運(yùn)行速度在公路路線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳麗麗

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050051）

0 引言

在我國(guó)現(xiàn)行公路設(shè)計(jì)方法中設(shè)計(jì)速度作為確定幾何線(xiàn)形的核心因素，直接決定著道路的平曲線(xiàn)半徑、超高、縱坡、豎曲線(xiàn)半徑、視距等技術(shù)指標(biāo)[1]。用此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的公路存在著一定的缺陷，因?yàn)樵O(shè)計(jì)速度對(duì)一定路段是一個(gè)固定值，規(guī)定了線(xiàn)形設(shè)計(jì)要素的最小指標(biāo)值，而運(yùn)行于公路上車(chē)輛的駕駛員總是傾向于在條件允許的情況下采用較高的速度，時(shí)常大于設(shè)計(jì)速度，這就造成了路線(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)際行駛速度所要求線(xiàn)形指標(biāo)之間的脫節(jié)，對(duì)公路運(yùn)行的安全性存在不利影響。

針對(duì)設(shè)計(jì)速度方法中存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究者引入運(yùn)行速度的概念。公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)是從基于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的分析模式向考慮人、車(chē)、路系統(tǒng)因素，特別是注重駕駛員行為的趨向發(fā)展，采用動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)根據(jù)運(yùn)行速度進(jìn)行道路線(xiàn)形設(shè)計(jì)，可以保證路線(xiàn)設(shè)計(jì)相關(guān)要素的協(xié)調(diào)均衡，達(dá)到良好的行駛效果。美國(guó)AASHTO采用運(yùn)行速度來(lái)輔助評(píng)價(jià)公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)質(zhì)量，澳大利亞聯(lián)邦公路局則將運(yùn)行速度貫穿于路線(xiàn)設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程中，我國(guó)交通部頒布的《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》也提出采用運(yùn)行速度評(píng)價(jià)公路線(xiàn)形的連續(xù)性和安全性，為公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)提供輔助作用。

以運(yùn)行速度理論為基礎(chǔ)，對(duì)公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)原理方法步驟進(jìn)行分析，以下主要探討了應(yīng)用運(yùn)行速度公路路線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。

1 運(yùn)行速度的計(jì)算及評(píng)價(jià)

1.1 運(yùn)行速度的概念

運(yùn)行速度是指交通處于自由流狀態(tài)，且天氣良好時(shí)，在路段特征點(diǎn)上測(cè)定的第85個(gè)百分位上的車(chē)速[2]。相關(guān)道路的實(shí)際速度調(diào)查研究表明，運(yùn)行速度是一個(gè)隨機(jī)變量，公路上車(chē)輛的行駛速度一般呈正態(tài)分布[3]，運(yùn)行速度受到車(chē)輛、道路、天氣情況、駕駛員的技術(shù)和心理影響，采用V85是考慮到絕大多數(shù)駕駛員的交通心理需求。基于運(yùn)行速度的公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)可使視距、超高、曲線(xiàn)半徑、縱坡等要素相互協(xié)調(diào)一致，達(dá)到良好的行駛效果。

1.2 運(yùn)行速度的計(jì)算

確定運(yùn)行速度是評(píng)價(jià)公路平縱線(xiàn)形指標(biāo)合理性和判斷設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性的前提和基礎(chǔ)。運(yùn)行速度可通過(guò)實(shí)測(cè)或計(jì)算模型預(yù)測(cè)得到，設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算模型預(yù)測(cè)得到運(yùn)行速度。《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》中給出了兩種運(yùn)行速度的計(jì)算方法：一是采用交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所“公路運(yùn)行速度研究”課題成果進(jìn)行計(jì)算；二是采用澳大利亞運(yùn)行速度計(jì)算方法得出。

計(jì)算運(yùn)行速度時(shí)，首先需要對(duì)公路路線(xiàn)進(jìn)行分段，分段依據(jù)曲線(xiàn)半徑和縱坡坡度的大小，選擇縱斷面變坡點(diǎn)、橫斷面寬度變化點(diǎn)、平曲線(xiàn)的起點(diǎn)、曲中點(diǎn)、終點(diǎn)為分段特征點(diǎn)，將路線(xiàn)劃分為直線(xiàn)段、縱坡段、平曲線(xiàn)段和彎坡組合段等分析單元，每個(gè)單元的起終點(diǎn)為運(yùn)行速度計(jì)算的特征點(diǎn)。

1.3 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)包括以下兩個(gè)方面：

a）運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià) 它是對(duì)相鄰路段的運(yùn)行速度差值進(jìn)行評(píng)價(jià)，相鄰路段指平面、縱斷面、橫斷面或設(shè)計(jì)速度不同的相接路段；

b）設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià) 它是對(duì)同一路段（指設(shè)計(jì)速度、平縱技術(shù)指標(biāo)和橫斷面相同的路段）的設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度的差值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

相鄰路段的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)主要考慮駕駛員在公路不同路段上行駛的安全性和舒適性，設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性是為了驗(yàn)證公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

由運(yùn)行速度預(yù)測(cè)方法計(jì)算得到相鄰路段運(yùn)行速度的差值為ΔV85，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：

a）當(dāng)|ΔV85|＜10km/h時(shí)， 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性良好；

b）10km/h≤|ΔV85|＜20km/h， 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好，條件允許時(shí)適當(dāng)調(diào)整相鄰路段技術(shù)指標(biāo)，使運(yùn)行速度差值小于等于10km/h；

c）當(dāng)|ΔV85|＞20km/h時(shí)， 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良，相鄰路段重新調(diào)整平縱面設(shè)計(jì)，通常當(dāng)同一路段的設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度的差值大于20km/h時(shí)，要對(duì)相關(guān)路段的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行安全性驗(yàn)算。

2 應(yīng)用運(yùn)行速度優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟

現(xiàn)階段我國(guó)由于受各種條件的限制，還不能采用運(yùn)行速度進(jìn)行公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)，但考慮到運(yùn)行速度在保證線(xiàn)形連續(xù)性和速度一致性方面的優(yōu)點(diǎn)，可以在以設(shè)計(jì)速度為基礎(chǔ)的公路路線(xiàn)初步設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)推算各路段的運(yùn)行速度檢驗(yàn)線(xiàn)形連續(xù)性和速度一致性，修正相關(guān)的平縱設(shè)計(jì)，然后根據(jù)調(diào)整后平縱線(xiàn)形和運(yùn)行速度，最終確定曲線(xiàn)的超高、加寬、視距等設(shè)計(jì)指標(biāo)，從而達(dá)到對(duì)公路路線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化的目的，具體步驟如下。

2.1 初步設(shè)計(jì)

根據(jù)可行性研究確定擬建公路的設(shè)計(jì)速度，按照選定的設(shè)計(jì)速度對(duì)公路路線(xiàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，繪制平面圖和縱斷面圖，如圖1所示。

圖1 公路路線(xiàn)初步設(shè)計(jì)平面、縱斷面圖

2.2 路段劃分

依據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》，將路線(xiàn)根據(jù)曲線(xiàn)半徑和縱坡坡度大小劃分為直線(xiàn)段、縱坡段、平曲線(xiàn)段和彎曲組合段等分析單元。

2.3 運(yùn)行速度V85的預(yù)測(cè)

根據(jù)運(yùn)行速度預(yù)測(cè)方法對(duì)相鄰路段的特征點(diǎn)進(jìn)行雙向運(yùn)行速度預(yù)測(cè)，主要是根據(jù)所劃分的路段類(lèi)型，按直線(xiàn)段、平曲線(xiàn)段和長(zhǎng)大縱坡段進(jìn)行運(yùn)行速度V85測(cè)算[4]。

2.4 線(xiàn)形的連續(xù)性檢驗(yàn)

對(duì)得到相鄰路段運(yùn)行速度V85的差值進(jìn)行檢驗(yàn)，兩相鄰均勻路段之間的運(yùn)行速度差應(yīng)控制在10km/h以?xún)?nèi)，調(diào)整不符合要求段落的線(xiàn)形設(shè)計(jì)或設(shè)置過(guò)渡段。

2.5 設(shè)計(jì)速度的一致性檢查

設(shè)計(jì)速度的安全性評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)擬建公路項(xiàng)目等級(jí)，結(jié)合預(yù)測(cè)交通量及其組成、沿線(xiàn)地形情況等進(jìn)行。當(dāng)路段推算的運(yùn)行速度V85小于該路段原定的設(shè)計(jì)速度時(shí)，原設(shè)計(jì)車(chē)速度不需要調(diào)整；若路段運(yùn)行速度V85大于該路段原定的設(shè)計(jì)速度，但小于設(shè)計(jì)速度Vd+20km/h時(shí)，設(shè)計(jì)速度保留，但路面超高、停車(chē)視距的計(jì)算應(yīng)采用Vd+10km/h作為設(shè)計(jì)車(chē)速；當(dāng)路段運(yùn)行速度V85大于該路段原定的設(shè)計(jì)速度Vd+20km/h時(shí)，則需要提高原定的設(shè)計(jì)速度或調(diào)整路線(xiàn)設(shè)計(jì)要素，以減少該路段的運(yùn)行速度V85。

2.6 修正結(jié)果，繪制平、縱面圖

根據(jù)各路段調(diào)整的設(shè)計(jì)速度，重新繪制全線(xiàn)的平、縱面圖。

2.7 繪制雙向運(yùn)行速度圖

根據(jù)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)線(xiàn)形，再次推算路線(xiàn)運(yùn)行速度變化過(guò)程，以運(yùn)行速度V85為縱坐標(biāo)，路線(xiàn)長(zhǎng)度為橫坐標(biāo)，繪制公路沿線(xiàn)運(yùn)行速度變化曲線(xiàn)，即沿線(xiàn)運(yùn)行速度圖。

2.8 完成設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)半徑和運(yùn)行速度圖，確定平曲線(xiàn)超高、視距、平曲線(xiàn)加寬等設(shè)計(jì)要素值，最終完成路線(xiàn)線(xiàn)形設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然目前我國(guó)仍采用設(shè)計(jì)速度作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，但該方法存在的缺點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)知，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明基于運(yùn)行速度理念的設(shè)計(jì)可以有效解決上述方法帶來(lái)的問(wèn)題。隨著社會(huì)的發(fā)展，道路線(xiàn)形不僅要滿(mǎn)足行車(chē)安全也要滿(mǎn)足駕駛?cè)藛T的心理期望。本文基于設(shè)計(jì)速度的公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)為初步成果，應(yīng)用運(yùn)行速度進(jìn)行設(shè)計(jì)合理性判斷，對(duì)路線(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量有一定的實(shí)際意義。

[1]陳勝營(yíng)，汪亞干，張劍飛.公路設(shè)計(jì)指南[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]JTG/T B05—2004，公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南[S].

[3]溫學(xué)鈞，楊迄東，方靖.高速公路運(yùn)行速度研究[J].公路交通科技， 2002， 19（1）： 80-82.

[4]馬朝慶，韓躍杰，徐福，等.基于運(yùn)行速度的路線(xiàn)設(shè)計(jì)方法研究[J].長(zhǎng)沙交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，20（3）： 54-57.