基于運行速度的公路設計方法及影響分析

郭章明

（甘肅華美工程咨詢服務有限公司，甘肅 蘭州 730000）

公路設計要始終以車輛運行安全和有序作為基礎，因此在設計時要考慮車輛速度，通過基于速度的公路模型設計、公路路線設計以及公路安全設計，提高公路設計水平。

1 公路車輛行駛速度的影響因素

公路是交通體系的重要基礎，影響公路交通情況的因素較多，包括公路地質地貌特點、公路形態結構、公路環境等。這些因素都是基于對車輛運行速度的影響，進而影響到公路體系。公路上行駛車輛的速度，對公路交通安全和效率都產生著直接影響。公路設計時需對影響速度的因素進行全面掌握，為具體的設計提供支持。公路設計過程中，交通車輛的速度是最為重要的參考依據，如果交通車輛速度較快，需在設計中適當增加公路容量，提高公路安全等級。車輛速度一般以時速為依據，也就是車輛運行1 h內的平均速度。公路環境條件較好時，車輛的速度較高，如道路平坦寬闊、道路上無遮擋視線的障礙物，車流和人流可相互獨立，車輛分合流有較為科學合理的線路等。在公路設計中，設計思路和方法要結合運行速度因素，通過公路設計將車輛速度控制在一定范圍內[1]。并不是車輛運行速度越快越好，當車輛速度超過一個安全范圍時，車輛發生事故的概率會顯著增加，這對于公路交通安全來說是巨大的威脅和隱患。

根據公路交通數據分析和經驗總結發現，在公路設計中適當增加一些轉彎，能夠緩解車輛駕駛人員的視覺和大腦疲勞。公路轉彎會迫使車輛運行速度下降，改變車輛行使中一直在直線狀態下行使的情況，打破駕駛人員頭腦中形成的規律性，從而提高車輛駕駛人員的精力集中度，通過控制車輛速度來提高行車安全性。

2 基于運動速度的公路設計要素

2.1 重點考慮因素

2.1.1 車輛速度

在考慮速度因素的基礎上設計公路，需要充分了解各類車輛的設計速度，可以通過平均速度來分析、明確公路和速度等級。如果按照中國相關技術要求，只針對車輛速度來設計，那么就只需要按照要求對公路寬度、路面工程進行研究就可以達到要求。在具體研究過程中，可以認為如果只是按照平均速度來分析，那么無法有效了解其他因素的影響，比如坡度、車流量和硬件設施的配置等。因此，在具體設計過程中，可將車輛速度作為核心，還要充分考慮其他因素。

2.1.2 道路安全

在安全性設計方面，主要是對超車道區域加以分析，分析是否會影響正常通行，或者是否存在影響駕駛人員視野等問題。還要在保證原有速度的基礎上，了解車輛在運行時是否會發生交通事故，要嚴格防止這類問題，充分考慮道路自身物理數據所出現的問題。比如，在道路轉彎位置要充分考慮車輛離心力，還要能夠考慮車輛的速度，并有效地核算車輛的傾斜角度。

2.1.3 道路利用率

在研究利用率過程中，先分析利用率的概念，道路利用率指在一定時間內了解事故所在地的車輛數量。所以，道路利用率是衡量車輛通行能力的重要指標，這一指標與道路參數和車流量有著具體聯系。所以，在具體計算時要對參數進行有效分析，利用道路利用率來有效聯系車輛行進速度、車流量等建立模型。

2.2 公路設計項目

2.2.1 道路通行力

在分析道路通行力時，需根據不同道路類型考慮在規定時間內的車流量、不同時間內出現交通事故的概率、對整個道路系統的具體影響。本文將道路交通事故概率設計為X，可以分為白天和夜間2個階段，分析在一定時間內如果車輛不能夠及時離場對整個道路的影響及這一區間內的長度數據。如果是市區的道路還應該考慮紅綠燈對交通堵塞的影響。

2.2.2 道路固有硬件

分析硬件時，不僅要對道路寬度、長度加以分析，還要充分了解道路在自身運行方面的各類硬件裝配方法。比如交通指示線、指示燈等，需要根據實際情況對這類設備的具體裝配加以分析。此外，還要對道路通行力進行計算，了解硬件的具體選擇方法。此外，在設計時還需要重視某個時間段的車流量情況。

2.3 關鍵參數計算

2.3.1 通行力核算

本文以事故發生到車輛撤離之間的時間為例，將時間設計為1 200 s，并將其分為10個時間段。發生交通事故后會將雙向四車道其中一條道路阻塞，將現有車輛設計為每秒4輛，為了更好地優化計算，將所有車輛按照有限元的方法進行合理分析。發生事故后，時間之間的間隔不發生變化，沒有發生交通事故時道路不會堵塞。通過直線性設計，能很好地核算各個時間點的堵塞情況，此外堵塞情況還受現場人員、紅路燈等因素的影響，因此在后續設計時要適當加寬道路。

2.3.2 道路其他參數核算

核算道路時需充分了解所有的核算內容，比如某高速道路在某一個區間上有90°的轉彎，所有車輛經過這個轉彎處時必須降低速度，而且不能過于緩慢，避免發生碰撞。如果道路速度設計為100 km/h，那么轉彎處速度設計為90 km/h，則可利用速度參數來計算轉彎直徑，同時還要考慮摩擦力、道路本身需要的坡度等。

3 基于運行速度的公路設計方法

3.1 基于速度的公路模型設計

3.1.1 車速模型設定

基于車輛運行速度進行公路設計時，需考慮不同速度對公路路況的影響。根據車速數據參數進行模型設定，在車輛速度、公路路口之間建立聯系。一般而言，車輛行駛速度越快對公路的要求就越高。公路單位之間內的容量與車輛速度直接相關，車速越快單位時間內通過某個路段的車輛數量越多，對車輛駕駛人員也會產生直接的影響[2]。車速模型可根據各種因素的相互影響建立一種相應的折減關系，如車速達到某個級別后對駕駛人員的影響會顯著提高，這種影響可以看作是車輛運行的一種干擾。如車輛速度過快，公路周圍環境就會對駕駛人員視覺產生更大的沖擊。

3.1.2 直線速度設計

考慮到大部分路段都是直線狀態，因此需關注車輛直線行駛速度。車輛直線行駛過程中，如果沒有其他因素干擾，車速是最容易提高的。直線行駛會造成車輛駕駛人員視覺上的疲勞，當車輛周圍環境以一個較快速度后移時，視覺也會形成這樣一種強迫性的感覺，一旦出現突發情況會影響車輛駕駛人員的反應[3]。分析車輛直線速度時，考慮車輛初始速度、加速度和行駛時間等要素，能較為合理地計算出車輛的節點速度，這個計算結果可以為公路設計提供依據。進行公路設計時，可以適當減少直線路段的距離，讓車輛行駛速度得以控制。

3.1.3 曲線速度設計

曲線速度是車輛在公路轉彎處曲線行駛時的速度，曲線速度是公路轉彎設計的重要依據。基于曲線速度能夠更好地分析公路轉彎處的最佳半徑，為車輛行駛提供重要的支持。曲線速度與半徑、車速等都直接相關，在公路設計過程中，需要將曲線速度控制在安全范圍之內。如果曲線速度過大，容易造成車輛行駛時向外的慣性過大，影響車輛方向的控制[4]。在公路模型參數中，需將半徑、速度以及車輛行駛距離等要素考慮在內，通過科學合理的計算來確定最佳的曲線速度，為公路結構設計提供參考。車輛自重會對運行慣性產生影響，進而對速度產生影響。因此，進行公路設計時需考慮到不同類型車輛轉彎時的情況，如小型客車較之大型車輛速度會更容易受到曲率和半徑的影響。

3.1.4 坡道速度設計

車輛在上坡和下坡時的速度會有所不同，下坡時的速度較上坡更快，因此需根據坡道速度來進行設計，保證車輛速度控制在安全水平。公路坡道較為常見，在坡道速度設計方面，主要考慮坡道的角度。坡度越大，降低上坡速度的效果越明顯，增加下坡速度的效果也越明顯[5]。在公路設計時，需要盡可能控制坡道角度，在山區等特殊地理面貌條件下，可以采用環繞公路來解決這一問題，如盤山道等就是利用了坡道速度設計，讓車輛保持一個較為穩定和安全的速度。

3.1.5 路口速度設計

路口是公路設計的重點，路口在公路交通中起到車流匯集和疏散的作用，還能夠為車輛行駛路線提供支持。路口設計時，要考慮路口交通壓力，這就需要掌握車輛速度。路口一般為不同方向行駛車輛的匯集處，路口位置和數量需滿足車輛行駛需求，但不能設計過多，避免路口交叉情況過于復雜導致車輛行駛受阻。設計路口時，要對各個交叉道路的車輛速度進行控制，利用交通信號燈來延緩車輛進入路口的時間和速度，從而確保車輛在交叉路口安全通行。

3.2 基于速度的公路路線設計

公路線路是車輛運行的基礎，在設計線路時不僅要注重交通效率，也要考慮交通安全等方面。線路主要分為直線和曲線2個類型，直線可以提高車輛行駛速度；曲線為車輛改變方向提供支持，同時對控制車速也起著重要作用。由于路線改變會造成車輛速度的改變，因此需要結合公路實際情況，對不同類型的公路的線路長短和連接方式加以分析，找到最佳的路線方式，為車輛安全可靠運行提供支持[6]。設計線路時，需重視車輛速度改變對公路線路的具體要求，如加速和減速時，應當在直線公路上進行。設計路線時可以增加公路測速設計，如在重要的路段設立即時測速裝置，讓車輛駕駛人員及時掌握車速，并提前做好變速準備，避免在交叉路口或者上下坡、轉彎處進行變速。

3.3 基于速度的公路安全設計

公路設計的重中之重是安全設計，安全設計與車速有著密切關系。速度的快慢和改變對安全有直接影響，因此需重視對車輛行駛速度的分析和計算，將車輛行駛的最佳速度與不同的公路路況進行關聯，從而建立公路安全體系[7]。需將公路情況與速度作為安全指標進行分解，也就是將定性的描述轉化為定量的計算指標，從而為公路安全設計提供參數依據。各種不同的指標間也要建立關聯，如轉彎半徑與直線公路之間，一般轉彎半徑較大，公路直線距離也可以相應延長；但如果轉彎半徑較小，為確保車輛安全將車輛進入彎道的速度進行控制，就會縮短公路直線路段的長度。

4 公路線性設計注意事項

4.1 根據實際情況

對公路進行設計的過程中，如果是分段進行設計，則可以分為坡道和曲線2種方法，針對坡度和曲線半徑的具體數據就可以作為實際界限值，以此為基礎對公路各個路段進行速度預測。

4.2 保持車輛正常行駛

在設計過程中為了使車輛正常行駛，需合理調整公路的線性設計，以此為基礎預測車輛的運行速度。正常情況下需嚴格按照具體步驟來進行預測，其中包括初始速度、預期速度等內容。此外，在設計過程中還要有效考慮影響車輛安全形勢的因素，并最大程度上減少因為線性設計問題導致車輛運行不穩定等情況。

4.3 充分考慮向心力

在對曲線公路加以設計的過程中，要根據實際情況充分了解運行車輛的實際作業，并統一曲線公路的半徑、坡度等，確保車輛不會因受到惡劣環境的影響而在彎道出現打滑、傾斜等問題。可通過明確模型和計算數值的方法來了解公路的線形標準，多次測量曲線公路不同路段的速度，根據實際情況來獲取平均值，實現對公路線形指標的重新界定[8-12]。

5 結束語

基于運行速度的公路設計方法，可提高公路設計的科學合理性。速度對于公路車流情況的影響十分顯著，對車輛速度的影響分析，可為公路設計提供支持和依據。在公路設計過程中，需考慮車輛行駛速度的影響情況，根據需要在必要的環節優化設計方案，確保公路交通狀況安全、可靠。