前瞻科技

等级	长度L/m	宽度W/m	高度H/m	重量Q/t
一级	14≤L<20	3.5≤W<4.5	3≤H<3.8	20≤Q<100
二级	20≤L<30	4.5≤W<5.5	3.8≤H<4.4	100≤Q<200
三级	30≤L<40	5.5≤W<6.0	4.4≤H<5.0	200≤Q<300
四级	L≥40	W≥6.0	H≥5.0	Q≥300

等级	长度L/m	宽度W/m	高度H/m	重量Q/t
一级	14≤L<20	3.5≤W<4.5	3≤H<3.8	20≤Q<100
二级	20≤L<30	4.5≤W<5.5	3.8≤H<4.4	100≤Q<200
三级	30≤L<40	5.5≤W<6.0	4.4≤H<5.0	200≤Q<300
四级	L≥40	W≥6.0	H≥5.0	Q≥300

车型	车货总质量规定	车货总尺寸规定
二轴货车	车货总质量超过18000 kg	总高度超过4 m；总宽度超过2.55 m；总长度超过18.1 m
三轴货车	车货总质量超过25000 kg；三轴汽车列车，其车货总质量超过27000 kg
四轴货车	车货总质量超过31000 kg；三轴汽车列车，其车货总质量超过36000 kg
五轴货车	车货总质量超过43000 kg

车型	车货总质量规定	车货总尺寸规定
二轴货车	车货总质量超过18000 kg	总高度超过4 m；总宽度超过2.55 m；总长度超过18.1 m
三轴货车	车货总质量超过25000 kg；三轴汽车列车，其车货总质量超过27000 kg
四轴货车	车货总质量超过31000 kg；三轴汽车列车，其车货总质量超过36000 kg
五轴货车	车货总质量超过43000 kg

类别	大件公路	高速公路	普通公路
空障路障清除	大件处协调交警管理部门	高速公路管理局指导，各路公司负责	公路局指导，各市州交通局负责
运输监护	290 t及以上	车货总质量超过100 t或长、宽、高分别超过28、3.75、4.5 m
运输方案	290 t及以上	必要时
公路（桥梁）评估加固	500 t及以上	必要时
安全评估报告	1000 t及以上	必要时

类别	大件公路	高速公路	普通公路
空障路障清除	大件处协调交警管理部门	高速公路管理局指导，各路公司负责	公路局指导，各市州交通局负责
运输监护	290 t及以上	车货总质量超过100 t或长、宽、高分别超过28、3.75、4.5 m
运输方案	290 t及以上	必要时
公路（桥梁）评估加固	500 t及以上	必要时
安全评估报告	1000 t及以上	必要时

大件货物道路运输技术现状与展望

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贺宜 ¹ , 余荣杰 ²^,³^,^†

前瞻科技 | 综述与述评 2023,2(3): 106-117

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前瞻科技 | 综述与述评 2023, 2(3): 106-117

大件货物道路运输技术现状与展望

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贺宜¹, 余荣杰²^,³^,^†

作者信息

1.武汉理工大学智能交通系统研究中心，武汉 430063

2.国家自然科学基金委员会工程与材料科学部，北京 100085

3.同济大学交通运输工程学院，上海 201804

贺宜，副研究员，博士研究生导师。国家优秀青年科学基金项目、中国工程院与英国皇家工程院“创新领军人才”联合培养项目、湖北省“青年拔尖人才”项目获得者。主要从事重载车辆运行安全控制研究。电子信箱：heyi@whut.edu.cn。

余荣杰，教授，博士研究生导师。国家自然科学基金委员会工程与材料科学部交通与运载工程学科流动项目主任。主要从事驾驶行为建模、道路交通安全风险预警与防控、自动驾驶汽车测评研究。电子信箱：yurongjie@tongji.edu.cn。

通信作者:

†

Current State and Prospect of Road Transportation Technology for Oversized Freights

Yi HE¹, Rongjie YU²^,³^,^†

Affiliations

1. Intelligent Transportation System Research Center, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China

2. Department of Engineering and Materials Sciences, National Natural Science Foundation of China, Beijing 100085, China

3. College of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China

出版时间: 2023-09-20 doi: 10.3981/j.issn.2097-0781.2023.03.010

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摘要

收起

随着中国经济社会和国防事业的飞速发展，大件货物运输需求呈井喷式增加。超大型装备和工程构件往往面临“易造难运”的囧境，运输效率和运输安全性已成为阻碍其发展的关键问题。大件货物道路运输技术的进步和发展，将带来建筑业、制造业等关联行业的创新和发展。文章明晰了大件货物道路运输的本质内涵；剖析当前大件货物道路运输过程中存在的问题；通过大件货物道路运输技术的现状和发展趋势分析，展望了大件货物道路运输决策支持技术、大件货物道路运输安全保障技术和重载车辆设计与控制技术；在完善交通路网规划设计、健全大件货物道路运输体系、攻克重载车辆核心技术和完善大件货物道路运输服务方面提出了发展建议。

关键词

道路运输 / 大件货物 / 运输安全与效率 / 重载车辆设计与控制 / 政策建议

Abstract

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With the rapid growth of China’s economy and the expansion of its national defense efforts, there has been a substantial increase in the demand for transporting oversized freights. However, oversized equipment and engineering components often face the challenge of being “easy to manufacture but difficult to transport”, and this has led to transportation efficiency and safety becoming key issues hindering their development. The advancement of road transportation technology for oversized freights is pivotal for fostering innovation and development within the construction and manufacturing industries. This paper outlines the inherent characteristics associated with the road transportation of oversized freights and analyzes the prevailing issues. By examining the current state and future trends in the field of oversized cargo road transportation technology, this article provides insights into decision support technology for oversized cargo road transportation, safety assurance technology for oversized cargo road transportation, and design and control technology for heavy-duty vehicles. Furthermore, it offers development recommendations in four key areas: Improving traffic network planning and design, enhancing the oversized cargo road transportation system, addressing core technologies for heavy-duty vehicles, and refining services in the field of oversized cargo road transportation.

Key words

road transportation / oversized freight / transportation safety and efficiency / heavy-duty vehicle design and control / policy recommendations

引用本文

贺宜, 余荣杰. 大件货物道路运输技术现状与展望. 前瞻科技, 2023 , 2 (3) : 106 -117 . DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2023.03.010

Yi HE, Rongjie YU. Current State and Prospect of Road Transportation Technology for Oversized Freights[J]. Science and Technology Foresight, 2023 , 2 (3) : 106 -117 . DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2023.03.010

正文

收起

现代工程建设技术的发展，带来了大量的建筑构件的运输需求，激发了超大件/重载货物运输需求的增长。例如，使用架桥机对桥梁预制件进行装配的现代桥梁建造常规作业方式，可大幅加快建造速度；而桥梁的大跨度设计（尤其是在艰险山区），可大幅降低系统构建成本。随着现代制造业水平的提升，工厂化生产成为趋势，超大型装备的运输进一步激发了中国超大件/重载货物运输需求增长。典型的超大件/重载货物运输对象如：大型风力发电设备风机片长达100 m（图1）；三峡大坝11号机组发电机转子重达1779 t，最大的化工装备全长138.6 m，最大直径10.8 m，重达2558 t；未来的长征9号重型运载火箭，柱段直径10.6 m，长度约60 m，质量达300 t以上。

随着工业、建筑业、民生行业的迅猛发展，以百吨级核电支承环、千吨级桥梁结构件和化工设备为代表的“不可解体”大件道路运输需求持续稳定增长^[1]。超大超长（百米级）、超重（千吨级）拼装结构件的常态化道路运输需求，给道路运载能力带来了新的挑战。如图2所示的大型工程装备运输实例，其对运输车辆和沿途道路的质量和性能提出了更高的要求。据不完全统计，2019—2021年间，中国跨省大件货物运输审批许可分别为18.3万、40.3万和58.0万件^[2]，呈逐年增长态势。即使在新冠肺炎疫情发展高峰时期，运输需求依旧保持正增长^[3]。

同时，大件货物道路运输能力也事关国防安全。重型装备分段运输需实现“召之即来、来之能战、战之必胜”的目标，而机动性和运输能力不足将直接影响武器装备的部署效率和作战能力，决定了运输人员与装备的安全性。可见，经济社会和国防高质量发展对中国大件货物道路运输能力提出了更严苛的要求。

2019年，中共中央、国务院印发的《交通强国建设纲要》明确指出，打造绿色高效的现代物流系统，推进大件货物运输专业化物流发展，是中国统筹推进交通强国战略的重点建设领域之一。2022年，交通运输部印发《关于进一步加强大件运输管理服务工作的通知》，对大件货物运输许可服务、压实大件货物运输安全生产责任、加强大件货物运输的事前事中事后监管、许可监管服务保障等工作提出了新的要求。随后，广东、江西、四川、山西等省也相继出台了相关大件货物运输许可与管理实施细则。

当前，中国超大件/重载货物道路运输运载能力存在严重短板。

其一，中国重载车辆整车设计技术受国际封锁，设计与控制技术与国外存在代差，“卡脖子”问题突出。单车的运载能力、经济性、可靠性、机动能力等存在严重不足。

其二，超大件/重载货物道路运输存在车辆-货物不同路的难题，缺乏现代感知技术的支撑，单纯依靠人工协同会出现效率低、筹备时间长、运输速度慢、效率低下、运输风险大等问题。

其三，超大件/重载货物道路运输对象往往加工周期长、货值高，运输过程保护难，对运输安全要求格外苛刻。而超大件/重载货物道路运输，特别是超大件货物道路运输过程极易受到外载的作用，造成系统的失控，面临巨大挑战。

布局可拓展的新构型重载车辆设计研究；布局基于多车协同的高效超大件道路运输新技术研究；创新大件货物道路运输技术，实现道路运输千吨级突破，改变大型重型装备零件运输、现场组装的生产制造模式，推动制造业产业升级，其意义重大而深远。

1 大件货物道路运输定义及问题

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1.1 大件货物道路运输定义

大件货物道路运输一般指使用超规车辆运输的超大、超宽、超高、超重等大型货物，主要的对象大多为重大工程项目设备、国防战略装备、组装式建筑构件等，具有不可拆卸的特征，大多只能通过公路运输。因此，安全、高效地运达目的地关系到重大工程项目的顺利进行，也事关国防战略武器的快速部署能力。1995年，交通运输部发布《道路大型物件运输管理办法》，明确大型物件是指符合下列条件之一的货物：① 货物外型尺寸为长度在14 m以上或宽度在3.5 m以上或高度在3 m以上的货物；② 重量在20 t以上的单体货物或不可解体的成组（捆）货物，同时将大型物件分为四级，级别按其长、宽、高及重量4个条件中级别最高的确定。道路大型货物运输等级的具体划分如表1所示。

2016年，交通运输部实施《超限运输车辆行驶公路管理规定》，并于2021年修订，是中国大件货物运输的基础性法规，统一规定了超限运输车辆标准，明确了超限运输车辆是指下列情形之一：① 车货总高度从地面算起超过4 m；② 车货总宽度超过2.55 m；③ 车货总长度超过18.1 m；④ 车货总质量超过49 t。超限运输车辆的详细规定如表2所示。大件货物在尺寸和重量上超过了普通载货汽车容许的装载尺寸和重量，且大件货物运输车辆对道路的空间和结构的要求显著高于普通货车。

1.2 大件货物道路运输问题

当前，中国大部分道路运输货物限于千吨级以下，千吨级以上大件货物的道路运输能力仍然是一大技术难题。这在一定程度上制约了重大工程装备运输和机动能力，以及重大武器装备部署效率。中国大件货物道路运输在决策支持、重载运输和超规运输方面面临挑战。

（1）决策支持不足问题。大件货物道路运输长期以来存在“制度缺”“运费高”“通行难”等问题，影响了重点工程建设进度。根据《超限运输车辆行驶公路管理规定》，运输不可解体货物的重载车辆除需到公路管理部门申请办理超限运输许可外，还需到公安交管部门办理《指定行驶路线、时间、进度表》手续，审批领取《超限运输通行证》后方可上路行驶。表3为不同公路的大件货物道路运输保障管理内容。目前，中国尚无明确的规范文件对大件货物道路运输许可作出规定，各地区存在政策不统一，省际协调配合差、许可效率低等问题，增加了运输时间和成本。大件货物道路运输的运费是常规运费的5~8倍，有的甚至超过了运输货物价值的数十倍。

（2）重载运输问题。当前重载货物运载平台大多基于传统车辆改造，受限于机械构型，存在不可持续拓展、传动效率低问题，重载车辆新构型设计和控制技术水平偏低，致使车辆运输和承载能力面临短板。另外，重载后的车辆在行驶过程中会对底盘承载力、路面结构和耐久性、桥梁承载能力等产生较大影响，对基础设施产生损伤风险，造成交通组织与筹备时间长，效率低下。重载货物在运输过程中，姿态会产生动态变化，所以车辆和货物运行姿态难以准确估计，如液罐箱体运输过程中的质心偏移会导致车辆极易失稳，重载货物质量分布不均易引起车辆的局部超负载，从而导致侧翻事故时有发生（图3）。同时，为保障行驶安全，根据管理规范，在无特殊情况下，重载运输车辆行驶需沿中线行驶且速度不得高于5 km/h，部分山区公路行驶速度低至1.5 km/h，并且行驶过程中，严禁急刹车、加减速。这样会导致运输效率低下。

（3）超规运输问题。超规大件货物由于体积庞大，占用道路资源多，给道路的限高限宽规定带来严峻挑战。图4为盾构机运输车在途经高架桥时，由于车货总高度超过桥体的最小离地距离，造成进退两难的境遇。有时为了运输超规货物，需要通过交通管制、封闭路段才能通行，极大地影响了交通效率。图5为公安部门临时封闭了沿途道路来运输核电支承环。部分超大件货物甚至需要多辆车共同运输。目前，多车运输过程中单纯依靠人工协同会造成同步精度低、速度慢等问题。另外，大件货物道路运输过程中受货物-车辆-道路-环境耦合作用，运输过程中缺乏车路信息协同和交互，如风机叶片等货物的运输易受气象的影响，导致车辆行驶稳定性降低；雨雪、团雾等不利天气也容易降低路面附着系数，从而影响车轮抓地力，导致交通事故（图6）。

2 大件货物道路运输技术发展现状

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在当今贸易全球化的背景下，大件货物的运输变得日益重要。纵览世界各国，大件货物的道路运输技术需要不断创新和发展来应对日益复杂的物流需求和贸易全球化带来的挑战^[4-5]。该技术的发展对于促进物流和贸易的顺利进行具有重要意义。中国政府也相继出台了一系列支持大件货物道路运输发展的政策措施，促进运输企业的发展和创新。1996年，交通运输部发布《道路大型物件运输管理办法》^[6]，为大件货物的运输界定了明确的范围并提供了详细的申请和审批步骤。同时，加强运输安全管理、提升运输从业人员的素质，也成为中国大件货物道路运输的重要任务。此后，中国大件货物的货运量和运输技术的发展步入正轨。2016年，为了积极响应时代的需求，交通运输部发布《超限运输车辆行驶公路管理规定》的征求意见稿^[7]，在广泛征求社会各界的意见并修订完善后，于当年9月起正式实施^[8]。2021年，交通运输部对其再次修订，进一步完善了这一管理规定^[9]。此外，交通运输部于2020年实施了《道路大型物件运输规范》，从管理的角度提升了中国大件货物的运输效率和安全性^[10]。2022年，中国铁建股份有限公司发布《自行式模块运输车法拆建桥梁上部结构施工技术规程》。2023年，广东省交通运输厅发布《关于大件运输许可服务与管理的实施办法》。这些政策和管理办法的出台，为推进中国大件货物运输管理奠定了基础。

当前，大件货物道路运输技术正朝着高效、智能和可持续的方向不断迈进。在大件货物道路运输决策支持技术、安全保障技术和车辆技术方面取得了显著进展，为满足大件货物道路运输需求提供了技术支撑。

2.1 大件货物道路运输决策支持技术

中国大件货物道路运输的研究起步较晚，与发达国家还有很大的差距。例如，20世纪末建造漫湾水电站时，核心设备重量已超百吨，在对运输路线进行探查和改造后，利用传统的9~16轴的挂车完成运输^[11]。随着中国基础设施的大规模建设运营，大件货物运输道路条件日趋完善，在大件货物道路运输决策支持技术方面也有许多突破。中国从车辆结构载荷和实际运输应用两个角度开展探索，搭建了“双控评估方法”来确保超重车辆的安全运输性能^[12]。云南省铺设7条大件货物运输路径，并积极积累已有的运输管理经验，大大改进了运输性能。2021年，山西省发布“大件货物运输桥梁可通过性评估系统”并投入使用，其主要涵盖项目管理、计算评估、项目统计、交通基础设施数据和有限元仿真模型5项功能。

2.2 大件货物道路运输安全保障技术

如何快速审批、缩短运输时间是降低运输成本和提升通行效率的关键。针对大件货物道路运输过程的安全评估，欧美等发达国家率先在道路和桥梁的承载能力测算方法、安全过程评估、线路优化系统和大件货物道路运输服务等方面开展了研究。例如，Pashkevich等^[13]为解决大型货物交通组织问题，提出了决策支持系统，通过预测运输过程中会出现的问题提出解决方案模型集，求解最佳重载运输车辆和最佳路线问题。Tong等^[14]综合考虑运输时间、成本、服务质量和水平等因素研究大件货物运输路线选择的影响因素，建立以成本和服务水平为最优化目标模型，采用蚁群算法对大件货物运输线路进行优化。Fiorillo等^[15]利用实际数据和数值仿真分析了桥梁在承载重型卡车时的可靠性，表明桥梁的疲劳脆性和超应力脆性与重载卡车在交通流中的百分比存在显著因果关联，为提升大件货物道路运输的效率和安全性提供了参考。此外，欧盟建立了货物运输监测系统来预测运输的安全性和效率，如单式联运和多式联运^[16]。该系统综合考虑了运输时间和预算的影响，可以为决策大件货物的最佳运输路径和运输模式提供依据，也可以用来评估现有运输策略的有效性。韩国开发了基于可靠性的超重许可分析系统（Overweight PERmit Analysis System, OPERAS），极大地促进了大件货物的高效运输^[17]。可见，计算机和仿真优化技术在确定超大件货物的运输路径和运输方案方面具有巨大潜力，不仅高效便捷，还可以简化决策过程。在搭建规划和决策模型的基础上，只需输入货物的尺寸、重心和运输需求，即可高效决策最佳的运输路径及其备选方案^[11]。

2.3 大件货物道路运输车辆技术

大件货物对车辆运载能力和机动能力要求严苛。车辆的控制技术与设计正经历着日益深化和多样化的发展，这为大件货物道路运输提供了更高效、安全、可靠的解决方案^[18-19]。针对大件货物的运输需求，在车辆技术方面不断涌现出新的设计和改进。例如，大件货物运输车辆的结构和载重能力得到了优化，以装载不同类型的货物。特殊的车辆底盘和车身结构可以有效分散货物重量，确保运输的稳定性和安全性。同时，车辆的悬挂系统和减震装置也在不断创新，以提供更平稳的行驶体验。此外，智能化技术的应用使大件货物道路运输更加高效。车辆设计中集成了先进的传感器、全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）以及远程监控技术，实现了对货物位置、状态和运行情况的实时监测。这些信息可以通过云平台进行分析和管理，帮助运输企业实现运输过程的智能化管理，提升运输效率和安全性。

目前，大件货物场地转运过程中发展出了自行式模块运输车（Self-propelled Modular Transporter, SPMT）^[20-21]（图7和图8）。这是一种自身带有驱动单元的超大件工程物流运输装备，行驶速度为1~5 km/h，单轴载重通常为30~50 t之间，具有转向灵活、可变自由度等特点，为整体不易拆分的超大、超长、超重的货物运输提供工程物流解决方案。世界上首辆真正意义的SPMT由荷兰玛姆特（Mammoet）公司和德国索埃勒（Scheuerle）公司联合开发，其开发的车型结构一直沿用至今。美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration, NASA）利用拼接的SPMT完成“奋进”号航天飞机的道路运输任务。这也是全球首次在开放道路实现航天器运输的案例。之后，NASA利用SPMT完成火箭推进器从产地至发射中心的运输。2004年，美国联邦公路管理局、美国州公路及运输协会强调SPMT在搬运预制桥梁组件中的重要性并发布全球首个《自行式模块运输车拆卸桥梁件工作手册》^[21]。在深入总结研发和实践经验的基础上，欧洲非正常道路运输和移动起重机协会（Europaische Schwertransport Automobilkran, ESTA）于2016年发布SPMT最佳实践指南，为从业者的操作规则和车体的稳定性阈值提供参考^[22]。

国内积极借鉴国际先进经验，开展产学研合作推动SPMT的研发进程。经过科研人员技术攻关，中国在封闭场地大件货物运输技术上有所突破。例如，湖北三江航天万山特种车辆有限公司与武汉理工大学联合研发了超重型智控平板车，最大载重超过万吨；泰安航天特种车有限公司与北京理工大学合作研发了重型特种车辆；中国重型汽车集团有限公司与清华大学合作研制了世界首台串联混动分布式驱动五轴样车；广东力特机械工程有限公司利用自主研发的SPMT完成了港珠澳大桥CB02标段钢结构大节段第一段的运输任务^[23]。传统的现场桥梁施工的工期通常维持数月，而在受控条件下进行场外桥梁预制，然后利用SPMT将预制梁整体移至施工区域并在现场快速安装，可以最大限度地缩短施工周期^[20]。此外，湖北三江航天万山特种车辆有限公司利用其自主研制的SPMT成功实现了对5000 t海警船的整体运输，刷新了亚洲纪录。这些代表性的成功案例为国产SPMT走出国门、迈向世界奠定了重要基础。

但是，上述SPMT技术不符合道路运输车辆使用规范，行驶速度难以满足高速道路大件货物运输需求，亟须研发适用于道路运输使用条件的超大件运载工具。大件货物道路运输技术在车辆技术与设计领域正呈现出多方面的创新和发展。通过优化设计车辆结构、模块化分布式电驱动等手段，为大件货物道路运输提供更加可靠、高效的解决方案。这些技术和设计的进步不仅有助于满足不断增长的物流需求，还为中国的交通运输事业注入了新的活力和动力。随着科技的不断进步和行业的不断发展，大件货物道路运输技术在车辆设计、车辆动力学与控制中有望取得突破性和原始性的创新技术。

3 大件货物道路运输技术展望

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随着中国经济的不断发展和国际贸易的深入推进，大件货物道路运输技术有望在未来继续蓬勃发展，为中国物流运输体系的完善贡献更大的力量。然而，中国在大件货物道路运输技术方面仍面临一些挑战。大件货物道路运输发展受到货物-车辆-道路-环境等多因素共同制约。交通与运载工程领域智能化技术演进和变革将助推大件货物道路运输技术发展，推进交通组织与优化、车路协同技术、重载车辆设计与控制技术等方面的技术创新，可有效提高道路运输速度，降低占路成本，完善风险防控技术，降低货物运输损失风险。与发达国家相比，中国的大件货物道路运输技术水平还有很大差距，未来可在大件货物道路运输决策支持技术、安全保障技术和重载车辆设计与控制技术方面开展技术创新和科技攻关，进一步提升中国大件货物道路运输技术水平。

3.1 大件货物道路运输决策支持技术

决策支持技术是大件货物道路运输发展的关键。中国道路基础设施日臻完善，规模位居全球第一，道路基础设施未来会朝着数字化、网联化方向发展。这些技术的应用可为大件货物道路运输提供交通组织方案、运输规划和路径优化等多方面支撑，为实行大件货物道路运输线上办公、网上审批提供了可能性，也为大件货物道路运输提供更高效、安全和可持续的解决方案。

（1）货物和车辆智能匹配技术。依托信息化技术获取超大件/重载货物的尺寸、重力和目的地等特征信息，分析车辆最大承载能力和运输能力，计算与货物类型相匹配的车辆动力类型、载重、轴距和轴数结构类型，确定大件货物道路运输车辆载荷模型，降低车辆空载、半载带来的用车成本，避免因货物过载导致的车辆损失。

（2）基础设施承载能力计算。超重超限易引发道路和桥梁等基础设施损伤。在运输方案确定之前需要对大件货物道路运输车辆载重和重力分布特征进行解算，根据基础设施的设计载荷、开裂载荷和极限载荷，考虑基础设施设计理论和承载能力衰减等因素，建立大件货物道路运输全路径基础设施承载能力评估模型，评估大件货物道路运输风险。

（3）运输组织和方案优化。依托道路基础设施数字化技术，获取道路交通静态和动态数据以规划最佳的运输路线，综合考虑交通状态、行驶线路、道路和桥梁承载能力和环境等信息，制订时间和成本等约束的最佳运输方案，降低车辆能耗，提高货物运输的效率，减少运输时间和成本。

3.2 大件货物道路运输安全保障技术

随着5G、物联网等信息技术的发展，使得货物-车辆-道路-环境协同成为可能^[24]，实现货物、车辆、道路、环境数据获取和信息共享是未来大件/重载货物运输的技术发展趋势。2019年，交通运输部印发《推进综合运输大数据发展行动纲要（2020—2035年）》，提出推动货运物流数字化发展，鼓励网络平台道路货运、车货匹配、智能航运等“互联网+货运物流”新模式发展，并提出对超限车辆的安全检测预警。2020年，工业和信息化部印发《关于推动5G加快发展的通知》^[25]，发布了18项发展举措，其中提出促进“5G+车联网”协同发展，推动将车联网纳入国家新型信息基础设施建设工程。车路协同借助无线通信技术、传感器技术等多技术融合，实现车辆与货物、车辆与车辆、车辆与道路的信息感知与交互，保障大件货物运输安全，提升运输效率。将车路协同技术引入大件货物运输应用场景，其主要优势如下。

（1）数字孪生技术。超大件/重载货物不可分解和非标准化特征明显，其运输过程因货物的特殊性而有所不同。由于货物重心位置的差异，导致车辆-货物的不同轨迹，道路和车辆承载能力受到较大影响，可见突破超大件/重载货物的运输可行性和安全评估至关重要。数字孪生技术可以在虚拟环境中创建货物和运输过程的精确数字副本，模拟各种载荷下的运输状态，确定不同重心位置的货物在不同轨迹下的运行模式，包括动力学响应、受力情况和稳定性分析，从而开发道路和车辆承载能力解算系统，根据不同货物的特性和运输轨迹进行实时调整，提供安全性评估，提高车辆安全性和运输效率，减少事故风险。

（2）运输风险辨识技术。超大件/重载货物价值高，运输过程长、风险大，行驶过程中易受到货物、车辆、道路和环境等复杂因素影响进而产生事故风险，需进一步探索超大件/重载场景下“货物-车辆-道路-环境”等风险要素对行车风险的关联影响，建立车辆运动特征的数字化表达方法，突破精确的风险辨识技术，构建行车状态安全风险知识图谱，实现运输全过程监测和风险辨识，支撑精细化的运输决策。

（3）在途运输监测预警技术。针对不利行驶环境（路面湿滑结冰、桥梁横风、团雾）、路面破损/侵占（施工、车辆抛锚、抛洒物等）、不良视距条件以及超大件/重载运输等危害道路交通安全情况做出判断，研究超大件/重载道路交通安全风险知识自动化匹配及预警信息推送技术，通过车路协同技术实现车辆在途运输监测和预警，研发与车辆辅助驾驶和主动控制功能相嵌套的避险决策支持技术，确定车速引导、路径优化和姿态控制等避险功能的关键参数，支撑基础设施管养、交通管控、运输管理等决策。

3.3 重载车辆设计与控制技术

重载车辆设计与控制技术是提升大件货物道路运输性能和效率的关键，其涉及运输车辆的设计、制造和控制系统的创新与发展。这一领域的技术发展对于提高运输效率、降低运营成本及保障道路安全至关重要。

（1）模块化可拓展构型设计。模块化可拓展构型设计是重载车辆的主要发展趋势。现有超大件/重载车辆大多基于传统车辆底盘进行智能化的改造，依靠现有底盘动力学特征进行研究，车轮转向约束遵循阿克曼转向理论。新需求下重载车辆正朝着模块化可拓展构型设计方向发展，每个车轮自由度完全释放，将颠覆传统的汽车理论，对车辆多体动力学提出了新的挑战。

（2）分布式电驱动技术。目前，超大件/重载车辆绝大部分仍然采用传统的柴油动力和机械式集中驱动方式。随着轴数的增加，传动效率随之降低，使得车辆运载能力面临瓶颈，维护性低。随着车辆电驱动技术发展，轮毂电机发展颠覆了传统的底盘控制技术。超大件/重载车辆分布式电驱动技术是进一步突破车辆运载能力极限的关键。

（3）车辆群体控制技术。随着货物运输朝着重载化和大件化趋势发展，未来多车协同运输的需求日益迫切。目前，多车运输大多处于人工干预、遥控驾驶的阶段，群体智能控制还存在很多关键技术尚待解决，亟须突破时空多目标约束下重载车辆群体驾驶决策优化方法和基于稳定性分析的重载车辆群体协同控制方法，从而降低重载车辆群体决策控制系统的误差传递，提升车辆同步控制精度和效率。

4 发展建议

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（1）完善交通路网规划设计，打通大件货物道路运输战略通道。当前，交通路网在规划和设计阶段并没有充分考虑超大件/重载运输需求，受限于道路基础设施承载能力和道路条件限制，如高速公路收费站和电子不停车收费（Electronic Toll Collection, ETC）门架限宽限高等，造成超大件/重载货物在很多道路上无法通行，亟待对现有和新建的路网以及基础设施进行前瞻性优化布局，充分考虑超大件/重载货物运输对道路基础设施的需求，预留超重、超宽、超高货物运输通道，打通国家战略运输大通道，满足国防安全、经济与制造业发展的未来需求。

（2）健全大件货物道路运输体系，推进大件货物运输统一管理。各省市大件货物运输公路技术标准差别较大，导致不同地区对同一件大件货物的运输许可审批材料要求不一致，审批时间和申请结果不同，需要起运地公路管理机构反复协调运输沿线地区，沟通协调周期长。打破“多头管理”局面，实行全国“一盘棋”。由交通运输部和公安部协同设立大件货物运输管理委员会，实行全国大件货物道路运输统一审批，统一管理，建立省级协调机制，实现网上办公，加速审批过程，解决大件货物道路运输“上路难”和“审批长”等问题，加快跨省大件货物道路运输协同效率。

（3）攻克重载车辆核心技术，突破国外技术封锁。超大件货物运输重载车辆技术受到国外发达国家长期封锁，对中国实行“只租不卖”政策，而且费用高居不下。中国技术大多从仿制开始，难以与国外企业开展深度技术合作，极大限制了技术更新和迭代发展。当前，中国一些企业已掌握了超大件货物道路运输相关技术，具有一定研发基础。建议集中优势力量进行有组织的科研，由科学技术部联合交通运输部设立“超大件/重载货物运输关键技术及应用”重点研发计划专项；由国家自然科学基金委员会设立“超大件/重载货物运输多车协同智能决策和控制技术”重大项目。以重大科技项目为引领，推进产学研深度合作，打造新一代道路运输“大国重器”，实现道路运输突破千吨级，改变大型重型装备零件运输、现场组装的生产制造模式，推动制造业产业升级。

（4）完善大件货物道路运输服务，提升道路运输信息化水平。以“一键式生成大件货物道路运输方案”为目标，深入推进道路运输信息化监测水平，优化大件货物道路运输服务，由交通运输部组织推进“大件货物运输方案决策支持系统”建设，为行业提供运输技术服务。一方面，可实时监测公路和重点桥梁安全状态，评估大件货物运输对公路、桥梁的损害风险和安全隐患；另一方面，也可为企业提供大件货物运输公路技术标准、重要桥隧性能参数、线路等信息，加快企业运输审批流程，提升企业竞争力，降低中国物流费用，提升运输效率。

5 结束语

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随着中国经济社会发展，重大工程装备和基础设施建设日新月异，货物运输朝着“大型化”“重型化”发展将日益凸显，大件货物乃至超大件货物运输需求将会长期持续增长。大件和超大件货物道路运输技术在一定程度上体现了各国在交通基础设施服务水平和车辆运载能力上的“天花板”，是运输行业皇冠上的明珠。随着需求的变更和技术的革新，想要不断突破大件货物道路运输能力瓶颈，需要政府、高校和科研院所以及企业携手紧密合作，开展有组织的科研和管理服务，持续推动大件货物道路运输技术发展，提升服务水平，支撑交通强国建设和国家经济社会高质量发展。

参考文献

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文献

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2023年第2卷第3期

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3609

2006

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doi: 10.3981/j.issn.2097-0781.2023.03.010

接收时间：2023-08-20
出版时间：2023-09-20
发布时间：2023-10-10

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出版历史

收稿日期：2023-08-20
修回日期：2023-08-30

基金

作者信息

1.武汉理工大学智能交通系统研究中心，武汉 430063

2.国家自然科学基金委员会工程与材料科学部，北京 100085

3.同济大学交通运输工程学院，上海 201804

通讯作者:

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表12种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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