公路線形連續(xù)性設(shè)計初探

高磊　張璇

【摘 要】針對公路線形連續(xù)是保證汽車安全行駛的基本要求，提出了運行速度與設(shè)計速度合理匹配的路線設(shè)計理念， 分析了高等級公路保證線形連續(xù)的條件。

【關(guān)鍵詞】線形連續(xù)；運行速度；設(shè)計速度

公路線形是構(gòu)成公路的骨架，它支配著整個公路規(guī)劃、設(shè)計和施工。線形設(shè)計良好與否，對汽車行駛安全、舒適、經(jīng)濟及公路交通量都具有決定性的影響。線形設(shè)計主要包括平面、縱面及其組合設(shè)計，衡量設(shè)計好壞的標(biāo)準(zhǔn)，看各要素指標(biāo)（如視距、超高、縱坡、曲線半徑等）是否選用合理以及是否遵循組合設(shè)計原則并與沿線的環(huán)境、景觀相協(xié)調(diào)， 使駕駛員在視覺上能保持線形的連續(xù)，在心理上有舒適和安全感。

1.線形連續(xù)性的設(shè)計思路

公路線形的連續(xù)性是路線設(shè)計的基本要求之一，但我國目前所使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范中對連續(xù)性的標(biāo)準(zhǔn)并無明確的要求。如《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定“ 線形設(shè)計，應(yīng)考慮車輛行駛的安全舒適，駕駛員的視覺和心理反應(yīng)。引導(dǎo)駕駛?cè)藛T的視線， 保持線形的連續(xù)性” 《公路路線設(shè)計規(guī)范》中指出“等級較高的公路應(yīng)注重立體線形設(shè)計， 使駕駛員在視覺上能保持線形的連續(xù)性，在心里上有舒適感和安全感，并與沿線的環(huán)境、景觀相協(xié)調(diào)”等。

目前國外對于線形連續(xù)性的研究有很多，主要分為基于速度的研究、基于安全的研究、基于駕駛員操作難易的研究。其中基于速度的研究比較成熟，因為道路線形連續(xù)與否對車輛產(chǎn)生的影響首要表現(xiàn)在車速上，車速變化的大小也就代表著線形連續(xù)程度。

2.線形連續(xù)性分析

2.1運行速度與設(shè)計速度匹配分析

設(shè)計速度為路線設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，其值一旦選定， 道路各項參數(shù)指標(biāo)隨之確定。若一條高等級公路全路段采用一種設(shè)計車速設(shè)計公路線形， 其設(shè)計成果線形必定組合協(xié)調(diào)、美觀，駕駛員行車視野連續(xù)； 同時也最利于保證運行速度與設(shè)計車速相一致，但是實際上很難做到。主要因為：（1）整條公路因穿越的地形類別不一樣，設(shè)計時相鄰路段線形指標(biāo)的取值會有較大差異；（2）汽車實際行駛速度總是隨道路線形、車輛動力性能與駕駛員特性等各種條件的改變而變化，具體表現(xiàn)為：相鄰路段線形平順、連續(xù)， 車輛能均勻行駛； 相鄰路段線形變化頻繁且不連續(xù)， 車輛運行速度隨之變化也快， 使得路段內(nèi)實際運行車速v行與設(shè)計車速v設(shè)相差大，即：v設(shè)=120kmPh，v行≥130kmPh；v設(shè)=100kmPh，v行≥110kmPh；v設(shè)=80kmPh，v行≥100kmPh；v設(shè)=60kmPh，v行≥80kmPh?？傊?，高等級公路上在行汽車實際車速v行比設(shè)計車速v設(shè)普遍要高，且隨道路設(shè)計車速的降低，這種差別愈明顯。

針對不同的道路設(shè)計車速標(biāo)準(zhǔn)，在確保在行車輛行車安全的前提下，運行速度與設(shè)計車速如何合理匹配？研究表明：相鄰路段車輛運行車速變化快而且速差大于20kmPh，表現(xiàn)為運行速度連續(xù)性差；運行車速與設(shè)計車速相差大且速差大于20kmPh，表現(xiàn)為運行速度協(xié)調(diào)性差。因此，為保證運行速度有良好的連續(xù)性與協(xié)調(diào)性， 道路質(zhì)量是關(guān)鍵因素，尤其是線形質(zhì)量。線形質(zhì)量好，視線誘導(dǎo)能力強， 行車速度快；線形質(zhì)量差，行車速度和行車安全受影響，特別在公路線形由高指標(biāo)向低指標(biāo)變化路段，這種影響越來越大。

2.2線形曲率變化分析

高等級公路平面線形一般由直線、圓曲線和緩和曲線組成，對各要素所占比例及使用頻率并無嚴(yán)格規(guī)定。只要各要素使用合理、配置得當(dāng)，能滿足汽車行駛要求，那它們的參數(shù)取值，則要視地形情況和人的視覺、心理、道路技術(shù)等級等綜合條件來確定。做到車輛在設(shè)計路段上能安全行駛，其中最重要的反映指標(biāo)是設(shè)計線形要連續(xù)，即線形指標(biāo)均衡、曲率連續(xù)變化。對曲率變化取值范圍，目前國內(nèi)尚無規(guī)范論證，但規(guī)范對相鄰路段不同線形組合連接的直線長度、曲線參數(shù)及曲率半徑有規(guī)定，只有曲率連續(xù)且在一定范圍內(nèi)變化時，可避免事故黑點路段， 保證汽車快速、順暢、安全行駛；汽車在曲率變化不連續(xù)的路段上行駛， 有時因曲率的跳躍突變，行駛車輛的離心加速度大小及方向也隨之突變，導(dǎo)致汽車穩(wěn)定性差，交通事故不可避免。

圖1 曲率連續(xù)的路線

美國學(xué)者Lamn等提出線形連續(xù)的判斷標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)曲度變化率ΔD ≤5°時，線形連續(xù)性好；當(dāng)5°≤ΔD≤10°時，線形連續(xù)性一般；當(dāng)ΔD≥10°時，線形連續(xù)性差。把握這一原則，設(shè)計的線形真正使駕駛員在視覺上感到線形連續(xù)，安全行駛才有保證。

2.3縱斷面線形安全設(shè)計分析

設(shè)計縱坡的大小直接影響行車速度和安全、道路使用質(zhì)量、運輸成本以及工程造價，大的縱坡對載重汽車行駛很不利，上坡會使車速減慢， 妨礙高速行駛，使超車增多、安全性降低；長的下坡會使剎車過熱、制動失靈、調(diào)檔失控。特別是縱坡極限值路段，為了克服高差、縮短展線和節(jié)省工程數(shù)量，采取連續(xù)下坡或上坡，或者上、下坡頻繁交替出現(xiàn)， 這都將影響行車安全。另外，大縱坡的應(yīng)用必須有坡長限制和增設(shè)緩和坡道，滿足滿載的載重車輛在某一指定的上坡道上行駛時，不致發(fā)生不合理減速以及克服連續(xù)上下坡起到緩沖作用。這樣，既使載重汽車不會對其他輕型車和小汽車造成大的干擾，保證了道路的通行能力，又使行車的速度得到較好控制，做到了安全行駛。

2.4平縱組合線形安全設(shè)計分析

平縱組合主要指平曲線與豎曲線在一起時，他們技術(shù)指標(biāo)之間的大小匹配應(yīng)當(dāng)均衡，不能一方大而緩、而另一方小而急。對于行車速度要求較高的公路，平面線形和縱面線形都不應(yīng)單獨設(shè)計，而應(yīng)相互組合。良好的組合，不僅可減少工程費用，而且能在視覺上自然地誘導(dǎo)司機的視線，并保持視覺的連續(xù)性，增進公路的效用、安全和路容；組合不當(dāng)，線形會失去視覺誘導(dǎo)和心理準(zhǔn)備，極易發(fā)生交通事故。

3.結(jié)語

將線形設(shè)計指標(biāo)與運行速度結(jié)合起來分析公路線形的連續(xù)性，對高等級公路實施改（擴）建具有重要的理論指導(dǎo)意義。根據(jù)以上分析可知，事故的發(fā)生大多與車速有關(guān)，車速變化大小，一定程度上代表線形連續(xù)程度。因此，為滿足行車舒適、順暢，避免交通事故發(fā)生，在進行路線設(shè)計時，保證車輛運行速度及設(shè)計線形的連續(xù)性尤為重要。

（1）確定公路幾何線形參數(shù)必須做到運行速度與設(shè)計速度的匹配設(shè)計， 一方面，既可保證路線所有相關(guān)要素如視距、超高、縱坡、豎曲線半徑等指標(biāo)與設(shè)計速度的合理搭配；另一方面，也考慮了公路上絕大多數(shù)駕駛員的交通心理需求即更能體現(xiàn)以人為本的交通理念。

（2）判別設(shè)計路線平縱線形組合的優(yōu)劣，透視圖、曲率圖、坡度圖的組合判別是檢驗路線連續(xù)的有效方法。

（3）若局部道路設(shè)計中，因客觀條件無法滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)從交通管理方面予以補償，以最大限度地滿足道路交通安全的需要。 [科]

【參考文獻】

[1]張雨化.道路勘測設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2002：35-60.