林亞萍 陳 飛 陳春紅
以運行速度為基礎(chǔ)的線形設(shè)計方法在國外得到了廣泛的運用。運行速度設(shè)計法由于在提高公路設(shè)計安全性方面具有重大意義,已經(jīng)引起了我國交通主管部門和專家學(xué)者的關(guān)注。
近40年,隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展,汽車的行駛速度與“設(shè)計速度”有了很大差別。事故率和破壞嚴重性的相應(yīng)增加暴露了“設(shè)計速度法”的固有缺陷。因此,越來越多的西方國家考慮并實行運行速度設(shè)計法。我國亦在JTG B01-2003公路工程技術(shù)標(biāo)準、《新理念公路設(shè)計指南》(2005版)及JTG/T B05-2004公路項目安全性評價指南(簡稱《指南》)中引入了運行速度的概念,并建議在速度變化路段、爬坡車道、超高等受限制路段進行運行速度檢驗[1-3]。
已建公路的運行速度可通過實測得到;但在新建公路項目的設(shè)計階段是無法以觀測的方法得到運行速度的,而是推算路段運行速度,進而以此為基礎(chǔ),對所設(shè)計公路的各項技術(shù)指標(biāo)進行評價?!吨改稀分薪榻B了兩種計算運行速度的方法:依據(jù)數(shù)學(xué)模型進行速度預(yù)測(簡稱“模型法”);依據(jù)圖表所示讀取路段運行速度(簡稱“圖表法”)。
取滬寧高速公路南京連接線為例。該段城市快速路起于中山門,終于繞城公路。道路采用一級公路標(biāo)準設(shè)計,設(shè)計速度80 km/h。運行速度分上行和下行兩個行駛方向,此處確定從滬寧高速公路下來至中山門為正向行駛方向。由于篇幅所限,本文選取其中一段作為試算路段(如圖1所示),進行正向行駛方向上的運行速度計算,即圖1中A點至S點。
本文按已實行運行速度設(shè)計法國家的確定原則,將緩和曲線路段視為平曲線的組成部分,統(tǒng)歸為同一路段加以考慮。
2.2.1 路段劃分
以“模型法”中的劃分原則進行路段劃分。路段1:從A點至D點,曲線半徑為830 m。
路段2:從D點至G點,曲線半徑為983.963 m。
路段3:從G點至I點,曲線半徑為1100 m,視為直線段,路段長度為761.588 m。
路段4:從I點至K點,曲線半徑為967.620 m。
路段5:從K點至L點,為直線段,路段長度為450.163 m。路段6:從L點至O點,曲線半徑為600 m。
路段7:從O點至P點,為直線段,路段長度為202.136 m。
路段8:從P點至S點,曲線半徑為700 m。
2.2.2 初始運行速度V0
《指南》中提出預(yù)測路段的初始運行速度V0可通過調(diào)查點的現(xiàn)場實測,或按表B(1).0.2-1估算得到。此處結(jié)合具體狀況確定,本試驗路段正向行駛車輛大都是從滬寧高速公路下來,起始路段之前的地形比較平坦,線形指標(biāo)比較高,故在此取V=90 km/h為初始速度。
2.2.3 各路段的運行速度
1)路段1。根據(jù)表1(《指南》中表B(1).0.2-3)所列平曲線上的速度預(yù)測模型,選用入口直線—曲線公式推算曲線中部運行速度為:
Vmiddle= -24.212+0.834 ×90+5.729ln830≈89 km/h。
圖1 路段平面線形
表1 平曲線上的小客車運行速度預(yù)測模型
此為路段1運行速度。選用出口曲線—曲線公式,推算曲線終點位置D點的運行速度為:
2)路段2。選用入口曲線—曲線公式推算曲線中部運行速度為:
此為路段2運行速度。選用出口曲線—直線公式,推算曲線終點位置G點的運行速度為:
3)路段3。根據(jù)《指南》中直線段上期望車速計算公式Vs=及表2(《指南》中表B(1).0.2-2)所列值,選用加速度值a0=0.18 m/s2,得出此路段終點位置I點的運行速度為:
表2 平直路段上期望運行速度和推薦加速度值
其他路段的運行速度值計算過程類似,不再贅述,計算結(jié)果見表3。
表3 各路段運行速度計算值 km/h
2.2.4 縱坡影響
由于試算路段全線縱坡均小于3%,根據(jù)《指南》的規(guī)定,其對運行速度的修正為0。
2.3.1 路段劃分
以“圖表法”中的劃分原則進行路段劃分。
路段1:從A點至L點,視為直線段,路段長度為3643.602 m。
路段2:從L點至O點,曲線半徑為600 m,自成一個路段,依據(jù)表4(《指南》中表B(2).0.1-1)第二列及第三列所列數(shù)值,路段運行速度為110 km/h(為估算值,在測試數(shù)據(jù)范圍以外)[1]。
路段3:從O點至S點,視為直線段,路段長度為677.392 m。
2.3.2 初始運行速度V0
A點駛?cè)胨俣热詾?0 km/h。
表4 路段上小客車的運行速度(節(jié)選)
2.3.3 各路段運行速度
1)路段1。計算L點的運行速度,查閱圖2(《指南》中圖B(2).0.1-1),已知車速為90 km/h,直線段長約3644 m。由于圖中沒有相對應(yīng)長度直線的曲線圖,且直線段較長,則推算小客車將在直線段上先作加速行駛,直至其期望速度值120 km/h,而后保持勻速行駛,直至駛出直線段。因此確定路段1終點位置L點運行速度為120 km/h。
圖2 直線段小客車的運行速度
2)路段2。計算O點(即路段2終點位置)的運行車速時,查閱圖3(《指南》中圖B(2).0.1-2),并沿著曲線半徑為600 m的直線向上移,直至與代表車速為110 km/h的曲線相交,然后平移至“離開彎道的速度”軸,讀出O點駛離車速為108 km/h。
圖3 曲線段小客車的運行速度
3)路段3。計算S點(即路段3終點位置)的運行速度,查閱圖2,已知車速為108 km/h,直線段長約677 m,則到達直線終端S點時的運行速度仍約為108 km/h。
2.3.4 縱坡影響
由于路段全線縱坡均小于3%,根據(jù)《指南》的規(guī)定,其對運行速度的修正為0。
2.4.1 測速方法
本文采用國產(chǎn)LDR巡邏式測速雷達進行觀測。觀測斷面的選擇主要考慮平面線形變化。觀測數(shù)量的選擇,主要是保證觀測結(jié)果的可靠性,為此本文在每個觀測斷面上所觀測的車輛數(shù)約為70 輛[6,7]。
2.4.2 觀測速度
本文對每個斷面上隨機抽測的70個數(shù)據(jù)利用數(shù)理統(tǒng)計軟件SPSS進行數(shù)理統(tǒng)計分析,從而得到每個觀測斷面上85%的車速,并依此作為該觀測斷面的運行速度,如圖4所示。
圖4 運行速度值比較圖
2.5.1 “模型法”與“圖表法”
從試算過程可看出:“模型法”更為可行、合理;“圖表法”推算過程簡單、直觀,讀圖時卻易產(chǎn)生誤差;從結(jié)果看,就小半徑曲線運行速度計算時,兩者的計算結(jié)果較接近;“圖表法”計算過程中,就設(shè)計指標(biāo)較高的公路而言(如該一級公路),由于較長路段內(nèi)曲線半徑均因大于臨界半徑值600 m而歸為直線段考慮,造成因直線段長度過長,在計算中無據(jù)可依,所以可操作性不強,且計算結(jié)果粗糙。
2.5.2 試算與實測比較
如圖4所示,相較“圖表法”“模型法”計算結(jié)果較為接近實測值,卻在某些路段上存在較大誤差,這可能與以下因素有關(guān):
1)模型沒充分考慮駕駛員主觀期望;
2)與臨界值和接近臨界值的曲線、短直線段處理方法有關(guān);
3)實測速度值由于受各種因素影響存在誤差;
4)樣本的代表性,預(yù)測路線的特殊性,對預(yù)測結(jié)果有影響;
5)“圖表法”采用澳大利亞運行速度計算法,與我國交通條件有差異。
在“模型法”中,對半徑為臨界值(1000 m)的圓曲線劃歸沒有明確規(guī)定。同時“模型法”中有個短直線臨界長度值200 m,“圖表法”中有個臨界半徑值600 m,雖然后兩者劃歸有規(guī)定,但都有個共同問題,即接近臨界值的曲線半徑或直線長度的處理。對臨界值和接近臨界值設(shè)計指標(biāo)的線形按不同方式處理,結(jié)果存在較大差異,因此,應(yīng)在理論基礎(chǔ)支持,大量實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析或試算驗證后,進一步探討這種情況的處理方法。
由于運行速度的影響因素繁多,預(yù)測模型在建立過程中對這些因素的考慮一般都較理想化,而僅考慮主要因素,且模型的建立受樣本特殊性的影響,所以預(yù)測的運行速度勢必與實際車速存在誤差。所以如何建立綜合考慮各種影響因素,且適用我國各區(qū)域各等級公路的運行速度預(yù)測模型,有待進一步研究。
國內(nèi)就運行速度預(yù)測模型及運行速度設(shè)計法進行了大量的研究工作,并有了一定成果。但理論基礎(chǔ)尚需完善,適用于我國公路特點的相關(guān)參數(shù)及預(yù)測模型還需繼續(xù)研究論證,以期提出適合我國國情的運行速度設(shè)計法。
[1]JTG B01-2003,公路工程技術(shù)標(biāo)準[S].
[2]JTG/T B05-2004,公路項目安全性評價指南[S].
[3]中華人民共和國交通部公路司.新理念公路設(shè)計指南(2005版)[M].北京:人民交通出版社,2005.
[4]JTJ 011-94,公路路線設(shè)計規(guī)范[S].
[5]陳勝營,汪亞干,張劍飛.公路設(shè)計指南[M].北京:人民交通出版社,2000.
[6]鐘小明,榮 建,劉小明,等.高速公路彎坡路段小客車自由流運行速度模型研究[J].公路交通科技,2004,21(12):84-88.
[7]周榮貴,孫家鳳,吳萬陽,等.高速公路縱坡坡度與運行速度的關(guān)系[J].公路交通科技,2003,20(4):34-37.