运输部署案例集/中国高速公路系统

简介

概述

道路交通非常便利，可能是我们现在看到的最受欢迎的交通方式。道路运输最好的地方是它具有很好的可达性，并以“门到门”的方式完成乘客或货物的运输。这种灵活性非常适合短途的日常旅行，比如上班和在城市里游览。在一个中小城市内，道路网络系统通常是普通道路和街道。然而，这些街道不适合城市之间或跨国的运输。高速公路系统通常允许车辆以比城市街道更高的速度行驶。中国的高速公路系统作为城市之间的连接器以及整个国家的交通网络。货物和客运都在高速公路系统上进行。作为高速公路运输的替代品，铁路是高速公路的最大竞争对手。由于铁路运输在长途运输大量货物时成本更低，因此高速公路系统在长途货物运输方面没有优势。对于乘客来说，中国高速铁路的快速发展给高速公路系统的客运带来了噩梦，因为高速列车的速度可以是高速公路上普通车辆速度的两倍。然而，这并没有宣判高速公路系统的消亡。随着中国全面的城市化进程，私家车的数量呈指数级增长。当人们拥有汽车时，他们倾向于使用它们。因此，通过高速公路系统进行短途运输的需求不断增长。对于短途旅行而言，火车之间的长时间间隔以及铁路系统的可达性较差意味着铁路很难在这一领域战胜高速公路。除了铁路之外，乘客和货物运输还有其他替代品。水运始终用于货物和乘客的运输。然而，水运系统在很多年前就已经成熟，并且一直在衰退。水运存在速度慢和依赖河流系统的弊端。中国内河运输主要发生在长江和黄河，而这两条河流无法到达东北部等许多地方。此外，由于汽车和火车运输比水运快得多，乘客很少会选择水运，除非是出于娱乐目的。民航是一个非常重要的交通方式，它与高速公路运输竞争。对民航运输的需求总是与时间价值较高相关。例如，海鲜和鲜花的运输需要较短的旅行时间，以防止货物价值下降。同样，时间价值较高的商人将乘坐飞机参加会议，以节省可能因高速公路运输而浪费的时间。民航在速度方面具有优势，这是高速公路和铁路难以比拟的。然而，航空运输的成本很高。由于大多数商品的价值没有时间价值，需要相对便宜的运输成本才能保持竞争价格，因此高速公路运输仍然占据主导地位，但在长途客运中确实失去了很多乘客。

中国高速公路系统的分类

高速公路系统可分为五类：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。这种分类是根据相关高速公路系统的交通量和功能确定的。四车道高速公路的容量为每天25,000到55,000辆小客车。六车道高速公路的容量应为每天45,000到80,000辆小客车。此外，八车道高速公路的容量为每天60,000到100,000辆小客车。一级公路系统通常有四到六条车道，容量为15,000到55,000辆小客车。二级、三级和四级公路系统通常有两条车道，交通容量较小。^[1] 高速公路系统和一级公路系统的主要作用是连接主要城市或重要的交通枢纽，如北京、天津等。其他公路系统作为连接小城市和这些枢纽的连接器。中国高速公路系统的基本结构是根据“枢纽-放射”的概念设计的。

历史

1911年前

^[2] 首先，人们在行走和奔跑，创造了道路。然后，为了到达更远的地方，出现了马力。随着车轮和马车的发明，对更好道路的需求开始出现。在遥远的古代，中国有公元前2000年的车道记录。在西周时期（公元前1066年至公元前771年），原始的道路网络与交通规划理念一起发展，并出现了城市规划的雏形。唐代（公元618年至公元907年），古代道路网络系统发展成熟。道路分为三类：官道、大路和小路。官道沿途设置驿站，供人们休息或更换马匹。古代道路网络的总长度约为2000公里。道路交通是古代中国最重要的交通方式，不仅在帝国内部，而且在其他国家之间也是如此。著名的丝绸之路是一条陆路（也有一些水路，被称为水上丝绸之路）交通路线，从中国穿越波斯到达中东和欧洲，这条路线始于汉代初期（公元前202年至公元9年）。这条路线的最初目的是与其他国家建立贸易关系，以便销售中国生产的丝绸。这种运输探索也旨在传播中国文化和探索世界，就像一次探险。这场事件对当时的出口经济产生了巨大的影响。^[3] 作为道路的替代品，水运相对容易，因为不需要建造航道，至少在最初不需要建造更多的航道。古代中国人利用中国中部的河流系统，慢慢发展了以水运为基础的经济模式。由于技术无法在长江上建造一座好的桥梁，因此水运也作为道路运输系统的连接，而道路运输系统缺乏穿越大河的能力。在水运系统的后期发展中，京杭大运河的修建是为了在东西河流网络上创造一条南北走廊。^[4] 水运可以运输许多道路运输无法运输的货物，因为马力不足。大量的货物运输长期以来主要依靠水运。

1911年至今

中国真正的公路诞生于清末民初（1912年至1927年）。第一条公路是1908年修建的龙州-那堪公路，全长17公里。在国民政府（中华民国）统治期间，公路建设成为一项国家工程，总里程迅速增长。在抗日战争期间，公路建设服从作战战略，成为支援战争的工具。战争期间修建的公路质量一般较差，建成后不久就被破坏。到1946年底，公路总里程为130,307公里。自1946年以来，随着国共内战的爆发，公路网遭到严重破坏。经过5年的战火洗礼，可通行的公路总里程仅剩75,000公里。战后，重建工作开始，公路建设再次成为一项重要的国家工程，并从此不断建设，快速增长。然而，由于系统受到破坏，无法满足日益增长的道路运输需求，导致交通拥堵和事故频发。拓宽公路等改进措施已实施，但收效甚微。主要问题包括人口增长、大量交叉路口以及交通方式混杂（马匹、自行车和汽车混合在一起）。这些问题导致公路网效率低下。为了解决这个问题，需要在公路建设方面进行创新。于是政府开始建设高速公路系统。中国的高速公路系统是公路系统的一部分。虽然与一类到四类公路系统隔离，但高速公路系统作为高速公路，具有巨大的容量和严格的管理。在中国，公路系统面临的最大问题是超载卡车。超载卡车运营商可以获得巨额收益，因为每吨货物的成本将更低。然而，超载非常危险，会损害路面。许多高速公路系统上的事故都是因为超载造成的，超载会导致车辆本身故障以及刹车时间更长。高速公路系统的好处是有人员对卡车进行重量检测，尽量避免高速公路上的超载情况。此外，与其他公路系统相比，高速公路的维护状况要好得多。因此，高速公路的运输状况相当不错。如今，中国政府继续规划更多高速公路，以及更多普通公路。

中国现行公路系统及规划

中国公路系统的主骨架如图1所示。中国东南沿海地区的密度非常高。自1978年以来，改革开放政策推动了这一骨架的形成。该政策允许沿海多个城市进行贸易，使其开始发展。这些城市的经济发展非常迅速。以深圳为例，在很短的时间内，从无到有发展成为一座大城市。沿海地区的城市化和产业化持续进行，对交通运输的需求巨大。东南地区密度较高的另一个原因是地理因素。由于长江和黄河长期的侵蚀，东南地区的土地非常平坦。在这样的平坦土地上修建更多公路要容易得多。中国西部地区山脉众多。同时，西部地区的平均海拔较高，给公路建设带来了很多困难。

定量分析：中国公路的生命周期

利用中国公路系统总里程数据，可以拟合一个模型来估计该系统的增长。 基本模型为

    S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)] 

经过一系列测试，此处k的值被选为578000（公里）。由Matlab拟合的模型如下

通用模型

    f(x) = 578000/(1+exp(-b*(x-t0)))

系数（95%置信区间）

      b =     0.08646  (0.08284, 0.09007)
      t0 =        2052  (2050, 2054)

从图中可以看出，中国公路系统仍处于增长阶段，但已达到k/2点，这意味着增长速度开始下降。我们可以注意到，2005年网络长度出现了大幅增长。高级公路的增长不是这种形状。因此，增长可能主要与连接中小城市的低等级公路的建设有关。这些中小城市的通达性在当年迅速提高。这种不连续性对模型拟合有负面影响，导致模型在1990年之前低估了公路网的总长度。2005年大幅增长后，公路长度增长缓慢而稳定，在图表中呈现近乎直线。然而，私人乘用车的数量尚未达到k/2，这意味着其将继续以越来越快的速度增长。公路长度的增长正在放缓，这可能无法满足不断增长的需求。公路的客运量也低于k/2，并且增长速度也更快。根据这些数据，在不久的将来，公路系统将出现更多拥堵，服务水平也将下降。为了改变这种情况，应实施增加公路建设的政策。

表1. 中国公路总里程

年份	里程（万公里）	年份	里程（万公里）
1978	89.02	1996	118.58
1980	88.825	1997	122.64
1981	89.75	1998	127.85
1982	90.7	1999	135.17
1983	91.51	2000	167.98
1984	92.67	2001	169.8
1985	94.24	2002	176.52
1986	96.28	2003	180.98
1987	98.22	2004	187.07
1988	99.96	2005	334.52
1989	101.43	2006	345.6999
1990	102.83	2007	358.3715
1991	104.11	2008	373.0164
1992	105.67	2009	386.0823
1993	108.35	2010	400.8229
1994	111.78	2011	410.6387
1995	115.7	2012	423.7508

表2. 私人乘用车

年份	总数（万辆）	年份	总数（万辆）
1985	28.49	2001	770.7766
1990	81.62	2002	968.98
1991	96.04	2003	1219.228
1992	118.2	2004	1481.661
1993	155.77	2005	1848.066
1994	205.42	2006	2333.317
1995	249.96	2007	2876.216
1996	289.67	2008	3501.392
1997	358.36	2009	4574.911
1998	423.65	2010	5938.708
1999	533.88	2011	7326.794
2000	625.33	2012	8838.601

表3. 中国公路客运量

年份	总数（亿客公里）	年份	总数（亿客公里）
1978	1743.1	2000	12261.1
1980	2281.3	2001	13155.13
1985	4436.4	2002	14125.6
1990	5628.4	2003	13810.5
1991	6178.3	2004	16309.1
1992	6949.4	2005	17466.74
1993	7858	2006	19197.21052
1994	8591.4	2007	21592.58086
1995	9001.9	2008	23196.69839
1996	9164.8	2009	24834.94158
1997	10055.5	2010	27894.25662
1998	10636.7	2011	30984.03
1999	11299.7	2012	33383.08889

图2 公路系统总里程

图3 公路客运量

图4 私人车辆总数