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2012-2013-道路工程科学发展报告 
定 价：52 元
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由中国公路学会编著，介绍了道路工程学科发展情况，并对本学科的进展做了全面而准确的总结。学会对所负责的学科发展研究初稿进行研讨及学术交流后，为研究成果的最后完成提出实质性修改意见和建议。整套丛书的特点：第一，确保权威性，注重研究工作的质量，确保研究报告为反映各学科发展情况的最具权威性的指导性丛书；第二，体现前瞻性，学科涉及面较大的不要求面面俱到，应注重体现最新热点、前瞻和重大学术进展；第三，将2007年第四季度学科发展的内容纳入进去，做到严谨、完整；第四，时效性好；第五，整体性强。
序 韩启德
前言 中国公路学会 综合报告 道路工程学科发展研究 一、引言 二、道路工程学科近年研究进展 三、道路工程学科国内外研究比较与差距 四、道路工程学科发展趋势及展望 五、结束语 参考文献 专题报告 道路（公路）工程 公路桥梁工程 公路隧道工程 交通工程 公路勘察设计及计算机应用技术 道路运输与现代物流 公路环境与可持续发展 客车技术 筑路机械 附录 目 录 ABSTRACTS IN ENGLISH Comprehensive Report Report on Advances in Highway Engineering Reports on Special Topics Highway Engineering Highway Bridge Engineering Highway Tunnel Engineering Traffic Engineering Discipline of Highway Survey and Design and Computer Application Technology Road Transport and Modern Logistics Environment Protection and Sustainable Development for Highway 216 Coach Technology Road Construction Machinery 索引 \\t
道路工程学科发展研究
一、引言 道路工程是国民经济和社会的重要基础设施，在国民经济和社会发展中发挥着十分 重要的作用。改革开放 30 年以来，我国公路建设抓住历史机遇，实现了跨越式发展，至 2012 年年底，全国公路总里程达 423.75 万公里。其中，高速公路达 9.62 万公里，总里程 位居世界第一。至 2012 年年底，我国公路桥梁总数已达到 71.34 万座。其中主跨 400 米、 600 米、800 米、1000 米以上的桥梁分别有 93 座、37 座、20 座、11 座。在建成的悬索桥、 斜拉桥、拱桥和梁桥 4 类桥型的世界跨径前 10 位工程中，我国建造的桥梁又分别占有 5 座、6 座、5 座和 5 座，跨海长桥前 10 位占 6 位；至 2011 年年底，全国公路隧道总数已 到达 10022 座、总长 8052.7 公里。其中特长隧道 441 座、总长 1984.8 公里；长隧道 1944 座、总长 3304.4 公里。建成了具有国际水平的 18 公里长度秦岭终南山特长隧道、约 8 公 里长度上海崇明长江特长隧道、4 公里长度厦门翔安海底特长隧道等。 近年来，道路工程学科应用研究在多个领域内得到了长足的发展，取得了多项令人瞩 目的成就。2008—2012 年，获得了国家科技进步奖一等奖 2 项，分别是“千米级斜拉桥 设计施工关键技术”和“秦岭终南山公路隧道建设与运营管理关键技术”项目。获得了国 家科技进步奖二等奖与国家技术发明奖二等奖 3 项，以及多项中国公路学会科学技术奖特 等奖、一等奖及二等奖，充分证明了我国道路工程学科的发展态势。 近年来，我国道路工程学科基础研究也取得了很大进步。全国交通运输行业建立了 32 座行业重点实验室，取得了多项重要科研成果，培养了一批具备国际视野和水平的道 路工程领域内的领军人才。 本报告在道路工程、公路桥梁工程、公路隧道工程、交通工程、公路勘察设计及计算 机应用技术、道路运输与现代物流、养护技术、公路环境与可持续发展、客车技术、筑路 机械等分学科报告的基础上，从可持续发展、灾害控制与安全以及智能化 3 个角度出发， 归纳了近年来的创新研究成果，对比了国内与国外的学科发展情况，并在此基础上提出了 学科未来的发展趋势与方向。 二、道路工程学科近年研究进展 在历经了我国公路建设热潮以及热潮引发的反思之后，我国道路工程学科针对多方内 容开展了深入研究与探索，近年来的研究进展主要集中在可持续发展、灾害控制与安全以 及智能化 3 个大的方向，以下从这 3 个方向出发对道路工程学科近年的研究进展进行归纳 总结。 （一）可持续发展研究系统展开 可持续发展的概念于 20 世纪 80 年代首次提出，其要求发展过程既满足当前需要又 不削弱后代发展能力，使社会、经济与生态、环境的发展目标相协调。可持续发展自提 出以来，在全世界各行业内都得到了充分的推广，其反映的发展理念得到了各国政府和 民众的一致认可，我国于 1994 年批准了第一个国家级可持续发展战略。经过近 20 年的 发展，可持续发展已成为了我国国家发展战略的中心，国家发改委于 2012 年颁布了《中 华人民共和国可持续发展国家报告》，进一步明确了我国深入推进可持续发展战略的总体 思路。 我国道路工程学科近年来的发展过程中，面对当前严峻的资源、生态和环境问题，坚 持贯彻了可持续发展的理念，结合学科发展情况，在资源能源结构调整、环境污染整治、 生态环境改善、产业结构调整以及生产工艺优化等多个方面开展了积极的研究，取得了一 定的研究成果，为我国道路工程学科可持续发展的推广应用做出了显著的贡献。 以下是道路工程学科近年来在可持续发展领域内的主要研究成果。 1. 道路工程环境与可持续发展基础理论 经过多年的科研和实践，逐步建立和充实了公路环境与可持续发展的相关理论，从环 境保护与可持续发展的角度出发，在公路网规划、设计和建设过程中，丰富和发展了公路 建设理念。将环保理念融入了公路网规划以及公路工程设计过程，基于“安全、高效、舒 适、环保”的指导思想和基本原则，提出了灵活性设计、宽容性设计、关联性设计等新理 念，促进公路建设可持续发展［1，2］。 基于管理学、社会学和建筑学的基本理论，结合公路环境与可持续发展的学科特点， 研究提出了和谐可靠度、全程环境管理等应用基础理论。从公路项目的立项阶段开始，到 建设期、运营期的全过程，依据国家的环境政策、环境法律、法规和标准，按照公路建设 与环境保护协调发展的原则，坚持宏观综合决策与微观管理监督相结合的要求，运用各种 管理手段，调控公路建设决策、设计、施工和运营管理中各种行为，限制损害环境质量的 活动，保障公路建设与运营，并维护沿线区域正常的环境质量和环境安全，实现公路建设 可持续发展的行为总体。另外还在研究基础上提出了人-道路-环境系统和谐可靠度理论， 建立了山区等级公路运营期人 - 路 - 环境多因素非线性耦合系统安全和谐可靠度理论，以 指导山区安全生态型道路设计和建设；发展了公路建筑学理论，提出将公路工程各结构物 或构造物作为一个带状的建筑群来统一规划设计，实现了公路工程科学建设及和谐设计。 西部交通建设科技项目“神农架木鱼坪至兴山昭君桥旅游公路环境工程技术研究与示范” （200731822115）依托于实际具体工程项目，针对山区旅游公路改扩建中的环境问题，研 发与示范结合，提出了改扩建公路资源综合利用技术措施，总结提出了公路路域自然植被 的诱导技术理念，在神宜公路改扩建以及武神公路十堰段改扩建工程、十漫、三峡翻坝高 速公路建设工程中进行了推广应用，节约了相关项目建养投资接近 1000 万元，在神农架 林区因神宜示范路建设带动旅游经济的发展，增收 1627 万元。 2. 道路建设可持续发展 在科学发展的理念指导下，公路建设的可持续发展受到了社会与业内的重视。由废旧 轮胎制备橡胶粉的改性沥青技术实现了工业废料的循环利用，沥青、水泥路面材料通过现 场或场地冷、热工艺实现了路面材料的再生利用，上述技术均在北京长安街改造等重大工 程中得到应用，取得了明显的经济效益与社会效益。采用添加剂改变沥青材料的路用性能 和施工和易性，形成了低能耗、低排放的温拌、冷拌技术，逐渐被业内所认识。利用高黏 度沥青和开级配设计，形成了排水路面结构形式，改善了路面的抗滑性能、防止雨天水雾 影响驾驶视线，明显地提高了车辆行驶的安全性。 在传统的日常养护、小修、中修、大修养护体系的基础上，对道路的养护管理引进了 预防性养护和全寿命周期费用分析基础上的养护设计理念，变以往的被动性养护为主动性 养护、一般性养护为针对性养护，从而提高了有限养护资金的使用效率，保证了道路的使 用状况。另外，通过对老路基的阶梯状切割和新土基的加固处理、新路基的重型压实以及 土工材料的铺设，有效地解决了新、老路基的衔接问题。 在路面结构领域，针对重载交通下的结构耐久性和路面使用性能问题，开展了沥青路 面、水泥路面设计方法的研究，完善了适应我国特点的沥青路面设计指标、参数与方法， 提出了沥青层与无机结合料层疲劳、路基与沥青层永久变形、沥青层低温开裂的多指标设 计体系，形成了较为完整的重交通沥青路面设计方法。在路面材料方面，研究了沥青混凝 土损伤演变与破坏过程，分析了沥青混凝土内部空隙分布、构造特征与应变的不均匀分 布，外加剂改性机理的研究，为解决我国高等级公路路面早期病害、完善路面使用性能、 延长路面的使用寿命提供了理论依据。安徽省交通运输厅 2004 年科技计划项目“公路沥 青路面再生技术研究”对干线公路沥青路面再生的成套技术进行了有针对性的深入研究， 结合干线公路病害特征提出了不同沥青面层再生方案的选择策略，针对干线公路不同沥青 路面提出了再生利用工艺、材料组成和质量控制措施，在安庆、宿州、池州、滁州、六安 5 个地市的沥青道路上应用了厂拌热再生、厂拌冷再生、就地冷再生 3 种再生技术，为安 徽省道路建设工程投资减少了约 5 亿元。 3. 勘察设计新理念及理论支撑体系 在公路勘察设计过程中，提出了以“以人为本、安全至上，保护环境、和谐自然，节 约资源、持续发展，质量第一、公众满意，指标恰当、创作设计，系统思想、周期成本” 为核心的勘察设计总体原则和“安全、环保、舒适、和谐”新的公路勘察设计指导思想， 通过“灵活设计”和“创作设计”实现公路在自然与社会大环境中的系统最优目标；提出 了“理念是灵魂，管理是关键、设计是核心、施工是保证”的公路建设与管理全过程 4 个 控制环节的基础理念体系，具体是指：理念是直接引领设计、施工、管理各方统一思想的 灵魂；管理是贯彻理念，组织设计、指导施工的控制性关键环节；设计是细化理念，寓创 作于设计、寓理念于细节的设计是项目成功的核心；施工是实施理念，将理念、创作具体 实现的保证。 在设计过程中更注重设计的灵活性，提出了公路设计灵活性的基本定义，即“在全 面、系统地理解技术标准和设计规范本质的基础上，在保证安全的前提下，根据个性环 境，灵活运用设计指标，寻求达到更符合公路可持续发展的需要和利益的目标”。其中 “公路沿线”既包含公路本身，也包含了路域范围和沿线影响范围，即公路设计除考虑建 设范围内的地理地貌、地形地质、水文气象等自然因素外，还需考虑沿线大范围影响区域 内的人文历史、风俗文化、景观风貌等社会环境，这两方面都突破了传统公路设计范畴和 设计内容。针对灵活性设计的影响因子和控制指标，提出了设计车速、车道宽度、部分几 何线形等 13 项设计指标在通过对公路功能、设计车速、服务水平、车辆性能、驾驶行为、 混合交通等影响设计指标控制因素进行综合分析和评价论证后可实施的灵活度和灵活性设 计原则。 根据公路隶属于包括在自然环境和社会环境中的大的环境系统概念，提出了环境赋 予公路个性、设计赋予公路“艺术创作”空间并决定其品质的新的设计思想，阐述了“以 美学的角度鉴别公路线形和结构物设置的可行性，以游客的视野审视道路及附属设施与环 境协调的合理性”的具体解释。创作设计的目的在于激发公路设计者的想象力、独创性和 灵活性，通过采用多学科设计团队的综合设计手段，在保证公路系统安全及出行需要的同 时，全面考虑公路周边的景观、历史、美学与其他文化价值和环境特征，确定和维护公路 设计主题，从游客的视野分析公路设计方案在自然和社会环境中的美学意义。 4. 基于给定结构寿命的桥梁设计过程 20 世纪以来，我国建设了大量公路桥梁并投入运营，为减小日益严重的公路桥梁耐 久性问题造成的经济损失与桥梁结构损伤，根据桥梁建设实情，建立了桥梁寿命周期基础 理论［3，4］，开展其在桥梁工程设计中的应用研究。 在桥梁寿命周期设计过程中引入了时间参数，在设计阶段将决策考虑的时间域展到桥 梁结构的整个寿命周期。以设计预期给定的桥梁结构寿命为基础，开展结构设计、材料性 能、构造细节、施工方法、管养计划等多方研究，制定具体的设计过程，以确保桥梁结构 在给定寿命内达到预期的性能要求，实现桥梁设计过程的可持续发展目标。 在基于给定寿命的设计过程中，将桥梁寿命给定的过程由被动选择变为主动确定：通 过综合考虑桥梁寿命周期内的各种需求，在桥梁造型、性能、生态、管养设计过程的辅助 之下，依据寿命周期成本最低的原则进行合理给定。桥梁给定设计寿命的确定过程综合了 当时技术水平、业主和用户需求，以及桥址现场和预期使用条件，对桥梁总体布置、构造 设计、后期管养以及最终寿命周期成本的确定均存在显著影响。 基于给定结构寿命的桥梁设计过程则具体包括寿命确定、造型设计、性能设计、生态 设计、管养设计 5 个主要内容，对于复杂设计过程面临的复杂决策问题，利用了成本分析 以及风险评估 2 种主要的决策方法进行评估和科学决策。在这一设计过程中，耐久性问题 作为影响桥梁寿命周期的重要因素［5］，在性能设计中进行了深入的分析考虑。 5. 预防性养护技术 预防性养护是一种观念的转变，是由被动养护转为有计划、超前的主动养护，是寿命 周期理论在公路养护管理学科中的体现，在适当的时机，采取适当的措施，实现综合效益 的提高［6］。预防性养护作为一个完整概念是于 20 世纪 80 年代提出的，是一种周期性的 强制保养措施，也就是在道路没有发生结构性破坏以前，为了更好地保持道路的良好运营 状态，在适当的时间，采取相应的技术措施，以延长道路使用寿命［7］。 交通运输部曾就公路预防性养护问题，要求各级交通部门要从贯彻落实科学发展观、 建设节约型行业的高度，充分认识推行预防性养护的重要性和紧迫性，实现全寿命周期公 路养护成本最小化。“十二五”规划中明确要求加快推行预防性养护，研究制订预防性养 护指导政策、技术标准。加强预防性养护新设备、新材料、新技术和新工艺的研究，推行 低碳、环保、节能养护，努力形成成套技术标准体系。预防性养护就是一种周期性的强制 保养措施，他并不考虑路面是否已经有了某种损坏，而是通过采用先进的检测技术努力拓 宽人们对于道路早期病害的认识空间，提前发现道路隐藏的隐形病害的存在，并施以正确 的预防性养护措施，其核心是要求采用最佳成本效益的养护措施，强调养护管理的计划 性。湖南省科技项目（05FJ4032）、湖南省交通建设科技项目（200602）“南方多雨潮湿地 区高速公路水泥混凝土路面预防性养护技术研究”制定了南方多雨潮湿地区高速公路水泥 混凝土路面预防性养护的路面状况评价指标及其标准，建立了相关预防性养护路面使用性 能预测模型，开发了合理的水泥混凝土路面预养护技术，制定了相关预养护措施设计与施 工技术指南，在京珠高速公路湘潭至耒阳段、耒阳至宜章段等 10 余条高速公路及二级公 路的养护取得了良好的应用，共节约养护费用约 7400 万元，取得了显著的经济效益和社 会效益。 6. 路域生态保护及水土保持 在路域植被保护、路域植被恢复、路域动物保护、路基土壤侵蚀防控、路面径流利 用等方面取得技术突破，从 2011 年开始，在东、中、西部重要生态功能区和生态脆弱区， 组织实施了一批公路生态建设和修复试点工程，极大地促进了行业生态保护及水土保持 工作［8］。 在路域植被保护技术方面取得了重大突破，提出了基于植被资源保护的路基分步清 表法；研究提出了隧道施工中植被保护的“三台阶法”与“七步开挖法”，有效减少了隧 道开挖对洞口植被的破坏；开发了保育罐栽植、阶梯式空心砖护面墙绿化、种植槽等新技 术、新工艺，在路域植被恢复技术方面取得了新进展；根据环境地形、植被、资源和人为 干扰 4 个因子评价公路沿线动物生境的质量，并由此提出的一种动物通道的选址方法为路 域动物保护技术的发展做出了重要贡献；通过研究高速公路边坡土壤侵蚀的临界坡率和临 界坡长，明确了不同类型路基边坡植物防护措施的适用范围，有效提升植物防护措施的水 保功能，为水土保持技术的进展提供了重要的研究支撑。山东省交通科技计划“济青高速 路域植被建植技术与生态功能研究”（200332A13）以济青高速公路为对象，评价了路域 不同植被建植系统对污染物质的吸收净化功能，提出高速公路路域适宜绿化树种和优化配 置模式，以及防护林带结构模式和宽度设置值，所研制的中央分隔防眩在济青高速公路、 京福高速公路、潍莱高速公路、京沪高速公路等大量应用，且推广应用了大面积的边坡防 护，其中苗木防眩在济青高速公路段共节约 1600 万元，生物护坡节约 4500 万元，路侧速 生杨防护林带创造经济价值达 2490 万元。 7. 隧道附属设施节能技术 根据我国公路隧道附属设施系统节能减排的行业需求，开展了相应的系统性研究，形 成了公路隧道通风、照明、供配电及消防的运营安全与节能关键技术，编制了隧道附属设 施行业技术标准，推动我国公路隧道营运安全与节能、环保与低碳技术进步，总体达到国 际先进水平。本项成果降低了隧道附属设施的初期投资、减小系统日常营运能耗，实现总 体运营节能 25% 以上，并在多个省市众多工程中推广应用，效果良好，产生了巨大的社 会经济效益［9］。 通过引入服务水平对应行车速度综合判定通风系统控制工况，提出更加优化的公路隧 道烟雾和 CO 基准排放量年递减率，并以此计算设计年限的基准排放量，降低隧道需风量 15% 以上，有效减小通风系统规模，节约初期投资和运营费用。 将“中间视觉理论”和“对目标物体反应时间的视觉功效法”应用于隧道照明研 究，得到各隧道常用光源以高压钠灯为基准的亮度对比换算系数，建立等效亮度照明设 计方法，提出隧道照明光源和照明水平评价措施和指标；阐明了直线型和曲线型短隧道 的差异性设计方法。为实现安全、节能营运的照明技术，在照明系统的控制技术、采用 太阳能光伏发电技术、照明节电设备的应用、营运管理方面在信息化和智能化方面也取 得了一些成果。研究成果表明通过隧道照明设计者“因隧制宜”，注重隧道照明系统的合 理分期运中的节能，以及隧道管理者加强对隧道照明系统的管理，可实现照明节能 35% 以上。 建立了公路隧道供配电系统可靠性评价体系，运用供配电系统的树状网潮流算法提出 了公路隧道各系统的可靠分值，对应用于公路隧道的供配电节能设备开展了可靠性分析研 究，形成了隧道供配电系统定量评价及供配电设备可靠性评价的方法。 8. 节能客车动力系统研发 针对目前客车中使用的主流动力系统，开展了多项研究，提高了动力系统效率，降 低了能耗，并在国家政策的支持与鼓励下，研究了多种新型动力技术，取得了良好的应用 成果。 我国纯电动汽车技术应用发展迅速，在“863”计划的支持下，针对纯电动客车瓶颈 与核心技术开展重点攻关，车用动力电池、电机及其控制系统等瓶颈技术取得了重大进 展，电力电子、控制与信息技术的广泛应用促使纯电动客车技术深入发展、日臻完美，产 品的可靠性、使用寿命得到明显提升，一批装备了先进动力电池的纯电动客车已经进入消 费市场，并形成了自己的技术特色。建立和完善了纯电动客车设计理论与系统集成体系， 构建了整车及关键部件系统开发和动力系统匹配标定技术平台；开发了低地板公交车专用 电动化底盘，实现了动力系统集成创新与匹配标定技术，解决了轻量化、结构和高电压安 全、一级绝缘、可靠性、安全性、电磁兼容等核心技术［10，11］，建立了纯电动客车动力系 统技术平台；开发了多种能量系统，如纯电池动力、超级电容动力以及电 - 电混合动力 等，在近两年的研究中取得了一定的成果。 另外，近年来我国的燃料电池汽车技术发展较快，结合我国的实际情况，采用了独具 特色的电 - 电混合技术路线，发展了能量混合型及功率混合型的两种燃料电池混合动力系 统，具有小批量产业化的条件和进入国际市场的竞争力。在混合动力汽车方面，我国目前 采用多能源动力总成控制、制动能源回收等关键技术，整车节油率和可靠性取得了较快的 提升，并发展了除常规的油电混合动力汽车外的天然气 - 电混合动力汽车，进一步满足了 市场多样化的需求，初步实现了混合动力汽车产品的产业化［12］。 9. 路面铺设机械优化 针对振动压路机振幅沿轮宽的不均匀性造成的路面压实离析问题，开展了压路机振幅 均匀性技术研究，使单轮振动的振幅不均匀性达到了 5% 以内，使双钢轮振动压路机前后 轮的振幅误差也达到了 5% 以内，通过了压实的均匀性与平整度，并减少了能耗。针对摊 铺机熨平板的振动均匀性开展了技术研究，通过熨平板结构及其刚度的研究，研究熨平板 形状结构对其垂向和纵向刚度的影响，通过优化设计，提高熨平板的结构刚度，达到提高 作业质量的目的；通过研究熨平板热变形与温度的关系，找出抑制熨平板热变形的方法， 从而减小热变形对作业质量的影响。 路面铺设机械作业噪声对现场工人和周边环境的不利影响十分显著，目前振动与噪 声问题已成为我国工程机械行业技术进步的“瓶颈”和节能环保的热点问题之一。对此开 展的研究识别了噪声源的声压、声强、频谱识别，有针对性地提出噪声的防治措施，对减 振器的传递率与车体振动烈度进行了测评，开展了整车多体动力学分析与振动防治对策制
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