高速公路的未来

内容 阿鲁普 远见 + 研究 + 创新 远见+研究+创新是Arup的内部智库和咨询机构，专注于建筑环境和整个社会的未来。我们为Arup的全球业务以及来自广泛地区和行业的客户提供服务。我们帮助我们的组织理解趋势，探索新想法，并从根本上重新思考他们业务的未来。我们开发了“通过设计进行远见”的概念，该概念利用创新的设计工具和技术将新想法变为现实，并让客户和利益相关者参与有意义的关于变革的对话。 前言5引言7大趋势9用户旅程25结论53贡献者54参考文献56出版物58致谢59 联系人 托尼·马歇尔全球高速公路业务领导者 tony.marshall@arup.com 克里斯·卢布克曼全球总监，远见 + 研究 + 创新 chris.luebkeman@arup.com 马库斯·莫雷尔高级分析师，前瞻性研究+创新marcus.morrell@arup.com 林恩·古尔丁分析师，预见+研究+创新 lynne.goulding@arup.com 发布于2014年11月 13 Fitzroy Street LondonW1T 4BQ arup.com driversofchange.com © Arup2014 前言 托尼·马歇尔全球高速公路业务领导，奥鲁普（Arup）。 与我们的交通网络相关，基础设施将面临不断增加的将会有越来越多的问题得到认可和产生影响，包括：新的所有权模式、在变化的天气模式中的快速增长、更有效地利用旅游规划的大数据质量，以及越来越复杂的客户决策工具。 在未来，高速公路和运输能力限制、土地和资本短缺以及快速发展的技术变革。 并且能力，这些超越新基础设施的发展步伐整合的交通网络，无缝思考这些趋势和问题，作为连接到多种模式，包括新颖的概念和新兴的解决方案汽车、公交车、铁路和非机动车将帮助我们更好地理长期目标将是创建一个交通系统。通过跨模式思考，我们可以迈向一个互联互通、低碳的未来。 挑战并有望激发整个行业的创新。 对于发达城市，交通基础设施可能需要重新定位和调整，以适应更绿色出行方式的决定。在发展中国家，快速的世界变化。这需要远见卓识以及强有力的领导。 推动变化的因素，以及这些因素可能如何影响城市中塑造未来道路和高速公路的形态，而不是成为规划的本报告的目的是超越日常挑战，思考通过在思维增长、生产力和连通性方面拓展边界，同时最小化与公路建设及运营相关的任何负面影响。 关于高速公路设计中的可能性、人口增长以及对需求希望未来的交通道路将需要政策和措施来持续为经济发展提供益处，避免重复发达国家的错误 先进技术，如自动驾驶汽车、轻质材料和智能交通解决方案，都将有助于管理客运和货运流动性的增加。出行行为的改变也将对未来交通解决方案产生重大影响。 引言 未来已经到来——只是分布并不均匀。—威廉·吉布森 优质的高速公路基础设施，包括道路、隧道、桥梁、建筑和公共设施，带来了广泛的经济和生活方式好处。高速公路通过提供就业、服务、休闲活动和与其他交通方式的连通性，吸引商业并促进社会福祉。然而，道路基础设施的局限性，尤其是在城市中，是显而易见的，过度拥挤和拥堵可能导致高昂的延误、污染和其他负面外部性。 这篇文章超越了对当前挑战和机遇的日常关注，探讨了阿鲁普认为可能塑造未来高速公路和交通基础设施使用的力量。 首先，本报告探讨了将推动公路设计变化的宏观力量。如气候变化等重大趋势将推动建筑材料、施工技术和基础设施韧性的环境改善。连接型基础设施、车对车通信、智能物流、新材料和新动力系统等技术变革也可能影响道路的设计和施工。用户行为和偏好的变化以及新的基础设施融资方式也将对未来道路的利用和支付方式产生影响。 尽管在过去40年中车辆和技术取得了显著进步，但道路或许并未以同样的速度发展，尤其是从使用者的角度来看。这种情况正在改变，因为新技术有可能对道路基础设施的建设、管理和效率产生根本性的变革。因此，未来的道路可能与今天的道路在外观和性能上大不相同。 其次，本报告重点关注交通运输和高速公路基础设施的用户体验。这里设想的用户旅程旨在描绘出一个面向未来、鼓舞人心的高速公路愿景，并挑战我们对未来的思考。 未来公路将呈现何种景象？它们如何在需求不断增长的出行和货运能力的世界中应对？在经济、政治、社会、环境和科技快速变化的时期，未来远非确定。但我们可以根据当前趋势和轨迹，以及新兴的理念和解决方案，探索可能的未来。 最后，贯穿用户旅程中的案例研究显示，在高速公路设计中正在出现的新趋势。这些是可能未来变化的早期迹象，并揭示了我们可能前进的方向。 大趋势 大趋势是改变游戏规则的力量，将在未来几年塑造世界。作为变革的推动者，这些趋势具有深远的影响、持续性和相对确定性。以下描述的大趋势将对交通基础设施和交通服务产生全球性的影响，既带来挑战也带来机遇。 一个城市世界 今天，世界上超过一半的人口居住在城市。据估计，全球城市人口以每秒两人速度增长，每天增加17.28万人城市居民。1这快速的城市化意味着到2050年，全球大约70-75%的人口将是城市居民。 在世界24个特大城市中，有四个位于中国，到2025年将再有三个。这将是历史上最快的城市扩张之一。 在这个整体增长中，城市化的速度将在全球范围内有所不同。特大城市（人口超过1000万的城市）的数量和规模正在增加，其中大部分位于新兴市场。中国和印度将引领城市化的浪潮，在2011年至2030年期间，这些国家将占全球城市增长的40%。世界上24个特大城市中，有4个位于中国；到2025年，还将增加3个。这是历史上最快的一次城市扩张。2到2030年，将会有六个印度特大城市人口超过1000万，预计将有超过3000万人居住在孟买，2600万人居住在新德里。3 城市化进程加快将对已紧张的城市系统和基础设施增加额外的压力。随着城市的扩张和人们的日益富裕，对个人出行的需求将增长，可能导致街道交通拥堵。 非洲 拉丁美洲 技术与连接 全球机动车辆数量预计将...欧洲 技术变革的加速将是交通领域的主要驱动力之一。技术进步的历史提供了强有力的证据，表明变化不是线性的而是指数级的，创新和技术改进的周期很可能进一步加速。 自修复材料可能通过延长结构的使用寿命并减少维修需求，从而降低维护成本。 全球机动车辆数量预计到2030年将每年增长3%。 到2030年每年增长3%。欧洲和美国的增长率可能较慢（分别为1%和2%）。北美洲 分别)，但在印度增长率可能高达7%或8%。4中国也在经历其道路上车辆数量的指数级增长。根据中国公共安全部，2012年中国的车辆保有量达到了2.4亿辆，其中1.2亿辆为乘用车。2012年新增的1510万辆车总数超过了1999年底的整个车辆数量，这表明中国政府在控制排放和缓解中国城市交通拥堵方面所面临的挑战。5 新技术领域，如纳米技术、信息和通信技术以及机器人技术的最新进展，为创新和增长提供了新机遇。特别是在纳米技术方面的进步可能会导致新材料的出现，这些材料更轻、更强、更智能、更环保。例如，具有革命性强度、柔韧性和导电性特性的石墨烯，可以应用于众多领域，并支持完全新型的结构；自修复材料可能通过延长结构使用寿命并减少维修需求来降低维护成本。 大城市的发展也可能导致前所未有的城市蔓延、新的贫民窟以及贫富差距的不断扩大。这是一个全球趋势，目前最富有的1%的人几乎拥有地球上近一半的财富。6目前约有10亿人居住在贫民窟中，其中超过90%的贫民窟位于发展中国家的城市。7到2050年，贫民窟人口可能达到30亿。8 预计采用轻质材料（如铝合金、碳纤维复合材料、高强度钢）并结合更好的空气动力学，有望将车辆的燃油效率提高一倍。9材料科学的发展也在显著提升电池的性能，改变电储存的潜力。10 全自动导航系统将使自动驾驶车辆技术成为可能，并为汽车公司开拓新的市场，以便向老年人或有身体或心理障碍的人销售。自动驾驶车辆还将对支持它们的基础设施产生影响。例如，道路可能变得更窄，路边标志也可能减少。自动驾驶汽车还可以提高现有基础设施的峰值容量，因为它们可以在更近的距离内安全行驶。 智能机器人在隧道和桥梁等基础设施的检查以及老化结构的有效维护中可能扮演更加重要的角色。例如，正在建造的智能机器人可以修复和翻新老化的水管，而爬行机器人可以测试桥梁、电梯和索道的承重电缆和绳索。群体机器人技术是未来交通和基础设施项目的一个领域。这种基于蚂蚁和蜜蜂群体行为的理论，群体机器人技术涉及小型个体机器人集体合作，通过分配工作来实现更大目标。未来，大规模建筑和基础设施维修可能将受益于大量廉价的机器人。14 EDAG，一家德国工程公司，设计了一款名为Genesis的完全3D打印的车身。它也是仿生学的例子，基于乌龟的壳来提供保护和缓冲。. 3D打印，或增材制造，被赞誉为一项可能引发新一轮工业革命的重大突破性技术。这项技术将对汽车制造业产生巨大的影响。整个车辆可以通过增材制造生产，使得车辆形状和形式更加灵活，车身更轻、更强。增材制造还可以使汽车维护成本更低，因为零部件可以在需求时在消费者更近的地方打印出来，从而降低运输和储存备件的成本。 日益增长且老龄化的人口 全球人口预计将在2050年达到约95亿，届时人口仍将增长，但增长率将放缓。并非所有地区都将同等增长，世界上某些地区将经历爆炸性增长，而其他地区将继续面临人口减少。到2050年，俄罗斯、日本和德国的人口预计将减少超过10%。这意味着俄罗斯将失去2300万人，日本将失去1900万人；德国将失去1000万人。15预计未来90%的人口增长将在发展中国家的城市发生。6随着印度取代中国成为世界上人口最多的国家。 智能机器人正在被部署用于检查和维修老化的水基础设施，以及检查和评估承重电缆的状况。 物联网的兴起——将大量设备、传感器和机器连接到网络中——将促进新技术、平台和服务的倍增和扩展。如今，地球上每个人大约有1.84个联网设备。到2020年，这一数字将增加到每人约6.6个设备。目前，可能有一天成为该网络一部分的99%的物理对象仍然未连接。11物联网将推动如下技术的崛起：智能车辆能够自我监控和自我诊断，与其他车辆和更广泛的环境进行通信，并测量最新的交通、道路和天气状况。12车辆间通信将使汽车能够广播其速度和方向，并警告其他车辆关于潜在的安全隐患。无线传感器网络与超低功耗传感器相结合，将使监控桥梁或隧道等广泛结构成为可能。13 随着到2050年全球60岁及以上的老年人口超过20%（即约20亿人），老龄化人口将对移动解决方案的设计和选择产生重大影响，因为老年一代可能会有明显不同的需求、偏好和关切。 行为改变与共享经济 在总体趋势中，一些社会将迅速老龄化，这意味着劳动年龄人口占总人口的比例将下降，劳动年龄人口将不得不抚养更多的依赖者。这可能会对交通选项的成本和可负担性产生影响。在其他地区，将有更多年轻人，提供更大的劳动力队伍和不断扩大的消费市场，但同时也给现有系统带来压力。 在世界的一些地区，对环境问题的认识提高以及全球监管的加强，导致个人和公司更加注重可持续的行为模式，同时公众对健康和福祉的关注也促使出行选择转向更为活跃的方式，如步行和骑自行车。高密度和综合交通规划是提高城市非机动交通（NMT）方式份额的关键因素。步行、骑自行车以及其他依靠人体能量运行的交通方式有助于促进公民健康，同时消除排放和其他污染物的不利影响。19 NMT也提高了对重要服务和就业的负担得起的访问。 到2050年，预计世界一半的人口将步入中产阶级，这将对于人们选择旅行的方式产生重要影响。 到2050年，预计全球50%的人口将进入中产阶级，这将对人们选择旅行的方式产生重要影响。新兴经济体预计将对这一趋势做出最大贡献，尤其是亚洲。到2030年，全球近三分之二的人口——约50亿人——可能被归类为中产阶级。17 未来的交通系统将聚焦于多模式解决方案，实现不同模式之间的无缝转移。智能票务系统、动态和实时的旅行规划工具以及便捷和可靠的汽车和自行车共享服务均可以有助于这一目标的实现