淺談公路線形及線形組合的優(yōu)化設(shè)計

王進(jìn)濱，王 沖

（吉林省公路測設(shè)技術(shù)服務(wù)中心，吉林長春 130021）

0 前言

隨著生活質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)。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(shè)計者從大量的交通事故中吸取經(jīng)驗和教訓(xùn)，并歸納總結(jié)出了公路線形不僅僅要根據(jù)汽車行駛來設(shè)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(yīng)該是生命更加重要，因此，如果線形組合設(shè)計的不合理，就會很容易致使事故的發(fā)生，影響交通和財產(chǎn)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(yōu)化線形組合設(shè)計。

1 影響線形設(shè)計的幾點因素

1.1 車輛的行駛速度

在線形設(shè)計中一直都是把汽車的行駛速度作為設(shè)計線形的一個參數(shù)，而行駛速度也在線形設(shè)計中起到了相當(dāng)大的作用。但是經(jīng)過對多年的實踐經(jīng)驗總結(jié)得知，只是計算汽車的行駛速度是不能夠精確設(shè)計出準(zhǔn)確的線形的。因為行駛車速只會在設(shè)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(shè)計有著重大影響。

汽車在行駛時，駕駛員是根據(jù)路況的不同來改變行駛速度的，而往往都會超過預(yù)計的車速。所以要根據(jù)實際的車速來對公路的線形組合設(shè)計進(jìn)行改良和優(yōu)化。而且，車速不是一個常量，都是根據(jù)汽車的種類、駕駛員和路況來適當(dāng)調(diào)整的。所以，由于線路線形的標(biāo)準(zhǔn)的改變就會觸發(fā)事故的發(fā)生。因此，路線的設(shè)計要盡可能地和實際速度達(dá)到一致。

1.2 美學(xué)在線形設(shè)計中的應(yīng)用

一條真正的好的公路不僅要高標(biāo)準(zhǔn)高要求，具有較完備的安全設(shè)施，還要有良好的視覺效果，讓駕駛員準(zhǔn)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(xué)，這就體現(xiàn)了美學(xué)在設(shè)計中的重要性。

而就目前的公路勘測結(jié)果看的出美學(xué)原則還沒有真正的在線形設(shè)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(huán)境相協(xié)調(diào)，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(xué)很好的運用到線形設(shè)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(huán)境和外觀。所以，正確和適當(dāng)?shù)膶⒚缹W(xué)應(yīng)用到公路線形設(shè)計上是非常重要的。在早期歐美國家就已經(jīng)將美學(xué)運用發(fā)哦公路設(shè)計當(dāng)中了，所以我國也要重視這方面的應(yīng)用，線形要求美學(xué)要在直線、平曲線、緩和曲線、縱坡等進(jìn)行效果加工。總的來說，線形設(shè)計要與公路周邊環(huán)境和地形地勢相適應(yīng)，要平緩、均勻、連續(xù)等問題。

2 公路線形設(shè)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(shè)計應(yīng)該將公線形和地物、地形還有周邊的自然景觀等相結(jié)合，讓線形更加的連續(xù)、通暢、有好的視覺效果、安全性好并且既舒適又經(jīng)濟。公路線形設(shè)計是根據(jù)所處的地理位置、地形、地質(zhì)等條件所設(shè)計的符合各種行車條件的工作，主要包括平面線形設(shè)計和縱斷面線形設(shè)計兩大類。

2.1 線形設(shè)計的種類和具體剖析

縱斷面線形設(shè)計是由直線和拋物線或圓曲線所組成。在設(shè)計縱斷面線形時要對地形、地質(zhì)、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(xù)縱坡。

平面線形設(shè)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(chǎn)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(chǎn)生。因此，在平面線形設(shè)計中要根據(jù)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(nèi)低外高的斜面，同時要適當(dāng)加寬路幅內(nèi)側(cè)的寬度。

平面線形設(shè)計應(yīng)該合理地將線形單元組合起來，并且和地形、大型構(gòu)造物等很好的結(jié)合。尋找出一條既安全舒適又經(jīng)濟合理的路線。普遍來說，在美學(xué)和行駛力學(xué)上，由連續(xù)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(jìn)行平面線形設(shè)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(xué)上讓駕駛員感覺身心舒暢；要直捷、連續(xù)，同地形、地貌協(xié)調(diào)，與周邊環(huán)境結(jié)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(xiàn)連續(xù)急速轉(zhuǎn)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(dāng)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(chǎn)生錯覺，進(jìn)而判斷失誤出現(xiàn)事故。所以在進(jìn)行組合線形時不僅要考慮路線的選定，還要在設(shè)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(diào)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(yīng)環(huán)境的轉(zhuǎn)變。二是要均衡的保持平面和縱斷面兩種線形的協(xié)調(diào)。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(xié)調(diào)的組合在一起，讓駕駛員在視覺上浮現(xiàn)一個平緩優(yōu)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(yōu)化設(shè)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(yōu)化

縱斷面線形主要是對縱坡的研究。縱斷面線形設(shè)計主要要求縱坡大小和長度之間的組合。而在對縱斷面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，要結(jié)合地形的凹凸情況、考慮控制點、地質(zhì)、經(jīng)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(diào)枯燥，所以容易造成司機的視覺疲勞。而且如果搭配和設(shè)計的不合理，忽略了某種因素，在短距離中出現(xiàn)了暗凹或者波紋型斷面，沒有設(shè)計成連續(xù)、平緩且圓順的線形可能就會將事故發(fā)生的幾率最大化。但是如果交通路段相對較為復(fù)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(yōu)化設(shè)計

如果一個公路線形設(shè)計只有平面線形和縱斷面線形設(shè)計的話，不僅單調(diào)而且也不一定會是一個好的設(shè)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(huán)境協(xié)調(diào)的要求，最后經(jīng)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(jié)合成一種立體線形設(shè)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(huán)境以及自然景區(qū)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(chǎn)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(fā)生。所以，想要設(shè)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(xué)和路面排積的要求適當(dāng)設(shè)置縱坡；（2 按照駕駛員的視覺和心理需求。根據(jù)這些原則，就能夠設(shè)計出相對良好的線形優(yōu)化設(shè)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(shè)計，這樣會有更好的效果。但是，要避免在一條線形中出現(xiàn)平豎曲面反復(fù)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(shè)計中，要嚴(yán)格避免出現(xiàn)在長直線中出現(xiàn)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(fā)生事故。而且在設(shè)計時要盡可能地不使用短的曲線、直線，尤其是在轉(zhuǎn)彎路段更不應(yīng)該運用短線。

3.3 平縱協(xié)調(diào)實例分析

路線平面線形與縱斷面線形設(shè)計的目的實質(zhì)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(shè)計的合理性是公路線形設(shè)計中較新的研究課題,最終的設(shè)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(shè)計所追求的最終目標(biāo)。這樣,就有一個平縱線形如何組合,如何互相配合協(xié)調(diào)的問題。在某段公路設(shè)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(qū),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(xù)有扭曲現(xiàn)象,如果能結(jié)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(zhuǎn)角為12°10″,在平曲線轉(zhuǎn)點處設(shè)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(dāng)平縱指標(biāo)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(jié)合地形進(jìn)行平縱結(jié)合設(shè)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(huán)境協(xié)調(diào),減少填挖土工程量,降低工程造價。

4 結(jié)語

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

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