基于運(yùn)行速度的公路設(shè)計(jì)方法及影響分析

郭章明

（甘肅華美工程咨詢服務(wù)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

公路設(shè)計(jì)要始終以車輛運(yùn)行安全和有序作為基礎(chǔ)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮車輛速度，通過基于速度的公路模型設(shè)計(jì)、公路路線設(shè)計(jì)以及公路安全設(shè)計(jì)，提高公路設(shè)計(jì)水平。

1 公路車輛行駛速度的影響因素

公路是交通體系的重要基礎(chǔ)，影響公路交通情況的因素較多，包括公路地質(zhì)地貌特點(diǎn)、公路形態(tài)結(jié)構(gòu)、公路環(huán)境等。這些因素都是基于對(duì)車輛運(yùn)行速度的影響，進(jìn)而影響到公路體系。公路上行駛車輛的速度，對(duì)公路交通安全和效率都產(chǎn)生著直接影響。公路設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)影響速度的因素進(jìn)行全面掌握，為具體的設(shè)計(jì)提供支持。公路設(shè)計(jì)過程中，交通車輛的速度是最為重要的參考依據(jù)，如果交通車輛速度較快，需在設(shè)計(jì)中適當(dāng)增加公路容量，提高公路安全等級(jí)。車輛速度一般以時(shí)速為依據(jù)，也就是車輛運(yùn)行1 h內(nèi)的平均速度。公路環(huán)境條件較好時(shí)，車輛的速度較高，如道路平坦寬闊、道路上無遮擋視線的障礙物，車流和人流可相互獨(dú)立，車輛分合流有較為科學(xué)合理的線路等。在公路設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)思路和方法要結(jié)合運(yùn)行速度因素，通過公路設(shè)計(jì)將車輛速度控制在一定范圍內(nèi)[1]。并不是車輛運(yùn)行速度越快越好，當(dāng)車輛速度超過一個(gè)安全范圍時(shí)，車輛發(fā)生事故的概率會(huì)顯著增加，這對(duì)于公路交通安全來說是巨大的威脅和隱患。

根據(jù)公路交通數(shù)據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在公路設(shè)計(jì)中適當(dāng)增加一些轉(zhuǎn)彎，能夠緩解車輛駕駛?cè)藛T的視覺和大腦疲勞。公路轉(zhuǎn)彎會(huì)迫使車輛運(yùn)行速度下降，改變車輛行使中一直在直線狀態(tài)下行使的情況，打破駕駛?cè)藛T頭腦中形成的規(guī)律性，從而提高車輛駕駛?cè)藛T的精力集中度，通過控制車輛速度來提高行車安全性。

2 基于運(yùn)動(dòng)速度的公路設(shè)計(jì)要素

2.1 重點(diǎn)考慮因素

2.1.1 車輛速度

在考慮速度因素的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)公路，需要充分了解各類車輛的設(shè)計(jì)速度，可以通過平均速度來分析、明確公路和速度等級(jí)。如果按照中國(guó)相關(guān)技術(shù)要求，只針對(duì)車輛速度來設(shè)計(jì)，那么就只需要按照要求對(duì)公路寬度、路面工程進(jìn)行研究就可以達(dá)到要求。在具體研究過程中，可以認(rèn)為如果只是按照平均速度來分析，那么無法有效了解其他因素的影響，比如坡度、車流量和硬件設(shè)施的配置等。因此，在具體設(shè)計(jì)過程中，可將車輛速度作為核心，還要充分考慮其他因素。

2.1.2 道路安全

在安全性設(shè)計(jì)方面，主要是對(duì)超車道區(qū)域加以分析，分析是否會(huì)影響正常通行，或者是否存在影響駕駛?cè)藛T視野等問題。還要在保證原有速度的基礎(chǔ)上，了解車輛在運(yùn)行時(shí)是否會(huì)發(fā)生交通事故，要嚴(yán)格防止這類問題，充分考慮道路自身物理數(shù)據(jù)所出現(xiàn)的問題。比如，在道路轉(zhuǎn)彎位置要充分考慮車輛離心力，還要能夠考慮車輛的速度，并有效地核算車輛的傾斜角度。

2.1.3 道路利用率

在研究利用率過程中，先分析利用率的概念，道路利用率指在一定時(shí)間內(nèi)了解事故所在地的車輛數(shù)量。所以，道路利用率是衡量車輛通行能力的重要指標(biāo)，這一指標(biāo)與道路參數(shù)和車流量有著具體聯(lián)系。所以，在具體計(jì)算時(shí)要對(duì)參數(shù)進(jìn)行有效分析，利用道路利用率來有效聯(lián)系車輛行進(jìn)速度、車流量等建立模型。

2.2 公路設(shè)計(jì)項(xiàng)目

2.2.1 道路通行力

在分析道路通行力時(shí)，需根據(jù)不同道路類型考慮在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的車流量、不同時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)交通事故的概率、對(duì)整個(gè)道路系統(tǒng)的具體影響。本文將道路交通事故概率設(shè)計(jì)為X，可以分為白天和夜間2個(gè)階段，分析在一定時(shí)間內(nèi)如果車輛不能夠及時(shí)離場(chǎng)對(duì)整個(gè)道路的影響及這一區(qū)間內(nèi)的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。如果是市區(qū)的道路還應(yīng)該考慮紅綠燈對(duì)交通堵塞的影響。

2.2.2 道路固有硬件

分析硬件時(shí)，不僅要對(duì)道路寬度、長(zhǎng)度加以分析，還要充分了解道路在自身運(yùn)行方面的各類硬件裝配方法。比如交通指示線、指示燈等，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)這類設(shè)備的具體裝配加以分析。此外，還要對(duì)道路通行力進(jìn)行計(jì)算，了解硬件的具體選擇方法。此外，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要重視某個(gè)時(shí)間段的車流量情況。

2.3 關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

2.3.1 通行力核算

本文以事故發(fā)生到車輛撤離之間的時(shí)間為例，將時(shí)間設(shè)計(jì)為1 200 s，并將其分為10個(gè)時(shí)間段。發(fā)生交通事故后會(huì)將雙向四車道其中一條道路阻塞，將現(xiàn)有車輛設(shè)計(jì)為每秒4輛，為了更好地優(yōu)化計(jì)算，將所有車輛按照有限元的方法進(jìn)行合理分析。發(fā)生事故后，時(shí)間之間的間隔不發(fā)生變化，沒有發(fā)生交通事故時(shí)道路不會(huì)堵塞。通過直線性設(shè)計(jì)，能很好地核算各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的堵塞情況，此外堵塞情況還受現(xiàn)場(chǎng)人員、紅路燈等因素的影響，因此在后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)加寬道路。

2.3.2 道路其他參數(shù)核算

核算道路時(shí)需充分了解所有的核算內(nèi)容，比如某高速道路在某一個(gè)區(qū)間上有90°的轉(zhuǎn)彎，所有車輛經(jīng)過這個(gè)轉(zhuǎn)彎處時(shí)必須降低速度，而且不能過于緩慢，避免發(fā)生碰撞。如果道路速度設(shè)計(jì)為100 km/h，那么轉(zhuǎn)彎處速度設(shè)計(jì)為90 km/h，則可利用速度參數(shù)來計(jì)算轉(zhuǎn)彎直徑，同時(shí)還要考慮摩擦力、道路本身需要的坡度等。

3 基于運(yùn)行速度的公路設(shè)計(jì)方法

3.1 基于速度的公路模型設(shè)計(jì)

3.1.1 車速模型設(shè)定

基于車輛運(yùn)行速度進(jìn)行公路設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮不同速度對(duì)公路路況的影響。根據(jù)車速數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行模型設(shè)定，在車輛速度、公路路口之間建立聯(lián)系。一般而言，車輛行駛速度越快對(duì)公路的要求就越高。公路單位之間內(nèi)的容量與車輛速度直接相關(guān)，車速越快單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)路段的車輛數(shù)量越多，對(duì)車輛駕駛?cè)藛T也會(huì)產(chǎn)生直接的影響[2]。車速模型可根據(jù)各種因素的相互影響建立一種相應(yīng)的折減關(guān)系，如車速達(dá)到某個(gè)級(jí)別后對(duì)駕駛?cè)藛T的影響會(huì)顯著提高，這種影響可以看作是車輛運(yùn)行的一種干擾。如車輛速度過快，公路周圍環(huán)境就會(huì)對(duì)駕駛?cè)藛T視覺產(chǎn)生更大的沖擊。

3.1.2 直線速度設(shè)計(jì)

考慮到大部分路段都是直線狀態(tài)，因此需關(guān)注車輛直線行駛速度。車輛直線行駛過程中，如果沒有其他因素干擾，車速是最容易提高的。直線行駛會(huì)造成車輛駕駛?cè)藛T視覺上的疲勞，當(dāng)車輛周圍環(huán)境以一個(gè)較快速度后移時(shí)，視覺也會(huì)形成這樣一種強(qiáng)迫性的感覺，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況會(huì)影響車輛駕駛?cè)藛T的反應(yīng)[3]。分析車輛直線速度時(shí)，考慮車輛初始速度、加速度和行駛時(shí)間等要素，能較為合理地計(jì)算出車輛的節(jié)點(diǎn)速度，這個(gè)計(jì)算結(jié)果可以為公路設(shè)計(jì)提供依據(jù)。進(jìn)行公路設(shè)計(jì)時(shí)，可以適當(dāng)減少直線路段的距離，讓車輛行駛速度得以控制。

3.1.3 曲線速度設(shè)計(jì)

曲線速度是車輛在公路轉(zhuǎn)彎處曲線行駛時(shí)的速度，曲線速度是公路轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)的重要依據(jù)?；谇€速度能夠更好地分析公路轉(zhuǎn)彎處的最佳半徑，為車輛行駛提供重要的支持。曲線速度與半徑、車速等都直接相關(guān)，在公路設(shè)計(jì)過程中，需要將曲線速度控制在安全范圍之內(nèi)。如果曲線速度過大，容易造成車輛行駛時(shí)向外的慣性過大，影響車輛方向的控制[4]。在公路模型參數(shù)中，需將半徑、速度以及車輛行駛距離等要素考慮在內(nèi)，通過科學(xué)合理的計(jì)算來確定最佳的曲線速度，為公路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。車輛自重會(huì)對(duì)運(yùn)行慣性產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)速度產(chǎn)生影響。因此，進(jìn)行公路設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到不同類型車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的情況，如小型客車較之大型車輛速度會(huì)更容易受到曲率和半徑的影響。

3.1.4 坡道速度設(shè)計(jì)

車輛在上坡和下坡時(shí)的速度會(huì)有所不同，下坡時(shí)的速度較上坡更快，因此需根據(jù)坡道速度來進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證車輛速度控制在安全水平。公路坡道較為常見，在坡道速度設(shè)計(jì)方面，主要考慮坡道的角度。坡度越大，降低上坡速度的效果越明顯，增加下坡速度的效果也越明顯[5]。在公路設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡可能控制坡道角度，在山區(qū)等特殊地理面貌條件下，可以采用環(huán)繞公路來解決這一問題，如盤山道等就是利用了坡道速度設(shè)計(jì)，讓車輛保持一個(gè)較為穩(wěn)定和安全的速度。

3.1.5 路口速度設(shè)計(jì)

路口是公路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，路口在公路交通中起到車流匯集和疏散的作用，還能夠?yàn)檐囕v行駛路線提供支持。路口設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮路口交通壓力，這就需要掌握車輛速度。路口一般為不同方向行駛車輛的匯集處，路口位置和數(shù)量需滿足車輛行駛需求，但不能設(shè)計(jì)過多，避免路口交叉情況過于復(fù)雜導(dǎo)致車輛行駛受阻。設(shè)計(jì)路口時(shí)，要對(duì)各個(gè)交叉道路的車輛速度進(jìn)行控制，利用交通信號(hào)燈來延緩車輛進(jìn)入路口的時(shí)間和速度，從而確保車輛在交叉路口安全通行。

3.2 基于速度的公路路線設(shè)計(jì)

公路線路是車輛運(yùn)行的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)線路時(shí)不僅要注重交通效率，也要考慮交通安全等方面。線路主要分為直線和曲線2個(gè)類型，直線可以提高車輛行駛速度；曲線為車輛改變方向提供支持，同時(shí)對(duì)控制車速也起著重要作用。由于路線改變會(huì)造成車輛速度的改變，因此需要結(jié)合公路實(shí)際情況，對(duì)不同類型的公路的線路長(zhǎng)短和連接方式加以分析，找到最佳的路線方式，為車輛安全可靠運(yùn)行提供支持[6]。設(shè)計(jì)線路時(shí)，需重視車輛速度改變對(duì)公路線路的具體要求，如加速和減速時(shí)，應(yīng)當(dāng)在直線公路上進(jìn)行。設(shè)計(jì)路線時(shí)可以增加公路測(cè)速設(shè)計(jì)，如在重要的路段設(shè)立即時(shí)測(cè)速裝置，讓車輛駕駛?cè)藛T及時(shí)掌握車速，并提前做好變速準(zhǔn)備，避免在交叉路口或者上下坡、轉(zhuǎn)彎處進(jìn)行變速。

3.3 基于速度的公路安全設(shè)計(jì)

公路設(shè)計(jì)的重中之重是安全設(shè)計(jì)，安全設(shè)計(jì)與車速有著密切關(guān)系。速度的快慢和改變對(duì)安全有直接影響，因此需重視對(duì)車輛行駛速度的分析和計(jì)算，將車輛行駛的最佳速度與不同的公路路況進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而建立公路安全體系[7]。需將公路情況與速度作為安全指標(biāo)進(jìn)行分解，也就是將定性的描述轉(zhuǎn)化為定量的計(jì)算指標(biāo)，從而為公路安全設(shè)計(jì)提供參數(shù)依據(jù)。各種不同的指標(biāo)間也要建立關(guān)聯(lián)，如轉(zhuǎn)彎半徑與直線公路之間，一般轉(zhuǎn)彎半徑較大，公路直線距離也可以相應(yīng)延長(zhǎng)；但如果轉(zhuǎn)彎半徑較小，為確保車輛安全將車輛進(jìn)入彎道的速度進(jìn)行控制，就會(huì)縮短公路直線路段的長(zhǎng)度。

4 公路線性設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1 根據(jù)實(shí)際情況

對(duì)公路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，如果是分段進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可以分為坡道和曲線2種方法，針對(duì)坡度和曲線半徑的具體數(shù)據(jù)就可以作為實(shí)際界限值，以此為基礎(chǔ)對(duì)公路各個(gè)路段進(jìn)行速度預(yù)測(cè)。

4.2 保持車輛正常行駛

在設(shè)計(jì)過程中為了使車輛正常行駛，需合理調(diào)整公路的線性設(shè)計(jì)，以此為基礎(chǔ)預(yù)測(cè)車輛的運(yùn)行速度。正常情況下需嚴(yán)格按照具體步驟來進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中包括初始速度、預(yù)期速度等內(nèi)容。此外，在設(shè)計(jì)過程中還要有效考慮影響車輛安全形勢(shì)的因素，并最大程度上減少因?yàn)榫€性設(shè)計(jì)問題導(dǎo)致車輛運(yùn)行不穩(wěn)定等情況。

4.3 充分考慮向心力

在對(duì)曲線公路加以設(shè)計(jì)的過程中，要根據(jù)實(shí)際情況充分了解運(yùn)行車輛的實(shí)際作業(yè)，并統(tǒng)一曲線公路的半徑、坡度等，確保車輛不會(huì)因受到惡劣環(huán)境的影響而在彎道出現(xiàn)打滑、傾斜等問題?？赏ㄟ^明確模型和計(jì)算數(shù)值的方法來了解公路的線形標(biāo)準(zhǔn)，多次測(cè)量曲線公路不同路段的速度，根據(jù)實(shí)際情況來獲取平均值，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路線形指標(biāo)的重新界定[8-12]。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于運(yùn)行速度的公路設(shè)計(jì)方法，可提高公路設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。速度對(duì)于公路車流情況的影響十分顯著，對(duì)車輛速度的影響分析，可為公路設(shè)計(jì)提供支持和依據(jù)。在公路設(shè)計(jì)過程中，需考慮車輛行駛速度的影響情況，根據(jù)需要在必要的環(huán)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確保公路交通狀況安全、可靠。