设计是工程建设的灵魂，提升设计理念，提高设计质量，是转变公路建设理念、提高公路工程建设质量的关键。
    2003年交通部与四川省联合组织实施的四川省川（主寺）九（寨沟）公路示范工程，为公路勘察设计借鉴国外先进经验，转变设计理念，实现公路建设与自然环境、人文环境的和谐统一，进行了积极探索和有益尝试，取得了明显成效。为尽快推广川九路工程的成功经验，全面提高公路勘察设计质量，使全国公路勘察设计水平迈上一个新台阶，2004年4月13日交通部下发《关于开展公路勘察设计典型示范工程活动的通知》，决定在全国开展公路勘察设计典型示范工程（简称典型示范工程）活动。首批典型示范工程确定12条路。同年5月印发《公路勘察典型示范工程咨询示范要点》，对已确定的公路勘察设计典型示范工程初步设计、施工图设计，按“安全、环保、舒适、和谐”的设计理念，重点对总体设计、路线方案、标准指标、路基防护及排水、桥隧方案、交叉型式、交通工程及环境保护等相关专业（归并为路线与总体、路基与环保、桥隧与交叉、交通工程四大部分）进行咨询，对设计的具体指标提出了明确要求。我省凤永高速公路被列入首批12条公路勘察设计典型示范工程之一，经过设计招标，陕西省公路勘察设计院中标。
    2004年11月1日至4日，交通部公路司组织典型示范工程咨询专家对永寿至凤翔路口（陕甘界）公路初步设计外业进行了现场技术咨询。根据专家咨询意见，设计院对初步设计进行了方案优化调整，对专家意见进行了答复，对初步设计进行了补充完善。院设计项目组根据交通部典型示范工程咨询专家外业审查意见，首先对起终点路段（长武塬和永寿塬）平、纵线位进行了优化调整，11月4日，首批勘察设计人员进驻工地，进行放线、专业组调查、地质勘探等工作。12月11日至14日由省交通厅主持在西安召开了项目初步设计预审会，根据初设预审意见，结合部典型示范工程咨询专家外业审查意见，设计院积极组织技术人员，对初步设计进行了回顾、总结。12月22日，测量及专业调查人员进驻工地开始实施中线、横断面、高程测量及专业调查。2005年1月24日～26日交通部组织专家对项目进行初步设计审查。根据审查意见，结合外业测量成果，设计院对全线7处合计24.8公里的路线进行了优化调整；2005年2月4日全部外业工作结束；2月6日内业设计工作全面展开，至6月15日施工图设计工作结束。2005年8月31日～9月5日，省交通厅在西安召开项目施工图评审会并通过。
设计人性化之路
    安全是公路设计的首要因素，包括公路设施自身安全、运行车辆行驶安全及行人等的安全。而凤永高速公路途经我省第二大能源基地彬长矿区，当地又是我省著名的果业基地。交通量中重载交通所占比重高，所以在全线连续上坡路段设置爬坡车道5处14.2公里；同时根据地地形条件，在设置爬坡车道路段设置紧急停车带22处，用以弥补由于爬坡车道设置而造成主线硬路肩宽度的不足，满足应急车辆停靠。为了最大限度为行驶车辆及驾乘人员提供安全保证，分别在连续下坡路段设置了5处避险车道。同时根据交通部新颁布的《公路项目安全性评价指南》，编制完成了《凤翔路口至永寿段高速公路施工图设计安全性评价报告》，这是我省首次进行“公路项目安全性评价”的项目。
    在路线设计方面，通过大量的实地调查勘测，进行了多方案路线比选和优化。凤永高速全长98.504公里，而比较线长度为95.594公里，占贯通方案路线总长的97.05%；其中，同等深度比较线6处，长42.881公里，是贯通方案路线总长的43.5%；不同等深度比较线5处，长52.713米，是贯通方案路线总长55.2%。通过综合运用地形选线、地质选线、生态选线，确保了路线与周围环境融为一体，达到安全、经济、环保、舒适的使用要求。
    边坡坡率灵活自然，因地制宜、顺势而为，减少人工痕迹。挖方边坡的坡脚、坡顶，取消折角，采用贴切自然的圆弥过渡。从安全、视觉效果及与周围环境协调角度综合考虑排水工程，选择矩形、梯形、浅碟形和漫流等多种型式。
科学发展之路
    土地作为不可再生资源，弥足宝贵，项目设计就实行严格的耕地保护制度。项目穿越最适宜苹果生长的渭北旱塬，沿线的永寿、彬县、长武均为我省果业重点县。设计院在项目设计中首次提出了“三个一米”的设计理念，即碎落台1米，护坡道1米，占地界1米，而以往的设计中其3个指标分别为2米、2米和3米。据初步测算，仅此一项全线可节约土地约500亩。
    低路堤是近年来高速公路建设的一个方向，将带来巨大的社会经济效益，不但可有效节省国家宝贵的土地资源（公路用地减少，借方减少），降低工程造价，而且避免了高路堤产生的工后沉降等一系列问题。凤永高速设计中提出采用低路堤的设计理念，如在长武塬方案比选中，为节约土地资源，进行了平均填土高度为1.65米和2.54米的高低路堤方案比选，最终推荐低路途堤方案。
    合理设置取、弃土场，尽量不占用农田，将取、弃土和改地、造田结合起来，设计中将全线弃土场全部推平，用压路机进行碾压，同时用工程弃土为沿线群众修建良田。凤永高速公路施工以来，已为沿线地区“制造”了378亩耕地和宅基地。
    凤永高速公路通车后将以货运为主，重载交通多，而且具有明显的方向性，陕甘界至永寿方向实载率高。因此，路面设计时，在我省首次采用对路左幅、右幅分别进行路面设计，重载交通方向路面基层增加5厘米厚度，同时保证了重载方向的安全性和轻载方向的经济性。
    坚持系统论的思想，树立全寿命周期成本的理念。由于项目重车比例较大，长大陡坡路段上坡缓慢，下坡频繁刹车，对路面的抗车辙能力及耐久性要求更高。设计中在我省高速公路中第一次全线采用了新型沥青路面――沥青玛蹄脂碎石（Stone Mastic Asphalt 简称SMA），它与普通沥青混凝土路面相比，其使用性能得以全面改善和提高，具有良好的高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳定性、抗疲劳性能、耐久性和显著降低路面噪音等，保证了出行者的安全，延长了路面寿命，减少了养护维修费用。