基于車(chē)輛運(yùn)行速度的公路路線線形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

曾永亮

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

車(chē)輛運(yùn)行速度可以反映出公路路線設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣。公路線形的任何突變，都會(huì)給駕駛員的操作帶來(lái)影響，容易造成交通事故。國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究成果表明，車(chē)輛運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性與交通事故發(fā)生率有著密切聯(lián)系。因此，在公路路線設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，找出線形設(shè)計(jì)一致性較差的路段，優(yōu)化路線線形設(shè)計(jì)，從而提高道路行車(chē)安全性和舒適性[1-2]。

1 車(chē)輛運(yùn)行速度的影響因素

影響車(chē)輛運(yùn)行速度的因素很多，既有主觀因素，也有客觀因素。主觀因素主要是駕駛員的行為，客觀因素主要有車(chē)輛類(lèi)型和公路特性。

a）駕駛員的行為對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度起著主導(dǎo)作用。車(chē)輛運(yùn)行速度很大程度上反映了駕駛員的行為和駕駛習(xí)慣。通常，在直線段和平曲線段上，駕駛員會(huì)根據(jù)自己的駕駛經(jīng)驗(yàn)選擇不同的行車(chē)速度。在直線段，駕駛員會(huì)選擇一個(gè)相對(duì)安全穩(wěn)定的行駛速度勻速前行；在平曲線段上時(shí)，駕駛員通常會(huì)以“減速—?jiǎng)蛩佟铀佟钡姆绞叫旭俒3]。

b）根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》（JTG B05 —2015）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“安評(píng)規(guī)范”）中的規(guī)定，初步設(shè)計(jì)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段公路運(yùn)行速度預(yù)測(cè)所采用的代表車(chē)型有：小型車(chē)和大型車(chē)兩類(lèi)。小型車(chē)具有載重小且機(jī)動(dòng)性能好的特點(diǎn)，在《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）中，交通量換算的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型為小客車(chē)。而大型車(chē)，尤其是載重汽車(chē)，其載重較大、行駛速度慢、機(jī)動(dòng)性能差，容易發(fā)生交通事故。因此，在公路設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌拷M成情況，考慮大型車(chē)的車(chē)輛尺寸和行駛特性，從而保證行車(chē)安全。

c）對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度產(chǎn)生影響的公路特性主要有直線、平曲線、縱坡及平縱組合等線形要素等。研究表明，直線段的長(zhǎng)度對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度影響較大，直線段過(guò)短，車(chē)輛運(yùn)行速度無(wú)顯著變化；直線段較長(zhǎng)時(shí)，車(chē)輛運(yùn)行速度也會(huì)隨之加快。平曲線段半徑是影響車(chē)輛運(yùn)行速度的關(guān)鍵性指標(biāo)，平曲線半徑越小，車(chē)輛運(yùn)行速度越低。車(chē)輛在坡道上行駛時(shí)，縱坡越大，上坡加速過(guò)程越慢，減速過(guò)程越快；下坡則加速過(guò)程越快，減速過(guò)程越慢。平縱組合不合適會(huì)導(dǎo)致行車(chē)視距不良，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度產(chǎn)生影響[4]。另外，路側(cè)干擾也會(huì)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度帶來(lái)不良影響。

因此，在公路路線設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮上述因素對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度的影響，以保證其行車(chē)安全。

2 車(chē)輛運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

2.1 車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)相關(guān)研究，車(chē)輛運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性與交通事故發(fā)生率之間有著密切聯(lián)系[5]。在公路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性進(jìn)行評(píng)價(jià)是公路安全性設(shè)計(jì)的重要組成部分。按照“安評(píng)規(guī)范”中的要求，當(dāng)設(shè)計(jì)速度小于等于80 km/h 時(shí)，需要進(jìn)行車(chē)輛運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是相鄰路段運(yùn)行速度差值的絕對(duì)值及運(yùn)行速度梯度的絕對(duì)值。當(dāng)大于等于20 km/h 或小于10 km/h·m 時(shí)，按照設(shè)計(jì)速度確定的各種線形指標(biāo)難以滿足車(chē)輛運(yùn)行速度的需求，容易發(fā)生交通事故。表1 為相鄰路段運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

運(yùn)行速度梯度是相鄰路段車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)的補(bǔ)充指標(biāo)。它可以反應(yīng)出一定路線長(zhǎng)度（“安評(píng)規(guī)范”中采用100 m）內(nèi)運(yùn)行速度的變化情況和敏感程度。該指標(biāo)更加貼近實(shí)際情況，有助于找到存在交通安全隱患的路段。運(yùn)行速度梯度絕對(duì)值計(jì)算公式為：

式中：ΔIv為運(yùn)行速度梯度絕對(duì)值，km/h·m；ΔV85為分析單元起點(diǎn)、終點(diǎn)運(yùn)行速度差值的絕對(duì)值；L 為分析單元路段長(zhǎng)度，m。

表1 相鄰路段運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

a）當(dāng)高速公路、一級(jí)公路相鄰路段車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)為好或較好時(shí)，行車(chē)安全，不必對(duì)路線設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。

b）當(dāng)高速公路、一級(jí)公路相鄰路段車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)為不良時(shí)，相鄰路段為減速時(shí)，應(yīng)優(yōu)化或調(diào)整相鄰路段平縱面設(shè)計(jì)，當(dāng)調(diào)整困難時(shí)，應(yīng)采取安全改善措施。

c）當(dāng)二級(jí)公路、三級(jí)公路相鄰路段車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)為好時(shí)，行車(chē)安全，不必對(duì)路線設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。

d）當(dāng)二級(jí)公路、三級(jí)公路相鄰路段車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)為不良時(shí)，相鄰路段為減速時(shí)，應(yīng)調(diào)整相鄰路段平縱面設(shè)計(jì)，或采取安全改善措施。

2.2 車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)方法

圖1 車(chē)輛運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)方法

在進(jìn)行車(chē)輛運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)時(shí)，首先需要根據(jù)平曲線半徑和縱坡的大小進(jìn)行分析路段的劃分。一般劃分為平直路段、縱坡段、平曲線段、隧道段、彎坡組合路段及互通式立體交叉路段等單元。然后根據(jù)“安評(píng)規(guī)范”中的預(yù)測(cè)模型計(jì)算車(chē)輛運(yùn)行速度，得出運(yùn)行速度差值的絕對(duì)值和運(yùn)行速度梯度，由表1 得出車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.3 車(chē)輛運(yùn)行速度評(píng)價(jià)公路線形設(shè)計(jì)的步驟

根據(jù)路線平面、縱斷面和橫斷面設(shè)計(jì)成果，分別對(duì)劃分單元內(nèi)的小客車(chē)和大貨車(chē)不同行車(chē)方向（上行、下行）的運(yùn)行速度進(jìn)行協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)。當(dāng)評(píng)價(jià)結(jié)果為“好”或“較好”時(shí)，說(shuō)明行車(chē)安全、路線設(shè)計(jì)方案可行；當(dāng)評(píng)價(jià)結(jié)果為“不良”時(shí)，則需對(duì)路線線形設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化或調(diào)整。

圖2 車(chē)輛運(yùn)行速度評(píng)價(jià)公路線形設(shè)計(jì)步驟

3 車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性?xún)?yōu)化措施

3.1 平面設(shè)計(jì)優(yōu)化

a）平曲線半徑。在橫向力系數(shù)和路拱橫坡度不變的情況下，可以通過(guò)車(chē)輛運(yùn)行速度反算平曲線半徑，并將其與降低車(chē)輛運(yùn)行速度對(duì)應(yīng)的平曲線半徑進(jìn)行對(duì)比分析，從經(jīng)濟(jì)角度擇優(yōu)選擇。當(dāng)平曲線半徑和路拱橫坡度調(diào)整受限時(shí)，可以采取限速等措施，從而保證運(yùn)行速度差值的絕對(duì)值小于20 km/h。

b）緩和曲線。通過(guò)車(chē)輛運(yùn)行速度反算平曲線半徑及超高坡度，調(diào)整后的緩和曲線長(zhǎng)度應(yīng)滿足超高漸變率的最小長(zhǎng)度要求。另外，還要考慮緩和曲線參數(shù)與圓曲線半徑相協(xié)調(diào)。

c）最小直線長(zhǎng)度。按照車(chē)輛運(yùn)行速度計(jì)算得出的最小直線長(zhǎng)度應(yīng)滿足：同向圓曲線間直線最小長(zhǎng)度（以m 計(jì)）應(yīng)大于等于運(yùn)行速度V85（以km 計(jì)）的6 倍；反向圓曲線間直線最小長(zhǎng)度（以m 計(jì)）應(yīng)大于等于運(yùn)行速度V85（以km 計(jì)）的2 倍。

3.2 縱斷面設(shè)計(jì)優(yōu)化

車(chē)輛運(yùn)行速度不滿足要求的縱坡段，最直接有效的措施就是調(diào)整縱坡和坡長(zhǎng)。縱坡坡度越大，車(chē)輛在下坡時(shí)的運(yùn)行速度也就越大；縱坡坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，車(chē)輛運(yùn)行速度變化幅度也就越大。在上下坡路段，通過(guò)調(diào)整坡度和坡長(zhǎng)，從而保證車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性滿足要求[6]。

3.3 行車(chē)視距設(shè)計(jì)優(yōu)化

分別利用設(shè)計(jì)速度和車(chē)輛運(yùn)行速度計(jì)算行車(chē)視距，以計(jì)算得到的行車(chē)視距較大者為設(shè)計(jì)停車(chē)視距。在以大貨車(chē)等重型車(chē)為主的路段，還要滿足用大貨車(chē)的車(chē)輛運(yùn)行速度計(jì)算得出的行車(chē)視距要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上分析，公路路線設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷優(yōu)化的過(guò)程。采用運(yùn)行速度差值的絕對(duì)值和運(yùn)行速度梯度的絕對(duì)值，可以對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，找出設(shè)計(jì)中存在的不安全路段，對(duì)路線線形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證行車(chē)安全，為駕駛員提供一個(gè)安全舒適的行車(chē)環(huán)境。