公路線形設(shè)計影響因素分析

高昕昱

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

1 引 言

公路路線設(shè)計是一系統(tǒng)工程,從公路路線布局至路線的線形設(shè)計,需綜合考慮多方面因素的影響。公路是線狀構(gòu)造物,線形是其骨架,是平、縱、橫線形技術(shù)指標(biāo)的立體組合,線形設(shè)計的好壞不僅決定著設(shè)計階段的工程造價,而且還決定著運營階段的使用質(zhì)量即行駛的安全性和舒適性。公路建成以后,要改變公路線形幾乎是不可能的,它將長期限制汽車的運行。線形設(shè)計時,應(yīng)該綜合考慮汽車行駛的安全、舒適,工程造價營運費用的經(jīng)濟(jì)性,駕駛員的視覺、心理狀態(tài)以及與公路周圍的壞境與景觀的協(xié)調(diào)。

針對公路線形設(shè)計而進(jìn)行的研究已有許多,其中包括交通安全、線形美學(xué)等方面的,而且我國現(xiàn)行規(guī)范中也對路線線形要素的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。通過實際的觀測研究,現(xiàn)行規(guī)范中的一些線形設(shè)計有關(guān)的硬性規(guī)定有不當(dāng)之處,所以根據(jù)實測研究結(jié)果綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性,改進(jìn)路線線形進(jìn)行設(shè)計就很有必要了。所論述的有關(guān)線形設(shè)計的影響因素的分析,對于線形設(shè)計有一定的借鑒參考作用。

2 公路路線設(shè)計系統(tǒng)分析

通過分析路線設(shè)計流程,可將其分為宏觀設(shè)計與微觀設(shè)計兩個階段。從前期的對路網(wǎng)交通評價、需求分析到路廊設(shè)計,這屬于路線宏觀設(shè)計階段。而之后的平縱橫線形要素設(shè)計,則屬于路線微觀設(shè)計階段。這兩個階段都是綜合考慮多方面因素來進(jìn)行設(shè)計的。

影響公路最終使用質(zhì)量的是公路路線的線形的優(yōu)劣,線形設(shè)計時考慮因素很多,其中工程地質(zhì)條件為非可抗因素,一般針對此因素設(shè)計人員可回旋的余地不大,所以對于其應(yīng)嚴(yán)格按相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計;技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性應(yīng)針對工程復(fù)雜程度、施工工藝水平等進(jìn)行綜合評定,這也是很具有客觀評價標(biāo)準(zhǔn)的,而對于其它的因素,則人為主觀因素比較大,這也是本文所要討論的重點。

3 線形設(shè)計影響因素分析

3.1 交通安全、行車心理研究

(1)線形與交通安全概述

公路交通事故伴隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展應(yīng)運而生,近年來,隨著機(jī)動車輛保有量的增加,交通事故發(fā)生量有不斷增加的趨勢。公路交通安全是整個人 -車 -路系統(tǒng)信息運行處理的綜合表現(xiàn),系統(tǒng)中公路因素處于基礎(chǔ)性地位,其對安全的影響形式多樣但客觀存在。結(jié)合調(diào)查結(jié)果,通過定量和定性的研究分析,公路因素中的公路種類和規(guī)格、公路線形、視距、公路路面狀況、公路交通工程設(shè)等都會不同程度的影響交通安全。其中路線線形設(shè)計方面因素屬于先天性因素,所以對線形要素與交通安全的關(guān)系進(jìn)行研究以指導(dǎo)線形的設(shè)計,對于減少交通隱患具有重要意義。此外,人在這個系統(tǒng)中為主觀因素,公路的線形設(shè)計、公路交通條件的好壞,對駕駛司機(jī)又很直接的影響,這也是行車交通安全與否的關(guān)鍵。所以,將公路線形設(shè)計與司機(jī)行車心理一并考慮研究,具有其科學(xué)性,而且也體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計原則。

(2)線形設(shè)計各要素與交通安全關(guān)系

長期以來,評價道路設(shè)計的優(yōu)劣一般僅論其工程質(zhì)量和造價,很少論其使用安全性。近年來,國內(nèi)研究、設(shè)計人員對線形設(shè)計各要素與交通安全的關(guān)系做出了一定的研究,其中包括曲線半徑、曲線頻率、轉(zhuǎn)角、坡度與坡長、線性組合與安全的關(guān)系,下面給以簡要說明。

①平面曲率變化

隨著平曲線曲率半徑的增大,事故發(fā)生的頻率隨著增加;在公路上頻繁的設(shè)置曲線會相應(yīng)地減少公路交通事故;對于曲率較小的彎道,曲線頻率的影響相對較小。

②曲線頻率

隨著曲線半徑的減小,事故率上升;隨著曲線頻率增加,相同曲線半徑的事故率降低;平曲線路段上轉(zhuǎn)角對事故率產(chǎn)生較大影響。

③平曲線轉(zhuǎn)角

隨著轉(zhuǎn)角的增加,交通事故率逐漸增加。

④平縱線形組合

平縱線形協(xié)調(diào)的好壞,對人心理影響很大。好線形會給人連貫流暢之感,通過視覺刺激人體,給人以新鮮感,減少司機(jī)和乘客之疲勞,集中駕駛員的注意力,讓人感到是種藝術(shù)與美的享受;平縱組合不當(dāng),會使駕駛員總是處于精神高度緊張的應(yīng)急狀態(tài),這不利于安全、舒適行車。公路中可能出現(xiàn)的與安全關(guān)系密切的線形組合為:平曲線上有多個變坡點;豎曲線內(nèi)有多個平曲線;小曲線與短直線組合成的斷背曲線;凸曲線、凹曲線設(shè)置小半徑平曲線起點;凸曲線頂部、凹曲線底部設(shè)置反向平曲線拐點。

⑤行車視距

視距直接影響對駕駛員的交通信息的輸入,因此,視距對交通安全的影響較大。視距不良會引起交通事故的明顯增加。小半徑彎道、小半徑凸形豎曲線、交叉口與鐵路平交、其它超車視距不良等條件下可以充分的驗證視距對交通安全的影響。由美國交通安全手冊數(shù)據(jù)分析可知:視距越小,交通事故率就可能越高。

(3)運行速度

汽車行駛速度是公路線形設(shè)計中最關(guān)鍵的起決定性作用的參數(shù)。長期以來我國一直用計算行車速度作為基礎(chǔ)參數(shù),來規(guī)定線形設(shè)計要素的最小指標(biāo)值。經(jīng)過多年的設(shè)計實踐,設(shè)計計算行車速度的概念不能保證線形標(biāo)準(zhǔn)的一致性。計算行車速度只對限制安全行車速度的具體路段有意義。由于地形地質(zhì)等條件的原因,原本希望用等值的計算行車速度來設(shè)計公路線形,而實際結(jié)果則是車速標(biāo)準(zhǔn)變化很大。車輛在公路上行駛時,駕駛員是根據(jù)公路條件特別是線形幾何條件來不斷調(diào)整車速的,實際車速經(jīng)常會超過計算行車速度。這樣,滿足計算行車速度要求的公路設(shè)計值,如視距、超高等不一定能夠滿足駕駛員選用的實際車速。因此,以考慮到公路車輛實際運營狀態(tài)的行車速度來指導(dǎo)公路路線的設(shè)計的相關(guān)研究被開展開來。行車速度是一個隨機(jī)變量,不同的車輛在行駛過程中可能采用不同的行車速度。研究表明,在公路路段上汽車的行車速度一般呈正態(tài)分布。通常用自由交通流狀態(tài)下各類小汽車在車速累計分布曲線上第 85%的車輛行駛速度作為運行速度 V,以運行速度 V來控制設(shè)計是考慮到絕大部分小汽車的實際運行速度,保證了交通流中大部分汽車的安全。國外的研究表明:對于V＞100 km/h的高速公路,V一般比 V大 10 km/h;對于 V＜100 km/h的高速公路,V一般比V大 20 km/h。當(dāng)運行速度V與計算行車速度V之差大于 20 km/h,公路線形由高指標(biāo)到低指標(biāo)變化時,就容易發(fā)生交通事故。所以,國外線形設(shè)計規(guī)定:路線的平縱設(shè)計應(yīng)盡可能使道路實際運行速度 V與計算行車速度 V保持一致,且 V與 V之差必須小于20 km/h。

現(xiàn)階段,在我國完全采用運行車速設(shè)計方法客觀上還存在許多困難。為此,現(xiàn)在可行的方法是在計算車速法設(shè)計步驟中增加一個設(shè)計檢驗階段?；驹O(shè)計思路是:在初始平面線形和縱坡設(shè)計的基礎(chǔ)上,通過“運行車速測算模型”推算各路段運行車速,并以“設(shè)計控制原則”為標(biāo)準(zhǔn)檢驗和修正線形的平縱設(shè)計,然后根據(jù)路段線形和運行車速最終確定曲線超高、加寬、視距等設(shè)計指標(biāo)。這種設(shè)計方法具有兩點明顯的相對優(yōu)勢,一是該方法根據(jù)實際車速確定設(shè)計指標(biāo),使設(shè)計要素值能夠滿足車輛實際速度的要求,同時解決了設(shè)計要素之間的相容性問題;二是通過采用“設(shè)計控制原則”,保證了在一個設(shè)計區(qū)段內(nèi)行車速度的連續(xù)性和一致性。

3.2 線形美學(xué)

一條真正安全的公路,不僅要有高標(biāo)準(zhǔn)的幾何組成和完備的安全設(shè)施,即有高的安全度,而且要有優(yōu)美的景觀和良好的視覺連續(xù)性,使駕駛員有良好的安全感。如果沒有安全感,就不能認(rèn)為在美學(xué)上是滿意的,因為美學(xué)涉及了人類的全部感覺和感情。

目前我國在公路設(shè)計和施工中熟練地運用美學(xué)原則還不夠,許多公路顯得僵直、呆板,與自然地形、環(huán)境不協(xié)調(diào),不僅看起來別扭,而且降低了行車的安全性、舒適性。要改變這種狀況,僅依據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)政策是不夠的,還必須要注意在公路線形設(shè)計中掌握合理的美學(xué)原則,并應(yīng)用正確的技術(shù)和方法,這樣就可在不影響安全和運行效率的情況下,改善公路的外觀及環(huán)境。因此,深入研究公路線形設(shè)計的美學(xué)問題,對改進(jìn)公路設(shè)計和施工是非常有益的。

對于線形設(shè)計的美學(xué)問題,歐美國家在早期就進(jìn)行了深入的研究分析,我國今年也開始對這個問題開始給與足夠的重視。線形要素美學(xué)的研究涉及對直線、平曲線、緩和曲線、縱坡與豎曲線進(jìn)行美學(xué)效果分析。一般來說,線形設(shè)計中應(yīng)注意以下幾個美學(xué)問題:公路線形要適應(yīng)地形與環(huán)境;線形要均勻、連續(xù)、不能驟變;要克服線形的單調(diào)感;線形要素的組合要均衡、勻順。

3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

在綜合考慮交通安全、線形美學(xué)、行車心理等多方面因素后,對公路線形進(jìn)行設(shè)計時需要考慮的另一個很重要的方面就是技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性。在對運行車速、行車視距等進(jìn)行近似路實測后,以實測數(shù)據(jù)作為指導(dǎo),相關(guān)設(shè)計規(guī)范值為依據(jù),在經(jīng)濟(jì)性能接受的情況下,盡可能提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),而且要使其設(shè)計、施工水平不受到制約。

4 結(jié) 論

(1)從宏觀上定性分析了公路路線線形設(shè)計影響因素,下一階段應(yīng)開展對各影響因素進(jìn)行定量化的研究以指導(dǎo)實際工作。

(2)公路路線設(shè)計的發(fā)展趨勢,將從基于車輛動力分析的舊有模式,向考慮人、車、公路系統(tǒng)因素,尤其是向注重人的特性(生理、心理)與駕駛行為的方向發(fā)展,以體現(xiàn)以人為本的設(shè)計原則。