基于運行速度的公路設計方法及影響研究

郭桂林

本文基于對車輛運行速度的了解，深入分析了公路設計對車輛運行速度的影響，通過對運行速度預測模型的構建，進一步對車速預測、直線、平曲線等公路形狀進行車輛速度測驗和設定，以此為依據并結合實際情況，對公路線形進行優化設計，為公路設計發展奠定良好基礎。

一、基于運行速度的公路設計方法

一般情況下，在進行公路設計的過程中，必須要對設計速度與運行速度這兩個概念與參數展開提前確定。其中，設計速度主要為在可視條件良好的情況下，不考慮除道路本身條件之外的影響因素時，駕駛員進行安全駕駛操作時的車輛速度；運行速度主要為在可視條件良好且交通處于自由流狀態的情況下，處于路段特征點上測定的85個百分位上的車速。設計中，必須要確保兩指標極為接近或者保持一致。

在依托運行速度展開公路路線的設計過程中，需要重點完成的工作內容如下所示：第一，參考技術要求確定設計速度，并結合過往設計經驗、公路設計規范、公路的平面線形等因素完成對公路的初步設計。在該環節中，要始終保證初始線形及各項指標參數切實滿足設計標準與施工規范，且具有可行性；第二，在完成公路路線初步設計的基礎上，結合預測模型，對于不同路段的運行速度落實預測，并對相同路段下設計速度與運行速度之間的差距、全線相鄰路段之間的運行速度變化情況展開分析與確定；第三，在完成設計后，推算相應路段的運行速度，并在此基礎上確定出與運行速度向協調的指標參數，包括視距、平距、橫距、縱距、超高等。

二、基于運行速度的公路設計中的要素整合

1.重點考慮因素

（1）車輛速度

基于速度的公路設計過程，核心自然是各類車輛的速度，當然車輛速度可以以一種平均速度進行分析，從而使得該道路在公路等級上、速度等級上都可以確定。如果是按照相關的技術規范，只是單純根據車輛的預設行駛速度進行設計，那么只需要按照相關的規范對道路的寬度、分支以及路面工程進行分析即可。在本文的研究過程中，認為如果單純通過平均速度進行考慮，那么很可能無法考慮其中的其他一些速度影響要素，比如：坡度、發生交通事故對車流量的影響、車流量以及其他各類硬件設施的配置方法等，因此在道路的設計過程，車輛速度只是其中的一個關鍵性要素，還需要考慮其他的各類信息。

（2）道路安全

在道路安全性的設計過程中，主要是分析兩個參數，一方面是在超車道區域內，是否存在影響通行的阻塞物以及可能影響駕駛員視野的缺陷；另一方面要能夠保障在現有的設計時速下，車輛行進過程是否會發生嚴重的交通事故，要最大限度防范這類問題的出現。此外要考慮道路本身物理參數所造成的影響。比如，在道路的轉彎區域，必須要能夠考慮車輛運行過程中的離心力影響，同時也要對該區域車輛的預設速度進行考慮，之后才可以對道路的傾斜角度進行高準確度核算。

（3）道路利用率

利用率的研究過程中，本文提出的道路利用率概念是在統計單位時間之內，事故所處的橫斷面車輛的通過數量，可以說道路利用率是對發生交通事故時車輛通行能力的一個評價指標。當然該參數也和道路的寬度參數以及某個區域內的車流量參數息息相關，因此在具體的核算中，要綜合考慮這兩個參數，并讓道路利用率能夠與車輛的行進速度、車流量以及道路的寬度建立關聯模型。

2.公路設計項目

（1）道路通行力

道路的通行力查找分析過程中，針對不同類型的道路，主要是考慮單位時間內的車流量，當然也可以考慮在不同的運行時間內發生各類交通事故的概率，以及能夠對整個道路系統所造成影響的探討。本文的研究過程中，將道路發生交通事故的概率設定為P，當然也可考慮夜間和日間的交通事故發生概率參數，之后研究一定時間段內，如果車輛無法離場，則可能對整個道路系統造成的阻擋作用，同時針對該區間段內的長度參數也進行分析。如果是對于市區的道路，還可考慮紅綠燈對交通堵塞程度造成的影響。

（2）道路固有硬件

硬件設施的分析過程中，一方面要考慮道路的寬度參數、長度參數以及道路等級參數，要根據道路設計過程中的相關規范進行確定；另一方面要分析道路本身在運行過程其他各類硬件設施的裝配方法。比如；交通指示線、交通指示燈以及發生交通事故時的車輛處理區等，所有這類設施在裝配過程，都需要經過特定情況下的處理。此外也需要考慮在道路通行力核算的基礎之上，對于道路區間的硬件選擇方法，其中針對通行率的核算，由于會考慮在一個固定的時間段之內道路車輛的通過量，那么在道路的設計中，這需要以這類關鍵性的參數作為最終結果對其進行驗證。

3.關鍵參數核算

（1）道路通行力核算

道路通行力的核算過程中，本文分析從事故發生是一直到事故車輛撤離道路期間的時間長度，本文將該過程的時間設定為1200s，參數的選擇步長為120s，從而選擇了10個道路系統的運行時間點。對于道路的本身參數，采用雙向四車道方案，認為該車輛發生事故時會堵塞其中的一條道路，對于車輛的阻擋作用，該道路的現有車流量為4輛/s，如果采用理想模型，認為道路堵塞一半之后通行量為2量/s，為了能夠進一步簡化計算，將所有的車輛通過有限元的模式分析，認為每一個單元內的車輛數量為4輛，在發生了堵塞時，每一個單元內的車輛數量為2輛。在未發生交通事故時，該區域每2個單元節點之間的時間間隔為1s，在發生交通事故時，時間間隔不變，在未發生交通事故時，該道路空間內并不存在堵塞。通過所有參數的直接性設定，就可以對后續不同時間節點內的堵塞數量進行核算。可以發現在120s時，堵塞的數量為120輛，240秒時堵塞的數量增加一倍，可以說最終形成了一種指數式的數量變化。當然如果考慮到實際的情況，包括交警人員的現場指揮、道路系統紅綠燈系統的指示等，可能會使得實際堵塞的車輛數量下降，但是，這也意味著，如果按照現有的道路寬度，每臺車輛在發生交通事故時都會完全堵塞一條通道，那么造成的交通擁堵效果會極其顯著，所以在后續的設計過程中，則需要對道路的寬度進行增加。而對于具體的擴大數量，主要是分析發生了交通事故時，如何最大程度上提高車輛的單位時間通過數量。

（2）道路其他參數核算

對于道路本身參數的核算過程中，需要根據所有的核算內容進行設置，比如，在某道路系統的設計階段，該道路屬于高速道路，而在某個區間段存在一個90度的拐彎，那么一方面，在道路系統的設計中，必然要求所有車輛在這一拐彎處就能夠降低速度，且速度不可過于緩慢，以防止在系統的運行過程中，由于后面車輛的速度過快，前車突然剎車時后車難以躲避。若該道路系統設計速度為100km/h，要求拐彎時的速度為90km/h，此時針對整個道路系統的拐彎區域直徑就可以利用速度參數進行計算，當然該過程中也必須要考慮車輛和路面直接的摩擦力、道路系統本身所需要具備的坡度，之后對整個道路系統的轉彎區域圓角直徑進行計算。

三、運行速度公路線形設計

以多種運行速度的預測方法為基礎，在進行公路路線設計時，需要將車輛運行速度作為主要設計因素，根據行車路段的特殊性，對運行速度進行適當的調整，能夠在原有公路線形設計基礎上，對部分路段設計與實際適應程度不大的情況進行有效改善，同時還要針對實際地質地貌情況，通過對車輛行駛速度的有效測定，才進一步實現對公路線形的有效設計。

（1）需要根據實際情況，對公路進行分路段設計，一般情況下會分為坡道和曲線兩種計算及設計方式，對坡度及曲線半徑的具體數值進行具體設定，將其作為實際界限值進行路段劃分，以此為基礎對不同公路路段情況進行相應的速度預測。

（2）為了保證車輛能夠始終處于正常狀態行駛，需要對公路的線形設計進行適當調整，滿足實際車輛運行需求，在此基礎上還要對車輛的運行速度進行有效預測，通常情況下需要嚴格按照具體步驟進行預測工作，其中包括車輛初始速度確定、預期車速值確定、速度斷面圖繪制等，在此基礎上，還需要在公路設計過程中充分考慮到行車安全的影響因素，盡最大可能避免由于公路線形設計問題導致車輛出現運動不均勻、安全事故等危險情況。

（3）在對曲線公路進行設計時，需要根據實際地形情況，還要對運行車輛的向心力作用進行充分考慮，對曲線公路的半徑、彎度及坡度進行統一調整，確保其互相具有較強的協調力，同時還要保證車輛不會受到各種惡劣環境因素影響，在彎道路段出現打滑、傾斜等不良現象，面對此種情況，可通過模型的確立和數值的計算，對公路線形指標加以確定，對曲線公路的不同路段進行多次、反復的速度測量，根據其具體數值取平均數，實現對公路線形指標進行重新標定。除此之外，還要根據實際情況對車輛運行速度進行有效測試，由于其與公路設計的坡度、彎度等變化都有直接關系，因此需要對公路線形的設計內容進行適當變化，切實達到實際的車輛運行標準。

四、結語

綜上所述，加大對公路設計的重視力度，是滿足現代化社會發展的必然趨勢，同時也是推進公路建設可持續發展的重要內容，因此，需要根據實際情況，與不同種公路設計形式進行有機結合，對車輛運行速度進行深化研究，真正意義上達到公路線形設計具備較強實用性的目的。