浅谈公路线形及线形组合的优化设计

王进滨，王 冲

（吉林省公路测设技术服务中心，吉林长春 130021）

0 前言

随着生活质量的提高和提高道路修建的要求、超速行驶成为了衡量公路修建的标准。公路线形主要影响着汽车的行驶速度、交通安全和舒适性。所以，设计者从大量的交通事故中吸取经验和教训，并归纳总结出了公路线形不仅仅要根据汽车行驶来设计，而且还要满足乘客的需求。并且无论是从什么角度观察，都应该是生命更加重要，因此，如果线形组合设计的不合理，就会很容易致使事故的发生，影响交通和财产甚至生命。所以，要从公路的使用功能上及降低成本等条件下，改良和优化线形组合设计。

1 影响线形设计的几点因素

1.1 车辆的行驶速度

在线形设计中一直都是把汽车的行驶速度作为设计线形的一个参数，而行驶速度也在线形设计中起到了相当大的作用。但是经过对多年的实践经验总结得知，只是计算汽车的行驶速度是不能够精确设计出准确的线形的。因为行驶车速只会在设置限速的时候有着重要意义。然而，即使是这样，汽车行驶速度也对线形设计有着重大影响。

汽车在行驶时，驾驶员是根据路况的不同来改变行驶速度的，而往往都会超过预计的车速。所以要根据实际的车速来对公路的线形组合设计进行改良和优化。而且，车速不是一个常量，都是根据汽车的种类、驾驶员和路况来适当调整的。所以，由于线路线形的标准的改变就会触发事故的发生。因此，路线的设计要尽可能地和实际速度达到一致。

1.2 美学在线形设计中的应用

一条真正的好的公路不仅要高标准高要求，具有较完备的安全设施，还要有良好的视觉效果，让驾驶员准确的判断，增强安全性，让驾驶员有安全感。如果驾驶员缺乏安全感，就可以说没有很好的利用美学，这就体现了美学在设计中的重要性。

而就目前的公路勘测结果看的出美学原则还没有真正的在线形设计中很好的熟练地运用，在许多地方的公路还是比较僵直、没有很好地和周边的环境相协调，不仅看起来不舒服，还让驾驶员不好判断致使公路的安全性大幅度降低。这就要将美学很好的运用到线形设计中，并合理使用，就可以在不影响安全的前提下，改善公路的环境和外观。所以，正确和适当的将美学应用到公路线形设计上是非常重要的。在早期欧美国家就已经将美学运用发哦公路设计当中了，所以我国也要重视这方面的应用，线形要求美学要在直线、平曲线、缓和曲线、纵坡等进行效果加工。总的来说，线形设计要与公路周边环境和地形地势相适应，要平缓、均匀、连续等问题。

2 公路线形设计的概念和类型

公路线形是由平、纵两面组成的立体线形，所以，选线时要综合性的考虑平、纵两面的组合。路线设计应该将公线形和地物、地形还有周边的自然景观等相结合，让线形更加的连续、通畅、有好的视觉效果、安全性好并且既舒适又经济。公路线形设计是根据所处的地理位置、地形、地质等条件所设计的符合各种行车条件的工作，主要包括平面线形设计和纵断面线形设计两大类。

2.1 线形设计的种类和具体剖析

纵断面线形设计是由直线和抛物线或圆曲线所组成。在设计纵断面线形时要对地形、地质、纵坡的长度、大小和前后状况以及在同一平面线形组合加以考虑，减少频繁的连续纵坡。

平面线形设计是由直线、曲线、圆曲线、缓和曲线所组成的。车辆在曲面公路上行驶时势必会产生离心力，而离心力同车的行驶速度成正比，也就是说车速越快离心力越大，就会容易失去平衡，车的整体会向外滑移，造成事故的产生。因此，在平面线形设计中要根据最大车速来计算曲面的最小直径。而为了能够让汽车在较小的路面上能够安全的行驶，一般都会把曲线部分建成内低外高的斜面，同时要适当加宽路幅内侧的宽度。

平面线形设计应该合理地将线形单元组合起来，并且和地形、大型构造物等很好的结合。寻找出一条既安全舒适又经济合理的路线。普遍来说，在美学和行驶力学上，由连续曲线组成的会比由长、短直线和长、短曲线组成的线形更加符合视觉上的要求。在进行平面线形设计时要注意以下几个方面：在视觉上要让驾驶员感觉平缓，不会容易疲劳；要尽可能地采用较大曲线长度；在心理学上让驾驶员感觉身心舒畅；要直捷、连续，同地形、地貌协调，与周边环境结合；尽可能地选用较大半径的曲线，用足够长的直线；要避免出现连续急速转弯的线形。

组合线形是由平面线形和纵断面线形组合而成的立体线形。如果运用的比例得当就会让人感觉到舒畅，不易疲劳，有美感，从而可以加强安全行驶，相反而言，则会使公路线形有一种扭曲、折断的效果，容易让驾驶员产生错觉，进而判断失误出现事故。所以在进行组合线形时不仅要考虑路线的选定，还要在设计时掌握几点原则：一是在视觉上让驾驶员感觉舒适，不会使视野单调且容易疲劳过度，让驾驶员做出正确判断，并且要让驾驶员以最快的速度去适应环境的转变。二是要均衡的保持平面和纵断面两种线形的协调。三是线形组合的坡度的选择。通过这些原则，平面和纵断面线形能够协调的组合在一起，让驾驶员在视觉上浮现一个平缓优美的线形。另外要均衡地保持平曲线和竖曲线的大小，选择合适的组合坡度。因为如果组合坡度不合理可能给行车和路面积水的排出造成很大的影响。

3 线形和线形组合的优化设计

线形包括平面线形和纵断面线形，线形组合包括平纵线形组合，而在平纵线形组合中又包括平竖曲线组合、直曲线组合。

3.1 纵断面线形优化

纵断面线形主要是对纵坡的研究。纵断面线形设计主要要求纵坡大小和长度之间的组合。而在对纵断面进行优化设计时，要结合地形的凹凸情况、考虑控制点、地质、经济和车辆行驶时的舒适度等条件。从视觉心理角度看，由于纵断面线形相对较于单调枯燥，所以容易造成司机的视觉疲劳。而且如果搭配和设计的不合理，忽略了某种因素，在短距离中出现了暗凹或者波纹型断面，没有设计成连续、平缓且圆顺的线形可能就会将事故发生的几率最大化。但是如果交通路段相对较为复杂，采取这种线形组合还是比较有利的。

3.2 平纵线形组合及其优化设计

如果一个公路线形设计只有平面线形和纵断面线形设计的话，不仅单调而且也不一定会是一个好的设计。所以，为了能够满足驾驶员在视觉和心理上的舒适、美观且能够与环境协调的要求，最后经过了多方面的实验和探讨最终将平面线形和纵断面线形相结合成一种立体线形设计。而在运用这种立体线形时要与公路所在的地理位置和周边环境以及自然景区充分融合。既舒适又美观的公路线形会让驾驶员和游客们产生心旷神怡的效果，从而减轻驾驶员的视觉疲劳，减少事故的发生。所以，想要设计出好的方案就要符合以下几点原则：（1）按照汽车的行驶力学和路面排积的要求适当设置纵坡；（2 按照驾驶员的视觉和心理需求。根据这些原则，就能够设计出相对良好的线形优化设计。

3.2.1 平竖曲线组合

在平纵线形组合保持均衡的条件下，而平曲线和竖曲线的半径又相对较小的情况下，就要将这两种曲线分开不能重合。相反，就非常适合将两种曲线以平包竖的形式重合设计，这样会有更好的效果。但是，要避免在一条线形中出现平竖曲面反复交叉的状况，这样很容易让驾驶员没有安全感。

3.2.2 直曲线组合

在设计中，要严格避免出现在长直线中出现小半径曲线的情况，例如在一条直线下坡路段中插入一段凹形曲线，驾驶员就会对前方路段的情况判断失误，很容易造成加速的情况，以至于发生事故。而且在设计时要尽可能地不使用短的曲线、直线，尤其是在转弯路段更不应该运用短线。

3.3 平纵协调实例分析

路线平面线形与纵断面线形设计的目的实质上是解决驾驶员的视觉问题,从心理和生理角度讨论路线线形设计的合理性是公路线形设计中较新的研究课题,最终的设计目的是要形成三维的空间立体线形。良好的主体线形的形成,是路线线形设计所追求的最终目标。这样,就有一个平纵线形如何组合,如何互相配合协调的问题。在某段公路设计中这段公路等级为一级汽车专用公路。有一组平纵组合的比较好例子。实例1:该路段位于丘陵区,前方上坡纵坡为3.5%,下坡纵坡为3.2%,竖曲线半径6 800 m,竖曲线位于平曲线的起点,平纵组合欠佳,在凸型竖曲线顶部前视,会清楚地看出线形与地形配合不好,可以看到三个平曲线,而且线形不连续有扭曲现象,如果能结合地形曲线定线并考虑平纵配合线形将会改善。实例2:某路段为一组反向相接的平曲线半径均为4 000 m。路线转角为12°10″,在平曲线转点处设凸形竖曲线,两曲线长度均为1 500 m,由于坡差1.5%,而且凸竖曲线半径较大,因此行车视觉无不良影响,驾驶员操作也无问题,行车速度得到保证,这说明当平纵指标都高时,偶尔的不良组合对视觉的影响是不大的。从上述两个例子看出,对路线结合地形进行平纵结合设计,不仅能取得视觉上的良好效果,而且也能使路线与自然环境协调,减少填挖土工程量,降低工程造价。

4 结语

随着时间的推移，公路建设的发展也会飞速的提高，对公路线形设计的要求也会越来越高，为了降低事故发生率，要先从公路线形优化设计上突出重视安全设计。根据“以人为本”的想法去设计来预防事故的发生。所以，在今后的公路线形设计中要严格、灵活、慎重，不应单纯追求高标准和美观而将安全问题弃之不顾。摒弃原来的老套且单调的设计方案，去探寻新的设计路线，在符合标准的前提下，确保公路交通安全问题。所以，在以后的公路建设发展中，线形设计还有待提高和优化。

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