高速公路線路設計運行速度分析

高紅偉

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100032）

0 引言

高速公路作為現代交通網絡的重要組成部分，在促進經濟發展、改善人民生活品質方面發揮著重要作用。而高速公路的線路設計和運行速度是影響其安全性和通行效能的關鍵因素之一，因此，對高速公路線路設計與運行速度進行科學合理的研究和探索，對于提升道路交通的安全性、效率和可持續發展具有重要意義。

1 高速公路線路設計運行速度考慮要素分析

高速公路線路設計中的運行速度是一個重要的設計指標，直接影響著高速公路的交通流暢性、安全性和經濟效益。在設計時需要考慮下面幾個要素：

第一，設計車速。設計車速是指在高速公路設計中考慮的理論最高速度，它根據道路的幾何標準、交通流量和車輛類型等因素確定，以保證車輛在高速公路上平穩、安全地行駛，設計車速是制訂其他設計參數的基礎，如曲線半徑、坡度、超車道長度等。

第二，交通流量。高速公路的運行速度受到交通流量的直接影響。當交通流量較大時，車輛之間的間隔會縮小，從而致使運行速度降低。因此，在設計過程中必須考慮高峰期和擁堵情況下的交通流量，并采取相應措施來提高道路的通行能力。這包括合理的道路規劃和設計，以確保交通流暢，并采取交通管理策略來優化交通流量。通過綜合考慮交通流量因素，高速公路設計可以最大程度地提高道路的通行效率，提供高質量的交通服務。

第三，幾何標準。道路的幾何標準，包括曲線半徑、坡度和超高限制等因素，對車輛的行駛速度有著直接影響。合理的幾何標準設計能夠確保車輛在高速公路上保持穩定的速度，并提供舒適的行車環境。通過精確控制曲線半徑和坡度，可以減少車輛在轉彎和上下坡時的速度變化和慣性影響，從而提高行駛的安全性和穩定性。合適的超高限制能夠保證車輛在高速公路上無障礙行駛，避免超高障礙物對行車速度和安全的影響[1]。

第四，路面狀況和維護。良好的路面狀況對運行速度至關重要。平整、光滑的路面能夠有效減少車輛與路面之間的摩擦阻力，降低能量損失，從而提高車輛的行駛速度。

此外，平整的路面還能降低車輛的顛簸和震動，提供更舒適的行車體驗。為了保持路面的良好狀況，需要定期進行路面維護和修復工作，以防止路面的凹凸不平、裂縫和坑洼等問題對行車速度和舒適性造成影響。通過保持良好的路面狀態，可以提高車輛的行駛效率和運行速度，提供更安全、平穩和舒適的行車環境。

2 運行速度設計程序

2.1 設計方法

在高速公路路線設計環節，通過運行速度的設計方式，主要是根據運行速度作為基礎進行高速公路線形的設計，其基本設計思路如下：結合前期的可行性研究，確定高速公路項目行車速度標準，然后按照行車速度進行公路線形的初步設計，以此作為基礎，考慮到現場的幾何要素進行不同路段的劃分。利用運行速度預測模型，推算確定各個路段的運行速度，保證各個線形達到連續速度一致的效果，提高線路線形設計質量水平。

同時，根據現場施工需要做出合理的改進和調整，確保線路平縱線形和運行速度相互匹配，進而達到高速公路運行安全性、通暢性的標準，避免引發嚴重的安全事故，保證交通正常的通行。

2.2 設計步驟

2.2.1 初始設計

前期調研和設計是高速公路線路設計的基礎工作，其中包括加強可行性研究，以確定最佳的公路行車速度標準。

通過對道路幾何特征、交通流量和車輛類型等因素的綜合分析，可以利用行車速度計算的方法進行公路線形的初始設計。在這個過程中，還可以繪制平面圖和縱斷面圖，以便更好地理解和展示設計方案。通過前期的研究和設計，可以為后續的詳細設計和施工提供有力的技術支持[2]。

2.2.2 劃分分析路段

按照目前的曲線半徑和縱坡坡度的大小，對整條線路進行全面劃分，將其組合為直線段、縱坡段、平曲線段等部分，然后按照不同部分使用要求進行合理的設計，進而提高公路線形的設計水平，完全能夠滿足當前高速公路通行需要。對于縱坡坡度在3%以內的直線段以及半徑超過1000m 的大半徑曲線設計成為一個整體，其他的半徑較小的曲線段、縱坡坡度超過3%、坡長大于300m 的縱坡路段組合形式，按照獨立單元進行運行速度的測算，然后確定高速公路的線形。

2.2.3 運行速度V85 預測

在高速公路的線路線形設計中，考慮到運行速度的差異是非常重要的。目前，使用V85 預測的方法是一種常見方式，通過建立速度模型來準確測定運行的速度，為高速公路線形的確定提供基礎條件。根據我國國家標準要求，公路設計單位需要考慮公路線形的實際需求，對整個項目進行安全性評價，進而確定適當的運行速度，以滿足高速公路的標準要求。通過合理設計和準確預測運行速度，可以確保高速公路的安全性、效率性和可靠性，提供優質的出行體驗和道路服務。

2.2.4 線形的連續性檢驗

相鄰路段在設計環節，兩段路線在投入使用之后，均勻的勻速速度差值控制在10km/h 以內，如果線形不符合要求，需要及時作出改進和調整，并且布置過渡段結構，以免給道路的運行產生不利影響。

2.2.5 繪制平、縱面圖

按照目前各個路段的設計速度要求，繪制出平、縱面圖。

2.2.6 完成設計

按照設計半徑與運行速度圖，加強平曲線超高、視距、寬度的控制，最終形成合格的線路線形設計方案。

3 高速公路線路設計中運行速度的使用

3.1 制訂具體的線路運行速度設計方法

對于高速公路線路設計的科學性、合理性進行判定，首先要分析確定計算運行速度，這是目前主要的方法，對于提高設計水平有著積極的作用和價值。當前我國的公路運行速度、設計方案以及標準頒布發行超過十年的時間，已經形成完善的評價工作體系，所以設計人員參照運行速度展開高速公路線形的設計，讓各項工作順利進行，提高線形設計水平，能夠滿足高速公路運行的需要。通常來說，在高速公路線路運行速度確定的環節，通過實測或者利用模型計算的方法進行確定。在進行線路線形設計的環節，利用計算模型的方式合理測算，使運行速度完全貼合高速公路運行的需要，為線路線形設計水平的提高奠定基礎。

目前，我國高速公路線路設計計算的過程中，嚴格執行國家標準和技術要求，也要參考國外公路企業設定的運算方式來選擇確定，進而提高設計的總體水平。在運行速度確定環節，加強運行速度的測算和分析，使公路路線分段研究和控制綜合分析曲線半徑、縱坡坡度等相關的數據，實現多種線形的合理分配和使用，進而使各個段落的起止點都能夠進行準確的速度測算，使各項數據達到準確性的標準。根據上述標準要求，準確地檢測路線設計水平，使整個設計方案達到科學性、合理性。根據實際情況進行設計速度的改進和調整，時刻保持在合理的范圍內，進而提高運行的安全性、穩定性，完全能夠滿足高速公路運行的需要[3]。

3.2 運行速度對設計速度的合理性驗算

在高速公路項目線形設計的環節，確定運行速度之后，還要根據運行速度實現設計速度的驗算和分析。具體按照如下標準進行：通過運行速度和設計要素之間的差異作出合理評價，如果運營速度和設計速度之間的差異為10～20km/h，說明設計速度之前有較大差距，應再次進行設計，使之達到運行的效果和要求。從上述差值驗算方面進行分析，考慮到公路路線、設計環節運行速度、設計要素的改進，作出合理調整，以達到設計的標準要求。根據上述的標準規定，作出設計速度的改進和調整，滿足當前系統運行的需要，符合運行安全穩定的標準，對于整體運行質量水平的提升產生積極的意義。

3.3 運行速度的獲取方法

三種方法獲取運行速度：

一是定義法。運行速度在設計過程中，以行駛速度累計分布曲線的85%分位值的速度為主，按照該定義在所測量的線路關鍵點位上設置錄像設施或者雷達測速儀器，分析該數據之后，可以得出路線行駛速度分布曲線，進而可以得出85%分位值的速度，這就是運行速度。

二是根據車輛運行速度模型法進行分析。該方法是通過計算機模型模擬出車輛運行的狀態，然后通過車輛系統動力學、運動學、汽車安全行駛等情況，確定車輛速度的預測模型，進而使各項速度達到準確真實的效果。

三是實時數據回歸模型法。根據當前運行速度的實際情況，分析公路線形和周邊環境之間的影響，還要分析駕駛員的駕駛習慣和影響因素，發現公路線路對于運行速度產生的影響最為明顯。在運行速度回歸模型模擬中，只需要考慮公路線形的影響，首先分析車輛運行速度導致的線路設計參數改變，從而建立線路關鍵點的運行速度和設計參數的影響方程，然后按照線路關鍵點位安裝測速設備，掌握車輛行駛的速度，最后通過數據展開回歸分析，進而實現運行速度回歸模型的建立和運行[4]。

3.4 基于運行速度的公路線形設計

按照當前運行速度預測的方法，以設計速度為主要線路設計的控制要素，在特殊路段上進行運行速度修正，從而保證該路段的線形設計滿足高速公路通行的需要，防止發生嚴重不適應的情況。根據不同的路段方式和地形特點，以縱坡3%和曲線半徑600m 作為界線進行線路的劃分，然后對各個路段的運行速度合理預測。在運行速度預測環節，根據預定的車速、初始運行速度、預測特征點等方面展開深入的分析。為了使線形達到連續性的要求，合理地調整運行速度。根據正向和反向的方式逐一進行檢測，需要對出現的車輛不安全點、線形不理想點作出調整。不安全點運行速度突然變大，極易造成車輛行駛的過程中制動不及時。線形不理想點則主要指的是相鄰線形單元之間行駛速度之差超過10km/h，極易導致交通事故的發生，影響交通的安全性。在運行速度調節的環節，考慮到單元路段出入口的地形條件，通過提高和降低運行速度的方式，達到線路連續性的標準。

3.5 通過運行速度進行公路線形安全設計

高速公路運行安全性直接受到線形方面因素的影響，設計水平的高低反映出公路運行的安全性。在線形設計環節，結合運行速度來確定線形，從而提高運行的設計水平。公路線路線形影響因素比較多，這些因素之間存在一定的內在聯系，為了使線形設計達到要求，建設綜合評價體系尤為重要，對于車輛行駛安全性的各方面因素展開深入分析。綜合每個因素的影響建立模型，從而對交通安全影響因素展開對比，得出線形安全性設計要求，防止在高速公路投入使用之后發生嚴重的安全事故[5]。

3.6 平曲線半徑設計

在行駛到轉彎路段時，會受到離心力作用，離心力和行駛速度之間存在正相關的關系，與平曲線的半徑以反比的關系存在。當離心力和摩擦力、汽車重力分力受力平衡時，汽車可以安全轉彎。在輪胎和路面確定超高固定的情況之下，摩擦力和重力分力保持不變，使車輛行駛達到安全性的要求。結合當前行駛速度來確定曲線半徑，小型客車的運行速度應超過設計速度的0～20km/h，根據設計速度的平曲線半徑做出汽車運行速度的調整，排除存在的安全隱患。因此，在平曲線設計環節，應加強運行速度的檢驗。根據當前轉彎舒適度的差異，平曲線半徑又分為極限最小半徑和一般最小半徑兩種，減小平面曲線半徑，駕駛人員轉彎過程中舒適度較高，卻容易發生安全事故。對于山區道路在設計的環節，運行速度和設計速度之間存在差異，則要加強極限最小半徑的控制，才能確保運行的安全性。

4 結語

高速公路線路設計與運行速度是一個綜合性的問題，需要在考慮道路地理、交通流量、車輛性能等多個方面進行綜合權衡和優化。通過合理的線路設計，可以提高道路的通行能力和交通效率，減少交通事故的發生。合適的運行速度限制能夠提高交通流的穩定性和道路運行的安全性。因此，在高速公路的規劃、建設和管理過程中，需要綜合考慮線路設計和運行速度，以實現高速公路的安全、高效運行，為人民群眾提供更加便捷、舒適的出行體驗。未來，隨著技術的不斷創新和社會需求的不斷增加，高速公路線路設計與運行速度的研究將繼續深入，為道路交通的可持續發展作出更大貢獻。