基于運行速度的公路設(shè)計方法及影響研究

郭桂林

本文基于對車輛運行速度的了解，深入分析了公路設(shè)計對車輛運行速度的影響，通過對運行速度預(yù)測模型的構(gòu)建，進一步對車速預(yù)測、直線、平曲線等公路形狀進行車輛速度測驗和設(shè)定，以此為依據(jù)并結(jié)合實際情況，對公路線形進行優(yōu)化設(shè)計，為公路設(shè)計發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

一、基于運行速度的公路設(shè)計方法

一般情況下，在進行公路設(shè)計的過程中，必須要對設(shè)計速度與運行速度這兩個概念與參數(shù)展開提前確定。其中，設(shè)計速度主要為在可視條件良好的情況下，不考慮除道路本身條件之外的影響因素時，駕駛員進行安全駕駛操作時的車輛速度；運行速度主要為在可視條件良好且交通處于自由流狀態(tài)的情況下，處于路段特征點上測定的85個百分位上的車速。設(shè)計中，必須要確保兩指標(biāo)極為接近或者保持一致。

在依托運行速度展開公路路線的設(shè)計過程中，需要重點完成的工作內(nèi)容如下所示：第一，參考技術(shù)要求確定設(shè)計速度，并結(jié)合過往設(shè)計經(jīng)驗、公路設(shè)計規(guī)范、公路的平面線形等因素完成對公路的初步設(shè)計。在該環(huán)節(jié)中，要始終保證初始線形及各項指標(biāo)參數(shù)切實滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與施工規(guī)范，且具有可行性；第二，在完成公路路線初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合預(yù)測模型，對于不同路段的運行速度落實預(yù)測，并對相同路段下設(shè)計速度與運行速度之間的差距、全線相鄰路段之間的運行速度變化情況展開分析與確定；第三，在完成設(shè)計后，推算相應(yīng)路段的運行速度，并在此基礎(chǔ)上確定出與運行速度向協(xié)調(diào)的指標(biāo)參數(shù)，包括視距、平距、橫距、縱距、超高等。

二、基于運行速度的公路設(shè)計中的要素整合

1.重點考慮因素

（1）車輛速度

基于速度的公路設(shè)計過程，核心自然是各類車輛的速度，當(dāng)然車輛速度可以以一種平均速度進行分析，從而使得該道路在公路等級上、速度等級上都可以確定。如果是按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，只是單純根據(jù)車輛的預(yù)設(shè)行駛速度進行設(shè)計，那么只需要按照相關(guān)的規(guī)范對道路的寬度、分支以及路面工程進行分析即可。在本文的研究過程中，認為如果單純通過平均速度進行考慮，那么很可能無法考慮其中的其他一些速度影響要素，比如：坡度、發(fā)生交通事故對車流量的影響、車流量以及其他各類硬件設(shè)施的配置方法等，因此在道路的設(shè)計過程，車輛速度只是其中的一個關(guān)鍵性要素，還需要考慮其他的各類信息。

（2）道路安全

在道路安全性的設(shè)計過程中，主要是分析兩個參數(shù)，一方面是在超車道區(qū)域內(nèi)，是否存在影響通行的阻塞物以及可能影響駕駛員視野的缺陷；另一方面要能夠保障在現(xiàn)有的設(shè)計時速下，車輛行進過程是否會發(fā)生嚴重的交通事故，要最大限度防范這類問題的出現(xiàn)。此外要考慮道路本身物理參數(shù)所造成的影響。比如，在道路的轉(zhuǎn)彎區(qū)域，必須要能夠考慮車輛運行過程中的離心力影響，同時也要對該區(qū)域車輛的預(yù)設(shè)速度進行考慮，之后才可以對道路的傾斜角度進行高準(zhǔn)確度核算。

（3）道路利用率

利用率的研究過程中，本文提出的道路利用率概念是在統(tǒng)計單位時間之內(nèi)，事故所處的橫斷面車輛的通過數(shù)量，可以說道路利用率是對發(fā)生交通事故時車輛通行能力的一個評價指標(biāo)。當(dāng)然該參數(shù)也和道路的寬度參數(shù)以及某個區(qū)域內(nèi)的車流量參數(shù)息息相關(guān)，因此在具體的核算中，要綜合考慮這兩個參數(shù)，并讓道路利用率能夠與車輛的行進速度、車流量以及道路的寬度建立關(guān)聯(lián)模型。

2.公路設(shè)計項目

（1）道路通行力

道路的通行力查找分析過程中，針對不同類型的道路，主要是考慮單位時間內(nèi)的車流量，當(dāng)然也可以考慮在不同的運行時間內(nèi)發(fā)生各類交通事故的概率，以及能夠?qū)φ麄€道路系統(tǒng)所造成影響的探討。本文的研究過程中，將道路發(fā)生交通事故的概率設(shè)定為P，當(dāng)然也可考慮夜間和日間的交通事故發(fā)生概率參數(shù)，之后研究一定時間段內(nèi)，如果車輛無法離場，則可能對整個道路系統(tǒng)造成的阻擋作用，同時針對該區(qū)間段內(nèi)的長度參數(shù)也進行分析。如果是對于市區(qū)的道路，還可考慮紅綠燈對交通堵塞程度造成的影響。

（2）道路固有硬件

硬件設(shè)施的分析過程中，一方面要考慮道路的寬度參數(shù)、長度參數(shù)以及道路等級參數(shù)，要根據(jù)道路設(shè)計過程中的相關(guān)規(guī)范進行確定；另一方面要分析道路本身在運行過程其他各類硬件設(shè)施的裝配方法。比如；交通指示線、交通指示燈以及發(fā)生交通事故時的車輛處理區(qū)等，所有這類設(shè)施在裝配過程，都需要經(jīng)過特定情況下的處理。此外也需要考慮在道路通行力核算的基礎(chǔ)之上，對于道路區(qū)間的硬件選擇方法，其中針對通行率的核算，由于會考慮在一個固定的時間段之內(nèi)道路車輛的通過量，那么在道路的設(shè)計中，這需要以這類關(guān)鍵性的參數(shù)作為最終結(jié)果對其進行驗證。

3.關(guān)鍵參數(shù)核算

（1）道路通行力核算

道路通行力的核算過程中，本文分析從事故發(fā)生是一直到事故車輛撤離道路期間的時間長度，本文將該過程的時間設(shè)定為1200s，參數(shù)的選擇步長為120s，從而選擇了10個道路系統(tǒng)的運行時間點。對于道路的本身參數(shù)，采用雙向四車道方案，認為該車輛發(fā)生事故時會堵塞其中的一條道路，對于車輛的阻擋作用，該道路的現(xiàn)有車流量為4輛/s，如果采用理想模型，認為道路堵塞一半之后通行量為2量/s，為了能夠進一步簡化計算，將所有的車輛通過有限元的模式分析，認為每一個單元內(nèi)的車輛數(shù)量為4輛，在發(fā)生了堵塞時，每一個單元內(nèi)的車輛數(shù)量為2輛。在未發(fā)生交通事故時，該區(qū)域每2個單元節(jié)點之間的時間間隔為1s，在發(fā)生交通事故時，時間間隔不變，在未發(fā)生交通事故時，該道路空間內(nèi)并不存在堵塞。通過所有參數(shù)的直接性設(shè)定，就可以對后續(xù)不同時間節(jié)點內(nèi)的堵塞數(shù)量進行核算?？梢园l(fā)現(xiàn)在120s時，堵塞的數(shù)量為120輛，240秒時堵塞的數(shù)量增加一倍，可以說最終形成了一種指數(shù)式的數(shù)量變化。當(dāng)然如果考慮到實際的情況，包括交警人員的現(xiàn)場指揮、道路系統(tǒng)紅綠燈系統(tǒng)的指示等，可能會使得實際堵塞的車輛數(shù)量下降，但是，這也意味著，如果按照現(xiàn)有的道路寬度，每臺車輛在發(fā)生交通事故時都會完全堵塞一條通道，那么造成的交通擁堵效果會極其顯著，所以在后續(xù)的設(shè)計過程中，則需要對道路的寬度進行增加。而對于具體的擴大數(shù)量，主要是分析發(fā)生了交通事故時，如何最大程度上提高車輛的單位時間通過數(shù)量。

（2）道路其他參數(shù)核算

對于道路本身參數(shù)的核算過程中，需要根據(jù)所有的核算內(nèi)容進行設(shè)置，比如，在某道路系統(tǒng)的設(shè)計階段，該道路屬于高速道路，而在某個區(qū)間段存在一個90度的拐彎，那么一方面，在道路系統(tǒng)的設(shè)計中，必然要求所有車輛在這一拐彎處就能夠降低速度，且速度不可過于緩慢，以防止在系統(tǒng)的運行過程中，由于后面車輛的速度過快，前車突然剎車時后車難以躲避。若該道路系統(tǒng)設(shè)計速度為100km/h，要求拐彎時的速度為90km/h，此時針對整個道路系統(tǒng)的拐彎區(qū)域直徑就可以利用速度參數(shù)進行計算，當(dāng)然該過程中也必須要考慮車輛和路面直接的摩擦力、道路系統(tǒng)本身所需要具備的坡度，之后對整個道路系統(tǒng)的轉(zhuǎn)彎區(qū)域圓角直徑進行計算。

三、運行速度公路線形設(shè)計

以多種運行速度的預(yù)測方法為基礎(chǔ)，在進行公路路線設(shè)計時，需要將車輛運行速度作為主要設(shè)計因素，根據(jù)行車路段的特殊性，對運行速度進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，能夠在原有公路線形設(shè)計基礎(chǔ)上，對部分路段設(shè)計與實際適應(yīng)程度不大的情況進行有效改善，同時還要針對實際地質(zhì)地貌情況，通過對車輛行駛速度的有效測定，才進一步實現(xiàn)對公路線形的有效設(shè)計。

（1）需要根據(jù)實際情況，對公路進行分路段設(shè)計，一般情況下會分為坡道和曲線兩種計算及設(shè)計方式，對坡度及曲線半徑的具體數(shù)值進行具體設(shè)定，將其作為實際界限值進行路段劃分，以此為基礎(chǔ)對不同公路路段情況進行相應(yīng)的速度預(yù)測。

（2）為了保證車輛能夠始終處于正常狀態(tài)行駛，需要對公路的線形設(shè)計進行適當(dāng)調(diào)整，滿足實際車輛運行需求，在此基礎(chǔ)上還要對車輛的運行速度進行有效預(yù)測，通常情況下需要嚴格按照具體步驟進行預(yù)測工作，其中包括車輛初始速度確定、預(yù)期車速值確定、速度斷面圖繪制等，在此基礎(chǔ)上，還需要在公路設(shè)計過程中充分考慮到行車安全的影響因素，盡最大可能避免由于公路線形設(shè)計問題導(dǎo)致車輛出現(xiàn)運動不均勻、安全事故等危險情況。

（3）在對曲線公路進行設(shè)計時，需要根據(jù)實際地形情況，還要對運行車輛的向心力作用進行充分考慮，對曲線公路的半徑、彎度及坡度進行統(tǒng)一調(diào)整，確保其互相具有較強的協(xié)調(diào)力，同時還要保證車輛不會受到各種惡劣環(huán)境因素影響，在彎道路段出現(xiàn)打滑、傾斜等不良現(xiàn)象，面對此種情況，可通過模型的確立和數(shù)值的計算，對公路線形指標(biāo)加以確定，對曲線公路的不同路段進行多次、反復(fù)的速度測量，根據(jù)其具體數(shù)值取平均數(shù)，實現(xiàn)對公路線形指標(biāo)進行重新標(biāo)定。除此之外，還要根據(jù)實際情況對車輛運行速度進行有效測試，由于其與公路設(shè)計的坡度、彎度等變化都有直接關(guān)系，因此需要對公路線形的設(shè)計內(nèi)容進行適當(dāng)變化，切實達到實際的車輛運行標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)語

綜上所述，加大對公路設(shè)計的重視力度，是滿足現(xiàn)代化社會發(fā)展的必然趨勢，同時也是推進公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容，因此，需要根據(jù)實際情況，與不同種公路設(shè)計形式進行有機結(jié)合，對車輛運行速度進行深化研究，真正意義上達到公路線形設(shè)計具備較強實用性的目的。