我国高速公路修建初期,城市发展较为缓慢,高速公路的设计人员在进行高速公路规划设计时,考虑了高速公路的区域联通性,却忽略了高速公路与城市的协调发展。随着我国交通运输事业的快速增长以及城市化进程逐步加快,高速公路逐渐因为城市的发展扩张而进入城市建成区,被城市所“包围”。被城市“包围”的高速公路不能满足人们出行需求,而且阻碍了道路两侧的互通交流,急需进行城市化改造。而设计时对城市化因素考虑的欠缺,导致在改造时面临了很多问题,因此在城市发展的背景下对高速公路进行细化研究是必要的。本文通过分析城市发展扩张模式,采用基于灰色模型和神经网络的组合预测方法预测了城市的发展,根据高速公路的功能以及与城市的位置关系,提出了在城市发展的背景下,高速公路的新型种类划分,分为一般高速公路、市区高速公路、城郊高速公路三种类别。基于城市发展与高速公路之间的矛盾,文章提出了城市化背景下高速公路改扩建的评价指标体系,并且主要从路线的平面、纵断面、横断面上提出了市区高速公路和城郊高速公路新建和改建时的设计指标,着重进行了中间带宽度计算、建立了横断面车道宽度模型以及纵断面路基高度模型,以便于城市周边高速公路的新建和改建工作。文章对高速公路进行了细化的分类同时提出设计指标,可以减少高速公路进入城市带来的不便以及后期的改造困难,为未来高速公路新建和改建工程提供指导。