道封闭施工对交通流的影响。通过仿真结果的研判，协助道路管理人员采取更合理的占道施工方案。运营期智慧交通管控与应急处置相关系统在施工期系统基础上进行算法升级，配合感知设备的补充建设和路侧一键式救援设备，实现运营期智慧交通管控与应急处置。

图4 施工期交通态势推演与交通仿真

三

结束语

梨温智慧高速聚焦改扩建智慧公路设计，建立了“永临结合”和“建养一体”的基础设施，打造了全链条数字化智慧化体系。统筹考虑改扩建期和运营期的建设内容，改扩建期数字化竣工文件向运营期移交，形成包括基础设施静态数据、基础设施健康监测数据、交通运行监测数据等的梨温高速公路基础设施数字化底座，实现高速公路全链条数字化管理。面向国家骨干网运行保障、梨温高速大交通流等特点带来的施工区组织难度大问题，建设兼顾改扩建与运营期的交通运行监测与态势推演，实现施工区动态交通组织调度、突发事件应急处置，包括重点路段交通事件识别和处置、交通拥堵识别与疏通、以及社会车辆闯入施工区等施工区危险场景监测。

相信梨温智慧高速的永临结合建设思路，将为高速公路改扩建工程的智能化发展和智慧公路应用的推广提供重要示范和参考，也将为江西省乃至全国交通运输新型基础设施建设的先行抓手和良好示范。

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