高速公路路線基于行車舒適性的優化設計要點和方案

顧正欣

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017)

0 引 言

高速公路建設對于社會經濟、人文、政治、美學等都有著重要的作用，公路建設好壞需要設計人員有豐富的經驗，同時要有經濟、美學、社會、人文等多方面知識作依托，從高速公路設計理念、線形選擇、功能定位判斷都需要準確的把握。高速公路路線設計的好壞，直接影響著城市發展和人民的生命財產安全。公路線形設計是復雜的過程，由于設計過程受許多條件限制，確定合理的路線是保障公路經濟性最大化、可持續發展的關鍵。

高速公路合理的技術指標是行車舒適性的主要控制因素。高速公路建設前期對路線綜合比選非常重要，路線走向的合理性決定了建成后公路能否滿足經濟建設需要、是否符合建設需求。根據路線現場實際限制條件，比選需要考慮的因素較多，按照舒適性要求選擇指標較高合理性較好的線形，需要綜合考慮來確定。

1 高速公路路線指標評價原則

根據高速公路線路設計方案的特點，高速公路綜合評價指標體系構造時須遵守以下幾條基本原則。

1.1 對公路路線的全面評價

路線評價指標原則上是需要涵蓋路線設計的每個影響公路質量的指標，通過總體評價來發現設計中的不足進行完善，這樣能夠很好地對涉及的路線方案合理性的指標進行識別，以免出現由于揚長避短忽略設計缺陷，同時要注意設計中具有代表性及重要性指標，做到不遺漏、不重復，指標互相補充。

1.2 按照科學方法選線

設計中任務目標是否實現是通過全面評價來驗證的，采用科學方法對交通量進行綜合評價，科學的判斷路線的任務目標，以合理的選擇路線方案，根據交通運行規律和特點制定適合公路等級，主觀設計要求需要核實際交通狀況相一致，把這一過程成為科學的設計原則。要遵循事物發展的基本規律，定量事實作為路線定量設計描述的前提條件。只有采用科學的方法進行理論聯系實際，才能保證高速公路路線設計的科學性、合理性和準確性。

1.3 實現可對比性原則

對路線評價指標選擇需要有可對比性，這些評價指標不能有傾向性，評價指標要注意使用的評價方法的選擇，在動態上和空間上都需要有一定的可比性才行，對于一個方案評價需要通過技術和經濟性比較，實現動態調整以達到最佳方案。

1.4 具備可操作、定量和定性分析結合原則

高速公路設計主要考慮適用性，方案可操作性是路線設計需要考慮的最主要因素，只有滿足可操作性才能實現其建設的可行性。定量和定性分析方法在路線設計中同樣很實用，因此將定量和定性分析納入到目標分析的綜合評價中。

2 高速公路路線經濟評價

高速公路建設資金需求量巨大，工程項目經濟性評價是建設方案的一個重要組成部分，項目的經濟性是現代項目的重要評價指標之一，有利于通過經濟手段對項目投入和產出進行綜合分析，以便對項目進行預測、論證、計算、調整。經濟性評價主要有國民經濟評價和財務評價。

2.1 高速公路項目的財務評價主要內容

(1)測算項目所需要的資金

根據不同項目建設方案確定和預測項目建設所需要的總資金，包括流動資金和固定使用資金以及所需要利息支出，貸款是項目建設最常用的資金來源手段，因此貸款利息也是項目資金使用計劃主要組成部分。

(2)對公路盈利能力分析

高速公路建設需要消耗大量的資金，因此對項目投資回收期的預測也是一個項目建設重要經濟指標，這一指標可以通過項目方案比選進行方案的取舍，高速公路建設評價項目的投資收益是建設工程流動資金的重要保障，通過衡量這一指標來選擇具有經濟性好的方案。

(3)建設工程財務報表分析

高速公路的財務狀況都需要根據財務報表來反映出來，投資金額、盈利能力、償債能力是綜合來確定一個高速公路建設方案財務可行性的重要分析方法，高速公路財務分析還可以根據工程建設規模分析建設方案的合理性，對于招投標也有著重要的指導作用。

2.2 經濟評價指標及計算

高速公路國民經濟評價采用經濟效益費用比、經濟內部收益率、財務凈現值、經濟回收期等指標。

(1)經濟效益費用比(EBCR)

公路建設總效益現值和總成本現值的比值稱為經濟效益費用比，計算式如(1)所示

(1)

式中：Bt表示在第t年凈現金流入萬元，Ct表示在第t年凈現金流出萬元，is表示社會折現率，n表示公路設計使用年限。由上式可知只有EBCR>1時，項目是有利可行的。

(2)經濟財務凈現值(ENPV)

建設工程從項目資金注入到項目規定的壽命有效期截止按照相關折現率指要求可以準確計算每一年現金流通現值，根據現金的流出值和流入值得到項目全壽命周期內的凈現值計算如式(2)所示

(2)

如果財務凈現值大于零，表明該項目的實際收益折現率要高于規定折現率，值越大收益也就越多，項目盈利能力越好。

(3)項目內部收益率(EIRR)

項目內部收益率是項目回收和支出平衡時的折現率，是反映項目資金回收能力重要指標，計算公式(3)如下

(3)

如果項目內部收益率大于大于預期折現率則該項目是可行的，反之認為項目收益達不到預期要求就不采納該項目，所有項目的內部收益率應該選擇值大的方案采納。

(4)項目投資回收期(N)

投資回收期是用來表述項目投資收回本金所需要的時間，是項目凈收益抵償投資基金所需要的時間，只有項目實際回收時間短于國家規定的項目回收時間項目經濟性評價才是可行的，分為動態投資回收期和靜態投資回收期，項目中使用的是動態投資回收期為主。常用的計算方法如式(4)

(4)

3 高速公路路線設計技術評價方法

高速公路路線設計常采用如下指標進行技術評價分析。

3.1 路線延長系數判定

在路線所有方案比選中，根據路線方案計算直線距離和值。這是選取的的系數為技術延長系數，取值一般范圍一般為1.050～1.200，按照不同地形條件取值。

3.2 路線轉角數量

按照路線設計方案的每公里轉角的數量和路線設計的線形全部轉角數量也是技術評價的主要內容。

3.3 路線平均轉角角度

路線轉角是用來評價路線整體線形順直的一個指標，評價轉角角度平均值采用式(5)計算

(5)

式中:α為轉角平均度數；αi為任一轉角的度數。

3.4 曲線的最小半徑個數

根據車輛行駛速度在轉彎時候需要最小的安全轉彎半徑是設計所參照的最小半徑值，轉彎時汽車的離心力是汽車安全行駛的不利受力，最小轉彎半徑能夠使在這個作用力的作用下不至于產生不舒服感覺的半徑。最小半徑越少路線線形越好。

3.5 路線行車速度影響段

回頭曲線是由于地形條件較差，高差較大而設置的一種線形，有條件的地區一般不采用該種曲線，該曲線半徑較小、轉角較大、行車速度要求較低、線形差，所以回頭曲線的設置直接降低了路線設計指標。路線設計平交口數目也會影響行車速度和安全。行車不良災害路段限制公路運營速度，直接影響公路速度。

4 高速公路行車舒適度評價體系

4.1 公路行車舒適度概述

路線線形直接影響行車的舒適性，公路常用舒適性是通過保證駕駛員不宜疲勞和行車平穩，乘客感覺舒適，人的行車不舒適感常常是由于強烈的振動或車輛振動頻率引起的。根據頻率原因引起的振動反應的客觀影響因素有以下幾種：(1)振動的頻率和振幅；(2)振動作用的方向和位置；(3)振動作用時長。

從生物學分析振動的主觀影響有生理反應和心理感受兩方面主要變化，現階段是根據實驗數據和調查研究完善的。

4.2 標準舒適性評價

現階段所參照的舒適性評價指標是《人體承受全身振動評價指南》。目前該指南還在逐步完善。

根據試驗要求對乘駕人員按照縱向頻率、橫向頻率、豎向頻率進行正弦波振動，根據結果得到如下結果。

(1)實驗得出人體能夠承受的振動頻率上限，會對人體載人損害。

(2)工效降低—疲勞和人操作有關，能保證正常駕駛操作。

(3)能夠有良好的舒適感界限。

根據公路路線設計相關要求和指標值，線形相關評價指標越好行車舒適感越好，因此需要在滿足經濟性要求的前提下，為了更好的提高行車舒適性需要提高技術參數來改善公路線形設計。高速公路路線基于舒適性的設計優化首先要考慮經濟性，然后通過技術評價指標的提高來實現行車的舒適性提升。

5 總 結

本文通過對路線線性指標進行分析、對經濟指標進行分析、技術指標進行分析得出關于高速公路建設項目重要評價體系和線性設計基本要求，基于舒適性設計的要求主要是基于路線線形設計的技術指標考慮，根據現階段公路對舒適性認知，主要是行車感覺和心理感受的舒適程度來體現的，因此基于舒適性的考慮主要是提高路線的線形技術指標。