運(yùn)行速度在公路路線優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳麗麗

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050051）

0 引言

在我國(guó)現(xiàn)行公路設(shè)計(jì)方法中設(shè)計(jì)速度作為確定幾何線形的核心因素，直接決定著道路的平曲線半徑、超高、縱坡、豎曲線半徑、視距等技術(shù)指標(biāo)[1]。用此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的公路存在著一定的缺陷，因?yàn)樵O(shè)計(jì)速度對(duì)一定路段是一個(gè)固定值，規(guī)定了線形設(shè)計(jì)要素的最小指標(biāo)值，而運(yùn)行于公路上車輛的駕駛員總是傾向于在條件允許的情況下采用較高的速度，時(shí)常大于設(shè)計(jì)速度，這就造成了路線設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)際行駛速度所要求線形指標(biāo)之間的脫節(jié)，對(duì)公路運(yùn)行的安全性存在不利影響。

針對(duì)設(shè)計(jì)速度方法中存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究者引入運(yùn)行速度的概念。公路路線設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)是從基于車輛動(dòng)力學(xué)的分析模式向考慮人、車、路系統(tǒng)因素，特別是注重駕駛員行為的趨向發(fā)展，采用動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)根據(jù)運(yùn)行速度進(jìn)行道路線形設(shè)計(jì)，可以保證路線設(shè)計(jì)相關(guān)要素的協(xié)調(diào)均衡，達(dá)到良好的行駛效果。美國(guó)AASHTO采用運(yùn)行速度來(lái)輔助評(píng)價(jià)公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量，澳大利亞聯(lián)邦公路局則將運(yùn)行速度貫穿于路線設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程中，我國(guó)交通部頒布的《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》也提出采用運(yùn)行速度評(píng)價(jià)公路線形的連續(xù)性和安全性，為公路線形設(shè)計(jì)提供輔助作用。

以運(yùn)行速度理論為基礎(chǔ)，對(duì)公路線形設(shè)計(jì)原理方法步驟進(jìn)行分析，以下主要探討了應(yīng)用運(yùn)行速度公路路線優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。

1 運(yùn)行速度的計(jì)算及評(píng)價(jià)

1.1 運(yùn)行速度的概念

運(yùn)行速度是指交通處于自由流狀態(tài)，且天氣良好時(shí)，在路段特征點(diǎn)上測(cè)定的第85個(gè)百分位上的車速[2]。相關(guān)道路的實(shí)際速度調(diào)查研究表明，運(yùn)行速度是一個(gè)隨機(jī)變量，公路上車輛的行駛速度一般呈正態(tài)分布[3]，運(yùn)行速度受到車輛、道路、天氣情況、駕駛員的技術(shù)和心理影響，采用V85是考慮到絕大多數(shù)駕駛員的交通心理需求?；谶\(yùn)行速度的公路路線設(shè)計(jì)可使視距、超高、曲線半徑、縱坡等要素相互協(xié)調(diào)一致，達(dá)到良好的行駛效果。

1.2 運(yùn)行速度的計(jì)算

確定運(yùn)行速度是評(píng)價(jià)公路平縱線形指標(biāo)合理性和判斷設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性的前提和基礎(chǔ)。運(yùn)行速度可通過(guò)實(shí)測(cè)或計(jì)算模型預(yù)測(cè)得到，設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算模型預(yù)測(cè)得到運(yùn)行速度。《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》中給出了兩種運(yùn)行速度的計(jì)算方法：一是采用交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所“公路運(yùn)行速度研究”課題成果進(jìn)行計(jì)算；二是采用澳大利亞運(yùn)行速度計(jì)算方法得出。

計(jì)算運(yùn)行速度時(shí)，首先需要對(duì)公路路線進(jìn)行分段，分段依據(jù)曲線半徑和縱坡坡度的大小，選擇縱斷面變坡點(diǎn)、橫斷面寬度變化點(diǎn)、平曲線的起點(diǎn)、曲中點(diǎn)、終點(diǎn)為分段特征點(diǎn)，將路線劃分為直線段、縱坡段、平曲線段和彎坡組合段等分析單元，每個(gè)單元的起終點(diǎn)為運(yùn)行速度計(jì)算的特征點(diǎn)。

1.3 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)包括以下兩個(gè)方面：

a）運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià) 它是對(duì)相鄰路段的運(yùn)行速度差值進(jìn)行評(píng)價(jià)，相鄰路段指平面、縱斷面、橫斷面或設(shè)計(jì)速度不同的相接路段；

b）設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià) 它是對(duì)同一路段（指設(shè)計(jì)速度、平縱技術(shù)指標(biāo)和橫斷面相同的路段）的設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度的差值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

相鄰路段的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)主要考慮駕駛員在公路不同路段上行駛的安全性和舒適性，設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性是為了驗(yàn)證公路路線設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

由運(yùn)行速度預(yù)測(cè)方法計(jì)算得到相鄰路段運(yùn)行速度的差值為ΔV85，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：

a）當(dāng)|ΔV85|＜10km/h時(shí)， 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性良好；

b）10km/h≤|ΔV85|＜20km/h， 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好，條件允許時(shí)適當(dāng)調(diào)整相鄰路段技術(shù)指標(biāo)，使運(yùn)行速度差值小于等于10km/h；

c）當(dāng)|ΔV85|＞20km/h時(shí)， 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良，相鄰路段重新調(diào)整平縱面設(shè)計(jì)，通常當(dāng)同一路段的設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度的差值大于20km/h時(shí)，要對(duì)相關(guān)路段的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行安全性驗(yàn)算。

2 應(yīng)用運(yùn)行速度優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟

現(xiàn)階段我國(guó)由于受各種條件的限制，還不能采用運(yùn)行速度進(jìn)行公路路線設(shè)計(jì)，但考慮到運(yùn)行速度在保證線形連續(xù)性和速度一致性方面的優(yōu)點(diǎn)，可以在以設(shè)計(jì)速度為基礎(chǔ)的公路路線初步設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)推算各路段的運(yùn)行速度檢驗(yàn)線形連續(xù)性和速度一致性，修正相關(guān)的平縱設(shè)計(jì)，然后根據(jù)調(diào)整后平縱線形和運(yùn)行速度，最終確定曲線的超高、加寬、視距等設(shè)計(jì)指標(biāo)，從而達(dá)到對(duì)公路路線進(jìn)行優(yōu)化的目的，具體步驟如下。

2.1 初步設(shè)計(jì)

根據(jù)可行性研究確定擬建公路的設(shè)計(jì)速度，按照選定的設(shè)計(jì)速度對(duì)公路路線進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，繪制平面圖和縱斷面圖，如圖1所示。

圖1 公路路線初步設(shè)計(jì)平面、縱斷面圖

2.2 路段劃分

依據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》，將路線根據(jù)曲線半徑和縱坡坡度大小劃分為直線段、縱坡段、平曲線段和彎曲組合段等分析單元。

2.3 運(yùn)行速度V85的預(yù)測(cè)

根據(jù)運(yùn)行速度預(yù)測(cè)方法對(duì)相鄰路段的特征點(diǎn)進(jìn)行雙向運(yùn)行速度預(yù)測(cè)，主要是根據(jù)所劃分的路段類型，按直線段、平曲線段和長(zhǎng)大縱坡段進(jìn)行運(yùn)行速度V85測(cè)算[4]。

2.4 線形的連續(xù)性檢驗(yàn)

對(duì)得到相鄰路段運(yùn)行速度V85的差值進(jìn)行檢驗(yàn)，兩相鄰均勻路段之間的運(yùn)行速度差應(yīng)控制在10km/h以內(nèi)，調(diào)整不符合要求段落的線形設(shè)計(jì)或設(shè)置過(guò)渡段。

2.5 設(shè)計(jì)速度的一致性檢查

設(shè)計(jì)速度的安全性評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)擬建公路項(xiàng)目等級(jí)，結(jié)合預(yù)測(cè)交通量及其組成、沿線地形情況等進(jìn)行。當(dāng)路段推算的運(yùn)行速度V85小于該路段原定的設(shè)計(jì)速度時(shí)，原設(shè)計(jì)車速度不需要調(diào)整；若路段運(yùn)行速度V85大于該路段原定的設(shè)計(jì)速度，但小于設(shè)計(jì)速度Vd+20km/h時(shí)，設(shè)計(jì)速度保留，但路面超高、停車視距的計(jì)算應(yīng)采用Vd+10km/h作為設(shè)計(jì)車速；當(dāng)路段運(yùn)行速度V85大于該路段原定的設(shè)計(jì)速度Vd+20km/h時(shí)，則需要提高原定的設(shè)計(jì)速度或調(diào)整路線設(shè)計(jì)要素，以減少該路段的運(yùn)行速度V85。

2.6 修正結(jié)果，繪制平、縱面圖

根據(jù)各路段調(diào)整的設(shè)計(jì)速度，重新繪制全線的平、縱面圖。

2.7 繪制雙向運(yùn)行速度圖

根據(jù)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)線形，再次推算路線運(yùn)行速度變化過(guò)程，以運(yùn)行速度V85為縱坐標(biāo)，路線長(zhǎng)度為橫坐標(biāo)，繪制公路沿線運(yùn)行速度變化曲線，即沿線運(yùn)行速度圖。

2.8 完成設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)半徑和運(yùn)行速度圖，確定平曲線超高、視距、平曲線加寬等設(shè)計(jì)要素值，最終完成路線線形設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然目前我國(guó)仍采用設(shè)計(jì)速度作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，但該方法存在的缺點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)知，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明基于運(yùn)行速度理念的設(shè)計(jì)可以有效解決上述方法帶來(lái)的問(wèn)題。隨著社會(huì)的發(fā)展，道路線形不僅要滿足行車安全也要滿足駕駛?cè)藛T的心理期望。本文基于設(shè)計(jì)速度的公路路線設(shè)計(jì)為初步成果，應(yīng)用運(yùn)行速度進(jìn)行設(shè)計(jì)合理性判斷，對(duì)路線設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量有一定的實(shí)際意義。

[1]陳勝營(yíng)，汪亞干，張劍飛.公路設(shè)計(jì)指南[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]JTG/T B05—2004，公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南[S].

[3]溫學(xué)鈞，楊迄東，方靖.高速公路運(yùn)行速度研究[J].公路交通科技， 2002， 19（1）： 80-82.

[4]馬朝慶，韓躍杰，徐福，等.基于運(yùn)行速度的路線設(shè)計(jì)方法研究[J].長(zhǎng)沙交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，20（3）： 54-57.