運行速度在公路路線優化設計中的應用

吳麗麗

（中交遠洲交通科技集團有限公司，河北 石家莊 050051）

0 引言

在我國現行公路設計方法中設計速度作為確定幾何線形的核心因素，直接決定著道路的平曲線半徑、超高、縱坡、豎曲線半徑、視距等技術指標[1]。用此標準設計的公路存在著一定的缺陷，因為設計速度對一定路段是一個固定值，規定了線形設計要素的最小指標值，而運行于公路上車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，時常大于設計速度，這就造成了路線設計指標與實際行駛速度所要求線形指標之間的脫節，對公路運行的安全性存在不利影響。

針對設計速度方法中存在的問題，國內外研究者引入運行速度的概念。公路路線設計的發展趨勢是從基于車輛動力學的分析模式向考慮人、車、路系統因素，特別是注重駕駛員行為的趨向發展，采用動態觀點根據運行速度進行道路線形設計，可以保證路線設計相關要素的協調均衡，達到良好的行駛效果。美國AASHTO采用運行速度來輔助評價公路線形設計質量，澳大利亞聯邦公路局則將運行速度貫穿于路線設計整個過程中，我國交通部頒布的《公路項目安全性評價指南》也提出采用運行速度評價公路線形的連續性和安全性，為公路線形設計提供輔助作用。

以運行速度理論為基礎，對公路線形設計原理方法步驟進行分析，以下主要探討了應用運行速度公路路線優化設計的方法。

1 運行速度的計算及評價

1.1 運行速度的概念

運行速度是指交通處于自由流狀態，且天氣良好時，在路段特征點上測定的第85個百分位上的車速[2]。相關道路的實際速度調查研究表明，運行速度是一個隨機變量，公路上車輛的行駛速度一般呈正態分布[3]，運行速度受到車輛、道路、天氣情況、駕駛員的技術和心理影響，采用V85是考慮到絕大多數駕駛員的交通心理需求。基于運行速度的公路路線設計可使視距、超高、曲線半徑、縱坡等要素相互協調一致，達到良好的行駛效果。

1.2 運行速度的計算

確定運行速度是評價公路平縱線形指標合理性和判斷設計速度與運行速度協調性的前提和基礎。運行速度可通過實測或計算模型預測得到，設計階段通過計算模型預測得到運行速度。《公路項目安全性評價指南》中給出了兩種運行速度的計算方法：一是采用交通運輸部公路科學研究所“公路運行速度研究”課題成果進行計算；二是采用澳大利亞運行速度計算方法得出。

計算運行速度時，首先需要對公路路線進行分段，分段依據曲線半徑和縱坡坡度的大小，選擇縱斷面變坡點、橫斷面寬度變化點、平曲線的起點、曲中點、終點為分段特征點，將路線劃分為直線段、縱坡段、平曲線段和彎坡組合段等分析單元，每個單元的起終點為運行速度計算的特征點。

1.3 運行速度協調性評價

運行速度協調性評價包括以下兩個方面：

a）運行速度協調性評價 它是對相鄰路段的運行速度差值進行評價，相鄰路段指平面、縱斷面、橫斷面或設計速度不同的相接路段；

b）設計速度與運行速度的協調性評價 它是對同一路段（指設計速度、平縱技術指標和橫斷面相同的路段）的設計速度和運行速度的差值進行評價。

相鄰路段的協調性評價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，設計速度和運行速度協調性是為了驗證公路路線設計的合理性和經濟性。

由運行速度預測方法計算得到相鄰路段運行速度的差值為ΔV85，其評價標準為：

a）當|ΔV85|＜10km/h時， 運行速度協調性良好；

b）10km/h≤|ΔV85|＜20km/h， 運行速度協調性較好，條件允許時適當調整相鄰路段技術指標，使運行速度差值小于等于10km/h；

c）當|ΔV85|＞20km/h時， 運行速度協調性不良，相鄰路段重新調整平縱面設計，通常當同一路段的設計速度和運行速度的差值大于20km/h時，要對相關路段的技術指標進行安全性驗算。

2 應用運行速度優化設計的步驟

現階段我國由于受各種條件的限制，還不能采用運行速度進行公路路線設計，但考慮到運行速度在保證線形連續性和速度一致性方面的優點，可以在以設計速度為基礎的公路路線初步設計成果的基礎上，通過推算各路段的運行速度檢驗線形連續性和速度一致性，修正相關的平縱設計，然后根據調整后平縱線形和運行速度，最終確定曲線的超高、加寬、視距等設計指標，從而達到對公路路線進行優化的目的，具體步驟如下。

2.1 初步設計

根據可行性研究確定擬建公路的設計速度，按照選定的設計速度對公路路線進行初步設計，繪制平面圖和縱斷面圖，如圖1所示。

圖1 公路路線初步設計平面、縱斷面圖

2.2 路段劃分

依據《公路項目安全性評價指南》，將路線根據曲線半徑和縱坡坡度大小劃分為直線段、縱坡段、平曲線段和彎曲組合段等分析單元。

2.3 運行速度V85的預測

根據運行速度預測方法對相鄰路段的特征點進行雙向運行速度預測，主要是根據所劃分的路段類型，按直線段、平曲線段和長大縱坡段進行運行速度V85測算[4]。

2.4 線形的連續性檢驗

對得到相鄰路段運行速度V85的差值進行檢驗，兩相鄰均勻路段之間的運行速度差應控制在10km/h以內，調整不符合要求段落的線形設計或設置過渡段。

2.5 設計速度的一致性檢查

設計速度的安全性評價應根據擬建公路項目等級，結合預測交通量及其組成、沿線地形情況等進行。當路段推算的運行速度V85小于該路段原定的設計速度時，原設計車速度不需要調整；若路段運行速度V85大于該路段原定的設計速度，但小于設計速度Vd+20km/h時，設計速度保留，但路面超高、停車視距的計算應采用Vd+10km/h作為設計車速；當路段運行速度V85大于該路段原定的設計速度Vd+20km/h時，則需要提高原定的設計速度或調整路線設計要素，以減少該路段的運行速度V85。

2.6 修正結果，繪制平、縱面圖

根據各路段調整的設計速度，重新繪制全線的平、縱面圖。

2.7 繪制雙向運行速度圖

根據優化后的設計線形，再次推算路線運行速度變化過程，以運行速度V85為縱坐標，路線長度為橫坐標，繪制公路沿線運行速度變化曲線，即沿線運行速度圖。

2.8 完成設計

根據設計半徑和運行速度圖，確定平曲線超高、視距、平曲線加寬等設計要素值，最終完成路線線形設計。

3 結語

雖然目前我國仍采用設計速度作為設計指標，但該方法存在的缺點已經得到了廣泛認知，國內外相關研究表明基于運行速度理念的設計可以有效解決上述方法帶來的問題。隨著社會的發展，道路線形不僅要滿足行車安全也要滿足駕駛人員的心理期望。本文基于設計速度的公路路線設計為初步成果，應用運行速度進行設計合理性判斷，對路線設計進行優化，對提高設計效率和質量有一定的實際意義。

[1]陳勝營，汪亞干，張劍飛.公路設計指南[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]JTG/T B05—2004，公路項目安全性評價指南[S].

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

[4]馬朝慶，韓躍杰，徐福，等.基于運行速度的路線設計方法研究[J].長沙交通學院學報，2006，20（3）： 54-57.