淺談公路線形及線形組合的優化設計

王進濱，王 沖

（吉林省公路測設技術服務中心，吉林長春 130021）

0 前言

隨著生活質量的提高和提高道路修建的要求、超速行駛成為了衡量公路修建的標準。公路線形主要影響著汽車的行駛速度、交通安全和舒適性。所以，設計者從大量的交通事故中吸取經驗和教訓，并歸納總結出了公路線形不僅僅要根據汽車行駛來設計，而且還要滿足乘客的需求。并且無論是從什么角度觀察，都應該是生命更加重要，因此，如果線形組合設計的不合理，就會很容易致使事故的發生，影響交通和財產甚至生命。所以，要從公路的使用功能上及降低成本等條件下，改良和優化線形組合設計。

1 影響線形設計的幾點因素

1.1 車輛的行駛速度

在線形設計中一直都是把汽車的行駛速度作為設計線形的一個參數，而行駛速度也在線形設計中起到了相當大的作用。但是經過對多年的實踐經驗總結得知，只是計算汽車的行駛速度是不能夠精確設計出準確的線形的。因為行駛車速只會在設置限速的時候有著重要意義。然而，即使是這樣，汽車行駛速度也對線形設計有著重大影響。

汽車在行駛時，駕駛員是根據路況的不同來改變行駛速度的，而往往都會超過預計的車速。所以要根據實際的車速來對公路的線形組合設計進行改良和優化。而且，車速不是一個常量，都是根據汽車的種類、駕駛員和路況來適當調整的。所以，由于線路線形的標準的改變就會觸發事故的發生。因此，路線的設計要盡可能地和實際速度達到一致。

1.2 美學在線形設計中的應用

一條真正的好的公路不僅要高標準高要求，具有較完備的安全設施，還要有良好的視覺效果，讓駕駛員準確的判斷，增強安全性，讓駕駛員有安全感。如果駕駛員缺乏安全感，就可以說沒有很好的利用美學，這就體現了美學在設計中的重要性。

而就目前的公路勘測結果看的出美學原則還沒有真正的在線形設計中很好的熟練地運用，在許多地方的公路還是比較僵直、沒有很好地和周邊的環境相協調，不僅看起來不舒服，還讓駕駛員不好判斷致使公路的安全性大幅度降低。這就要將美學很好的運用到線形設計中，并合理使用，就可以在不影響安全的前提下，改善公路的環境和外觀。所以，正確和適當的將美學應用到公路線形設計上是非常重要的。在早期歐美國家就已經將美學運用發哦公路設計當中了，所以我國也要重視這方面的應用，線形要求美學要在直線、平曲線、緩和曲線、縱坡等進行效果加工。總的來說，線形設計要與公路周邊環境和地形地勢相適應，要平緩、均勻、連續等問題。

2 公路線形設計的概念和類型

公路線形是由平、縱兩面組成的立體線形，所以，選線時要綜合性的考慮平、縱兩面的組合。路線設計應該將公線形和地物、地形還有周邊的自然景觀等相結合，讓線形更加的連續、通暢、有好的視覺效果、安全性好并且既舒適又經濟。公路線形設計是根據所處的地理位置、地形、地質等條件所設計的符合各種行車條件的工作，主要包括平面線形設計和縱斷面線形設計兩大類。

2.1 線形設計的種類和具體剖析

縱斷面線形設計是由直線和拋物線或圓曲線所組成。在設計縱斷面線形時要對地形、地質、縱坡的長度、大小和前后狀況以及在同一平面線形組合加以考慮，減少頻繁的連續縱坡。

平面線形設計是由直線、曲線、圓曲線、緩和曲線所組成的。車輛在曲面公路上行駛時勢必會產生離心力，而離心力同車的行駛速度成正比，也就是說車速越快離心力越大，就會容易失去平衡，車的整體會向外滑移，造成事故的產生。因此，在平面線形設計中要根據最大車速來計算曲面的最小直徑。而為了能夠讓汽車在較小的路面上能夠安全的行駛，一般都會把曲線部分建成內低外高的斜面，同時要適當加寬路幅內側的寬度。

平面線形設計應該合理地將線形單元組合起來，并且和地形、大型構造物等很好的結合。尋找出一條既安全舒適又經濟合理的路線。普遍來說，在美學和行駛力學上，由連續曲線組成的會比由長、短直線和長、短曲線組成的線形更加符合視覺上的要求。在進行平面線形設計時要注意以下幾個方面：在視覺上要讓駕駛員感覺平緩，不會容易疲勞；要盡可能地采用較大曲線長度；在心理學上讓駕駛員感覺身心舒暢；要直捷、連續，同地形、地貌協調，與周邊環境結合；盡可能地選用較大半徑的曲線，用足夠長的直線；要避免出現連續急速轉彎的線形。

組合線形是由平面線形和縱斷面線形組合而成的立體線形。如果運用的比例得當就會讓人感覺到舒暢，不易疲勞，有美感，從而可以加強安全行駛，相反而言，則會使公路線形有一種扭曲、折斷的效果，容易讓駕駛員產生錯覺，進而判斷失誤出現事故。所以在進行組合線形時不僅要考慮路線的選定，還要在設計時掌握幾點原則：一是在視覺上讓駕駛員感覺舒適，不會使視野單調且容易疲勞過度，讓駕駛員做出正確判斷，并且要讓駕駛員以最快的速度去適應環境的轉變。二是要均衡的保持平面和縱斷面兩種線形的協調。三是線形組合的坡度的選擇。通過這些原則，平面和縱斷面線形能夠協調的組合在一起，讓駕駛員在視覺上浮現一個平緩優美的線形。另外要均衡地保持平曲線和豎曲線的大小，選擇合適的組合坡度。因為如果組合坡度不合理可能給行車和路面積水的排出造成很大的影響。

3 線形和線形組合的優化設計

線形包括平面線形和縱斷面線形，線形組合包括平縱線形組合，而在平縱線形組合中又包括平豎曲線組合、直曲線組合。

3.1 縱斷面線形優化

縱斷面線形主要是對縱坡的研究。縱斷面線形設計主要要求縱坡大小和長度之間的組合。而在對縱斷面進行優化設計時，要結合地形的凹凸情況、考慮控制點、地質、經濟和車輛行駛時的舒適度等條件。從視覺心理角度看，由于縱斷面線形相對較于單調枯燥，所以容易造成司機的視覺疲勞。而且如果搭配和設計的不合理，忽略了某種因素，在短距離中出現了暗凹或者波紋型斷面，沒有設計成連續、平緩且圓順的線形可能就會將事故發生的幾率最大化。但是如果交通路段相對較為復雜，采取這種線形組合還是比較有利的。

3.2 平縱線形組合及其優化設計

如果一個公路線形設計只有平面線形和縱斷面線形設計的話，不僅單調而且也不一定會是一個好的設計。所以，為了能夠滿足駕駛員在視覺和心理上的舒適、美觀且能夠與環境協調的要求，最后經過了多方面的實驗和探討最終將平面線形和縱斷面線形相結合成一種立體線形設計。而在運用這種立體線形時要與公路所在的地理位置和周邊環境以及自然景區充分融合。既舒適又美觀的公路線形會讓駕駛員和游客們產生心曠神怡的效果，從而減輕駕駛員的視覺疲勞，減少事故的發生。所以，想要設計出好的方案就要符合以下幾點原則：（1）按照汽車的行駛力學和路面排積的要求適當設置縱坡；（2 按照駕駛員的視覺和心理需求。根據這些原則，就能夠設計出相對良好的線形優化設計。

3.2.1 平豎曲線組合

在平縱線形組合保持均衡的條件下，而平曲線和豎曲線的半徑又相對較小的情況下，就要將這兩種曲線分開不能重合。相反，就非常適合將兩種曲線以平包豎的形式重合設計，這樣會有更好的效果。但是，要避免在一條線形中出現平豎曲面反復交叉的狀況，這樣很容易讓駕駛員沒有安全感。

3.2.2 直曲線組合

在設計中，要嚴格避免出現在長直線中出現小半徑曲線的情況，例如在一條直線下坡路段中插入一段凹形曲線，駕駛員就會對前方路段的情況判斷失誤，很容易造成加速的情況，以至于發生事故。而且在設計時要盡可能地不使用短的曲線、直線，尤其是在轉彎路段更不應該運用短線。

3.3 平縱協調實例分析

路線平面線形與縱斷面線形設計的目的實質上是解決駕駛員的視覺問題,從心理和生理角度討論路線線形設計的合理性是公路線形設計中較新的研究課題,最終的設計目的是要形成三維的空間立體線形。良好的主體線形的形成,是路線線形設計所追求的最終目標。這樣,就有一個平縱線形如何組合,如何互相配合協調的問題。在某段公路設計中這段公路等級為一級汽車專用公路。有一組平縱組合的比較好例子。實例1:該路段位于丘陵區,前方上坡縱坡為3.5%,下坡縱坡為3.2%,豎曲線半徑6 800 m,豎曲線位于平曲線的起點,平縱組合欠佳,在凸型豎曲線頂部前視,會清楚地看出線形與地形配合不好,可以看到三個平曲線,而且線形不連續有扭曲現象,如果能結合地形曲線定線并考慮平縱配合線形將會改善。實例2:某路段為一組反向相接的平曲線半徑均為4 000 m。路線轉角為12°10″,在平曲線轉點處設凸形豎曲線,兩曲線長度均為1 500 m,由于坡差1.5%,而且凸豎曲線半徑較大,因此行車視覺無不良影響,駕駛員操作也無問題,行車速度得到保證,這說明當平縱指標都高時,偶爾的不良組合對視覺的影響是不大的。從上述兩個例子看出,對路線結合地形進行平縱結合設計,不僅能取得視覺上的良好效果,而且也能使路線與自然環境協調,減少填挖土工程量,降低工程造價。

4 結語

隨著時間的推移，公路建設的發展也會飛速的提高，對公路線形設計的要求也會越來越高，為了降低事故發生率，要先從公路線形優化設計上突出重視安全設計。根據“以人為本”的想法去設計來預防事故的發生。所以，在今后的公路線形設計中要嚴格、靈活、慎重，不應單純追求高標準和美觀而將安全問題棄之不顧。摒棄原來的老套且單調的設計方案，去探尋新的設計路線，在符合標準的前提下，確保公路交通安全問題。所以，在以后的公路建設發展中，線形設計還有待提高和優化。

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