基于运行速度的公路线形设计方法

　　摘要：本文针对设计速度在公路线形设计中的局限性，提出应用运行速度的公路线形设计方法，通过测算设计路段上的运行速度，评价和分析路段上速度分布的连续性和协调性，并根据实际运行速度调整公路线形指标，提高行车安全性。
　　关键词：运行速度，设计速度，线形设计，安全
　　现行规范中的公路线形设计方法是基于设计速度的，设计速度是公路设计时确定其几何线形的最关键参数，但设计速度仅控制了最低指标，在具体设计中，设计者对指标的采用随意性较大，经常出现机械套用规范指标和参数的现象，却忽略了路线前后线形的均衡和与驾驶行为的一致性等问题，导致汽车在公路上实际的行驶速度与设计速度出现明显不一致性；而且，恒定的设计速度与动态变化的实际驾驶特征也存在许多偏差，甚至不符的情况。
　　因此，在进行公路线形设计时，不能简单地以设计速度来控制线形指标，需要以动态的观点来考虑车辆的实际运行速度，选取合理的指标，保证公路的安全性。
　　1运行速度的概念
　　运行速度是指在理想的外部条件下，特定路段上车辆的实际行驶速度。其中理想的外部条件是指良好的天气条件，干燥、潮湿的路面条件和自由流状态的交通条件。不同的车辆在行驶过程中采用的行驶速度是不相同的，通常采用各类小汽车在车速分布累计曲线上第85位百分点的车辆行驶速度作为运行速度（或称V85），它表示85%的驾驶员行车不会超过的行驶速度。
　　运行速度反映驾驶员心理、视觉和驾驶行为的实时变化，并综合汽车性能特征和所处线形几何设计等因素，动态地、实时检测和效验公路特征指标与驾驶行为的协调性和一致性，有效更正公路设计中设计速度带来的驾驶特性与公路特征不匹配的状况，该方法科学合理、大大增强了设计路线的行车安全性。
　　2基于运行速度的线形设计方法
　　2.1设计方法与步骤
　　应用运行速度的公路线形设计方法是以一般的公路线形设计方法为基础，其基本设计思路是:设计初始平、纵线形，然后预测设计路段运行速度，按运行速度要求，检查初始的路线平、纵面技术指标，对不满足要求的设计指标进行修改，以满足行车安全的基本要求。
　　该方法设计步骤如下：
　　1.根据公路等级、性质、设计速度及所在的地形、地貌条件，按照规范选定相应的平、纵线形指标，进行初始设计。
　　2.根据运行速度预测模型及计算公式，对全线正、返方向进行运行速度V85的测算。
　　3.根据初始设计的平、纵及测算的运行速度，绘制运行速度图。
　　4.按照运行速度要求检验初始设计的线形指标。
　　5.对于不满足要求的线形指标进行优化调整，条件受限路段应增加相应安全设施，并确定最终的设计。
　　该方法主要是在一般的设计方法中增加了利用运行速度检验设计指标的阶段，为公路设计中路线方案的优化与调整、具体技术参数的选取、完善交通设施设计等提供依据和合理地处治措施，避免了一般设计的盲目随意性，增强了公路线形的连续性、后期行车的安全性；体现了以人为本、服务于公路使用者的思想。
　　2.2运行速度测算
　　根据《公路项目安全性评价指南》(JTG/TB05-2004)(简称《指南》)，测算运行速度的方法主要有两种：模型法和图表法。
　　模型法主要以交通部标准规范研究课题《高速公路运行速度设计方法与标准》的研究成果为标准，提出全面的速度应用模型和评价方法。
　　图表法主要参照国外的速度统计资料，通过数据统计图表，查找出不同设计半径对应的运行速度，再对纵坡段进行修正后得到测算速度。该方法仅适用于小客车，只能通过图表粗略查出速度范围，在使用上具有一定的局限性。
　　对于模型法，根据《指南》中的计算方法可知，影响运行速度计算结果的基本变量主要有以下两个：初始运行速度V0和平直路段上的期望运行速度Vs。需要注意的是，《指南》中表B(1).0.2-1和表B(1).0.2-2提供的初始运行速度V0和平直路段上的期望运行速度Vs是基于高速公路研究成果上提出的，较适用于高速公路和横向干扰很小的快速化一级公路。而期望运行速度主要随道路等级和车辆的性能状况不同而变化，结合国内外相关研究，各车型在高等级公路、普通公路上直线段的运行速度如下表所示。在具体的设计过程中需注意实际道路等级和车型比例，不能盲目地照搬《指南》。
　　

　　前述运行速度模型都是在理想条件下，对于交通量、交通组成、路面状况、交通管理及环境气候等因素进行了必要的忽略和理想化修正。实际上车辆在道路上行驶的速度受诸多其他因素的影响，如：交通量、交通组成、行车道宽度、路侧环境、视距、驾驶员总体特征等。例如，某直线段上，两侧非机动车、行人较多，这时如果以80km/h的速度行驶，驾驶员就意识速度有点快，本能的降低行驶速度。因此，对于横向干扰较大的公路，如集散型一级公路、二级公路及其他低等级公路，运行速度需结合公路功能、横向干扰、平面交叉间距等因素进行修正。
　　（1）公路功能影响修正
　　总体上，同一地区内，从干线公路到集散公路再到支线公路，交通流速度是呈下降的趋势。公路功能对运行速度的修正折减取5km/h。
　　（2）横向干扰的影响修正
　　对于开放式的公路，存在不同程度的横向干扰。横向干扰主要是指行人、非机动车辆及进出主线的车辆对主线主要交通流的干扰。根据相关研究，将横向干扰分为五个等级，如表2所示。
　　各类横向干扰因素分级表2
　

　　横向干扰等级（FRIC）按下式计算：
　　FRIC＝int(0.25×MOT﹢0.2×TRA﹢0.18×EEV﹢0.15×PSV﹢0.12×SMV﹢0.10×PED+0.5)。
　　将各干扰因素等级代入上式中求和并取整，可得到该路段的横向干扰等级值（FRIC）。横向干扰等级的修正如下。
　　横向干扰影响折减表3
　

　　（3）平面交叉间距的影响修正
　　除高速公路以外，其他等级公路一般都设有平面交叉。车辆接近平交口时，驾驶员为了预防被交道上车辆的突然出现，会主动降低行驶速度。根据相关研究成果，平交口间距对速度的影响修正如下表4所列。
　　平面交叉间距影响修正值表4
　　

　2.3线形指标的分析与评价
　　公路线形的总体评价主要通过相邻路段运行速度的连续性（△V85）、同一路段运行速度和设计速度的协调性（V85-VD）这两个指标来评价。
　　对于|△V85|>20km/h的相邻路段，应调整相邻路段的线形，要特别注意避免长直线、长纵坡与小半径平曲线的组合。
　　对于V85-VD>20km/h的路段，应利用运行速度对以下指标进行检验，看能否满足安全行驶的要求。
　　1.平面线形中的圆曲线半径、缓和曲线、平曲线长度、曲线间最小直线长度等。
　　2.纵面线形中的纵坡、坡长、竖曲线半径、竖曲线长度等。
　　3.横断面中路基断面宽、爬坡车道、紧急避险车道等。
　　4.合成纵坡、视距、超高等。
　　对于不满足要求的，在有条件调整的路段，应调整相应的指标，以满足运行速度的安全要求；条件受限路段，如若调整指标会增加较大的工程量，可适当调整线形指标，尽量减小速度差，并设置一定的安全设施。
　　对于受限的特殊困难路段（如老路改造段，若调整线形将大大增加拆迁量，造成较大的社会影响），无法调整线形时，应采取以下措施保证行车的安全性：
　　（1）改善视距，增加线形诱导标志，是驾驶者主动减速；
　　（2）增设限速标志、设置减速震荡线，迫使驾驶者被动减速；
　　（3）加大曲线超高，降低以较高速度行驶车辆的风险。
　　实际设计过程中，公路线形的设计调整还应结合桥梁、隧道、互通式立交等其他设计项目的方案来考虑，做到安全经济、方案合理。
　　3结语
　　合理的线形设计是保证行车安全性的重要前提。公路线形必须符合

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