基于运行速度的公路设计方法及影响分析

郭章明

（甘肃华美工程咨询服务有限公司，甘肃 兰州 730000）

公路设计要始终以车辆运行安全和有序作为基础，因此在设计时要考虑车辆速度，通过基于速度的公路模型设计、公路路线设计以及公路安全设计，提高公路设计水平。

1 公路车辆行驶速度的影响因素

公路是交通体系的重要基础，影响公路交通情况的因素较多，包括公路地质地貌特点、公路形态结构、公路环境等。这些因素都是基于对车辆运行速度的影响，进而影响到公路体系。公路上行驶车辆的速度，对公路交通安全和效率都产生着直接影响。公路设计时需对影响速度的因素进行全面掌握，为具体的设计提供支持。公路设计过程中，交通车辆的速度是最为重要的参考依据，如果交通车辆速度较快，需在设计中适当增加公路容量，提高公路安全等级。车辆速度一般以时速为依据，也就是车辆运行1 h内的平均速度。公路环境条件较好时，车辆的速度较高，如道路平坦宽阔、道路上无遮挡视线的障碍物，车流和人流可相互独立，车辆分合流有较为科学合理的线路等。在公路设计中，设计思路和方法要结合运行速度因素，通过公路设计将车辆速度控制在一定范围内[1]。并不是车辆运行速度越快越好，当车辆速度超过一个安全范围时，车辆发生事故的概率会显著增加，这对于公路交通安全来说是巨大的威胁和隐患。

根据公路交通数据分析和经验总结发现，在公路设计中适当增加一些转弯，能够缓解车辆驾驶人员的视觉和大脑疲劳。公路转弯会迫使车辆运行速度下降，改变车辆行使中一直在直线状态下行使的情况，打破驾驶人员头脑中形成的规律性，从而提高车辆驾驶人员的精力集中度，通过控制车辆速度来提高行车安全性。

2 基于运动速度的公路设计要素

2.1 重点考虑因素

2.1.1 车辆速度

在考虑速度因素的基础上设计公路，需要充分了解各类车辆的设计速度，可以通过平均速度来分析、明确公路和速度等级。如果按照中国相关技术要求，只针对车辆速度来设计，那么就只需要按照要求对公路宽度、路面工程进行研究就可以达到要求。在具体研究过程中，可以认为如果只是按照平均速度来分析，那么无法有效了解其他因素的影响，比如坡度、车流量和硬件设施的配置等。因此，在具体设计过程中，可将车辆速度作为核心，还要充分考虑其他因素。

2.1.2 道路安全

在安全性设计方面，主要是对超车道区域加以分析，分析是否会影响正常通行，或者是否存在影响驾驶人员视野等问题。还要在保证原有速度的基础上，了解车辆在运行时是否会发生交通事故，要严格防止这类问题，充分考虑道路自身物理数据所出现的问题。比如，在道路转弯位置要充分考虑车辆离心力，还要能够考虑车辆的速度，并有效地核算车辆的倾斜角度。

2.1.3 道路利用率

在研究利用率过程中，先分析利用率的概念，道路利用率指在一定时间内了解事故所在地的车辆数量。所以，道路利用率是衡量车辆通行能力的重要指标，这一指标与道路参数和车流量有着具体联系。所以，在具体计算时要对参数进行有效分析，利用道路利用率来有效联系车辆行进速度、车流量等建立模型。

2.2 公路设计项目

2.2.1 道路通行力

在分析道路通行力时，需根据不同道路类型考虑在规定时间内的车流量、不同时间内出现交通事故的概率、对整个道路系统的具体影响。本文将道路交通事故概率设计为X，可以分为白天和夜间2个阶段，分析在一定时间内如果车辆不能够及时离场对整个道路的影响及这一区间内的长度数据。如果是市区的道路还应该考虑红绿灯对交通堵塞的影响。

2.2.2 道路固有硬件

分析硬件时，不仅要对道路宽度、长度加以分析，还要充分了解道路在自身运行方面的各类硬件装配方法。比如交通指示线、指示灯等，需要根据实际情况对这类设备的具体装配加以分析。此外，还要对道路通行力进行计算，了解硬件的具体选择方法。此外，在设计时还需要重视某个时间段的车流量情况。

2.3 关键参数计算

2.3.1 通行力核算

本文以事故发生到车辆撤离之间的时间为例，将时间设计为1 200 s，并将其分为10个时间段。发生交通事故后会将双向四车道其中一条道路阻塞，将现有车辆设计为每秒4辆，为了更好地优化计算，将所有车辆按照有限元的方法进行合理分析。发生事故后，时间之间的间隔不发生变化，没有发生交通事故时道路不会堵塞。通过直线性设计，能很好地核算各个时间点的堵塞情况，此外堵塞情况还受现场人员、红路灯等因素的影响，因此在后续设计时要适当加宽道路。

2.3.2 道路其他参数核算

核算道路时需充分了解所有的核算内容，比如某高速道路在某一个区间上有90°的转弯，所有车辆经过这个转弯处时必须降低速度，而且不能过于缓慢，避免发生碰撞。如果道路速度设计为100 km/h，那么转弯处速度设计为90 km/h，则可利用速度参数来计算转弯直径，同时还要考虑摩擦力、道路本身需要的坡度等。

3 基于运行速度的公路设计方法

3.1 基于速度的公路模型设计

3.1.1 车速模型设定

基于车辆运行速度进行公路设计时，需考虑不同速度对公路路况的影响。根据车速数据参数进行模型设定，在车辆速度、公路路口之间建立联系。一般而言，车辆行驶速度越快对公路的要求就越高。公路单位之间内的容量与车辆速度直接相关，车速越快单位时间内通过某个路段的车辆数量越多，对车辆驾驶人员也会产生直接的影响[2]。车速模型可根据各种因素的相互影响建立一种相应的折减关系，如车速达到某个级别后对驾驶人员的影响会显著提高，这种影响可以看作是车辆运行的一种干扰。如车辆速度过快，公路周围环境就会对驾驶人员视觉产生更大的冲击。

3.1.2 直线速度设计

考虑到大部分路段都是直线状态，因此需关注车辆直线行驶速度。车辆直线行驶过程中，如果没有其他因素干扰，车速是最容易提高的。直线行驶会造成车辆驾驶人员视觉上的疲劳，当车辆周围环境以一个较快速度后移时，视觉也会形成这样一种强迫性的感觉，一旦出现突发情况会影响车辆驾驶人员的反应[3]。分析车辆直线速度时，考虑车辆初始速度、加速度和行驶时间等要素，能较为合理地计算出车辆的节点速度，这个计算结果可以为公路设计提供依据。进行公路设计时，可以适当减少直线路段的距离，让车辆行驶速度得以控制。

3.1.3 曲线速度设计

曲线速度是车辆在公路转弯处曲线行驶时的速度，曲线速度是公路转弯设计的重要依据。基于曲线速度能够更好地分析公路转弯处的最佳半径，为车辆行驶提供重要的支持。曲线速度与半径、车速等都直接相关，在公路设计过程中，需要将曲线速度控制在安全范围之内。如果曲线速度过大，容易造成车辆行驶时向外的惯性过大，影响车辆方向的控制[4]。在公路模型参数中，需将半径、速度以及车辆行驶距离等要素考虑在内，通过科学合理的计算来确定最佳的曲线速度，为公路结构设计提供参考。车辆自重会对运行惯性产生影响，进而对速度产生影响。因此，进行公路设计时需考虑到不同类型车辆转弯时的情况，如小型客车较之大型车辆速度会更容易受到曲率和半径的影响。

3.1.4 坡道速度设计

车辆在上坡和下坡时的速度会有所不同，下坡时的速度较上坡更快，因此需根据坡道速度来进行设计，保证车辆速度控制在安全水平。公路坡道较为常见，在坡道速度设计方面，主要考虑坡道的角度。坡度越大，降低上坡速度的效果越明显，增加下坡速度的效果也越明显[5]。在公路设计时，需要尽可能控制坡道角度，在山区等特殊地理面貌条件下，可以采用环绕公路来解决这一问题，如盘山道等就是利用了坡道速度设计，让车辆保持一个较为稳定和安全的速度。

3.1.5 路口速度设计

路口是公路设计的重点，路口在公路交通中起到车流汇集和疏散的作用，还能够为车辆行驶路线提供支持。路口设计时，要考虑路口交通压力，这就需要掌握车辆速度。路口一般为不同方向行驶车辆的汇集处，路口位置和数量需满足车辆行驶需求，但不能设计过多，避免路口交叉情况过于复杂导致车辆行驶受阻。设计路口时，要对各个交叉道路的车辆速度进行控制，利用交通信号灯来延缓车辆进入路口的时间和速度，从而确保车辆在交叉路口安全通行。

3.2 基于速度的公路路线设计

公路线路是车辆运行的基础，在设计线路时不仅要注重交通效率，也要考虑交通安全等方面。线路主要分为直线和曲线2个类型，直线可以提高车辆行驶速度；曲线为车辆改变方向提供支持，同时对控制车速也起着重要作用。由于路线改变会造成车辆速度的改变，因此需要结合公路实际情况，对不同类型的公路的线路长短和连接方式加以分析，找到最佳的路线方式，为车辆安全可靠运行提供支持[6]。设计线路时，需重视车辆速度改变对公路线路的具体要求，如加速和减速时，应当在直线公路上进行。设计路线时可以增加公路测速设计，如在重要的路段设立即时测速装置，让车辆驾驶人员及时掌握车速，并提前做好变速准备，避免在交叉路口或者上下坡、转弯处进行变速。

3.3 基于速度的公路安全设计

公路设计的重中之重是安全设计，安全设计与车速有着密切关系。速度的快慢和改变对安全有直接影响，因此需重视对车辆行驶速度的分析和计算，将车辆行驶的最佳速度与不同的公路路况进行关联，从而建立公路安全体系[7]。需将公路情况与速度作为安全指标进行分解，也就是将定性的描述转化为定量的计算指标，从而为公路安全设计提供参数依据。各种不同的指标间也要建立关联，如转弯半径与直线公路之间，一般转弯半径较大，公路直线距离也可以相应延长；但如果转弯半径较小，为确保车辆安全将车辆进入弯道的速度进行控制，就会缩短公路直线路段的长度。

4 公路线性设计注意事项

4.1 根据实际情况

对公路进行设计的过程中，如果是分段进行设计，则可以分为坡道和曲线2种方法，针对坡度和曲线半径的具体数据就可以作为实际界限值，以此为基础对公路各个路段进行速度预测。

4.2 保持车辆正常行驶

在设计过程中为了使车辆正常行驶，需合理调整公路的线性设计，以此为基础预测车辆的运行速度。正常情况下需严格按照具体步骤来进行预测，其中包括初始速度、预期速度等内容。此外，在设计过程中还要有效考虑影响车辆安全形势的因素，并最大程度上减少因为线性设计问题导致车辆运行不稳定等情况。

4.3 充分考虑向心力

在对曲线公路加以设计的过程中，要根据实际情况充分了解运行车辆的实际作业，并统一曲线公路的半径、坡度等，确保车辆不会因受到恶劣环境的影响而在弯道出现打滑、倾斜等问题。可通过明确模型和计算数值的方法来了解公路的线形标准，多次测量曲线公路不同路段的速度，根据实际情况来获取平均值，实现对公路线形指标的重新界定[8-12]。

5 结束语

基于运行速度的公路设计方法，可提高公路设计的科学合理性。速度对于公路车流情况的影响十分显著，对车辆速度的影响分析，可为公路设计提供支持和依据。在公路设计过程中，需考虑车辆行驶速度的影响情况，根据需要在必要的环节优化设计方案，确保公路交通状况安全、可靠。