運行速度設計法在城市道路線形設計中的應用

李 晨

（中恒工程設計院有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

線形是道路的骨架，線形設計是道路總體設計和布局的關鍵。根據對交通事故的統計和分析，線形設計是否合理是關系道路安全性的根本問題。當前，城市道路線形設計主要是采用基于設計速度的方法。

設計速度又稱計算行車速度，在道路線形設計中具有里程碑式的意義，早期的設計規范均基于此概念產生。但隨著現代車輛尺寸的增大，功率的提高以及駕駛員心理的變化，運行速度與設計速度有了很大的差別，也不再是等速。一些理論上不“違規”的設計，如長直線末端接小半徑曲線，車輛運行速度實際上遠遠超出設計速度，導致了快車速與低指標線形的差異，在設計速度低的路段上差異更大。因此，在進行道路路線設計時，不能簡單地以設計速度來控制道路線形，而應當以動態的觀點來考慮車輛在路線中的實際運行速度，所選擇的設計指標要與車輛運行速度相適應，從而提高道路的安全性。運行車速的引入，可以有效解決路線設計指標與實際行駛速度所要求的線形指標脫節的問題，有必要在公路與城市道路工程的線形設計中推廣使用。

1 公路設計行業運行速度計算方法概述

運行速度v85[1]是指在特定路段上，在干凈、潮濕條件下，在自由流的情況下，85%的駕駛員行車不會超過的行駛速度。這一概念綜合考慮了駕駛者的行為、心理、視覺需求，以及汽車性能、特征線形幾何設計等因素。通過在典型公路上行駛車輛的實際行駛速度觀測，經統計、分析、總結其數據分布，從而回歸出運行速度的測算模型。

運行速度計算法的基本思路是：首先按軸距或功率比，將車輛分為小車和大車兩種類型；再按照曲線半徑R和縱坡坡度大小，將公路劃分為平直路段、縱坡路段、平曲線路段、彎坡路段等若干個基本分析單元以及隧道路段、立體交叉路段等特殊單元，每個分析單元都有其對應的運行速度預測模型。路線基本分析單元劃分見圖1，各分析單元所對應的計算模型見圖2。

圖1 路線基本分析單元劃分

圖2 各分析單元所對應的計算模型

進行運行速度計算時，應首先確定路線第1個單元起點的初始運行速度v0，然后根據行車方向和分析單元對應的運行速度模型，計算出第1個單元末端的運行速度v85,并以此作為第2個分析單元的初始運行速度；接著代入第2個分析單元的計算公式計算出第2個分析單元末端的運行速度，并以此方法依次迭代直到最后一個分析單元[1]。若分析單元范圍內存在路側干擾或平交口，可根據相應公式對運行速度進行一定程度的修訂。

近年來，隨著新版《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）和《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）的發布實施，在公路設計行業，采用運行速度設計法對線形設計方案進行檢驗已經從規范層面得到了確認。而運行速度的具體計算方法，也在《公路項目安全性評價規范》（JTG B50—2015）[1]中明確給出。

2 運行速度對線形設計的指導意義

2.1 相鄰路段節點運行速度的一致性評價

通過運行速度，可以對運行速度梯度以及相鄰路段線形指標的一致性、連續性進行評價[1]。具體評價標準為：當速度梯度每100 m小于10 km/h且相鄰路段的△v85小于20 km/h時，滿足線形的連續性設計標準；反之，應調整平縱線形。

2.2 運行速度與設計速度的協調性評價

通過運行速度，可以對運行速度與設計指標的一致性、匹配性進行評價[1]。具體標準為：當運行速度v85與設計速度vd之差小于20 km/h，或v85小于該路段原定的設計速度時，則滿足協調性設計標準；若路段運行速度v85大于該路段原定的設計速度，但小于設計速度vd+20 km/h時，設計速度保留，但路面超高、停車視距的計算應采用vd+10 km/h作為設計車速；當路段運行速度v85大于該路段原定設計速度vd+20 km/h時，則需提高原定設計速度使其匹配運行速度，或調整路線設計要素以減少該路段的運行速度v85。

2.3 根據運行速度計算結果優化設計方案

采用運行速度方法對設計方案進行優化，應首先測算全線正反向運行速度并繪制運行速度分布曲線圖和相關表格。根據測算成果，對線形方案的一致性和協調性進行評價，再依據評價結果，通過調整設計指標、加強路段超高、設置過渡銜接等方式優化設計方案。需要注意的是，利用運行速度不能只停留在設計完成后的檢驗，而應該以測算成果指導設計和優化，并且需要測算、分析、優化的多次反復。總之，應該將運行速度測算分析貫穿到路線方案設計的全過程中。

根據運行速度優化設計方案的步驟見圖3。

圖3 根據運行速度優化設計方案

3 城市道路設計中運行速度計算探索

由于城市道路設計的相關規范中，只定性要求采用運行速度進行檢驗，卻未給出具體計算方法，因此，目前只能借鑒公路方法進行計算。鑒于這種情況，如何合理地利用公路運行速度計算方法來評價城市道路運行速度就成為了一個現實課題。

根據城市道路的特點，其與公路相比有以下差異：

（1）道路等級劃分標準不同。城市道路分為快速路、主干路、次干路、支路4個等級[2]，這一劃分標準兼顧了道路在路網中的地位、交通功能以及對沿線的服務功能等因素；公路則分為高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路5個技術等級[3]，公路運行速度計算方法也根據公路技術等級的不同而有所區分。因此城市道路若要借鑒公路運行速度設計法，則需要將城市道路等級與公路技術等級合理對應。

（2）城市道路受交叉口顯著影響。城市道路路網密度高，路網結構十分復雜，交叉口間距小；同時，交叉口轉向交通大，常常超過30%，大多采用信號燈控制，交通組織復雜。

（3）城市道路路側干擾較大。由于城市道路服務對象復雜，包括機動車、非機動車和行人，且道路沿線設置了較多公交、出租車及其他特種車輛的停靠站，甚至還有路邊停車位，導致車輛運行時受到較大的干擾。

根據城市道路的以上特點，在借鑒公路運行速度設計法時，應進行以下調整：

（1）合理選擇相對應的道路技術等級。公路運行速度計算時劃分為：高速公路、一級公路、二級以下公路[1]。每一類分別對應了不同的運行速度計算模型。因此，結合交通特點和路側干擾因素的不同，城市道路與公路可按以下方式對應：快速路對應高速公路或無路側干擾的一級公路；主干路對應一級公路或二級以下公路；次干路和支路對應二級以下公路。在具體確定最終對應的等級時，應綜合考慮設計速度、路側干擾程度、交通量大小、城市規模等因素。

（2）充分考慮城市道路的特點，針對交叉口和路側干擾等因素，合理選擇相關的影響因素，對運行速度進行適當的修正，使其滿足城市道路的相關特征。

（3）合理選擇對應的運行速度初值和期望值。城市道路與公路的設計速度在各自的路線規范上有不同的規定。其中城市道路有50 km/h這一速度而公路沒有；公路有120 km/h這一速度而城市道路沒有。當城市道路借鑒公路運行速度設計方法時，若無相應的設計速度，可采用內插法進行對應取值。

4 案例應用

4.1 項目概況

川西某城市橋梁工程，橫跨某長江支流，連接城區兩大功能組團。建成后將成為南北兩岸組團間乃至組團與外部相互聯系的重要通道，有著巨大的社會經濟效益。

橋位現狀主要節點平面圖見圖4。

圖4 橋位現狀主要節點平面圖

項目設計范圍全長1.56 km，其中含主線橋梁990 m，最大寬度36 m。橋墩布置方案最大跨徑188 m。根據城市規劃，本道路在本市路網中的等級為主干路,橋梁分類為特大橋,設計速度為50 km/h。

4.2 按設計速度法進行線形設計

城市道路線形設計首要的依據是城市規劃文件。為此，基于控制性詳細規劃所確定的橋位和大致線形走廊帶，結合道路等級、設計速度等基本設計標準，遵循《城市道路路線設計規范》（CJJ 193—2012）[4]進行了線形設計，具體方案如下：

平面設計：橋梁平面線形全長1 560 m，基本延控規走向布置，全線設1處平曲線，其中圓曲線半徑R為600 m，2段緩和曲線長度Ls均為50 m。根據規范，當設計速度為50 km/h，圓曲線半徑R長度為400m以上時，可不設超高[4]。平面線位圖見圖5。

圖5 平面線位圖

縱斷面設計：主線縱斷面設計控制點主要有兩側交叉口規劃高程、北岸濱江大道高程、南側濱江西路高程、河流洪水位及凈空要求等。方案最小坡度為0.3%（主橋），最大坡度為4.2%（引橋）；最小凹曲線半徑R為2 800 m，最小凸曲線半徑R為1 800 m。主線縱斷面圖見圖6。

圖6 主線縱斷面圖（單位：m）

4.3 運行速度法檢驗

4.3.1 參數設置

道路等級：根據上述分析，主干路可對應一級公路或二級以下公路，最終根據設計速度、路側干擾程度、交通量大小、城市規模等因素綜合確定。本道路設計速度為50 km/h，相對較低；主線在兩岸延伸段有一定路側干擾；城市人口大約30萬，屬于小城市，且南岸組團開發程度較低，因此交通量不大。綜上所述，可選擇二級以下公路運行速度計算模型。

車速：由于設計速度50 km/h在二、三、四級公路運行速度計算模型中并無對應值，因此采用內插法選取。

初始速度：小車50 km/h；大車35 km/h。

期望速度：小車75 km/h，大車60 km/h。

最低允許速度：小車30 km/h，大車15 km/h。

加速度：規范規定的加速度為小車amin=0.15m/s2，amax=0.5 m/s2；大車amin=0.2 m/s2，amax=0.25 m/s2；由于橋梁尚未建成，缺乏實際觀測資料，因此本次取中值，即小車a=0.325 m/s2，大車a=0.225 m/s2。

4.3.2 計算結果

根據規范以及以上參數設置，采用某軟件計算后得出本項目運行速度計算結果，如表1～表4所示。

表1 運行速度計算表（右幅，小客車）

表2 運行速度計算表（左幅，小客車）

表3 運行速度計算表（右幅，大貨車）

表4 運行速度計算表（左幅，大貨車）

根據以上結果可以看出：

小車相鄰單元△v85均小于20 km/h，速度梯度每100 m均小于10 km/h，滿足相鄰路段節點運行速度一致性的要求；但正反雙向均存在運行速度與設計速度差v85-vd大于20 km/h的情況，說明小車在部分路段的運行速度與設計速度協調性不滿足要求。

大車的相鄰單元△v85有1處略大于20 km/h，但速度梯度每100 m均小于10 km/h，說明基本滿足相鄰路段節點運行速度一致性的要求；正反雙向運行速度與設計速度差v85-vd均小于20 km/h，說明其運行速度與設計速度的協調性滿足要求。

4.4 根據計算結果對設計方案進行調整

根據運行速度的計算結果可以看出，本項目線形的主要問題是大橋兩端的運行速度與設計速度差值過大。因此，需要提升相應路段的設計指標，使其能夠滿足運行速度下的車輛安全行駛要求。具體調整方案如下：

按運行速度75 km/h,對北橋頭圓曲線設置超高，并增加緩和曲線長度至62.5 m以上。

按運行速度75 km/h,分別增加南橋頭位置2處豎曲線的半徑和長度。

調整之后，平縱線形的設計方案滿足各段運行速度下的設計指標。

5 結 語

在城市道路工程運行速度設計方法尚未由官方明確頒布之時，參考公路工程設計方法，根據城市道路的相關特點進行適當調整修正，可以完成運行速度的計算和線形設計。但城市道路與公路在很多方面存在較大差異，采用公路設計方法僅能作為權宜之計。因此，主管部門盡早在全國范圍內展開相關調查研究工作，早日頒布可以直接應用于城市道路的運行速度設計方法，仍是十分必要的。