運輸部署案例集/州際公路系統

現行州際公路地圖

州際公路系統（正式名稱為德懷特·D·艾森豪威爾國家州際和國防公路系統，以簽署授權法案的總統命名）是一個約 46,750 英里的分級分離、有限通行權的快速公路和高速公路網路。它始於 1956 年的聯邦援助公路法案，該法案授權建造該系統，旨在連線美國的大多數主要城市和地區。如今，州際公路系統連線了所有 48 個相鄰州。

生命週期模式：行駛里程數

生命週期

與許多運輸和基礎設施系統一樣，州際公路系統遵循大致 S 形的開發模式。其生命週期可以分為三個不同的階段：誕生、增長和成熟。在新的運輸技術誕生的初始階段，增長緩慢，因為其作用正在明朗化，規範也正在建立。一旦技術的益處開始被更廣泛地認識到，該技術就會進入增長階段，在此階段擴充套件迅速。公共或私人的投資增加，該系統獲得了許多新的參與者。當系統達到最大範圍後，它將進入其增長的成熟階段。通常會發生整合，低效或多餘的路線會被取消。

方法

行駛里程數，觀察資料和沿 S 形的預測值

對州際公路系統上年度行駛里程數的分析表明，它遵循這種發展模式。對 S 形曲線進行擬合需要進行初始單變數線性迴歸，以確定 S 形曲線的邏輯函式中使用的 b 值係數。迴歸的形式為：Y=bX+c；其中 Y=LN(行駛里程數/(K-行駛里程數))，X=年份 K 是技術的最大範圍，在本例中估計為 750,000 行駛里程數。一旦找到 b，它就可以用於確定拐點 (t0=截距/-b)，以及使用 S 形曲線估計的技術範圍。該函式的形式為：S(t)=K/[1+exp(-b(t-t0)]，其中 t=時間，t0=拐點，K=飽和點

州際公路系統的誕生 (1956-1970)

現有模式

在 1956 年建造州際公路系統之前，鐵路仍然是貨物和客運長途運輸的最主要形式。然而，自 1900 年代初的第一個十年中葉以來，汽車一直在穩步取代鐵路運輸。在此期間，鐵路運輸量一直在下降，在第一次世界大戰和第二次世界大戰期間由於汽車零部件（尤其是橡膠、金屬和燃料）配給而出現短暫的上升。然而，儘管出現了這些短暫的挫折，汽車的增長仍在迅速增長。1900 年，美國約有 8000 輛轎車。到 1930 年，這個數字已增長到 2300 多萬輛，到 1955 年，道路上已有 5200 萬輛汽車。

汽車的迅速增長給美國現有的道路帶來了相當大的壓力。這些道路大部分是一條或兩條車道，沒有分級分離，由州和地方政府維護和資助。因此，它們在應對不斷增長的車輛使用量方面無能為力，包括私人汽車和卡車運輸。1953 年，公共道路局釋出了一份報告，稱只有 24% 的州際公路能夠滿足當前交通量需求。在 1930 年代和 1940 年代，一些區域性的有限通行權分隔公路正在建設中，並取得了巨大的成功，尤其是在美國建造的第一條賓夕法尼亞收費公路。

州際公路系統的規劃

1955 年地圖：由於州際公路系統的發展，美國公路在 1965 年的計劃狀態

早期有限通行權高速公路的成功加大了聯邦政府的壓力，要求其開始開發一個能夠支援美國不斷增長的汽車交通量的國家公路系統。富蘭克林·D·羅斯福總統和國會從 1930 年代後期到 1940 年代初開始探索建設高速公路網路的想法。羅斯福擔心在第二次世界大戰後經濟大蕭條的捲土重來，希望將建設高速公路網路納入他更廣泛的公共工程投資計劃中，以此為返回的退伍軍人和失業者提供工作崗位。1938 年，國會通過了 1938 年聯邦援助公路法案，該法案指示公共道路局局長對六條州際收費公路走廊進行可行性研究。研究發現，這些路線的交通量很可能不足以支援收費公路，並且政府必須在某種程度上提供資金支援。

雖然建設州際公路系統的想法在國會獲得了極大的支援，並且在公眾中也很受歡迎，但進展甚微，因為戰爭努力的鉅額投資優先於國內大型基礎設施投資。1944 年，第二部聯邦援助公路法案指定了 65,000 公里的州際公路系統，由各個州高速公路部門選擇。但是，沒有為該系統的建設專門授權任何資金，導致那些不願將聯邦援助重新分配到地方需求之外的州的抵抗。第一次專門為州際公路系統建設授權聯邦資金是在 1952 年，聯邦政府以 50-50 的配比提供了 2500 萬美元。

最終在 1956 年，一項全面計劃被制定，開始認真地進行建設。艾森豪威爾總統，比羅斯福總統更堅定的擁護者，認識到國家高速公路系統的重要性。1919 年，他參與了陸軍從華盛頓特區到舊金山的首次橫貫大陸車隊。旅途經歷了一系列機械故障和基礎設施故障，花費了兩個多月才完成。這段經歷，以及他在二戰期間對德國高速公路的體驗，讓他相信了州際系統的重要性。除了艾森豪威爾總統的支援外，戰後美國的富裕進一步加劇了現有高速公路的壓力，冷戰的升級為該系統提供了國防理由。簡而言之，到 1956 年，州際高速公路系統已經成為一個時機已到的想法。

1956 年聯邦援助公路法

現代州際高速公路系統始於 1956 年的聯邦援助公路法，該法案於 6 月 26 日由參議院以 89 票對 1 票透過，並於 6 月 29 日由艾森豪威爾總統簽署。該法案授權在 1975 年前完成 42,500 英里的州際高速公路系統。所有州際高速公路都將使用非常高的標準進行建設。它被設計為沒有交叉路口和交通訊號燈，並在交通和鐵路交叉口以及城市地區進行立交。坡度和曲線的設計目的是減少或消除盲坡，並以高速安全行駛。該法案規定，建設和維護將由聯邦汽油稅使用者費資助。聯邦稅計劃提供 90% 的建設成本，其餘部分來自各州，主要以他們自己的使用者費的形式提供。為此，聯邦汽油稅增加了 1 美分。

州際高速公路系統的增長（1970-1995 年）

擴張

在 1956 年獲得授權後，州際高速公路系統迅速增長，無論是總長度還是交通量。到 1960 年，超過 10,000 英里的路段已經開通，在五年內翻了一番，到 1965 年達到 20,000 英里，到 1970 年達到 30,000 英里。到 1994 年，該系統在里程方面接近其當前規模（約 42,000 英里），但它只佔美國運輸系統總里程的 1.1%。儘管其總里程相對較小，但它承擔了所有運輸系統約 23% 的市場份額。從其他交通方式向州際高速公路系統的快速轉變反映了它的實用性，尤其是在城市之間。州際高速公路估計使城市之間的平均行駛時間縮短了 20%，有些時間縮短了更多，例如，從亞特蘭大到伯明翰的行駛時間縮短了大約 40%。

州際高速公路系統的工程

如前所述，美國在州際高速公路系統建設之前確實有一些有限的公路。這些公園路和高速公路，比如賓夕法尼亞收費公路，很大程度上是模仿德國高速公路。州際系統也效仿了這種模式，融合了更高的設計標準、更寬的路肩、更陡的彎曲表面和獨立的等級；州際系統實際上包含了大部分賓夕法尼亞收費公路，以及其他一些早期的有限通道高速公路。

為了成功完成該系統，高速公路工程師需要實施新技術，並改進許多現有技術。瀝青在二戰期間有了很大的改進，這在很大程度上是由於軍用飛機跑道的要求。高速公路工程師開發了更大的裝置，例如電子平整控制裝置和超寬車道整平機，一次鋪設兩條車道。道路技術上的其他重大進步包括排水，從粘土排水溝到金屬和混凝土，以及預應力混凝土和分段式施工等橋樑跨越技術。

成熟的州際高速公路系統（1995 年至今）

影響

州際高速公路系統對美國社會、經濟和文化生活的影響是不可否認的。透過大幅縮短行駛時間，特別是長距離行駛時間，它幫助卡車運輸行業發展成為現代形式。貨運成本大幅降低，拖掛卡車運營成本估計比其他高速公路低 17%。貨運運輸的改善轉化為實施“及時”送貨的零售商的庫存優勢，也降低了以運費形式轉嫁給消費者的成本。

由於州際系統導致的旅行成本降低，也對美國的土地利用和發展產生了影響。州際系統的發展與“郊區蔓延”的增長几乎直接吻合。雖然郊區化的加劇背後可能有很多因素，但資料表明，州際高速公路至少部分負有責任。有些估計表明，如果州際高速公路系統從未建設，市內通勤將增加一倍，而郊區到郊區的通勤將減少一半。

資金

到 1996 年，州際高速公路系統在里程建設方面接近最終規模，花費了 3290 億美元（1996 年美元），使其成為人類歷史上最大的基礎設施投資之一，也是美國曆史上最大的基礎設施投資。其最初的成本估計為 1957 年的 410 億美元，與調整為 1957 年美元的總成本 585 億美元非常接近。

州際建設和維護主要透過汽油稅的形式的“使用者費”來資助。聯邦政府的貢獻約為 93%，由汽油稅支援。州和地方的貢獻各不相同，但通常來自房產稅或使用者費以外的其他方式。至少有兩個原因導致幾乎沒有資金用於州際高速公路系統的擴張。第一個是該系統已經達到了其計劃規模，雖然還有一些其他擴張計劃，但大部分工作已經完成。第二個是與郊區擴張相關的維護成本增加。隨著發展沿著州際高速公路蔓延，這些路段的維護成本因使用量增加、接入點增加和更多立交而增加。

州際高速公路系統的未來前景

雖然州際高速公路系統已經成熟，但它在短期內不會被取代。目前還沒有哪種運輸技術能夠以州際高速公路系統的成本水平提供相同的服務水平。可能在電子系統或“智慧道路”方面進行一些升級，以利用個人汽車和貨車的計算機化可能性。根據該技術的開發情況，州際系統可能會經歷第二個生命週期過程，利用完全計算機化的高速公路系統可能帶來的容量、速度和整體效率的顯著提高。