基于運(yùn)行速度的設(shè)計(jì)方法研究

1、基于運(yùn)行速度的路線設(shè)計(jì)方法研究摘要：隨著交通量的日益增長，設(shè)計(jì)速度在公路路線設(shè)計(jì)中的局限性愈來愈突出，對此，提出了運(yùn)行速度的概念。運(yùn)行速度是公路設(shè)計(jì)時(shí)確定其幾何線形的關(guān)鍵參數(shù)之一，而基于運(yùn)行速度的公路路線設(shè)計(jì)方法和流程是建立在傳統(tǒng)勘察設(shè)計(jì)流程基礎(chǔ)上，將運(yùn)行速度檢驗(yàn)、安全評價(jià)手段貫穿于整個設(shè)計(jì)過程，以公路設(shè)計(jì)速度為基本指標(biāo)，運(yùn)行速度為動態(tài)評價(jià)指標(biāo)，實(shí)時(shí)對路線幾何狀況進(jìn)行安全檢測，將公路運(yùn)營過程中可能出現(xiàn)的安全隱患在設(shè)計(jì)中通過方案優(yōu)化、調(diào)整設(shè)計(jì)、完善交通設(shè)施等措施予以剔除或避免。本文主要闡述了運(yùn)行速度的定義特點(diǎn)、基于運(yùn)行速度的路線設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)流程、運(yùn)行速度的評價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)等，為改善路線設(shè)計(jì)提供參

2、考。關(guān)鍵詞：路線設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)速度；運(yùn)行速度；評價(jià)引言汽車行駛安全是建立在良好的公路路線設(shè)計(jì)上的，優(yōu)秀的路線設(shè)計(jì)會對汽車行駛過程中的種種因素進(jìn)行綜合考慮，同時(shí)盡最大努力為汽車行駛提供一個安全舒適的線路設(shè)計(jì)，保證汽車運(yùn)行的綜合指數(shù)達(dá)到最大化。我國目前在線路設(shè)計(jì)上多采用設(shè)計(jì)速度的設(shè)計(jì)方法，實(shí)質(zhì)上是規(guī)定了汽車運(yùn)行的最低限度指標(biāo)，并不能夠全面覆蓋汽車運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的高于設(shè)計(jì)速度所對應(yīng)的指標(biāo)情況。所以要對目前的線路設(shè)計(jì)加以改進(jìn)。1 設(shè)計(jì)速度在路線設(shè)計(jì)中的局限性設(shè)計(jì)速度 (設(shè)計(jì)車速 )是指氣候正常，交通密度小，汽車運(yùn)行只受道路本身?xiàng)l件 (幾何要素、路面、附屬設(shè)施等 )的影響時(shí)，一般駕駛員能保持安全而舒適行

3、駛的最大行駛速度?；谠O(shè)計(jì)速度的路線設(shè)計(jì)方法，實(shí)質(zhì)上規(guī)定了道路設(shè)計(jì)最低限度應(yīng)該采用的指標(biāo), 但對采用高于設(shè)計(jì)速度所對應(yīng)的指標(biāo)沒有限制。但實(shí)際上車輛在公路上行駛時(shí)，只要道路的行車條件（尤其是幾何條件）及車輛本身性能等允許，駕駛員總是傾向于采用較高車速行駛。這樣駕駛員實(shí)際采用的運(yùn)行車速所需的線形指標(biāo)便會與設(shè)計(jì)車速所確定的線形指標(biāo)相脫節(jié), 從而增加了道路的危險(xiǎn)性和失調(diào)性。1.1 線形設(shè)計(jì)要素與實(shí)際行車速度不相符基于設(shè)計(jì)速度的路線設(shè)計(jì)方式雖然對路線可能存在因素做了綜合考慮，但其在車速上的最低限度的設(shè)定卻無法滿足現(xiàn)實(shí)條件的需求。也就是預(yù)先的設(shè)計(jì)速度是既定的，但實(shí)際中車速需要根據(jù)不同路段、天氣、線路情況等

4、各種因素做出相應(yīng)調(diào)整，無法實(shí)現(xiàn)勻速行駛。同時(shí)駕駛員的生理以及心里情況也會隨外界環(huán)境變化而不同，這也是行駛中車速控制的一個重要因素，但是目前的設(shè)計(jì)速度并未考慮到這一點(diǎn)。1.2 線形要素之間的組合設(shè)計(jì)不合理通常在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員雖然采用了較為合理的綜合設(shè)計(jì)方法，但仍然無法避免線形要素之間組合設(shè)計(jì)不合理的現(xiàn)象發(fā)生。比如我國地貌較為復(fù)雜，汽車行駛的路線中有很多的山丘等不平穩(wěn)地區(qū)，而對這些地區(qū)的線路設(shè)計(jì)上一般都采用了最小線形設(shè)計(jì)指標(biāo)，但是并不能夠滿足實(shí)際車速的要求，從而就存有了安全隱患。目前無論是在國際還是國內(nèi)，在公路線路設(shè)計(jì)上都明確要求避免采用最小值的組合方式進(jìn)行設(shè)計(jì)依據(jù)，這無疑是線路設(shè)

5、計(jì)上的一次改進(jìn)，避免因最小值組合的影響使設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出不符實(shí)際的線路。1.3 設(shè)計(jì)車速和實(shí)際行車速度存在差異設(shè)計(jì)車速的存在意義是要駕駛員根據(jù)不同的設(shè)計(jì)車速為參照安全行駛于不同路線上，它為安全行駛速度提供了可參考的行駛環(huán)境?？稍趯?shí)際行駛過程中，駕駛員并不總是保持著設(shè)計(jì)速度行駛，而是會因?yàn)橹茉猸h(huán)境的不同做出相應(yīng)調(diào)整，達(dá)到自己希望達(dá)到的實(shí)際速度。從而，設(shè)計(jì)速度對應(yīng)下的線形設(shè)計(jì)就不能與駕駛員的實(shí)際行駛速度相對應(yīng)，就可能存在安全隱患。2 運(yùn)行速度的定義、特點(diǎn)和意義2.1 運(yùn)行速度的定義運(yùn)行速度是指在理想的外部條件下，公路路段上第85個百分位上的車輛行駛速度，用V85表示。其中理想的外部條件是指良好的天氣

6、條件，干凈、潮濕的路面條件，自由流狀態(tài)的交通條件。運(yùn)行速度綜合駕駛行為、心理、視覺需求，通過在典型公路上行駛車輛的實(shí)際行駛速度觀測，經(jīng)統(tǒng)計(jì)、分析、總結(jié)其數(shù)據(jù)分布，從而回歸出運(yùn)行速度的測算模型。2.2 運(yùn)行速度的特點(diǎn)和意義運(yùn)行速度設(shè)計(jì)方法有效地保證了路線所有相關(guān)要素，如視距、超高、縱坡、豎曲線半徑等指標(biāo)與設(shè)計(jì)速度地合理搭配，有效地解決路線設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)際行駛速度所要求的線形指標(biāo)脫節(jié)的問題，以獲得連續(xù)、一致的均衡設(shè)計(jì)。 利用運(yùn)行車速作為車速基本參數(shù)設(shè)計(jì)和評價(jià)公路幾何線形，其優(yōu)點(diǎn)如下： （1）利用運(yùn)行車速作為計(jì)算車速，確保線形各幾何元素能滿足汽車行駛的需要；（2）利用運(yùn)行車速來評價(jià)相鄰路段車速的差距，

7、保證汽車在連續(xù)路段上行駛的連續(xù)性和一致性；（3）與實(shí)際行車速度相符。3 基于運(yùn)行速度的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程3.1 設(shè)計(jì)方法運(yùn)行速度設(shè)計(jì)方法是以運(yùn)行速度作為設(shè)計(jì)車速進(jìn)行線形設(shè)計(jì)的方法，其基本設(shè)計(jì)思路是：在前期確定初始平面線形和縱斷面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過運(yùn)行速度預(yù)測模型推算各路段運(yùn)行速度V85，并以線形的連續(xù)性和速度的一致性為路線設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)原則，檢驗(yàn)和修正初期的平縱幾何設(shè)計(jì)，然后根據(jù)調(diào)整后的路線平縱線形和運(yùn)行速度, 最終確定曲線超高、加寬、視距等設(shè)計(jì)指標(biāo)。即在現(xiàn)有設(shè)計(jì)步驟中增加一個設(shè)計(jì)檢驗(yàn)階段，在此階段運(yùn)用運(yùn)行速度概念對初始設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整，使其滿足安全行車的要求。3.2 設(shè)計(jì)流程3.2.1 初步

8、設(shè)計(jì)依據(jù)前期的可行性研究確定的公路等級，依照表1選取一個設(shè)計(jì)速度V0，運(yùn)用設(shè)計(jì)速度法進(jìn)行路線的初步設(shè)計(jì)，繪制出線形和縱坡的草圖。表1 各級公路設(shè)計(jì)速度公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路設(shè)計(jì)速度12010080402010080603080603.2.2 劃分分析路段根據(jù)曲線半徑和縱坡坡度的大小將整條路線劃分為直線段、縱坡段、平曲線段和彎坡組合段等若干分析單元。其中縱坡坡度小于3%的直線段和半徑 1000m以上的大半徑曲線自成一段；其余小半徑曲線段、縱坡坡度大于等于3%、坡長300m以上的縱坡路段以及彎坡組合路段, 作為獨(dú)立單元分別進(jìn)行運(yùn)行速度測算；當(dāng)直線段位于兩小半徑曲線段之間，

9、且長度小于臨界值200m時(shí)，則該直線視為短直線，車輛在此路段上的運(yùn)行速度保持不變。分析路段的劃分如圖1所示。圖1 分析路段劃分示意圖3.2.3 運(yùn)行速度V85的預(yù)測任選一個行車方向進(jìn)行運(yùn)行速度測算。主要是根據(jù)所劃分的路段類型，按直線段、平曲線段和長大縱坡路段等各自的運(yùn)行速度預(yù)測模型進(jìn)行。對改建公路可以采用現(xiàn)場實(shí)測法，也可以采用運(yùn)行速度預(yù)測模型對路段運(yùn)行速度V85進(jìn)行測算。對于新建公路只能采用運(yùn)行速度的預(yù)測模型進(jìn)行測算。具體的測算方法在我國的公路項(xiàng)目安全性評價(jià)指南( JTG/T B 052004)附錄(B)中推薦了兩種運(yùn)行速度測算方法：我國交通部公路科研所“公路運(yùn)行速度研究”課題的成果；澳大利亞

10、運(yùn)行速度計(jì)算方法。建議采用第一種方法，因?yàn)榈贸鲞@一成果的觀測數(shù)據(jù)來源于對我國車輛運(yùn)行速度的觀測，所以該方法會更符合我國的實(shí)際情況。3.2.4 線形的連續(xù)性檢驗(yàn)檢驗(yàn)相鄰路段的運(yùn)行速度V85之差，即V85。兩相鄰均勻路段之間的運(yùn)行速度差應(yīng)控制在10km/h以內(nèi)；不符合要求的線形設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整或設(shè)置一過渡段。3.2.5 設(shè)計(jì)速度的一致性檢驗(yàn)當(dāng)路段推算的運(yùn)行速度V85小于該路段原定的設(shè)計(jì)速度（計(jì)算行車速度）時(shí)，原設(shè)計(jì)車速不需調(diào)整；若路段運(yùn)行速度V85大于該路段原定的設(shè)計(jì)速度，但小于設(shè)計(jì)速度Vd+20km/h時(shí)，設(shè)計(jì)速度保留，但路面超高、停車視距的計(jì)算應(yīng)采用Vd+10km/h作為設(shè)計(jì)車速；當(dāng)路段運(yùn)行速度

11、V85大于該路段原定的設(shè)計(jì)速度Vd+20km/h時(shí)，則需提高原定的設(shè)計(jì)速度或調(diào)整路線設(shè)計(jì)要素，以減少該路段的運(yùn)行速度V85。 圖2 運(yùn)行速度設(shè)計(jì)方法流程圖3.2.6 修正結(jié)果，繪制平、縱面圖根據(jù)各路段調(diào)整的設(shè)計(jì)速度，重新繪制全線的平、縱面圖。3.2.7 繪制雙向運(yùn)行速度圖根據(jù)修正后的設(shè)計(jì)線形，再次推算路線運(yùn)行速度變化過程，以運(yùn)行速度V85為縱坐標(biāo)，路線長度為橫坐標(biāo)，繪制公路沿線運(yùn)行速度變化曲線，即沿線“運(yùn)行速度圖”。3.2.8 完成設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)半徑和“運(yùn)行速度圖”，確定平曲線超高、視距、平曲線加寬等設(shè)計(jì)要素，最終完成路線線形設(shè)計(jì)。（見圖2）4 基于運(yùn)行速度的路線評價(jià)方法及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)4.1 國外運(yùn)

12、用運(yùn)行速度評價(jià)線形的方法4.1.1 美國方法（Leisch方法）根據(jù)路線平面及縱面路況估計(jì)小客車及大貨車的可能平均速度，將其繪制成車速變化圖，根據(jù)其判斷準(zhǔn)則確定線形上的速度是否達(dá)到設(shè)計(jì)一致性。他的研究結(jié)果建議使用“10mph(1mph=1.6km/h)準(zhǔn)則”4.1.2 瑞士方法瑞士道路設(shè)計(jì)中所定義的設(shè)計(jì)速度根據(jù)每條道路類型的不同而各異。由模型所得的項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度一旦超過常規(guī)設(shè)計(jì)速度，則以項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度作為實(shí)驗(yàn)速度用以評價(jià)道路的視距以及超高率是否適合。 兩個連續(xù)的平面曲線上(或者是曲線與直線間)項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度的變化量通常不允許超過12mph(約20 km/h )，但是對于更小設(shè)計(jì)速度(小于45mph

13、)的道路建議項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度變化量的臨界值為6mph（約10 km/h）。 4.1.3 德國方法使用運(yùn)行速度控制道路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其定義的運(yùn)行速度反映的是干燥和潮濕路面狀況下自由流狀態(tài)客車的85%分位車速。 德國設(shè)計(jì)指南中規(guī)定任何給定路段的預(yù)測運(yùn)行速度應(yīng)不超過其設(shè)計(jì)速度12mph，并且要求兩個相鄰路段之間的運(yùn)行速度差允許的最大限制值為6mph，以確保道路設(shè)計(jì)的一致性，并提供一個整體平衡設(shè)計(jì)。如果對于特定的路段不能達(dá)到這一要求，平面線形設(shè)計(jì)必須進(jìn)行調(diào)整。 4.2 運(yùn)行速度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出相鄰路段運(yùn)行速度的差值V85 ，V85的大小也就是車速變化的大小，其代表線形連續(xù)性的好與差，也代表運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性的好

14、與差。 V8510km/h：運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好。V85為10-20km/h：運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好。條件允許時(shí)適當(dāng)調(diào)整相鄰路段技術(shù)指標(biāo)，使運(yùn)行速度的差值小于或等于10km/h。V8520km/h：運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良。相鄰路段需要重新調(diào)整平、縱面設(shè)計(jì)。5 結(jié)語運(yùn)行速度將大多數(shù)車輛駕駛?cè)藛T的交通心理需求考慮在內(nèi)，充分考慮車輛的運(yùn)行速度，對公路路線線形進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得路線所有相關(guān)要素的合理搭配得到保證，使得路線線形的設(shè)計(jì)能夠均衡以及聯(lián)系，對保障公路的安全、提高公路的運(yùn)營效率起到了舉足輕重的作用。參考文獻(xiàn)1 中華人民共和國交通部.公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范M.北京：人民交通出版社，1994.2 中華人民共和國交通部.公