基于車輛運行速度的公路路線線形優(yōu)化設(shè)計研究

曾永亮

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

車輛運行速度可以反映出公路路線設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣。公路線形的任何突變，都會給駕駛員的操作帶來影響，容易造成交通事故。國內(nèi)外多項研究成果表明，車輛運行速度的協(xié)調(diào)性與交通事故發(fā)生率有著密切聯(lián)系。因此，在公路路線設(shè)計時，通過對車輛運行速度協(xié)調(diào)性進(jìn)行評價，找出線形設(shè)計一致性較差的路段，優(yōu)化路線線形設(shè)計，從而提高道路行車安全性和舒適性[1-2]。

1 車輛運行速度的影響因素

影響車輛運行速度的因素很多，既有主觀因素，也有客觀因素。主觀因素主要是駕駛員的行為，客觀因素主要有車輛類型和公路特性。

a）駕駛員的行為對車輛運行速度起著主導(dǎo)作用。車輛運行速度很大程度上反映了駕駛員的行為和駕駛習(xí)慣。通常，在直線段和平曲線段上，駕駛員會根據(jù)自己的駕駛經(jīng)驗選擇不同的行車速度。在直線段，駕駛員會選擇一個相對安全穩(wěn)定的行駛速度勻速前行；在平曲線段上時，駕駛員通常會以“減速—勻速—加速”的方式行駛[3]。

b）根據(jù)《公路項目安全性評價規(guī)范》（JTG B05 —2015）（以下簡稱“安評規(guī)范”）中的規(guī)定，初步設(shè)計階段和施工圖設(shè)計階段公路運行速度預(yù)測所采用的代表車型有：小型車和大型車兩類。小型車具有載重小且機動性能好的特點，在《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）中，交通量換算的標(biāo)準(zhǔn)車型為小客車。而大型車，尤其是載重汽車，其載重較大、行駛速度慢、機動性能差，容易發(fā)生交通事故。因此，在公路設(shè)計時，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌拷M成情況，考慮大型車的車輛尺寸和行駛特性，從而保證行車安全。

c）對車輛運行速度產(chǎn)生影響的公路特性主要有直線、平曲線、縱坡及平縱組合等線形要素等。研究表明，直線段的長度對車輛運行速度影響較大，直線段過短，車輛運行速度無顯著變化；直線段較長時，車輛運行速度也會隨之加快。平曲線段半徑是影響車輛運行速度的關(guān)鍵性指標(biāo)，平曲線半徑越小，車輛運行速度越低。車輛在坡道上行駛時，縱坡越大，上坡加速過程越慢，減速過程越快；下坡則加速過程越快，減速過程越慢。平縱組合不合適會導(dǎo)致行車視距不良，對車輛運行速度產(chǎn)生影響[4]。另外，路側(cè)干擾也會對車輛運行速度帶來不良影響。

因此，在公路路線設(shè)計時，一定要考慮上述因素對車輛運行速度的影響，以保證其行車安全。

2 車輛運行速度的協(xié)調(diào)性評價

2.1 車輛運行速度協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)相關(guān)研究，車輛運行速度的協(xié)調(diào)性與交通事故發(fā)生率之間有著密切聯(lián)系[5]。在公路設(shè)計時，對車輛運行速度的協(xié)調(diào)性進(jìn)行評價是公路安全性設(shè)計的重要組成部分。按照“安評規(guī)范”中的要求，當(dāng)設(shè)計速度小于等于80 km/h 時，需要進(jìn)行車輛運行速度的協(xié)調(diào)性評價，其評價標(biāo)準(zhǔn)是相鄰路段運行速度差值的絕對值及運行速度梯度的絕對值。當(dāng)大于等于20 km/h 或小于10 km/h·m 時，按照設(shè)計速度確定的各種線形指標(biāo)難以滿足車輛運行速度的需求，容易發(fā)生交通事故。表1 為相鄰路段運行速度協(xié)調(diào)性評價標(biāo)準(zhǔn)。

運行速度梯度是相鄰路段車輛運行速度協(xié)調(diào)性評價的補充指標(biāo)。它可以反應(yīng)出一定路線長度（“安評規(guī)范”中采用100 m）內(nèi)運行速度的變化情況和敏感程度。該指標(biāo)更加貼近實際情況，有助于找到存在交通安全隱患的路段。運行速度梯度絕對值計算公式為：

式中：ΔIv為運行速度梯度絕對值，km/h·m；ΔV85為分析單元起點、終點運行速度差值的絕對值；L 為分析單元路段長度，m。

表1 相鄰路段運行速度協(xié)調(diào)性評價標(biāo)準(zhǔn)

a）當(dāng)高速公路、一級公路相鄰路段車輛運行速度協(xié)調(diào)性評價為好或較好時，行車安全，不必對路線設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。

b）當(dāng)高速公路、一級公路相鄰路段車輛運行速度協(xié)調(diào)性評價為不良時，相鄰路段為減速時，應(yīng)優(yōu)化或調(diào)整相鄰路段平縱面設(shè)計，當(dāng)調(diào)整困難時，應(yīng)采取安全改善措施。

c）當(dāng)二級公路、三級公路相鄰路段車輛運行速度協(xié)調(diào)性評價為好時，行車安全，不必對路線設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。

d）當(dāng)二級公路、三級公路相鄰路段車輛運行速度協(xié)調(diào)性評價為不良時，相鄰路段為減速時，應(yīng)調(diào)整相鄰路段平縱面設(shè)計，或采取安全改善措施。

2.2 車輛運行速度協(xié)調(diào)性評價方法

圖1 車輛運行速度的協(xié)調(diào)性評價方法

在進(jìn)行車輛運行速度的協(xié)調(diào)性評價時，首先需要根據(jù)平曲線半徑和縱坡的大小進(jìn)行分析路段的劃分。一般劃分為平直路段、縱坡段、平曲線段、隧道段、彎坡組合路段及互通式立體交叉路段等單元。然后根據(jù)“安評規(guī)范”中的預(yù)測模型計算車輛運行速度，得出運行速度差值的絕對值和運行速度梯度，由表1 得出車輛運行速度協(xié)調(diào)性評價結(jié)果。

2.3 車輛運行速度評價公路線形設(shè)計的步驟

根據(jù)路線平面、縱斷面和橫斷面設(shè)計成果，分別對劃分單元內(nèi)的小客車和大貨車不同行車方向（上行、下行）的運行速度進(jìn)行協(xié)調(diào)性評價。當(dāng)評價結(jié)果為“好”或“較好”時，說明行車安全、路線設(shè)計方案可行；當(dāng)評價結(jié)果為“不良”時，則需對路線線形設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化或調(diào)整。

圖2 車輛運行速度評價公路線形設(shè)計步驟

3 車輛運行速度協(xié)調(diào)性優(yōu)化措施

3.1 平面設(shè)計優(yōu)化

a）平曲線半徑。在橫向力系數(shù)和路拱橫坡度不變的情況下，可以通過車輛運行速度反算平曲線半徑，并將其與降低車輛運行速度對應(yīng)的平曲線半徑進(jìn)行對比分析，從經(jīng)濟(jì)角度擇優(yōu)選擇。當(dāng)平曲線半徑和路拱橫坡度調(diào)整受限時，可以采取限速等措施，從而保證運行速度差值的絕對值小于20 km/h。

b）緩和曲線。通過車輛運行速度反算平曲線半徑及超高坡度，調(diào)整后的緩和曲線長度應(yīng)滿足超高漸變率的最小長度要求。另外，還要考慮緩和曲線參數(shù)與圓曲線半徑相協(xié)調(diào)。

c）最小直線長度。按照車輛運行速度計算得出的最小直線長度應(yīng)滿足：同向圓曲線間直線最小長度（以m 計）應(yīng)大于等于運行速度V85（以km 計）的6 倍；反向圓曲線間直線最小長度（以m 計）應(yīng)大于等于運行速度V85（以km 計）的2 倍。

3.2 縱斷面設(shè)計優(yōu)化

車輛運行速度不滿足要求的縱坡段，最直接有效的措施就是調(diào)整縱坡和坡長。縱坡坡度越大，車輛在下坡時的運行速度也就越大；縱坡坡長越長，車輛運行速度變化幅度也就越大。在上下坡路段，通過調(diào)整坡度和坡長，從而保證車輛運行速度協(xié)調(diào)性滿足要求[6]。

3.3 行車視距設(shè)計優(yōu)化

分別利用設(shè)計速度和車輛運行速度計算行車視距，以計算得到的行車視距較大者為設(shè)計停車視距。在以大貨車等重型車為主的路段，還要滿足用大貨車的車輛運行速度計算得出的行車視距要求。

4 結(jié)語

綜上分析，公路路線設(shè)計是一個不斷優(yōu)化的過程。采用運行速度差值的絕對值和運行速度梯度的絕對值，可以對車輛運行速度協(xié)調(diào)性進(jìn)行評價，找出設(shè)計中存在的不安全路段，對路線線形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而保證行車安全，為駕駛員提供一個安全舒適的行車環(huán)境。