干線公路路線安全設(shè)計方法與評價體系探討

朱盛彤

（江蘇緯信工程咨詢有限公司，江蘇 南京210014）

公路歸屬于線狀構(gòu)造物的范疇，它的線形設(shè)計優(yōu)劣，不但與造價密切相關(guān)，還關(guān)系到后續(xù)的交通安全性和舒適性。線形設(shè)計不合理，會增大交通安全事故的發(fā)生概率，車況相同的前提下，線形惡劣的路段事故發(fā)生的可能性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于線形良好的路段[1]。為確保線形設(shè)計合理，可構(gòu)建評價體系對設(shè)計方案加以評價。

1 工程概況

某公路是一條干線公路，具有可達(dá)性高的特點，為沿線地區(qū)提供方便、快捷的運(yùn)輸服務(wù)。該公路的交通流量相對較大，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，交通流量單日平均為2 萬輛左右。

在城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的推動下，該公路的交通流量增速非常明顯，每年平均增速為8.5%左右。因平交道口數(shù)量過多，加之混合交通比例相對較高，導(dǎo)致該公路的通行能力受到一定程度的影響，安全隱患進(jìn)一步增多，出于安全方面的考慮，決定對該公路進(jìn)行改建。

2 干線公路路線安全設(shè)計方法與評價體系

2.1 線形安全設(shè)計方法

2.1.1 平面設(shè)計

2.1.1.1 直線最大長度

干線公路直線最大長度取值，需要考慮的因素包括加速過程的時間、在期望速度下穩(wěn)定行駛的時間、減速過程以及主觀限速行駛等。其中最為重要的因素是主觀限速行駛，即以主觀意愿控制車輛以特定速度行駛的時間。為便于分析，設(shè)維持主觀限速行駛的時間為10 s，結(jié)合其他因素，可得出干線公路直線最大長度的控制時間，具體如表1 所示。

表1 干線公路直線最大長度所需的控制時間

由表1 中得到的直線最大長度所需的控制時間為125 s 可知，干線公路景觀良好的路段，直線最大長度（單位以m 計）可以設(shè)計為35V（V代表設(shè)計時速，單位是km/h）；而景觀較差的地段，車輛處于駕駛員期望速度下穩(wěn)定行駛的時間可以取30 s，最終得到的直線最大長度所需的控制時間為105 s，與之對應(yīng)的直線最大長度為29V。

2.1.1.2 圓曲線半徑

本工程為干線公路，在確定圓曲線半徑時，可將一般最小圓曲線半徑作為重點，具體取值如下。在圓曲線最小半徑取值時，需要著重考慮2 個方面的因素：①車輛以接近或達(dá)到設(shè)計車速的狀態(tài)下行駛時，車內(nèi)的人員要有舒適感；②選取的半徑不會導(dǎo)致后續(xù)施工建設(shè)中的工程量增加。基于此，最小半徑的橫向力系數(shù)i和橫坡度u應(yīng)按照表2 的規(guī)定取值。

表2 （續(xù)）

表2 干線公路一般最小半徑i 和u 的取值

在具體設(shè)計時需要注意，當(dāng)路線所在地的地勢較為平坦且開闊時，路線的鋪設(shè)夾角相對較大，此時若選取小的半徑會與實際情況不符。

2.1.2 縱斷面設(shè)計

縱坡坡度。干線公路縱坡坡度取值，需要考慮駕駛傾向、重載車輛、海拔高度等方面的因素。在理想狀態(tài)下，干線公路的最大縱坡是指車輛油門開度達(dá)到最大時，保持等速行駛可以克服的坡度。而現(xiàn)實中很難達(dá)到理想狀態(tài)，因此要選取一個相對較合理的車速。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)公路的行車時速設(shè)計的較高時，駕駛員習(xí)慣以高速檔行駛，基于這一前提，可以獲得最大縱坡下車輛在各個擋位的車速[2]。受到一些因素的影響和制約，想要實現(xiàn)理想最大縱坡的難度非常大，只能在降低車速的情況下，爭取較大的縱坡，可將之稱為不限長度的最大縱坡。經(jīng)過計算，得出理想狀態(tài)下最大縱坡及不限長度的最大縱坡值，如表3 所示。

表3 干線公路縱坡坡度參考取值

豎曲線半徑。豎曲線的取值是干線公路縱斷面線形設(shè)計的重要內(nèi)容之一，豎曲線有2 種類型，即凹形和凸形。在公路行車過程中，駕駛員的視覺受豎曲線半徑的影響較大，若是取值不當(dāng)，則會導(dǎo)致駕駛員判斷和操作失誤，進(jìn)而誘發(fā)安全事故。凸形豎曲線引發(fā)的交通安全事件多發(fā)生在雙向會車時，因此可將滿足會車視距要求作為設(shè)計參考值。凹形豎曲線必須符合車輛前燈照明距離的要求，設(shè)計中應(yīng)對凹形豎曲線的最小半徑加以控制[3]。豎曲線半徑可以根據(jù)停車視距計算，表4 為停車視距的參考數(shù)值。

表4 停車視距參考值

在對凸形豎曲線半徑和凹形豎曲線半徑進(jìn)行設(shè)計時，可參考表5 和表6 中的數(shù)值。

表5 凸形豎曲線半徑設(shè)計參考值

表6 凹形豎曲線半徑設(shè)計參考值

2.1.3 平縱組合線形設(shè)計

線形連續(xù)。平縱線形在視覺上的連續(xù)，可通過平面與縱斷面的對應(yīng)來實現(xiàn)，當(dāng)線形達(dá)到連續(xù)的效果時，對行車安全非常有利，因為連續(xù)的線形是駕駛員眼中最為理想的線形。具體的設(shè)計方法為：平豎曲線盡可能相互重疊，使前者的中點與后者的變坡點重疊，且平曲線要略長于豎曲線。

要保持平豎曲線的大小均衡，可將平曲線作為前導(dǎo)，出于協(xié)調(diào)性方面的考慮，當(dāng)豎曲線的半徑在平曲線半徑的10～20 倍范圍內(nèi)，能夠達(dá)到視覺平衡。滿足視覺要求的縱坡與平曲線半徑關(guān)系如表7 所示。

表7 與視覺要求相符的縱坡與平曲線半徑關(guān)系

平曲線與豎曲線的組合必須與周圍的環(huán)境相配 合，當(dāng)受到地形條件限制時，可以考慮設(shè)置護(hù)欄或是采用坡面綠化的方法，改善公路環(huán)境，以此達(dá)到誘導(dǎo)駕駛員視線的效果。

中國現(xiàn)行的公路規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，對平縱組合設(shè)計有著明確的要求，但實際設(shè)計中，一些具有可用性的指導(dǎo)數(shù)值，可在平縱組合設(shè)計中靈活運(yùn)用，不僅能夠達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，由此設(shè)計出來的平縱組合也更加合理。比如，為保證路面排水，合成的坡度要在0.5%以上。

2.2 評價體系的構(gòu)建

2.2.1 線形方案綜合評價

構(gòu)建模糊評價指標(biāo)。在評價公路線形質(zhì)量的過程中，可將一級指標(biāo)確定為平面線形、縱斷面線形和平縱組合線形；二級指標(biāo)分別對應(yīng)一級指標(biāo)，具體包括直線長度、圓曲線半徑、坡度、豎曲線半徑、平豎曲線均衡等。隨后建立評價矩陣，采用無量綱化對各項指標(biāo)加以處理，確定出標(biāo)準(zhǔn)分值，以此作為主要依據(jù)，求出評價矩陣。基于這一前提，要對標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行改變，建立起與各個因素相關(guān)的隸屬度函數(shù)。

綜合評判。根據(jù)各因素的權(quán)重，對一級指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評判，依據(jù)一級綜合評判結(jié)果進(jìn)行二級綜合評判。最后采用加權(quán)平均法，對模糊綜合評判結(jié)果加以處理，通過計算得出路線線形設(shè)計方案的分?jǐn)?shù)，根據(jù)得分情況判斷設(shè)計線形的優(yōu)良程度[4]。

2.2.2 線形組合質(zhì)量評價

舒適性評價。在干線公路路線安全設(shè)計中，舒適度是線形組合質(zhì)量評價的重要指標(biāo)之一。從實際情況來看，影響公路行車舒適性的因素主要包括線形、周邊景觀、行車速度以及駕駛員的水平等方面。可基于行車舒適性這一前提條件，合理選取公路線形設(shè)計質(zhì)量的評價指標(biāo)。在充分考慮行車舒適性影響因素的基礎(chǔ)上，將橫向加速度、軸向加速度作為主要評價指標(biāo)，基于軸向加速度的評價標(biāo)準(zhǔn)如表8 所示。

表8 軸向加速度評價標(biāo)準(zhǔn)

對于干線公路而言，平曲線的存在是橫向加速度產(chǎn)生的重要前提，當(dāng)車輛處于平曲線時，會產(chǎn)生一個具有水平性特點的向外離心力，其中部分離心力會被超高所抵消，而剩余的部分則需要由駕駛員承受，當(dāng)覺得不舒適時，說明承受的離心力過大。同時，車輛的橫向運(yùn)行穩(wěn)定性也與橫向加速度密切相關(guān)，相關(guān)研究結(jié)果顯示，正常情況下人體在車輛中能夠承受的橫向加速度為3.6 m/s2，但會感到不適，當(dāng)超過這個數(shù)值后，人體會感到非常不適。按照車輛行駛試驗所得的結(jié)果，可將橫向加速度為2.0 m/s2作為舒適性的臨界點。基于此，在評價道路舒適性的過程中，可按曲線半徑、超高值，并結(jié)合車輛行駛速度，準(zhǔn)確計算出橫向加速度，結(jié)果小于等于2.0 m/s2時，表明道路非常舒適；結(jié)果在2.0～3.0 m/s2之間時，舒適性一般，但可以接受；結(jié)果超過3.0 m/s2時，舒適性差，需要調(diào)整線形組合設(shè)計方案。

敏感性評價。對干線公路線形設(shè)計的安全性進(jìn)行評價時，必須充分考慮環(huán)境因素，若是脫離環(huán)境，則會導(dǎo)致評價的科學(xué)性降低。中國的道路具有自然屬性和社會屬性2 類基本屬性，所以在評價路線設(shè)計質(zhì)量時，要將社會敏感性作為主要影響因素加以考慮。社會環(huán)境敏感性指標(biāo)包括交通安全效果、交通便捷及舒適效果、資源開發(fā)利用效果、土地增值效益、生態(tài)環(huán)境影響等。在具體評價時，要將所有的指標(biāo)考慮在內(nèi)，以此來確保評價結(jié)果的科學(xué)性。

3 結(jié)論

干線公路路線設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，為確保設(shè)計出的路線滿足行車安全的需要，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)掌握正確的設(shè)計方法，將設(shè)計的重點放在平面、縱斷面和平縱組合等方面，并在設(shè)計完畢后，運(yùn)用模糊評價的方法評價設(shè)計方案是否合理可行。