基于低碳理念的城乡普通公路路线平纵组合优化设计研究

摘要：城乡公路建设在实现基础交通连接的同时，也面临资源消耗大、环境扰动强的问题。在“双碳”目标引导下，低碳理念逐步成为路线设计的重要指导思想。本文围绕城乡普通公路平纵组合优化设计，从地形适应性、土石方调配、纵断面能耗控制及多目标优化决策机制等角度系统分析其关键技术路径，构建绿色低碳导向下的设计模型与实践机制，以期推动城乡公路建设绿色转型，提升生态交通系统质量与可持续发展能力。

关键词：低碳理念；城乡公路；平纵组合

一、低碳背景下城乡普通公路路线设计的新要求

（一）低碳交通理念对路线设计逻辑的影响

城乡公路作为支撑区域交通运输与产业发展的核心基础设施，其路线设计应体现结构合理、功能明确、环境友好的多维目标。低碳交通理念的引入打破了传统以经济性与可施工性为主导的设计思维，转向以全过程碳排放最小化为目标导向。在公路选线过程中，强调与自然地貌的和谐共处、对生态环境的最小干扰以及土地资源的高效利用。设计逻辑不再追求最短路径或最低造价，而是综合考虑施工阶段碳排、运营阶段能耗以及维护周期能效等因素，实现规划、设计、建设与管理的系统协同。合理控制线形展布、减少地形扰动与施工资源浪费，是推动绿色低碳交通体系构建的逻辑起点，为城乡普通公路带来设计思路的根本性转变。

（二）平纵组合对土地资源与能源消耗的协调机制

在城乡普通公路设计中，平面线形与纵断面构成路线几何结构的两大核心维度，二者的协调与否直接决定工程量、土地占用效率及能源使用水平。平纵设计的不匹配极易造成不必要的重复填挖、转运距离拉长与能耗剧增，从而引发施工成本升高与环境负担加重。在低碳理念指导下，平纵协调需遵循“顺应自然、以纵促平”的策略，利用缓坡缓弯的组合方式降低坡长与坡度变化频率。通过在平曲线布设阶段预判纵坡走向，并结合地形地貌进行多轮迭代修正，形成地形适配性强、施工扰动低的路线形态。同时合理设置匝道、节点与平交口等附属设施布置位置，减少交通流的不规则运行，提高通行效率与车辆运行能效，最终达到土地集约与能源节约的双重目的。

（三）低碳约束下设计参数选择的技术策略

低碳理念约束下的参数选择应从原有以安全性为首要指标的传统体系中扩展出能效性、生态适应性与资源利用率等考量维度。纵坡设计应充分考虑车辆运行动力特征与油耗曲线，通过限制最大纵坡值与增设缓坡段等方式降低车辆爬坡功率输出与刹车频次，平曲线设计则应结合行车稳定性与转弯半径标准，在不降低安全水平的前提下优化转向路径，减少驾驶过程中频繁的制动与加速行为，节省能源消耗。在土石方平衡相关参数设定中，应明确调配半径上限与运输距离控制策略，将原有的“量优先”原则转变为“效能优先”，从而从源头实现参数优化的绿色转型。

二、城乡普通公路平纵组合优化的低碳实践路径

（一）自然地形适应性策略与路线线形控制方法

优化平纵组合设计的前提在于最大限度顺应地形，实现路线与地貌的耦合协调，避免对自然环境产生大规模破坏。通过高精度地形数据建模与数字高程图分析，能够识别地貌的主导趋势，采用“低干预+高适应”策略控制路线走向。在山区、丘陵等复杂地形区域，合理利用山体坡脚、山脊线、自然谷地等地形形态作为通道路径，不仅可减少挖方工程量，还能减少大结构物的设置密度，节省资源与能源。设计中应避免频繁的上下坡或左右曲折，通过设定较大曲率半径与平滑坡度，实现行车能耗与路线扰动的双重最小化。在具体布设过程中，还应结合遥感影像、生态红线与水文信息，避让生态核心区与地质敏感带，提升路线生态安全等级。通过调整线形展布顺序与布设策略，实现地形适应与功能性需求的最大重叠，为后续低碳施工与低碳运营奠定坚实基础。

（二）土石方平衡优化与施工扰动减控融合设计

土石方平衡优化是城乡公路建设低碳化实施的重要核心，通过科学的平衡设计可有效避免长距离调配与弃方集中处理造成的资源浪费。结合沿线地质勘探成果与工程断面剖析，构建数字化土石方模型，进行动态调配仿真，实现全线不同标段之间的余缺互补与就地处理。在保证路基强度与稳定性的前提下，通过微调纵坡点位与高程控制，平衡挖方与填方体积，避免大进大出、外运外弃的非绿色施工方式。在此基础上，施工扰动控制策略应贯穿设计全过程，从工艺选择、临建规划到场区恢复均应设置扰动上限。边坡开挖应采用台阶式与生态护坡结合方式，避免一次性大面积破坏，减少裸露面积与水土流失；施工道路设置应与主线布设一致，避免重复占地，提升现场运输效率；施工期雨水管理应纳入设计前期考虑，实现排水分流与调蓄功能结合，减少水土扰动对周边生态的连锁影响，从而实现从土石方平衡到生态控制的全流程绿色融合。

（三）基于交通能耗分析的纵断面优化技术

纵断面设计直接决定车辆运行的动力模式，对整体交通能耗有重要影响。纵坡过大或频繁变坡将迫使车辆持续加油或长时间制动，显著增加单位公里油耗与碳排放水平。通过采集典型车型在不同坡度运行条件下的油耗数据，构建基于速度-坡度-油耗关系的能耗计算模型，可精确评估各类纵断面布设方案的能源利用效率。在具体优化中，应控制长坡段连续长度与最大坡度值，引导设置坡长适中、坡比均匀的“缓坡优先”布局。特别在长下坡路段，通过设置缓冲带与逃逸车道，增强安全保障的同时降低刹车使用频率，减少热能浪费。在车辆运行密集区域，如城乡结合部与产业通道，宜设定平缓路段比重更高的纵断面组合，提高平均车速并减少能耗波动。

（四）多目标协同下的路线优化决策机制构建

城乡公路的优化设计需在环境友好、经济可行与运行高效等多种目标之间寻找平衡点，建立多目标协同机制成为推动低碳实践的关键环节。以绿色绩效为评估核心，构建包括工程投资、生态扰动、交通能耗、运营效率在内的指标体系，并为每个指标设置相对权重。利用模糊综合评价、层次分析法等方法建立数学模型，在多个设计方案中选出综合评分最高者。决策机制应具备动态调整功能，能够在项目设计阶段随数据变化进行实时修正，确保最终方案最大程度符合综合利益最大化的导向。在决策平台建设方面，应引入BIM与GIS等信息技术，构建数字化协同平台，实现勘察、设计、审批、施工信息的一体化集成。不同专业人员之间通过平台共享数据、对比模型、联合评审，提升设计效率与决策质量。

结束语：城乡普通公路的路线平纵组合设计不仅是工程几何优化的过程，更是落实低碳交通发展理念的重要路径。以低碳为核心引导设计逻辑转变，通过自然地形适应、土石方平衡控制、纵断面能耗评估及多目标协同机制构建，实现技术优化与生态友好的有机结合。城乡公路体系的绿色建设将因科学设计而实现系统化提升，在满足基础交通需求的同时引领交通领域可持续发展的长远方向。

参考文献

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