公路设计方法及运行速度对设计产生的影响

许鹏波

（甘肃华美工程咨询服务有限公司，甘肃 兰州 730000）

运行速度是整个公路设计中非常关键的一个参数，尤其在路线设计时需要充分考虑地形特点、车辆动力性能等因素，针对不同等级的公路进行运行速度设计。因此，为了保证公路设计方法的合理性、适应性和科学性，需要对实际存在的影响因素进行分析和了解，明确造成影响公路设计方法合理性的根本原因，并且针对性地提出在运行速度理念下的有效公路设计方法。只有这样才能真正通过不断地优化公路设计方法，对公路运营中可能出现的安全隐患进行优化，为获得更加完善的公路设计方案提供一定支持。

1 运行速度概述

近些年，关于车辆平均运行速度的研究不断深入，大量工作者通过长时间的调查和统计，结合对应的观测和计算得出：在一定线路中，环境气候均适宜的情况下，超过85%驾驶员行车时不会超过的实际速度，将其定义为运行速度[1]。运行速度是针对公路中车辆行驶速度进行观测，结合大量数据分析所计算评估出来的一个标准参数。将车辆行驶速度作为运行速度的设计参考，能够保证线形不会出现突然改变的速度节点，能够保证公路连接的有序性和合理性。

针对该概念来说，在实际的设计中，通过将运行速度加入到某个路段或者其他相似路段中进行参考，保证驾驶员在实际驾驶中，不会出现突然减速或者突然加速的路段，能够提升驾驶速度的均衡性，避免各种安全事故的出现。同时，通过提前对公路行驶情况进行观察，总结实际的驾驶行为、驾驶特点，并且结合对应的心理分析、劳累程度分析，实现对路段几何线性与大部分汽车性能的匹配，进而避免出现设计路线与原路线、新建公路之间不匹配的情况。这样不仅能够实现合理的公路设计，还可以提升公路安全性，为驾驶安全提供一定保障。

在中国公路的线形设计中，设计速度是重点考虑的内容，设计速度即设计车速，主要是指在正常环境下汽车只受到道路自身的影响，驾驶者能够维持的最大行驶速度。采用设计速度作为设计指标，实际上也对设计中最低指标进行了规定，但是针对高于设计速度的速度并没有进行有效限定。在实际车辆的行驶过程中，驾驶员一般会按照道路条件、车辆性能对车速进行控制，只要在条件允许的情况下，会更加倾向于快速行驶。在这种情况下，车辆运行速度达到线形指标时，设计车速指标存在差异，很容易出现道路失衡的问题，导致道路风险增加。

经过大量的设计实践，总结出了以设计速度为主要内容落实的公路设计方法的不足，主要为以下几点：①当前设计中最明显的特点为设计车速是固定值，对线形设计最小值进行了明确规定，没有充分考虑到实际行驶速度方面的要求。但实际上，驾驶员会按照道路情况合理地调节测度，车速会出现超过设计速度的情况。②以计算行车速度开展设计工作，最小线形设计重点在于认定车辆按照计算行车速度行使，然后依次通过各个路段，并且能够确保全流程符合安全设计指标。但一般情况下，针对一些特殊情况，如果没有做好针对性的考虑，将可能导致一些安全隐患的出现。③行驶中驾驶员会按照实际交通情况、自身要求等调节车速，对于线形导致的危险感会出现变化，加上行驶速度会不断变化，以设计速度为主导的公路设计方法下的公路线形就无法满足对应的指标，或者出现留有余地的情况，线形设计的合理性无法得到保障。

2 基于运行速度的公路设计方法影响因素分析

通过对影响公路设计的各种因素进行分析，总结出以下几点内容：①在实际的车辆行驶过程中，行驶速度变化是非常频繁的，这种频繁变化与当地的天气情况、路况，以及驾驶员自身的驾驶技术都有着非常紧密的联系。如司机在行驶时如果遇到车少、天气好的情况，非常可能会超过设计时速行驶，这就要求在实际设计中需要结合相关的上限标准对方案进行完善，避免由于超速行驶造成事故出现[2]。因此，在设计中需要保证车速比安全时速更小，考虑最佳的时速开展公路设计，但是当前在实际的公路设计中，对于超过标准的危险时速等方面的研究较浅，还需要不断进行完善。②通过大量的实践可以了解到，公路设计中，弯道也是非常重要的设计点，通过合理的弯道设计，能够保证满足当地地形条件要求，设计出科学合理的公路[3]。同时，除了需要注重弯道的设计外，也不能设计长直线，这主要是由于长直线容易造成驾驶员由于视觉、心理上的双重反应而出现视觉疲劳，进而造成各种安全事故出现。③为了保证驾驶员在实际驾驶中不会出现视觉疲劳的情况，还需要在公路两旁适当地种植绿植，并且通过雷达测速绘制图表，观察驾驶员的行驶规律，将绿植针对性地应用在公路设计中，为人车安全提供一定保障。

3 基于运行速度的公路设计方法

3.1 运行速度预测模型

公路设计速度需要与真实驾驶速度保持一致，才能够获得最佳的设计方案，因此，为了能够更加科学地开展公路设计，需要通过试验模拟的方式，在计算机的辅助下开展公路设计工作，为运行速度更好地被应用在实际设计中提供一定支持。在实际的计算机模拟设计中，除了能够得到仿真公路设计，还可以按照曲线、直线形成速度，对路口干扰情况进行充分考虑，进而获得最佳的设计方案，具体分为以下几点：①车速设定。在试验车速的阶段，可以按照形成路线环境的不断变化，设定出一个行车速度轨迹，如公路线性设计会对车速产生影响、不同环境下的驾驶路线会对驾驶员心态产生影响、弯道会对车速造成影响等，这些因素都可以考虑到影响因素中。一般情况下，设计中对于干扰等级为2级的可以实施18%折减，但是由于设计中路面、公路等级不同，因此可以按照实际情况不同程度地进行折减。②直线运行速度。针对一些车辆比较稀疏的公路来说，可以直接修建直线公路，但是经过大量的实践证明，直线公路不能过长，容易造成驾驶员疲劳，酿成比较严重的交通事故[4]。因此在实际的设计中，为了确保行车安全，需要确定科学的加速度范围。③平曲线道路速度测定。根据大量的研究发现，针对平曲线运动来说，能够对其造成影响的主要因素为公路线形设计。因此，在实际的设计中，需要通过对平曲线半径入口前速度、曲线长度进行研究，完善对应的公路设计。如可以在平曲线公路上选择几个位置，并且分别实施速度测试后，对最终的运行速度进行计算，进而对大客车、小轿车的运行速度进行确定。④弯道与坡道速度设定。针对弯道和坡道来说，在山区中比较常见，由于山路地段设计线形指数比较高，车辆的行驶速度容易过快，发生交通事故的概率更大。因此，需要采取数据模型的方式，对地形进行准确分析，通过建立运动模型对公路线形进行明确，进而更加准确地确定运行速度。⑤交叉路口速度。交叉路口对于车速的影响非常大，如果交叉路口的数量相对较多，则会直接影响到车辆正常行驶，同时也非常容易引发各种各样的交通事故[5]。因此，在公路设计中需要合理地设计交叉路口，尤其是高速公路中，更加不能设计过多的交叉路口。同时，在设计中需要考虑到交通信号灯的合理设置。

3.2 公路线形安全设计

针对公路设计工作来说，其运行速度设计的合理性和有效性，能够直接影响到公路安全性。为了能够提升公路的整体安全性能，在公路线形设计中，需要充分结合运行速度，实现对设计方案的有效完善。影响线形的因素有很多，这些因素之间都存在着较明显的内在联系。因此，为了能够实现对公路线形的合理设计，需要及时建立对应的评价体系，从影响最大的因素入手，对每个影响交通安全的因素建立模型，明确不同因素之间的联系和区别[6]。以此保证通过开展对应的线形安全系统设计，评定每个指标，通过对公路线形单元设计实施总体分析，形成一个全面、综合的公路质量研究体系，为整个公路的安全性提供保障。

具体的指标主要包括以下几点：①速度连续性指标。由于车辆实际行驶速度能够非常直接地将公路线形设计水平反映出来，因此，在设计中可以应用车辆运行速度，确保公路线形设计是否进行科学合理的验证。通过大量分析后发现，线形指数变化较大的路段，交通事故发生率也更大，所以在实际的设计中，线形设计需要保证具备良好的连贯性。同时，基于公路设计能够直接影响到行车速度变化，可以通过对相邻路段行车速度之间存在的差异进行对比，发现公路线形设计存在的实际区别，实现对公路设计方案的有效完善。②线形连续性指标。通过分析公路中单独线形设计、整体线形设计之间的实际连续，明确了线形指标的实际变化规律、二者之间的差别及其在实际道路中的表现。如经过比较2个相邻的圆曲线半径后发现了明显差别，这种突变形式的公路设计，会造成驾驶员无法正常行驶，造成驾驶员出现紧张等情绪，对于行驶安全非常不利。针对这种情况，需要及时减小圆曲线安全半径，为行车安全提供一定保障[7]。

4 基于运行速度的公路设计方法具体应用

4.1 初始设计

初始设计中，通常是以公路工程前期可行性为基本参考，然后确定公路计算运行速度标准，再对运行速度进行考虑，从而对公路的线型纵断面、初始平面进行设计。在实际的应用中，需要重视以下2个方面。

车辆选择。在以往的设计中，会由于过于注重交通通行量及公路通行能力指标情况，对代表性车型进行设计。基于运行速度的公路设计工作，需要重点对车型组成、车型比例进行准确分析，区别对待不同车辆情况。针对不同类型的汽车，要分析以下几种情况：①在纵面设计时，要考虑极限坡度的实际坡长；②在横断面设计时，要考虑不同车道超高的情况，并针对性设计避险车道；③对停车视距进行检测，并且检查布置好各类安全设施。同时，在实际设计中，涉及到小客车、大货车不同车型时，在一般交通情况下，可以以小型客车作为代表，来对速度进行测算。但需要注意的是，如果路段存在长大纵坡且需要设置避险车道时，就要根据大型货车的运行速度进行计算和考虑。此外，针对一些中型、大型客货车比例超过总交通量的30%时，则需要将大货车作为重点车型开展技术评价工作，包括超高和视距等内容。

运行速度测算。在进行测算时，要根据公路的实际路线分布情况，按照双幅沿着车辆形式方向进行单独测算和考虑，即顺着桩号方向行驶是正向，反之则为反方向。在计算中，一般是将路线促使运行速度（采用V0表示）为起始，依据划分路段实际类型作为根本依据，从V0开始根据路段不同类型，以平曲线段以及直线段、纵坡路段、弯坡等方式，通过组合分析的形式，对运行速度进行测算。实际测量及计算过程中，直线段、平曲线路段依据对应的公式进行计算；针对纵坡路段的计算，要注意采用修正法；而对于弯坡组合的路段，则要结合两阶段弯坡模型和相关参数进行测算。

4.2 设计检验以及修正

完成对应的初始设计工作后，需要结合实际情况，采用对应的设计方法，对设计方法实际应用情况进行检验、修正。具体操作过程中，需要从以下几个方面入手：①将路段划分为多个部分，对各个路段进行独立分析，再结合路段特点进行组合分析。一般情况下，分段的依据是道路的坡度、曲线半径等，然后命名为弯坡组合段、纵坡路段、平直路段等。弯坡路段测算速度时，要将平曲线划分开，然后对中心两端的纵坡加权平均值进行计算。针对平直路段，要根据车辆在该路段运行的速度数值（一般以小型客车120 km/h、大型客货车75 km/h为标准）进行测算；对于平曲线路段，当车辆驶入曲线路段，到曲中路段会进行减速，并且这个减速一般还会遵循半径小时减幅更大的规律。而在驶出平曲线过程中，可能会出现小幅的加速情况，也可能会出现出现运输或者减速前进情况，具体的情况与道路前方连接线形有一定关系。纵坡路段车辆行驶表现一般是上坡减速、下坡加速，在分析路段车道宽度情况超过3.75 m，路缘宽度超过0.5 m时，横断面并不是对自由状态下的形成速度造成影响，而针对一些分道行驶的公路，如高速公路，需要在测算过程中考虑路缘宽度、车道宽度对于速度产生的影响。②绘图。按照已经修正完成的线形，在此对运行速度变化过程进行推算，将路线长度情况作为横坐标，运行速度作为纵坐标，对公路沿线运行速度的动态变化趋势进行模拟并绘制成图。③线形连续性检验。对相邻路段的运行速度差异进行计算分析。通常情况下，任何相邻路段的运行速度差值不能大于10 km/h，否则有违安全运行要求，同时也不利于保证行车舒适度。若存在超过标准的情况，要联合相关部门迅速进行现场考察分析，并做好工程改造和修正。④对设计速度一致性进行分析评估。⑤根据测算结果，模拟并绘制双向车道运行车速断面图，以供后续分析参考。

5 结语

运行速度是公路设计中非常重要一项指标，对设计方案的科学合理性、行车安全等，都能造成一定的影响。因此，在实际的设计中，除了需要掌握地点的地形地貌外，还需要在掌握大量真实数据的基础上，建立对应的运行速度预测模型，并且开展公路线形安全设计。以此保证能够结合运行速度，不断对公路设计方案进行完善，为提升公路的安全性、保证驾驶安全等提供一定支持。