运行速度与公路路线设计

　　运行速度考虑了公路上大多数驾驶者的交通心理需求，以车辆的实际运行速度作为路线设计速度，从而可以有效地保证路线所有相关要素，如半径、纵坡、超高、视距等与设计速度合理搭配，从而可以获得连续、一致的均衡设计。因此，可以有效的解决设计速度与汽车实际行驶速度相脱节的问题，近年来，以运行速度为基础的路线设计方法已被欧美等发达国家广泛采用。

　　1 运行速度概念

　　运行速度又称行驶速度,是指在良好的气候条件和正常的交通条件下,一般驾驶员驾驶汽车沿某条道路行驶时实际采用的车速。汽车在路段上行驶时的车速各异,不同的驾驶员驾驶相同的汽车运行时车速也不同,即使相同的驾驶员驾驶相同的汽车也会因驾驶员的心理状况、汽车的状况、道路的状况而车速不同,另外货车和小客车的运行速度也是不同的。国外通过大量的实况速度调查,选用V85来表示路段上的汽车实际运行速度。V85指的是在某路段上85 %分位车速,即85 %的车辆所能达到的最高车速。

　　国外一些国家在设计速度的基础上，也同样进行了适当的修改。如：

　　意大利：标准中对所设计公路，均给出一个设计速度区间，上限是安全速度，即单个车辆安全行驶的速度上限值。

　　美国：在其最新版的《公路与城市道路几何设计指南》中指出：考虑到基于设计速度的路线设计方法已被大家所了解、掌握，对于设计速度大于100km/h的高速公路环境，仍采用设计速度方法，但对平曲线半径、最大纵坡与坡长限制、视距和加减速车道长度等一些关键性设计指标的选取，都在原设计速度后增加了对应的运行速度指标，要求按实际的运行速度进行调整修正。

　　我国仍采用设计车速进行设计，但要求对线形设计受地形条件或其他特殊情况限制的路段，采用运行速度进行检验。

　　2 影响运行速度的主要因素

　　由于驾驶员、道路、汽车以及周围环境构成了一个封闭的道路交通系统。因此,汽车的运行速度就会受到道路条件、汽车自身状况、驾驶员和路侧自然景观及周围环境等因素的影响。而对于道路设计者来说道路条件对运行速度的影响是我们首先要考虑的问题。

　　道路线形是由直线和各种曲线连接而成,常用的曲线是缓和曲线(回旋线) 和圆曲线。直线是以往公路设计中最主要的设计线形,尤其在地形地势平坦的地带采用更多。但长直线会使驾驶员感到单调乏味和厌烦,有早点驶出直线区域的冲动,故驾驶员会一味地加速,造成行车速度过高,当在发现有障碍物(包括过路行人、车辆) 或小半径曲线的急转弯路段时,往往不能及时刹车制动而发生车祸;另外,直线不易适应复杂地形,也不易与周围自然景观很好地融合,不易保证道路线形的连续性,从而影响驾驶员的视觉和心理感受,造成判断上的误差,影响汽车的运行速度。圆曲线具有很多优点,但处理不好,不仅会使线形显得曲折,使驾驶员判断失误,造成不必要的加速或减速,甚至导致交通事故。如圆曲线地段的道路转角对道路安全有很大关系,转角愈大,事故率愈高,但转角过小又会把曲线长度看的比实际要小,使驾驶员产生急转弯的错觉,造成不必要的减速。

　　缓和曲线可以保证曲率变化柔和、连续,符合汽车行驶轨迹,还可以保证汽车在进入圆曲线时不必过多地降低运行速度而安全地行驶。随着运行速度的提高,缓和曲线应随之变得更缓更长一点,这样有利于安全舒适地行驶。线形组合也会对运行速度产生影响。例如:凹形竖曲线的底部插入小半径的平曲线或平曲线不能包容竖曲线的线形组合具有较差的视线诱导性,容易使驾驶员判断失误,导致事故。如果线形在驾驶员的视域内反复变化,会使线形外观不连续,形成视线盲区和错觉,容易使驾驶员产生紧张,导致不必要的减速,影响运行速度和燃油消耗。

　　道路横断面的结构对运行速度也存在一定的影响。有研究表明四车道无分隔带的道路事故率比双车道道路的事故率高,双车道的路面宽度如大于6m ,其事故率比5. 5m 的路面低的多。

　　路面的抗滑能力直接影响到汽车的运行速度。由于路面的抗滑能力不强,驾驶员处于安全考虑,将会以较低的运行速度行驶,从而影响运输的经济性;如驾驶员不考虑路面的抗滑能力,以高速度行驶必将导致交通事故。

　　路面平整度也是影响运行速度的一个方面。路面坑坑洼洼,道路阻力系数增大很多,直接导致运行速度的急剧下降,同时还影响舒适性。

　　3 运行速度预测模型

　　运行速度可采用实测或估算两种方式获得,对于现有公路采用实测的方法在现场实际测量运行速度的大小,但对于拟建公路却无法量测,目前国内外常用的方法是建立运行速度预测模型,从而估算出运行速度的数值。

　　(1) 基于平面和横断面的运行速度预测模型

　　平面与车速的关系以及横断面与车速的关系,目前我国还处于研究阶段。结合国内的实际情况,引入德国的研究方法,建立平面的曲度、横断面的路面宽度与行驶速度的关系,直接查图即可得到行驶速度。横断面对车速的影响,主要是行车道宽度对驾驶员心理方面的影响,行车道越窄,车速越低。

　　(2) 基于竖曲线的运行速度预测模型

　　1997 年,Fambro 博士曾对42 个竖曲线车速数据进行了分析,建立了竖曲线的车速模型。方程如下:V运行= 72. 74+ 0. 47V计算。该模型可以较准确的预测路肩宽度小于1.8m时车辆的运行车速,但也存在着不足。

　　近期,Daniel R. Jessen 等学者收集了内布拉斯加州公路上70 个竖曲线的车速数据。研究发现公路里程、竖曲线坡度、道路两侧护栏、平曲线半径、桥梁与涵洞、交叉口、交通控制与管理、车道宽、路面、交通流和计算行车速度等因素均对运行车速产生潜在影响。为了简化模型,将对车速影响较大的竖曲线坡度、交通量纳入模型,从而重新诠释了竖曲线运行车速的特征,方程如下:V85 = 73.9 + 0.400V计算- 0.124g - 0.00143TADT式中:g —竖曲线坡度( %) ;TADT —年平均日交通量。

　　目前，交通部公路科学研究院正在开发运行速度计算软件，国内也有多家公司开发了或正在运行速度测算软件，如：纬地运行速度测算分析系统。

　　4 运用运行速度判断道路线型连续

　　道路线形的连续性是路线设计的基本要求之一,连续性设计是指道路的几何条件既不违背驾驶员的期望,也不违背驾驶员安全地操作和驾驶汽车的能力,即:连续的道路设计确保驾驶员能够沿着路线以他们期望的速度行驶。但我国目前所使用的技术标准和设计规范中虽已提出线形连续性,但对连续性的标准并无明确的要求。如《公路工程技术标准》JTGB01 - 2003 中规定:“路线设计应根据公路等级及其功能,正确运用技术指标,保持线形连续、均衡,确保行车安全、舒适。”; 《公路路线设计规范》中指出:“等级较高的公路应注重立体线形设计,使驾驶员在视觉上能保持线形的连续性,在心里上有舒适感和安全感,并与沿线的环境、景观相协调”等。线形指标的不连续主要是通过驾驶员驾驶汽车和乘客的感觉表现出来的。线形指标的变化是否符合驾驶员的期望, 汽车的运行速度变化是否符合乘客舒适性的要求等等,最终表现出来的是汽车的运行速度是否连续,以此来表示线形指标的连续性。目前国外对于线形连续性的研究有很多,其中基于速度的研究比较成熟,因为道路线形连续与否对车辆产生的影响首要表现在车速上,车速变化的大小也就代表着线形连续程度。事故率大小是对道路线形连续性的直接检验结果,事故率比较大的事故多发地点,也必然代表着其线形在此处存在问题。通过分析事故率与车速变化的关系,可根据V85的变化范围△V85来评价连续性的好与差:

　　(1) 连续性较好:V85的变化范围△V85 ≤10km/ h(事故率低,基本不存在事故多发地点) 。

　　(2) 连续性一般:10km/ h < △V85 ≤20km/ h (事故率有所增加,事故多发地点比较稀少) 。

　　(3) 连续性不好: △V85 > 20 km/ h (事故率很高,事故多发地点比较密) 。

　　因此为了保证道路线形具有良好的连续性,在道路设计时应保证△V85 ≤10 km/ h。

　　5 基于运行速度的路线设计方法

　　目前，国际上流行的运行速度路线设计方法通常采用设计速度和运行速度相结合的联合设计。即在按设计速度设计出初始线形指标后，再采用运行速度进行设计检验与修正，直至满足一致性检查为止。

　　6 运用运行速度经行设计的优点

　　运行速度是近20年来国外路线设计人员针对设计车速法在实际应用中的缺陷而提出的。运用运行速度来研究、解决道路线形的问题，具有以下优点：

　　(1) 避免了设计速度作为一个固定值进行公路线形设计的盲目性和不具体性;

　　(2) 可以利用道路某路段的实际行驶车速来进行公路线形设计，具有很强的针对性和实用性;

　　(3) 考虑影响实际行驶车速的各种因素，利用运行速度来研究道路线形问题，更加科学，考虑的因素也更加全面;

　　(4) 考虑驾驶员在实际行驶当中的换档情况;

　　(5) 以运行速度为依据设计出来的公路线形是连续的，不会出现速度突变点。

　　7 结束语

　　《公路工程技术标准》JTGB01-2003 中引入了运行速度的概念,但因为许多设计人员往往是刚刚接触运行速度概念，对具体测算分析过程更是了解甚少，加之具体计算模型复杂、路线分段过程繁琐，导致实际设计工作和安全评价工作中，仅仅是简单对项目的个别区段进行手工简化计算(如只考虑平曲线影响、或者只考虑纵坡影响的前提下进行计算)，而并未按照《指南》中所要求在同时考虑平、纵、横综合影响因素的前提下，对整个路线的两个行车方向继续系统全面的测算分析。本文希望通过对运行速度以及基于运行速度的路线设计的介绍，能够对设计人员有所帮助。

　　参考文献

　　公路工程技术标准 (JTG B01-2003)

　　公路路线设计规范 (JTG D20-2003)

　　美国最新版的《公路与城市道路几何设计指南》

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文章名称： 运行速度与公路路线设计

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