基于运行速度的公路设计方法及影响研究

2021-04-01郭桂林

中华建设 2021年9期

郭桂林

本文基于对车辆运行速度的了解，深入分析了公路设计对车辆运行速度的影响，通过对运行速度预测模型的构建，进一步对车速预测、直线、平曲线等公路形状进行车辆速度测验和设定，以此为依据并结合实际情况，对公路线形进行优化设计，为公路设计发展奠定良好基础。

一、基于运行速度的公路设计方法

一般情况下，在进行公路设计的过程中，必须要对设计速度与运行速度这两个概念与参数展开提前确定。其中，设计速度主要为在可视条件良好的情况下，不考虑除道路本身条件之外的影响因素时，驾驶员进行安全驾驶操作时的车辆速度；运行速度主要为在可视条件良好且交通处于自由流状态的情况下，处于路段特征点上测定的85个百分位上的车速。设计中，必须要确保两指标极为接近或者保持一致。

在依托运行速度展开公路路线的设计过程中，需要重点完成的工作内容如下所示：第一，参考技术要求确定设计速度，并结合过往设计经验、公路设计规范、公路的平面线形等因素完成对公路的初步设计。在该环节中，要始终保证初始线形及各项指标参数切实满足设计标准与施工规范，且具有可行性；第二，在完成公路路线初步设计的基础上，结合预测模型，对于不同路段的运行速度落实预测，并对相同路段下设计速度与运行速度之间的差距、全线相邻路段之间的运行速度变化情况展开分析与确定；第三，在完成设计后，推算相应路段的运行速度，并在此基础上确定出与运行速度向协调的指标参数，包括视距、平距、横距、纵距、超高等。

二、基于运行速度的公路设计中的要素整合

1.重点考虑因素

（1）车辆速度

基于速度的公路设计过程，核心自然是各类车辆的速度，当然车辆速度可以以一种平均速度进行分析，从而使得该道路在公路等级上、速度等级上都可以确定。如果是按照相关的技术规范，只是单纯根据车辆的预设行驶速度进行设计，那么只需要按照相关的规范对道路的宽度、分支以及路面工程进行分析即可。在本文的研究过程中，认为如果单纯通过平均速度进行考虑，那么很可能无法考虑其中的其他一些速度影响要素，比如：坡度、发生交通事故对车流量的影响、车流量以及其他各类硬件设施的配置方法等，因此在道路的设计过程，车辆速度只是其中的一个关键性要素，还需要考虑其他的各类信息。

（2）道路安全

在道路安全性的设计过程中，主要是分析两个参数，一方面是在超车道区域内，是否存在影响通行的阻塞物以及可能影响驾驶员视野的缺陷；另一方面要能够保障在现有的设计时速下，车辆行进过程是否会发生严重的交通事故，要最大限度防范这类问题的出现。此外要考虑道路本身物理参数所造成的影响。比如，在道路的转弯区域，必须要能够考虑车辆运行过程中的离心力影响，同时也要对该区域车辆的预设速度进行考虑，之后才可以对道路的倾斜角度进行高准确度核算。

（3）道路利用率

利用率的研究过程中，本文提出的道路利用率概念是在统计单位时间之内，事故所处的横断面车辆的通过数量，可以说道路利用率是对发生交通事故时车辆通行能力的一个评价指标。当然该参数也和道路的宽度参数以及某个区域内的车流量参数息息相关，因此在具体的核算中，要综合考虑这两个参数，并让道路利用率能够与车辆的行进速度、车流量以及道路的宽度建立关联模型。

2.公路设计项目

（1）道路通行力

道路的通行力查找分析过程中，针对不同类型的道路，主要是考虑单位时间内的车流量，当然也可以考虑在不同的运行时间内发生各类交通事故的概率，以及能够对整个道路系统所造成影响的探讨。本文的研究过程中，将道路发生交通事故的概率设定为P，当然也可考虑夜间和日间的交通事故发生概率参数，之后研究一定时间段内，如果车辆无法离场，则可能对整个道路系统造成的阻挡作用，同时针对该区间段内的长度参数也进行分析。如果是对于市区的道路，还可考虑红绿灯对交通堵塞程度造成的影响。

（2）道路固有硬件

硬件设施的分析过程中，一方面要考虑道路的宽度参数、长度参数以及道路等级参数，要根据道路设计过程中的相关规范进行确定；另一方面要分析道路本身在运行过程其他各类硬件设施的装配方法。比如；交通指示线、交通指示灯以及发生交通事故时的车辆处理区等，所有这类设施在装配过程，都需要经过特定情况下的处理。此外也需要考虑在道路通行力核算的基础之上，对于道路区间的硬件选择方法，其中针对通行率的核算，由于会考虑在一个固定的时间段之内道路车辆的通过量，那么在道路的设计中，这需要以这类关键性的参数作为最终结果对其进行验证。

3.关键参数核算

（1）道路通行力核算

道路通行力的核算过程中，本文分析从事故发生是一直到事故车辆撤离道路期间的时间长度，本文将该过程的时间设定为1200s，参数的选择步长为120s，从而选择了10个道路系统的运行时间点。对于道路的本身参数，采用双向四车道方案，认为该车辆发生事故时会堵塞其中的一条道路，对于车辆的阻挡作用，该道路的现有车流量为4辆/s，如果采用理想模型，认为道路堵塞一半之后通行量为2量/s，为了能够进一步简化计算，将所有的车辆通过有限元的模式分析，认为每一个单元内的车辆数量为4辆，在发生了堵塞时，每一个单元内的车辆数量为2辆。在未发生交通事故时，该区域每2个单元节点之间的时间间隔为1s，在发生交通事故时，时间间隔不变，在未发生交通事故时，该道路空间内并不存在堵塞。通过所有参数的直接性设定，就可以对后续不同时间节点内的堵塞数量进行核算。可以发现在120s时，堵塞的数量为120辆，240秒时堵塞的数量增加一倍，可以说最终形成了一种指数式的数量变化。当然如果考虑到实际的情况，包括交警人员的现场指挥、道路系统红绿灯系统的指示等，可能会使得实际堵塞的车辆数量下降，但是，这也意味着，如果按照现有的道路宽度，每台车辆在发生交通事故时都会完全堵塞一条通道，那么造成的交通拥堵效果会极其显著，所以在后续的设计过程中，则需要对道路的宽度进行增加。而对于具体的扩大数量，主要是分析发生了交通事故时，如何最大程度上提高车辆的单位时间通过数量。

（2）道路其他参数核算

对于道路本身参数的核算过程中，需要根据所有的核算内容进行设置，比如，在某道路系统的设计阶段，该道路属于高速道路，而在某个区间段存在一个90度的拐弯，那么一方面，在道路系统的设计中，必然要求所有车辆在这一拐弯处就能够降低速度，且速度不可过于缓慢，以防止在系统的运行过程中，由于后面车辆的速度过快，前车突然刹车时后车难以躲避。若该道路系统设计速度为100km/h，要求拐弯时的速度为90km/h，此时针对整个道路系统的拐弯区域直径就可以利用速度参数进行计算，当然该过程中也必须要考虑车辆和路面直接的摩擦力、道路系统本身所需要具备的坡度，之后对整个道路系统的转弯区域圆角直径进行计算。

三、运行速度公路线形设计

以多种运行速度的预测方法为基础，在进行公路路线设计时，需要将车辆运行速度作为主要设计因素，根据行车路段的特殊性，对运行速度进行适当的调整，能够在原有公路线形设计基础上，对部分路段设计与实际适应程度不大的情况进行有效改善，同时还要针对实际地质地貌情况，通过对车辆行驶速度的有效测定，才进一步实现对公路线形的有效设计。

（1）需要根据实际情况，对公路进行分路段设计，一般情况下会分为坡道和曲线两种计算及设计方式，对坡度及曲线半径的具体数值进行具体设定，将其作为实际界限值进行路段划分，以此为基础对不同公路路段情况进行相应的速度预测。

（2）为了保证车辆能够始终处于正常状态行驶，需要对公路的线形设计进行适当调整，满足实际车辆运行需求，在此基础上还要对车辆的运行速度进行有效预测，通常情况下需要严格按照具体步骤进行预测工作，其中包括车辆初始速度确定、预期车速值确定、速度断面图绘制等，在此基础上，还需要在公路设计过程中充分考虑到行车安全的影响因素，尽最大可能避免由于公路线形设计问题导致车辆出现运动不均匀、安全事故等危险情况。

（3）在对曲线公路进行设计时，需要根据实际地形情况，还要对运行车辆的向心力作用进行充分考虑，对曲线公路的半径、弯度及坡度进行统一调整，确保其互相具有较强的协调力，同时还要保证车辆不会受到各种恶劣环境因素影响，在弯道路段出现打滑、倾斜等不良现象，面对此种情况，可通过模型的确立和数值的计算，对公路线形指标加以确定，对曲线公路的不同路段进行多次、反复的速度测量，根据其具体数值取平均数，实现对公路线形指标进行重新标定。除此之外，还要根据实际情况对车辆运行速度进行有效测试，由于其与公路设计的坡度、弯度等变化都有直接关系，因此需要对公路线形的设计内容进行适当变化，切实达到实际的车辆运行标准。